第4章計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)

第4章計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)4.1軟件概述一、什么是軟件

軟件定義：軟件是指用來(lái)指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)資料。即軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序及其文檔的總和。

程序：計(jì)算任務(wù)的處理對(duì)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(jī)器內(nèi)部才能工作文檔是給人看的，不一定裝入機(jī)器二、發(fā)展過(guò)程軟件的發(fā)展受到應(yīng)用和硬件發(fā)展的推動(dòng)和制約，其發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：第一階段1946-1958第二階段1956-1968第三階段1968以后第一個(gè)程序出現(xiàn)→實(shí)用的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言出現(xiàn)，這期間重點(diǎn)考慮程序本身，尚未出現(xiàn)軟件一詞。實(shí)用的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(jī)軟件工程出現(xiàn)→現(xiàn)在，1968年大西洋公約學(xué)術(shù)會(huì)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(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件又分為：操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、軟件工具等。應(yīng)用軟件又包括：應(yīng)用軟件包和用戶程序。

系統(tǒng)軟件：居于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最靠近硬件的一層，其他軟件一般通過(guò)系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用。如操作系統(tǒng)、編譯程序、網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、人機(jī)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(kù)、各種接口軟件和工具組等。

應(yīng)用軟件：特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ｓ玫能浖?。硬件：?gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理裝置。軟件：用計(jì)算機(jī)指令和算法語(yǔ)言編寫(xiě)的程序以及運(yùn)

行程序所需的文檔、數(shù)據(jù)。關(guān)系：硬件是軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)軟件是對(duì)硬件功能的擴(kuò)充和完善軟件的運(yùn)行最終被轉(zhuǎn)換為對(duì)硬件的操作計(jì)算機(jī)：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(jì)算機(jī)資源的軟件，稱為系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件的功能：主要是簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)操作，擴(kuò)展計(jì)算機(jī)處理能力和提高計(jì)算機(jī)的效益。兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是通用性。即無(wú)論哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)用戶都要用到它們；二是基礎(chǔ)性，即應(yīng)用軟件要在系統(tǒng)軟件支持下編寫(xiě)和運(yùn)行。操作系統(tǒng)語(yǔ)言處理程序(編譯系統(tǒng))數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件常見(jiàn)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(jiǎn)稱OS）是由指揮與管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)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(jì)算機(jī)的全部硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效、周到的服務(wù)界面。例如，IBM－PC及其兼容機(jī)的運(yùn)行要有PC－DOS或Windows的支持。4.2.1操作系統(tǒng)

沒(méi)有配備任何軟件的硬件計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。裸機(jī)向外部世界提供的界面只是機(jī)器指令，為了馴服令人費(fèi)解且難以使用的裸機(jī)，用戶及其他程序都利用了系統(tǒng)軟件，即通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)使用計(jì)算機(jī)。

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(jìn)程管理：對(duì)處理機(jī)進(jìn)行管理。通過(guò)進(jìn)程管理協(xié)調(diào)多道程序間的關(guān)系，解決對(duì)處理機(jī)實(shí)施分配調(diào)度策略、進(jìn)行分配和回收等。進(jìn)程狀態(tài)(就緒、運(yùn)行、掛起/等待)。131.單道程序系統(tǒng):

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

任務(wù)：有效地、合理地分配CPU的時(shí)間時(shí)間tCPU程序A程序B程序C演示：?jiǎn)蔚莱绦蛳到y(tǒng)142.多道程序系統(tǒng):多道程序同時(shí)在執(zhí)行。程序A程序C程序A程序B程序C程序CCPU時(shí)間t特點(diǎn)：多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放了幾道相互獨(dú)立的程序宏觀上并行：同時(shí)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(jìn)程

進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程。進(jìn)程基本特征：動(dòng)態(tài)性進(jìn)程有一定的生命期并發(fā)性系統(tǒng)中可以同時(shí)有幾個(gè)進(jìn)程在活動(dòng)

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

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

除了CPU以外，所需要的所有資源都分配了缺少資源存儲(chǔ)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(hù)和內(nèi)存擴(kuò)充。設(shè)備管理：對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行管理。主要包括緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和設(shè)備無(wú)關(guān)性。用戶接口：用戶操作計(jì)算機(jī)的界面。命令接口→通過(guò)交互命令方式,對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作程序接口→通過(guò)API調(diào)用例行程序?qū)崿F(xiàn)既定的操作文件管理：對(duì)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(chǔ)在外存上。

文件：按一定格式建立在存儲(chǔ)設(shè)備上的一批相關(guān)信息的有序集合。文件名：每個(gè)文件必須起一個(gè)名字。主文件名.擴(kuò)展名/文件類型目錄：文件的存放通過(guò)目錄形式來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)目錄→可以有子目錄可以存放一組文件19樹(shù)狀結(jié)構(gòu)

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

絕對(duì)路徑：從根目錄開(kāi)始，依序到該文件之前的名稱。

相對(duì)路徑：從當(dāng)前目錄開(kāi)始到某個(gè)文件之前的名稱。C:\Windows\System32\Notepad.exeC:\User\Test.doc（當(dāng)前目錄為System32

）..\...\User\Data.mdb

/表示根目錄與分隔符

..上一級(jí)目錄路徑程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言文章漢語(yǔ)、英語(yǔ)字、詞、語(yǔ)法結(jié)構(gòu)寫(xiě)文章程序計(jì)算機(jī)語(yǔ)言數(shù)據(jù)表示、表達(dá)式、語(yǔ)句結(jié)構(gòu)編程序

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言：計(jì)算機(jī)所能夠識(shí)別的語(yǔ)言

程序：利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)的能夠完成一定功能的一組代碼。

程序設(shè)計(jì)：利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)程序的過(guò)程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言＝計(jì)算機(jī)語(yǔ)言4.2.2語(yǔ)言處理程序1.語(yǔ)言的分類應(yīng)用范圍通用語(yǔ)言、專用語(yǔ)言系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言事務(wù)處理語(yǔ)言、實(shí)時(shí)控制語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言模塊化語(yǔ)言面向?qū)ο笳Z(yǔ)言與硬件的聯(lián)系程度機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言→與計(jì)算機(jī)硬件基本無(wú)關(guān)依賴于計(jì)算機(jī)硬件(低級(jí)語(yǔ)言)

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

⑵匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言：用符號(hào)代替機(jī)器指令所產(chǎn)生的語(yǔ)言。例如，8086匯編語(yǔ)言對(duì)9+8=?編程

源程序：用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。匯編程序：負(fù)責(zé)翻譯的軟件。主要作用→源程序轉(zhuǎn)換成用二進(jìn)制代碼表示的目標(biāo)程序。連接程序：將目標(biāo)程序與庫(kù)文件或其他目標(biāo)程序連接起來(lái)形成可執(zhí)行程序。匯編語(yǔ)言源程序目標(biāo)程序可執(zhí)行程序匯編程序連接程序

⑶高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言：用接近自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的語(yǔ)法、符號(hào)描述基本操作的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

BASIC、FORTRAN、Pascal、COBOL、C

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

main()

{intal;

al=9+8;}

優(yōu)點(diǎn)：符合人類習(xí)慣，簡(jiǎn)單易學(xué),通用性強(qiáng)，便于維護(hù)源程序：用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。翻譯程序：將源程序翻譯成用二進(jìn)制代碼表示的目標(biāo)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(xiě)程序、編譯程序

運(yùn)行程序高級(jí)語(yǔ)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(jí)語(yǔ)言源程序編譯程序目標(biāo)程序連接程序

2.程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇選擇編程語(yǔ)言涉及很多因素：①人的因素：編程小組精通這門(mén)語(yǔ)言嗎②任務(wù)需要：選擇的語(yǔ)言能否實(shí)現(xiàn)任務(wù)的全部功能？能跨平臺(tái)嗎？有數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)串行口控制一個(gè)外部設(shè)備，C+匯編語(yǔ)言是最明智的選擇。了解一些流行的語(yǔ)言，對(duì)于做出合理選擇會(huì)有幫助。8086匯編語(yǔ)言用它編寫(xiě)的程序只能運(yùn)行在裝有80x86計(jì)算機(jī)上?，F(xiàn)在匯編語(yǔ)言僅用于那些要求程序盡可能短或速度要求很高的場(chǎng)合，如為了控制硬件在操作系統(tǒng)、多媒體底層控制時(shí)使用它。FORTRAN1954年出現(xiàn)，其他的高級(jí)語(yǔ)言幾乎都直接或間接地從它發(fā)展而來(lái)。FORTRAN對(duì)于數(shù)值類型和計(jì)算功能支持較強(qiáng)，一般科學(xué)家用來(lái)編制科學(xué)計(jì)算程序，應(yīng)用面較窄。BasicBasic是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的，開(kāi)發(fā)于1964年。它從FORTRANⅣ和ALGOL60改造而來(lái)。目前流行的是VB，它的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持調(diào)試時(shí)解釋執(zhí)行和對(duì)最終版本的編譯。開(kāi)發(fā)商業(yè)軟件。PascalPascal最初是70年代為幫助學(xué)生學(xué)習(xí)編程而開(kāi)發(fā)的編譯型語(yǔ)言。它最先提出結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，但很少用于商業(yè)開(kāi)發(fā)。DelphiDelphi是Inprise公司于1995年推出的可視化編程語(yǔ)言。它以Pascal為基礎(chǔ)，擴(kuò)充了面向?qū)ο蠛涂梢暬拈_(kāi)發(fā)手段，使得Delphi有能力與VB相抗衡。Delphi適用于應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件等軟件的開(kāi)發(fā)。CC語(yǔ)言是美國(guó)電報(bào)與電話公司為了實(shí)現(xiàn)UNIX系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想而發(fā)展起來(lái)的語(yǔ)言工具。其特點(diǎn)是兼顧了高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，既提供了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，又帶有低級(jí)語(yǔ)言的接口C++C++語(yǔ)言是在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上為支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)而研制的一個(gè)通用目的的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它可以用于編寫(xiě)從簡(jiǎn)單的交互程序到高度成熟和復(fù)雜的工程科學(xué)中的任何程序，目前流行的版本是MSVC++、BorlandC++BuilderJavaJava語(yǔ)言于1991年在SunMicrosystems公司設(shè)計(jì)出來(lái)，源于對(duì)獨(dú)立平臺(tái)的語(yǔ)言需求。這種語(yǔ)言可創(chuàng)建嵌入各種(具有不同CPU的)電器設(shè)備(如微波爐等)的軟件，其特點(diǎn)是可移植、跨平臺(tái)，正好迎合了Internet的需要。標(biāo)記語(yǔ)言HTML(HyperTextMarkupLanguage)、XML(eXtensibleMarkupLanguage)都屬于語(yǔ)言，但它們都沒(méi)有傳統(tǒng)語(yǔ)言的基本控制結(jié)構(gòu)和復(fù)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(yè)的數(shù)據(jù)和格式。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)就是在具體計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的系統(tǒng)軟件，用戶用它來(lái)建立、管理、維護(hù)、使用數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的作用是管理數(shù)據(jù)庫(kù)。一般具有：建立數(shù)據(jù)庫(kù)、編輯、修改、增刪數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容等對(duì)數(shù)據(jù)的維護(hù)功能：對(duì)數(shù)據(jù)的檢索、排序、統(tǒng)計(jì)等使用數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)編程語(yǔ)言；允許多用戶同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)；提供數(shù)據(jù)獨(dú)立性、完整性、安全性的保障。4.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

不同的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是以不同方式將數(shù)據(jù)組織到數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)型結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)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(kù)管理系統(tǒng)有Access、VisualFoxPro、SQLServer、Oracal、SyBase和MySQL等。服務(wù)性程序是一類輔助性的程序，是為了幫助用戶使用和維護(hù)計(jì)算機(jī)，向用戶提供服務(wù)性手段而編寫(xiě)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(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理程序等。4.2.4服務(wù)性程序

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中，除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件都稱為應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家或軟件公司為支持某一應(yīng)用領(lǐng)域、解決某個(gè)實(shí)際問(wèn)題而專門(mén)研制的應(yīng)用程序，包括科學(xué)計(jì)算類軟件、工程設(shè)計(jì)類軟件、數(shù)據(jù)處理類軟件、信息管理類軟件、自動(dòng)控制類軟件、情報(bào)檢索類軟件等。

4.3應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件面向?qū)嶋H問(wèn)題，為人們提供了高效、便捷的解決手段。字處理軟件是使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)文字編輯工作的應(yīng)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(duì)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(lái)完成數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算、分析、制表、統(tǒng)計(jì)，并能生成各種統(tǒng)計(jì)圖形。。4.3.2表格處理軟件聲音軟件