第3章-計算機軟件系統(tǒng)

第3章

計算機軟件系統(tǒng)

主要內(nèi)容3.1軟件的定義與分類3.2操作系統(tǒng)3.3程序設(shè)計語言3.4軟件開發(fā)與軟件工程要求1．了解和掌握軟件的定義與分類2．掌握計算機操作系統(tǒng)的概念、特征及類型3.了解和掌握計算機語言的分類及語言處理程序的概念4．了解軟件開發(fā)和軟件工程的基本概念3.1軟件的定義與分類

計算機系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)

硬件是指有形的物理設(shè)備，是計算機系統(tǒng)中實際物理裝置的總稱。

軟件是指在硬件上運行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔。硬件是軟件的工作基礎(chǔ)，軟件是硬件功能的擴充和完善。兩者相互依存，相互促進。軟件與硬件的結(jié)合，構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)。 3.1.1軟件的定義運算器服務(wù)程序計算機系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件控制器硬件主機外部設(shè)備外存儲器中央處理器內(nèi)存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備操作系統(tǒng)程序設(shè)計語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件、硬件和用戶的關(guān)系硬件的能力非常有限，只是速度極高而已沒有軟件，硬件幾乎什么任務(wù)也完成不了BasicInput/OutputSystem硬件BIOS操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)信息處理任務(wù)處理結(jié)果從用途對計算機軟件分類系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件是用于對計算機進行資源管理、支持應(yīng)用軟件開發(fā)和維護、便于用戶使用計算機而配置的各種程序。應(yīng)用軟件是計算機系統(tǒng)支持下的所有面對實際問題和具體用戶群的專門軟件的總稱。按照應(yīng)用軟件的開發(fā)方式和適用范圍，應(yīng)用軟件可再分為兩類：定制軟件和通用應(yīng)用軟件3.1.2軟件的分類通用應(yīng)用軟件的類別與功能類別功能流行軟件舉例數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行收集、存儲、分析、檢索等Matlab、Origin等文字處理軟件文本編輯、文字處理、桌面排版等Word、AdobeAcrobat、WPS、FrontPage等表格處理軟件表格定義、數(shù)值計算和統(tǒng)計、繪圖等Excel等計算機輔助工程應(yīng)用軟件借助計算機進行工程設(shè)計、制造、測試、集成等AutoCAD等圖形圖像軟件圖像處理、幾何圖形繪制、動畫制作等Photoshop、CorelDraw、3DSMAX等媒體播放軟件播放各種數(shù)字音頻和視頻文件MediaPlayer、RealPlayer、Winamp等網(wǎng)絡(luò)通信軟件電子郵件、聊天、IP電話等OutlookExpress、MSN、QQ、ICQ等信息檢索軟件在數(shù)據(jù)庫和因特網(wǎng)中查找需要的信息Google，天網(wǎng)，百度等游戲軟件游戲、教育和娛樂棋類游戲、撲克游戲等從軟件知識產(chǎn)權(quán)對軟件進行分類商品軟件（付費、軟件許可證）共享軟件(shareware)具有版權(quán)，可免費試用一段時間，允許拷貝和散發(fā)（但不可修改），過了試用期若還想繼續(xù)使用，就得交一筆注冊費，成為注冊用戶。自由軟件(freeware)（開放源代碼軟件）用戶可共享，并允許隨意拷貝、修改其源代碼，允許發(fā)行和自由傳播。但是，對軟件源代碼的任何修改都必須向所有用戶公開，還必須允許此后的用戶享有進一步拷貝和修改的自由。自由軟件的重大意義3.2操作系統(tǒng)3.2.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)是一組對計算機資源進行控制與管理的系統(tǒng)化程序集合操作系統(tǒng)負責對計算機的各類資源進行統(tǒng)一控制、管理、調(diào)度和監(jiān)督，合理的組織計算機的工作流程，其目的是提高各類資源利用率，并能方便用戶使用，為其他軟件的開發(fā)提供必要的服務(wù)和相應(yīng)的接口計算機硬件虛擬計算機操作系統(tǒng)的重要作用兩項主要作用：

1.通過資源管理，提高計算機系統(tǒng)的效率

2.改善人機界面，向用戶提供友好的工作環(huán)境其它輔助功能：輔導(dǎo)用戶操作（幫助功能）顯示系統(tǒng)狀態(tài)處理軟硬件錯誤保護系統(tǒng)安全3.2.2操作系統(tǒng)的特征與功能操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性(concurrency)：指在計算機系統(tǒng)中存在著許多并發(fā)運行的活動。共享性(sharing)：系統(tǒng)中各個并發(fā)活動要共享計算機系統(tǒng)中的各種軟、硬件資源。虛擬性(virtual)：虛擬性是操作系統(tǒng)中的重要特征，所謂虛擬性是指把物理上的一臺設(shè)備變成邏輯上的多臺設(shè)備，并且使得每個用戶都感覺是“獨占”計算機。不確定性(non-determinacy)3.2.2操作系統(tǒng)的特征與功能(續(xù))操作系統(tǒng)的功能微處理器管理存儲管理（補充：虛擬存儲器）設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理控制基本的輸入/輸出操作分配系統(tǒng)中的資源管理存儲器空間虛擬存儲管理技術(shù)虛擬存儲管理技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，虛擬存儲器就是由主存、外存以及Cache組成的存儲系統(tǒng)。它的主要功能是從邏輯上擴充內(nèi)存的容量。它可以對存儲空間進行擴充，使應(yīng)用程序的存儲空間不受實際存儲容量大小的限制。引入虛擬存儲器的原因：引入虛擬存儲器主要是為了解決內(nèi)存空間不足的問題。由于主存的容量小，以至于很多大型的軟件無法調(diào)入主存運行，一個較大的程序，先存放在外存儲器上，當需要的時候把其一部分調(diào)入主存，另外一部分還在外存儲器上，操作系統(tǒng)根據(jù)一定的調(diào)度算法來將程序調(diào)入調(diào)出，用外存來模擬主存，形成一個邏輯上很大的主存地址空間。在我們看來，好像是主存的容量被擴充了。這樣的存儲器系統(tǒng)可以擁有主存的速度和外存的容量，使得大型的軟件也可以在較小容量的存儲器中運行。3.2.3操作系統(tǒng)的類型批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)微型計算機操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)3.2.4常用操作系統(tǒng)介紹MS-DOSWindows操作系統(tǒng)Windows9X(Windows95/Windows98/Windows98SE/WindowsME)WindowsNT4.05.0Windows2000(Professional/Server/Advancedserver/DatacenterServer)WindowsXPWindowsServer2003WindowsVISTAWindows7OS/2Unix操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)1.Windows操作系統(tǒng)2.UNIX操作系統(tǒng)3.Linux操作系統(tǒng)4.OS/2操作系統(tǒng)3.2.4常用操作系統(tǒng)介紹3.3程序設(shè)計語言3.3.0什么是程序設(shè)計語言？什么是程序？程序是為了用計算機解決某個問題而采用程序設(shè)計語言編寫的一個指令序列。什么是程序設(shè)計語言？語言的目的是用于通信程序設(shè)計語言用于人與計算機之間的通信程序設(shè)計語言是由人使用但計算機可以理解的一種語言程序設(shè)計語言用于編制程序，表達需要計算機完成什么任務(wù)和怎樣完成任務(wù)，然后交給計算機去完成程序設(shè)計語言填補了

人與計算機交流的鴻溝計算機硬件僅僅知道0和1有問題需要計算機解決的人交流的鴻溝計算機硬件僅僅知道0和1有問題需要計算機解決的人程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言（ComputerLanguage）是指人與計算機之間通訊的語言，又稱為計算機語言。計算機語言分為低級語言和高級語言兩類低級語言包括：機器語言、匯編語言。其中機器語言是硬件唯一能直接理解的語言高級語言是指更接近于人們?nèi)粘Ｊ褂玫臅嬲Z言、用來編制程序的語言3.3.1程序設(shè)計語言的發(fā)展3.3.2機器語言機器語言機器語言是用二進制代碼表示的計算機能直接識別和執(zhí)行的一種機器指令的集合。優(yōu)點：直接執(zhí)行，速度快缺點：兼容性差，不直觀，編寫煩瑣，難以記憶不同的機器語言程序，相互不兼容例如：計算機8+10的結(jié)果①

將8放入某段內(nèi)存單元②將10與這段內(nèi)存單元中的8相加，結(jié)果仍放在這段內(nèi)存單元中①

1011000000001000②

0000010000001010

例：機器語言程序在MIPS計算機上求最大共約數(shù)（GCD）的機器程序（16進制表示）MISP計算機的每條機器指令均為32個二進位，用8個16進制數(shù)表示匯編語言：使用助記符代替指令代碼，稱為匯編語言。例：計算8+10的結(jié)果

MOVAL8；

ADDAL10匯編語言源程序目標程序匯編計算結(jié)果匯編程序執(zhí)行初始數(shù)據(jù)匯編程序執(zhí)行流程3.3.3匯編語言優(yōu)點：操作數(shù)直接使用十進制程序相對容易理解缺點：大型程序難以開發(fā)依賴于具體計算機高級語言：與自然語言接近并能為計算機所接受的語意確定、規(guī)則明確、自然直觀和通用易學的計算機語言。例如：PI=3.1415926Inputrs=PI*r*rPrint“Area=“;sEnd使用BASIC語言，計算圓面積的程序MOVAX383MOVBX545ADDBXAXMOVAX1055SUBAXBX匯編語言程序S=1055-(383+545)3.3.4高級語言常用的計算機高級語言BASIC語言PASCAL語言FORTRAN語言通用編程語言C/C++Java語言LISP語言和PROLOG語言……1.FORTRAN語言2.ALGOL語言3.Java語言4.C語言和C++語言作用：把匯編語言源程序或高級語言源程序轉(zhuǎn)變成計算機可執(zhí)行的機器語言。按照不同的翻譯處理方法，翻譯程序有三類：1.匯編程序(Assembler)：將匯編語言翻譯成機器語言。2.解釋程序(Interpreter)[口譯]：解釋程序能夠把高級語言程序逐句翻譯成機器指令并執(zhí)行。其算法簡單但執(zhí)行過程較慢，通常用于交互方式工作，能節(jié)省機器存儲空間。3.編譯程序(Compiler)[筆譯]：將整段程序進行翻譯，把高級語言源程序翻譯成等價的機器語言目標程序，然后連接運行。目標程序運行速度快，但編譯需用時且目標程序需占用一定存儲空間。3.3.5語言處理程序編譯程序與解釋程序的區(qū)別解釋：解釋器直接解釋并且執(zhí)行源語言程序，不產(chǎn)生目標程序（相當于“口譯”）編譯：把源程序編譯為機器語言目標程序后，再由計算機運行（相當于“筆譯”）源程序目標程序編譯器計算機編譯方式計算機源程序解釋器解釋方式BASIC、VisualBasic、VBScript、Java、JavaScript等都是解釋執(zhí)行的語言C、C++等都是需要編譯的語言

3.4軟件開發(fā)與軟件工程3.4.0計算機軟件的發(fā)展程序設(shè)計階段（1946-1956）匯編語言、機器語言、個體勞動程序系統(tǒng)階段（1956-1968）高級語言、小集團合作軟件工程階段（1968-至今）工程化生產(chǎn)、使用數(shù)據(jù)庫、開發(fā)環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)，分布式、面向?qū)ο蠹夹g(shù)3.4.1軟件危機與軟件工程軟件危機軟件開發(fā)所需的高成本同產(chǎn)品的低質(zhì)量之間有著尖銳的矛盾，這就是所謂的“軟件危機”。軟件危機的表現(xiàn)對軟件開發(fā)成本和估計不很準確用戶對“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意軟件產(chǎn)品質(zhì)量靠不住軟件常常不可維護軟件通常沒有適當?shù)奈臋n資料軟件成本在計算機系統(tǒng)總成本中所占比例逐年上升軟件開發(fā)生產(chǎn)率的提高，遠遠跟不上硬件發(fā)展速度軟件工程是指導(dǎo)計算機軟件開發(fā)和維護的工程學科

1產(chǎn)生背景：軟件規(guī)模加大，成本提高

2軟件危機：開發(fā)和維護過程中遇到的系列嚴重問題，不僅僅是“不能正常運行”的軟件才具有，幾乎所有的軟件都不同程度的存在問題

3研究內(nèi)容：如何應(yīng)用科學理論和工程上的技術(shù)來指導(dǎo)大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)

4最終目的：以較低成本研制出較高質(zhì)量的軟件

5常用軟件工程方法：生命周期法、原型法注1：1968年北大西洋公約組織提出“軟件工程”的概念注2：分技術(shù)措施及組織管理措施兩個方面來解決軟件危機3.4.1軟件危機與軟件工程軟件從被提出開始研制至軟件最終被廢棄不再使用為止的全過程，稱為軟件生命期。軟件工程的