第三部分 计算机软件系统

1、计算机软件系统计算机系统操作系统程序=算法+数据结构计算机系统的概念1硬件系统说硬件系统说 计算机系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这5个部件组成的。这种说法其实仅针对计算机的硬件而言，比较片面。计算机系统的概念2硬件与软件结合说硬件与软件结合说 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件构成计算机系统的物理存在，软件则是计算机系统的灵魂。 计算机系统计算机系统计算机软件计算机软件计算机硬件计算机硬件输出设备输出设备输入设备输入设备存储器存储器控制器控制器运算器运算器程序程序数据数据文档文档计算机系统是由硬件和软件组成的，两者缺一不可！计算机系统是由硬件和软件组成的，

2、两者缺一不可！计算机系统的概念l 软件：是计算机可以运行的各种程序、数据及其相关文档的总和。l 程序：是软件的主体，是各种计算机任务的处理对象和处理规则的描述，是指令序列的符号表示，一般保存在存储介质（如硬盘和光盘）中。l 数据：程序运行过程中需要处理的对象和必须使用的一些参数（如三角函数表、英汉词典等）。l 文档：与程序开发、维护及操作有关的一些技术资料（如设计报告、使用指南和维护手册等），是为了便于了解程序所需的阐明性资料，文档对于使用和维护软件尤其重要。 计算机系统的概念3广义系统说广义系统说 计算机系统是由 人员（people）、 数据（data）、 设备（equipment）、 程序

3、（program）和 规程（procedure）5个部分组成的，只有把它们有机地结合在一起，才能完成各种任务。 程序程序设备设备规程规程数据数据人员人员计算机软件的分类按照不同的标准，可以将软件划分为不同的种类。按产权按产权性质性质商品软件商品软件 共享软件共享软件 自由软件自由软件按软件按软件用途用途系统软件系统软件应用软件应用软件计算机软件的分类系统软件软件系统应用软件 操作系统语言处理程序数据库管理系统服务性程序Office组件工具软件用户程序 从应用的角度出发（软件用途），计算机软件可以分为系统软件和应用软件。 计算机软件的分类u 系统软件系统软件 系统软件是管理、监控和维护计算机资源

4、（包括硬件和软件）的软件，使得它们可以协调工作。u 应用软件应用软件 应用软件是为了某种特定的通途而开发的软件。由于计算机应用已经渗透到社会生活的各个方面，因而计算机的应用软件也是多种多样的，一般包括通用应用软件和定制应用软件。 通用应用软件的类别和功能类别类别功能功能举例举例文字处理文本编辑、文字处理、桌面排版等WPS、Word、FrontPage等电子表格表格定义、计算和处理等Excel等图形、图像图像处理、几何图形绘制、动画制作等AutoCAD、Photoshop、3D Max、CoreDraw等演示、简报幻灯片、演讲报告制作等Powerpoint等媒体播放播放各种数字音频和视频文件Wi

5、ndows Media Player、Real Player、暴风影音、千千静听等网络通信电子邮件、聊天、IP电话、网络文件管理、浏览等Outlook Express、MSN、QQ、Mail等图像浏览工具查看图像等ACDSee等网络电视播放网络视频等PPS、PPTV、PPlive、UUSee等各类软件的层次应用程序（用户）语言处理程序数据库管理系统服务性程序操作系统裸机n 所谓层次关系指的是内层软件向外层软件提供服务，外层软件在内层软件的支持下才能运行。 n 系统软件支持应用软件的开发和运行；应用软件处在软件系统的最外层，直接面向用户，为用户服务。计算机软件的分类 如果按照软件权益的处置方式（

6、产权性质）来进行分类，可以分为：商品软件、共享软件和自由软件。 u商品软件商品软件 作为商品进行交易的软件，版权严格，用户需要付费才可以在授权范围内使用。 u共享软件共享软件（也称为试用软件）（也称为试用软件） 具有版权，可免费试用一段时间，允许拷贝和散发（但不可修改），试用期满后需交费才能继续使用。u自由软件自由软件 （开放源代码软件）开放源代码软件） 用户可共享，并允许随意拷贝、修改其源代码，允许销售和自由传播。但是，对软件源代码的任何修改都必须向所有用户公开，还必须允许此后的用户享有进一步拷贝和修改的自由。操作系统的概念n 操作系统是管理计算机的资源，组织计算机的工作流程以及方便用户使用

7、的程序集合。也就是说，操作系统是计算机系统资源的管理者和指挥者。n 操作系统是计算机中最重要的，也是核心的系统软件，它是其它系统软件及应用软件运行的基础。操作系统的基本特征（1）并发性 并发是指在计算机系统中可以同时运行多个程序。 （2）共享性 共享是指多个用户的程序可以共同使用计算机系统的资源。 （3）虚拟性 虚拟性指操作系统可以把一台物理设备变成若干个逻辑上 的对应设备。 （4）异步性 异步性又称不确定性，不确定性是与确定性相互依存的。 操作系统的主要作用（1）是用户和计算机硬件之间的接口 （2）是计算机系统资源的管理者 （3）为用户提供友善的人机界面 操作系统虚拟机操作系统虚拟机 硬件硬

8、件 操作系统操作系统其他系统软件其他系统软件应用软件应用软件各类用户各类用户操作系统的启动过程ROMBIOS硬硬 盘盘RAM 执行自举装入程序执行自举装入程序执执行行引引导导程程序序序序读读出出引引导导程程CPU 执行执行加电自检程序加电自检程序 装入引导程序装入引导程序 装入操作系统装入操作系统CMOS？从从何何处处启启动动运运行行操操作作系系统统显示初始界面显示初始界面CMOS的设置 CMOS基本参数包括硬盘、日期/时间、启动顺序、密码以及保存等。 操作系统的主要功能u处理器管理（任务管理）处理器管理（任务管理） 处理器管理就是指CPU管理，让它有条不紊地工作。n“任务”指的是要计算机做的

9、一件事，计算机执行一个任 务通常就对应着运行一个应用程序n“单任务处理”与“多任务处理”n单任务处理：在任何时刻只允许有一个任务执行，直到该任务完成后才能启动下一个程序，任务是顺序执行的。n多任务处理：允许计算机同时执行多个任务，任务是并发执行的。n多任务处理的优点：n大大提高了用户的工作效率n大大提高了计算机的使用效率前台任务与后台任务l 前台任务：当多个任务都在运行时，其中只有一个任务正在被用户直接操作，这个任务称为前台任务，该任务对应的屏幕窗口称为活动窗口。l 后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务，与之相应的屏幕窗口是非活动窗口。 l 前台任务与后台任务的区别：l前台任务对应

10、的窗口(活动窗口)位于其它窗口的前面l活动窗口的标题栏与非活动窗口颜色不同Windows任务管理器 利用Windows任务管理器查看系统中任务的运行状态、CPU的使用率、内存的使用状况等。l“应用程序”选项卡：显示当前正在运行的任务。l“进程”选项卡：显示当前正在运行的所有进程，包括正在运行的系统进程。 l“性能”选项卡：以图形的方式显示CPU和内存的使用情况。 CPU时间片轮转方法 时间CPU任务1任务2任务3任务4任务5目的：让目的：让CPUCPU轮流为所有任务服务轮流为所有任务服务操作系统的主要功能u存储管理存储管理 所谓存储管理主要是指对内存的管理，将有限的内存空间合理地分配，以满足多

11、任务运行的需求。内内 存存 储储 器器其它计算机硬件其它计算机硬件应用程序接口应用程序接口(API)处理器处理器管理管理文件文件管理管理存储存储管理管理文件系统，网络通信程序文件系统，网络通信程序设备驱动程序设备驱动程序设备设备管理管理窗口窗口管理管理应用应用 程序程序1应用应用 程序程序2应用应用 程序程序3用户用户 接口外壳接口外壳应用应用 程序程序k用用 户户操操 作作 系系 统统正在运行正在运行的应用程的应用程序序内存的扩充n 虚拟存储技术（即虚拟内存技术，简称虚存）。n 虚拟存储技术的核心思想就是把内存与外存有机的结合起来使用，利用外存空间来弥补实际内存空间，从而得到一个容量很大的“

12、内存”。n 虚拟存储技术实现的基本思想是：当一个任务启动并向内存装入程序和数据时，只将当前要执行的一部分程序和数据装入内存，其余部分放在外存的虚拟空间中，然后开始执行程序。当需要的指令和数据不在内存中时，则由存储管理程序将所缺部分从外存的虚拟空间中调入实际内存，同时将暂时不用的部分调出到虚拟空间中，实现内存和外存虚拟空间的动态交换。虚拟存储器 用户可以使用“任务管理器”查看内存的状态。l总的物理内存大小l可用物理内存大小l总的虚拟内存大小l可用虚拟内存大小等操作系统的主要功能u文件管理文件管理 文件管理又称文件系统，计算机中的各种程序和数据均为计算机的软件资源，它们都以文件的形式存储在外存中。

13、文件管理主要是指对软件的管理，方便用户对文件进行存取和检索等。文件的概念l文件：存储在外存中的一组相关信息的集合，例如一个程序、一篇文章、一张数码相片、一个MP3歌曲、一封电子邮件等都可以是文件的内容。l文件名：为了便于区别，每个文件都有自己的名字，是文件的标识，用户可以通过文件名来使用该文件。文件名由两部分组成： .扩展名，其中文件名是文件的主要标识，不可省略，文件名最多可包含255个中文或西文字符；文件扩展名（类型名）由“.”加34个英文字母组成，可以省略。l记录：文件由若干个相关记录组成，每个记录都是一些相关信息的集合。例如：每一行程序、每一行数据等。 文件的组成 每一个文件都由2部分组

14、成：文件名等文件名等说明信息说明信息文文 件件 内内 容容 文件名和文件扩展名 文件大小(长度) 在磁盘上存放的起始位置 文件时间(创建时间、最近修改时间、最近访问时间等) 文件创建者 文件属性系统文件系统文件隐藏文件隐藏文件存档文件存档文件只读文件只读文件 压缩压缩 加密加密编制索引编制索引 文件的存储n Windows、UNIX等操作系统都采用树形目录结构，该树从根结点向下，每个结点是一个目录（或称文件夹），多次分叉的树枝是各级子目录，末端的叶结点是文件。 n 文件目录在Windows中称为文件夹。n 每个逻辑盘(物理盘或硬盘上的分区)是一个根文件夹。n 文件夹中既可包含文件，也可包含文件

15、夹 (子文件夹)，子文件夹又可存放文件和子文件夹, 形成树状多级文件夹结构。根节点和中间节根节点和中间节点都是文件夹点都是文件夹叶节点都是文件叶节点都是文件根文件夹数据应用程序P1.jpgQQ.exe01.docT1.txtPS.exe系统软件教案课件资料02.ppt03.pdf操作系统的主要功能u设备管理设备管理 设备管理是指对各种各样外部设备的管理，方便用户使用输入/输出设备（I/O）。主要包括对I/O设备的分配、启动、完成和回收。 常用操作系统简介 u Windows操作系统操作系统 Windows操作系统是一种在个人计算机上运行的系统软件，由美国微软（Microsoft）公司开发，Wi

16、ndows的原意是“窗户”、“视窗”，可以看作是一款视窗操作系统。 Microsoft Windows系列操作系统，最初是在微软给IBM机器设计的MS-DOS的基础上设计的图形操作系统。Windows提供了多任务图形界面以及统一的应用程序接口，使得在Windows环境下运行应用程序的操作大为简化。常用操作系统简介 u UNIX操作系统操作系统 UNIX操作系统是当今世界上应用较广泛的主流操作系统，它适用于小型和微型计算机领域，是一个通用的、交互式的分时操作系统。在1969年由美国Bell实验室开发研制，1972年用C语言改写，提高了它的兼容性和可读性。 UNIX系统的特点是：结构紧凑、功能强大

17、、使用方便、易于扩充、修改、维护、可移植性好、互操作性强、网络通信功能丰富、安全可靠等。常用操作系统简介 u Linux操作系统操作系统 Linux是一种“类UNIX”的操作系统。它是一种外观和性能与UNIX相同或更好的操作系统，Linux产品成功的模仿了UNIX系统和功能，但是源代码和UNIX一点关系都没有。Linux是自由软件，免费并向世人公开源代码，吸引了对该操作系统感兴趣的人们共同工作。 Linux操作系统的优势反映在网络服务器方面，其内核中包含许多网络协议，已成为网络上最普遍的服务器架构模式。Linux操作系统作为一个多用户、多任务的操作系统，支持多工作平台和多处理器。程序=算法+数

18、据结构 著名的计算机科学家沃思（N.Wirth）教授曾提出：程序=算法+数据结构。程序设计的实质是对实际问题选择一种好的数据结构，加之设计一个好的算法，而好的算法在很大程度上取决于描述实际问题的数据结构。算法u 算法的概念算法的概念n 在日常生活中，人们做事情都会按照一定的规则和步骤。n 所谓算法，就是为了解决特定问题而采取的步骤和方法，即对特定问题求解步骤的一种描述。 n 人们常说：“软件的主体是程序，程序的核心是算法”。 算法u 算法的特性算法的特性（1）确定性：算法的每个步骤都必须有确切的定义，不能含糊不清或存在歧义。（2）有穷性：算法必须保证执行有限步后能够结束。（3）可行性：算法原则

19、上应该能够被计算机执行，并得到确定的运算结果。（4）输入：一个算法有0个或多个输入，取自特定的数据对象集合。（5）输出：一个算法有1个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果，没有输出的算法是毫无意义的。算法u 算法的表示算法的表示算法描述种类算法描述种类算法描述说明算法描述说明优点优点缺点缺点自然语言日常生活中使用的语言表示通俗易懂文字冗长，不精确流程图特定的表示算法的图形符号形象、直观、逻辑结构明了在算法复杂时，难以表示清楚，容易出错伪代码介于自然语言与程序设计语言的文字与符号代码简单，结构清晰，可读性强随意性较强算法u 算法的分析算法的分析 算法分析就是衡量算法性能的过程，通过算法分析得

20、知不同算法的优劣。对算法的分析主要是对算法的时间复杂度和空间复杂度的衡量。 l时间复杂性：时间复杂性：n算法的时间复杂度即时间代价很容易理解，它是依据该算法运行时所 消耗的时间多少来决定的。 n 一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数有关。一般情况下，算法的基本操作重复执行的次数是关于问题规模n的某个函数f（n），时间复杂度不是一个精确的执行次数，而是估算的数量级。用数量级估算的方法，使用O标记算法时间复杂度的结果，记做：T（n）=O（f（n）。l空间复杂性：空间复杂性：除原始数据之外，额外占用的存储空间的大小。数据结构 n 数据结构研究如何在计算机中表示被处理的对象及对象之 间的关系，即如

21、何组织数据。n 算法的设计取决于数据的逻辑结构，算法的实现取决于数 据的存储结构。精心设计的数据结构可使算法获得更高 的时间效率或空间效率。n 数据结构包括几个方面：逻辑结构、存储结构、数据运算。数据结构 u逻辑结构逻辑结构 数据的逻辑结构是指数据元素之间的逻辑关系。 线性结构线性结构网状结构网状结构树形结构树形结构集合结构集合结构数据结构 u存储结构存储结构 数据的存储结构又称物理结构，是指逻辑结构如何在计算机内部的存储安排。 常见的有：l 顺序存储结构 数据元素按某种顺序依次存放在存储器的存储单元中，它的特点是逻辑上相邻的数据在物理位置上也相邻。 l 链接存储结构 利用地址指针来表示元素之

22、间的逻辑关系，也就是说数据所占的存储单元分为两个部分：数据本身的信息和数据后继元素所对应的存储单元的地址。 数据结构 u存储结构存储结构 （1）顺序存储结构 a2是a1的直接后继元素陈辰王平刘明李丽10011002100310041005低地址高地址a1a2a2是a1的后继元素a1a2低地址高地址陈辰李丽刘明王平10011002100310041005100410051003（2）链接存储结构 数据结构 u数据运算数据运算 定义在数据结构上的一组运算（操作）及其实现方法。常用的运算有：插入、删除、更新、检索和排序等。程序设计 计算机语言，方便人与计算机之间进行信息交流的语言，这种语言也叫程序设

23、计语言，它是编写计算机程序的重要工具。 随着计算机技术的不断发展，计算机语言也在不断的发展，一般分为机器语言、汇编语言和高级语言。 程序设计语言u机器语言机器语言n 机器语言就是计算机的指令系统n 指令是使用二进制（0和1）编码表示的n 优点：可以直接被计算机执行n 缺点：记不住、难理解、效率低、不易维护不同的机器语言程序，相互不兼容n 现在已不直接用机器语言编制程序！B8 5E 01B8 6D 0203 D8B8 7C 042B C3操作码操作数地址1条机器指令程序设计语言u汇编语言汇编语言n 用助记符号来表示机器指令中的操作符与操作数。n 优点：n操作数直接使用十进制n程序相对容易理解n 缺点：n大型程序难以开发n依赖于具体计