第4章計算機軟件基礎

第4章計算機軟件基礎4.1軟件概述一、什么是軟件

軟件定義：軟件是指用來指揮計算機運行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需的技術(shù)資料。即軟件是計算機系統(tǒng)中的程序及其文檔的總和。

程序：計算任務的處理對象和處理規(guī)則的描述。

文檔：為了便于了解程序所需的闡明性資料。程序必須裝入機器內(nèi)部才能工作文檔是給人看的，不一定裝入機器二、發(fā)展過程軟件的發(fā)展受到應用和硬件發(fā)展的推動和制約，其發(fā)展過程大致可分為三個階段：第一階段1946-1958第二階段1956-1968第三階段1968以后第一個程序出現(xiàn)→實用的高級程序設計語言出現(xiàn)，這期間重點考慮程序本身，尚未出現(xiàn)軟件一詞。實用的高級程序設計語言出現(xiàn)→軟件工程出現(xiàn)，這期間出現(xiàn)軟件一詞，融程序及其有關(guān)的文檔于一體。軟件危機軟件工程出現(xiàn)→現(xiàn)在，1968年大西洋公約學術(shù)會議提出軟件工程。三、軟件的分類軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件又分為：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、軟件工具等。應用軟件又包括：應用軟件包和用戶程序。

系統(tǒng)軟件：居于計算機系統(tǒng)中最靠近硬件的一層，其他軟件一般通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用。如操作系統(tǒng)、編譯程序、網(wǎng)絡軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、人機交互軟件系統(tǒng)等。此外還包括一些支撐軟件，如環(huán)境數(shù)據(jù)庫、各種接口軟件和工具組等。

應用軟件：特定應用領域?qū)Ｓ玫能浖?。硬件：?gòu)成計算機系統(tǒng)的物理裝置。軟件：用計算機指令和算法語言編寫的程序以及運

行程序所需的文檔、數(shù)據(jù)。關(guān)系：硬件是軟件運行的基礎軟件是對硬件功能的擴充和完善軟件的運行最終被轉(zhuǎn)換為對硬件的操作計算機：硬件、軟件→人工生命人：軀體、靈魂→自然生命2.軟件和硬件的關(guān)系4.2系統(tǒng)軟件

一般把靠近內(nèi)層、為方便使用和管理計算機資源的軟件，稱為系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件的功能：主要是簡化計算機操作，擴展計算機處理能力和提高計算機的效益。兩個主要特點：一是通用性。即無論哪個應用領域的計算機用戶都要用到它們；二是基礎性，即應用軟件要在系統(tǒng)軟件支持下編寫和運行。操作系統(tǒng)語言處理程序(編譯系統(tǒng))數(shù)據(jù)庫管理軟件常見的系統(tǒng)軟件:

系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（OperatingSystem，簡稱OS）是由指揮與管理計算機系統(tǒng)運行的程序模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計算機的全部硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效、周到的服務界面。例如，IBM－PC及其兼容機的運行要有PC－DOS或Windows的支持。4.2.1操作系統(tǒng)

沒有配備任何軟件的硬件計算機稱為裸機。裸機向外部世界提供的界面只是機器指令，為了馴服令人費解且難以使用的裸機，用戶及其他程序都利用了系統(tǒng)軟件，即通過操作系統(tǒng)來使用計算機。

一、操作系統(tǒng)的功能

1.主要作用①管理各種軟硬件資源；②提供良好的用戶界面。

2.基本功能

進程管理：對處理機進行管理。通過進程管理協(xié)調(diào)多道程序間的關(guān)系，解決對處理機實施分配調(diào)度策略、進行分配和回收等。進程狀態(tài)(就緒、運行、掛起/等待)。131.單道程序系統(tǒng):

任一時刻只允許一個程序在系統(tǒng)中執(zhí)行。一個程序執(zhí)行結(jié)束后才能執(zhí)行下一個程序。

任務：有效地、合理地分配CPU的時間時間tCPU程序A程序B程序C演示：單道程序系統(tǒng)142.多道程序系統(tǒng):多道程序同時在執(zhí)行。程序A程序C程序A程序B程序C程序CCPU時間t特點：多道：計算機內(nèi)存中同時存放了幾道相互獨立的程序宏觀上并行：同時在執(zhí)行微觀上串行：各程序輪流地占有CPU，交替執(zhí)行演示：多道程序系統(tǒng)153.進程

進程是程序的一次執(zhí)行過程。進程基本特征：動態(tài)性進程有一定的生命期并發(fā)性系統(tǒng)中可以同時有幾個進程在活動

獨立性能獨立運行的基本單位，資源分配基本單位異步性進程按異步方式運行，各自獨立演示：程序管理器16進程的狀態(tài)和調(diào)度：時間片到執(zhí)行狀態(tài)就緒狀態(tài)掛起狀態(tài)進程被選中

發(fā)生了某個事件，如分配到了所需資源（如打印機）。等待某個事件等待某個資源，如打印機。

除了CPU以外，所需要的所有資源都分配了缺少資源存儲管理：管理內(nèi)存資源。主要包括內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護和內(nèi)存擴充。設備管理：對硬件設備進行管理。主要包括緩沖區(qū)管理、設備分配、設備驅(qū)動和設備無關(guān)性。用戶接口：用戶操作計算機的界面。命令接口→通過交互命令方式,對計算機進行操作程序接口→通過API調(diào)用例行程序?qū)崿F(xiàn)既定的操作文件管理：對信息資源的管理，操作系統(tǒng)將這些資源以文件的形式存儲在外存上。

文件：按一定格式建立在存儲設備上的一批相關(guān)信息的有序集合。文件名：每個文件必須起一個名字。主文件名.擴展名/文件類型目錄：文件的存放通過目錄形式來實現(xiàn)一個目錄→可以有子目錄可以存放一組文件19樹狀結(jié)構(gòu)

\根目錄WindowsUser1System32Notepad.exeTest.docData.mdbMspaint.exeExplorer.exe目錄路徑

絕對路徑：從根目錄開始，依序到該文件之前的名稱。

相對路徑：從當前目錄開始到某個文件之前的名稱。C:\Windows\System32\Notepad.exeC:\User\Test.doc（當前目錄為System32

）..\...\User\Data.mdb

/表示根目錄與分隔符

..上一級目錄路徑程序設計語言文章漢語、英語字、詞、語法結(jié)構(gòu)寫文章程序計算機語言數(shù)據(jù)表示、表達式、語句結(jié)構(gòu)編程序

計算機語言：計算機所能夠識別的語言

程序：利用計算機語言編寫的能夠完成一定功能的一組代碼。

程序設計：利用計算機語言編寫程序的過程。程序設計語言＝計算機語言4.2.2語言處理程序1.語言的分類應用范圍通用語言、專用語言系統(tǒng)程序設計語言、科學計算語言事務處理語言、實時控制語言程序設計方法結(jié)構(gòu)化語言模塊化語言面向?qū)ο笳Z言與硬件的聯(lián)系程度機器語言匯編語言高級語言→與計算機硬件基本無關(guān)依賴于計算機硬件(低級語言)

⑴機器語言從本質(zhì)上說，計算機只能識別0和1兩個數(shù)字，因此，計算機能夠直接識別的指令是由一連串的0和1組合起來的二進制編碼。機器指令＝操作碼＋操作數(shù)機器語言：指計算機能夠直接識別的指令的集合。即以二進制代碼表示的機器指令集合，它是計算機能夠直接識別和執(zhí)行的語言。優(yōu)點：占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快；缺點：面向機器語言，通用性差，不易閱讀和記憶，編程工作量大，難以維護。[例題]用Intel8086指令系統(tǒng)來編寫機器語言程序，要求完成9+8=？優(yōu)點：比機器語言程序容易閱讀和修改缺點：面向機器語言，通用性差。

⑵匯編語言

匯編語言：用符號代替機器指令所產(chǎn)生的語言。例如，8086匯編語言對9+8=?編程

源程序：用匯編語言編寫的程序。匯編程序：負責翻譯的軟件。主要作用→源程序轉(zhuǎn)換成用二進制代碼表示的目標程序。連接程序：將目標程序與庫文件或其他目標程序連接起來形成可執(zhí)行程序。匯編語言源程序目標程序可執(zhí)行程序匯編程序連接程序

⑶高級語言高級語言：用接近自然語言和數(shù)學語言的語法、符號描述基本操作的程序設計語言

BASIC、FORTRAN、Pascal、COBOL、C

VB、VC++、Delphi、Java、C#例如前面9+8=?，用C語言編程：

main()

{intal;

al=9+8;}

優(yōu)點：符合人類習慣，簡單易學,通用性強，便于維護源程序：用高級語言編寫的程序。翻譯程序：將源程序翻譯成用二進制代碼表示的目標程序。翻譯程序的工作方式：①解釋方式：邊解釋邊執(zhí)行②編譯方式：寫程序、編譯程序

運行程序高級語言源程序執(zhí)行結(jié)果解釋程序解釋方式編譯方式可執(zhí)行程序高級語言源程序編譯程序目標程序連接程序

2.程序設計語言的選擇選擇編程語言涉及很多因素：①人的因素：編程小組精通這門語言嗎②任務需要：選擇的語言能否實現(xiàn)任務的全部功能？能跨平臺嗎？有數(shù)據(jù)庫接口功能嗎？能直接控制聲卡等硬件嗎？③客戶指定，或要通過串行口控制一個外部設備，C+匯編語言是最明智的選擇。了解一些流行的語言，對于做出合理選擇會有幫助。8086匯編語言用它編寫的程序只能運行在裝有80x86計算機上。現(xiàn)在匯編語言僅用于那些要求程序盡可能短或速度要求很高的場合，如為了控制硬件在操作系統(tǒng)、多媒體底層控制時使用它。FORTRAN1954年出現(xiàn)，其他的高級語言幾乎都直接或間接地從它發(fā)展而來。FORTRAN對于數(shù)值類型和計算功能支持較強，一般科學家用來編制科學計算程序，應用面較窄。BasicBasic是為初學者設計的，開發(fā)于1964年。它從FORTRANⅣ和ALGOL60改造而來。目前流行的是VB，它的集成開發(fā)環(huán)境支持調(diào)試時解釋執(zhí)行和對最終版本的編譯。開發(fā)商業(yè)軟件。PascalPascal最初是70年代為幫助學生學習編程而開發(fā)的編譯型語言。它最先提出結(jié)構(gòu)化程序設計，但很少用于商業(yè)開發(fā)。DelphiDelphi是Inprise公司于1995年推出的可視化編程語言。它以Pascal為基礎，擴充了面向?qū)ο蠛涂梢暬拈_發(fā)手段，使得Delphi有能力與VB相抗衡。Delphi適用于應用軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件等軟件的開發(fā)。CC語言是美國電報與電話公司為了實現(xiàn)UNIX系統(tǒng)的設計思想而發(fā)展起來的語言工具。其特點是兼顧了高級語言和匯編語言，既提供了結(jié)構(gòu)化程序設計，又帶有低級語言的接口C++C++語言是在C語言的基礎上為支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O計而研制的一個通用目的的程序設計語言。它可以用于編寫從簡單的交互程序到高度成熟和復雜的工程科學中的任何程序，目前流行的版本是MSVC++、BorlandC++BuilderJavaJava語言于1991年在SunMicrosystems公司設計出來，源于對獨立平臺的語言需求。這種語言可創(chuàng)建嵌入各種(具有不同CPU的)電器設備(如微波爐等)的軟件，其特點是可移植、跨平臺，正好迎合了Internet的需要。標記語言HTML(HyperTextMarkupLanguage)、XML(eXtensibleMarkupLanguage)都屬于語言，但它們都沒有傳統(tǒng)語言的基本控制結(jié)構(gòu)和復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義以及子程序定義，其主要用途是描述網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)和格式。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是在具體計算機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的系統(tǒng)軟件，用戶用它來建立、管理、維護、使用數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的作用是管理數(shù)據(jù)庫。一般具有：建立數(shù)據(jù)庫、編輯、修改、增刪數(shù)據(jù)庫內(nèi)容等對數(shù)據(jù)的維護功能：對數(shù)據(jù)的檢索、排序、統(tǒng)計等使用數(shù)據(jù)庫的功能：友好的交互式輸入／輸出能力：使用方便、高效的數(shù)據(jù)庫編程語言；允許多用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫；提供數(shù)據(jù)獨立性、完整性、安全性的保障。4.2.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是以不同方式將數(shù)據(jù)組織到數(shù)據(jù)庫中，組織數(shù)據(jù)的方式稱為數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型一般有三種形式：層次型——采用樹型結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡型——采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)；關(guān)系型——以表格形式組織數(shù)據(jù)。目前，常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Access、VisualFoxPro、SQLServer、Oracal、SyBase和MySQL等。服務性程序是一類輔助性的程序，是為了幫助用戶使用和維護計算機，向用戶提供服務性手段而編寫的一類程序，通常包括編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序、硬件維護和網(wǎng)絡管理程序等。4.2.4服務性程序

計算機軟件系統(tǒng)中，除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件都稱為應用軟件。應用軟件是由計算機生產(chǎn)廠家或軟件公司為支持某一應用領域、解決某個實際問題而專門研制的應用程序，包括科學計算類軟件、工程設計類軟件、數(shù)據(jù)處理類軟件、信息管理類軟件、自動控制類軟件、情報檢索類軟件等。

4.3應用軟件應用軟件面向?qū)嶋H問題，為人們提供了高效、便捷的解決手段。字處理軟件是使計算機實現(xiàn)文字編輯工作的應用軟件。4.3.1字處理軟件輸入和編輯文字文檔排版圖文混排外部對象的引入表格制作表處理軟件的要功能是以表格的方式來完成數(shù)據(jù)的輸入、計算、分析、制表、統(tǒng)計，并能生成各種統(tǒng)計圖形。。4.3.2表格處理軟件聲音軟件