第3章 计算机软件系统

1、苏州大学计算机科学与技术学院苏州大学计算机科学与技术学院第第3章章 计算机软件系统计算机软件系统苏州大学苏州大学目录目录计算机软件概述操作系统算法123程序设计语言4苏州大学苏州大学3.1计算机软件概述计算机软件概述苏州大学苏州大学l 软件是指程序、与程序相关的数据和文档的集合。l 软件往往是看不见、摸不着的，与硬件相比具有许多不同的特性：n 不可见性n 适用性n 依附性n 复杂性n 无磨损性n 易复制性n 不断演变性n 有限责任n 脆弱性3.1.1计算机软件的概念及特性计算机软件的概念及特性苏州大学苏州大学按照不同的原则和标准，可以将软件划分为不同的种类。通常从应用的角度出发，将软件划分为系

2、统软件和应用软件两大类。1系统软件 指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件的开发和运行，或者为用户管理和使用计算机提供方便的一类软件。包括：（1）操作系统（2）程序设计语言和语言处理程序（3）数据库管理程序（4）常用的实用程序3.1.2计算机软件的分类计算机软件的分类苏州大学苏州大学2应用软件l 指在不同的应用领域中，为解决各类问题而编写的程序，它是直接面向用户需求的一类软件。l 按照应用软件的开发方式和适用范围，可将其分为通用应用软件和定制应用软件两类。3.1.2计算机软件的分类计算机软件的分类苏州大学苏州大学通用应用软件的主要类别和功能通用应用软件的主要类别和功能类别功能主流软件文字处

3、理软件文本编辑、处理、图文混排等WPS、Word、WordPerfect、FrontPage等电子表格软件表格定义、数值计算、绘制图表等Excel等演示软件幻灯片制作与播放PowerPoint等图形图像软件图像处理、图形绘制、动画制作等AutoCAD、Photoshop、CorelDraw、3DS MAX等网络通信软件电子邮件、聊天、IP电话等Outlook Express、MSN、QQ等媒体播放软件播放各种数字音频和视频文件Windows Media Player、RealPlayer、暴风影音、千千静听、Itunes、Winamp等信息检索软件在网络中查找信息百度、google等苏州大学苏

4、州大学3系统软件与应用软件的关系l 软件是在硬件基础上对硬件功能的扩充与完善。软件又分为若干层，内层软件是对计算机硬件功能的完善和扩充，外层软件是对内层软件的进一步完善和扩充。3.1.2计算机软件的分类计算机软件的分类苏州大学苏州大学1软件的授权方式（1）商品软件（2）自由软件（3）免费软件（4）共享软件（5）公共软件2软件的保护条例（1）专利法（2）著作权法（3）商业秘密法（4）计算机软件保护条例3.1.3计算机软件的保护计算机软件的保护苏州大学苏州大学3.2操作系统操作系统苏州大学苏州大学1 1操作系统的概念操作系统的概念 操作系统是一些程序模块的集合。它们能以尽量有效、合理操作系统是一些

5、程序模块的集合。它们能以尽量有效、合理的方式管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织的方式管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，为应用程序的开发和运行提供一个高效的平台，计算机工作流程，为应用程序的开发和运行提供一个高效的平台，同时为用户提供一个功能完善、使用方便、可扩展、安全和可管同时为用户提供一个功能完善、使用方便、可扩展、安全和可管理的工作环境和友好的接口。理的工作环境和友好的接口。 3.2.1操作系统概述操作系统概述苏州大学苏州大学2 2操作系统的作用操作系统的作用（1 1）为计算机中运行的程序管理和分配各种软硬件资源）为计算机中运行的程序管理和分

6、配各种软硬件资源（2）为用户提供友善的人机界面（3）为应用程序的开发与运行提供一个高效的平台3.2.1操作系统概述操作系统概述苏州大学苏州大学3 3操作系统的引导过程操作系统的引导过程（1 1）系统加电，处理器复位，查找计算机启动指令的）系统加电，处理器复位，查找计算机启动指令的ROM BIOSROM BIOS；（2）执行BIOS中的加电自检程序(Power-On Self Test，简称POST)；（3）若自检无异常情况，CPU将继续执行BIOS中的引导装入程序，即自举程序；（4）由引导程序装入操作系统。3.2.1操作系统概述操作系统概述苏州大学苏州大学 处理机（Central Proces

7、sing Unit，CPU）是计算机系统的核心资源，它是计算机系统的运算、控制中心，其处理能力是评价整个计算机系统性能的重要指标。如何有效地对CPU进行管理和调度就成为设计操作系统时优先考虑的问题。l 处理机管理也称为进程管理。而现代的操作系统中又引入了更小的处理机资源的分配单位线程，所以处理机管理相应地变成了对线程的管理。3.2.2处理机管理处理机管理苏州大学苏州大学1进程的概念进程的概念n 进程是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。n 进程和程序之间最大的区别就是进程是动态的而程序是静态的，程序不运行时可以在外存中长期

8、存放，而进程存在的时间是短暂的。 n 一个程序可以被执行多次形成多个进程n 多个进程交替使用系统资源，提高了系统的利用率。 n 操作系统一般采用一定的进程调度算法来为各进程分配CPU时间。n 常用的进程调度算法有先来先服务（First-Come First-Served Scheduling，简称FCFS）调度算法、最短作业优先（Shortest Job First Scheduling，简称SJF）调度算法、时间片轮转（Round Robin Scheduling，简称RR）调度算法、优先级（Priority Scheduling）调度算法等等。3.2.2处理机管理处理机管理苏州大学苏州大学

9、3.2.2处理机管理处理机管理苏州大学苏州大学*2进程的状态及其转换进程的状态及其转换l 划分为最基本的三种状态（1）就绪态（ready）（2）运行态（running）（3）阻塞态（blocked）l 进程状态之间的转换主要体现为：（1）就绪态运行态（2）运行态阻塞态（3）阻塞态就绪态（4）运行态就绪态*3线程线程3.2.2处理机管理处理机管理苏州大学苏州大学1 1内存的分配与回收内存的分配与回收2 2内存保护与共享内存保护与共享3 3地址映射地址映射4 4内存扩充内存扩充 系统内存的查看系统内存的查看 虚拟内存的设置虚拟内存的设置3.2.3存储管理存储管理苏州大学苏州大学1文件文件n 文件是

10、逻辑上具有完整意义的一组相关信息的有序集合，通常被保存在外存储器上。n 计算机中的文件是按名存取的。不同操作系统的文件命名规则略有不同，但基本可分为两个部分：n 文件除了文件名外，还有文件大小、文件的物理位置、文件的时间、所有者信息、占用空间等，这些信息称为文件属性。 文件管理的任务是：实现文件的存取、检索、更新，文件存储空间的分配与回收，文件的共享和保护，并向用户提供文件操作接口。3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学2文件系统文件系统n 文件系统是操作系统中负责文件的组织、管理和存取的一组系统程序，即管理软件资源的软件。n 文件系统的功能主要有

11、：（1）实现文件的按名存取，完成从文件名到文件存储物理地址的映射；（2）文件存储空间的分配与回收。（3）对文件及文件目录的管理。（4）提供（创建）操作系统与用户的接口；（5）提供有关文件自身的服务。n 每个操作系统都至少包括一种文件系统。3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学3文件目录管理文件目录管理 文件目录是一种数据结构，用以标识系统中的文件及其物理地址，供检索时使用。（1）文件控制块n 文件控制块（File Control Block, 简称FCB）包含了管理文件和说明文件特性的全部信息，如文件名、用户名、文件的属性、文件所在的物理地址、文件的长度、文件所有者名、存取权限、文件建立或

12、修改的日期等。n 操作系统通过建立文件控制块来管理文件。3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学（2）树形目录结构n Windows操作系统中采用树形目录结构。3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学（3）目录路径 “目录路径”就是在文件系统中确定一个文件位置的唯一方法。一般有两种方式：n 绝对路径n 相对路径3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学4文件的操作文件的操作（1）文件操作的基本内容n 对文件目录的操作n 对文件整体的操作n 对文件内容存取的操作（2）文件操作的基本方法n 命令接口n 编程接口3.2.4文件管理文件管理苏州大学苏州大学1设备管理的功能设备管理的功能（1）提供和

13、进程管理系统的接口。（2）进行设备分配。（3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。（4）进行缓冲区管理。 设备管理的主要任务就是管理各种外部设备，完成用户提出的I/O请求、为用户分配I/O设备、提高CPU和I/O设备的利用率、提高I/O速度、方便用户使用I/O设备。3.2.5设备管理设备管理苏州大学苏州大学2设备管理提供的服务设备管理提供的服务 操作系统的设备管理为用户提供了以下服务，简化用户使用和管理外设：（1）设备驱动程序（2）即插即用（3）热拔插（4）集中统一管理3.2.5设备管理设备管理苏州大学苏州大学1DOS操作系统操作系统n DOS是磁盘操作系统（Disk Operati

14、on System）的简称，是一个单用户单任务操作系统。 n 在1981年由美国微软公司和IBM公司联合研制而成，从1981年直到1995年的15年间，DOS操作系统在IBM PC兼容机市场中占有举足轻重的地位，连续推出了十几个版本，典型的有DOS 3.x和DOS 6.x。 2Windows操作系统操作系统n Windows操作系统是美国微软公司在DOS基础上发展起来的一种采用图形用户界面（GUI）的操作系统。n 1985年微软推出Windows 1.0。 n Windows 3.1及以前版本均为16位系统 。n 1995年推出的Windows 95是一个完整的集成化的32位操作系统。n Wi

15、ndows 2000被誉为迄今为止最稳定的操作系统。n 2001年微软公司发布了Windows XP操作系统。n 2009年微软公司发布了最新的Windows 7操作系统。 3.2.6常用操作系统简介常用操作系统简介苏州大学苏州大学3UNIX和和Linux操作系统操作系统l UNIX操作系统操作系统n UNIX是一个强大的多用户、多任务操作系统。n 最早由KenThompson、DennisRitchie和DouglasMcIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。 n UNIX系统现在是工作站、小型机和中型机及其以上计算机系统的主流操作系统 。l Linux操作系统操作系统n

16、 Linux操作系统是UNIX操作系统的一种克隆系统，也是一种多用户多任务分时操作系统。n Linux是最受欢迎的自由电脑操作系统内核。n 它的最大优点是源代码公开，可免费使用，因此非常适合学生学习和在此基础上进行二次开发。 n Linux已成为了最受瞩目的操作系统之一，尤其在网络服务器端的应用在市场占有的份额也越来越高。3.2.6常用操作系统简介常用操作系统简介苏州大学苏州大学4手机操作系统手机操作系统（1）iOSn 苹果iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统 。主要供iPhone、iPod touch以及iPad使用，最早于2007年6月发布。 n iOS最大的特点是“封闭”，苹果公司要

17、求所有对系统作出更改的行为（包括下载音乐、安装软件等等）都要经由苹果自有的软件来操作。n iOS系统打破了原有操作系统的概念，开创性的内置了两个关键的应用程序：Itunes和AppStore，用户可以通过手机中的Itunes购买歌曲和视频，可以通过AppStore购买软件。 3.2.6常用操作系统简介常用操作系统简介苏州大学苏州大学4手机操作系统手机操作系统（2）Androidn Android中文音译为安卓、安致。是由美国Google公司于2007年11月发布的基于Linux平台的开源手机操作系统，主要用于便携设备，如智能手机和平板电脑。 n 2012年11月数据显示，Android占据全球

18、智能手机操作系统市场76%的份额，中国市场占有率为90%。n Android系统最大的特点是“开放”，它采用了软件堆层的架构，主要分为三部分，底层Linux内核只提供基本功能，其他的应用软件则由各公司自行开发 。 3.2.6常用操作系统简介常用操作系统简介苏州大学苏州大学4手机操作系统手机操作系统（3）SymbiannSymbian中文音译为塞班，是一个曾经统治智能手机市场数年的操作系统。它是一个实时性、多任务的纯32位操作系统。nSymbian系统对多媒体的支持是其最主要的软肋。n由于苹果、谷歌等操作系统的崛起，Symbian系统的市场逐渐被蚕食。（4）Windows Phone nWind

19、ows Phone是微软发布的一款手机操作系统。n2012年6月21日，微软正式发布最新手机操作系统Windows Phone 8，采用了和Windows 8相同的内核。 nWindows Phone系统最大的特点仍然是内置微软的明星产品。 （5）Blackberry OSnBlackberry OS由Blackberry（黑莓）手机制造商加拿大RIM公司开发，是一个仅用于黑莓手机的操作系统，是唯一一个从未预装到黑莓以外手机上的系统，而且黑莓手机也是唯一一个从未预装Blackberry OS以外系统的手机。 3.2.6常用操作系统简介常用操作系统简介苏州大学苏州大学3.3算法算法苏州大学苏州大

20、学l 所谓算法是指对特定问题求解步骤准确而完整的描述。l 算法不等于程序，也不等于计算方法。l 算法的表示可以有多种形式，如文字说明、流程图、伪代码和程序设计语言。l 【例3-1】某学术交流会征文共收到150篇论文，每篇论文已经由专家进行了评分，要求将得分在85分以上的论文编号和分数输出。3.3.1算法的定义算法的定义苏州大学苏州大学l 例3-1为采用文字描述算法的方式，如果采用C语言描述则主要代码如下：3.3.1算法的定义算法的定义苏州大学苏州大学l 算法一般应具有以下几个基本特征：（1）能行性能行性是指算法中的每一个步骤必须是能实现的，并且能够达到预期的目的。（2）确定性确定性是指算法中的

21、每一个步骤必须有明确的含义，不能产生二义性，对于相同的输入只能得出相同的输出结果。 （3）有穷性有穷性是指算法必须在有限的时间内做完，即算法必须在执行有限个步骤之后终止。 （4）输入一个算法有零个或多个输入，是算法开始前的初值。 （5）输出一个算法有一个或多个输出，是算法在执行若干个步骤之后得到的结果。3.3.1算法的定义算法的定义苏州大学苏州大学1算法中对数据的运算和操作算法中对数据的运算和操作 在一般的计算机系统中，基本的运算和操作有以下四类：（1）算术运算：主要包括加、减、乘、除等运算；（2）逻辑运算：主要包括“与”、“或”、“非”等运算；（3）关系运算：主要包括“大于”、“小于”、“等

22、于”、“不等于”等运算；（4）数据传输：主要包括赋值、输入、输出等操作。2算法的控制结构算法的控制结构n 算法中各操作之间的执行顺序称为算法的控制结构。n 一个算法一般都可以由顺序、选择、循环三种基本控制结构组合而成。*3.3.2算法的基本要素算法的基本要素苏州大学苏州大学1列举法列举法2归纳法归纳法3递推递推4递归递归5减半递推技术减半递推技术6回溯法回溯法 *3.3.3算法设计基本方法算法设计基本方法苏州大学苏州大学评价一个算法优劣的主要标准是算法复杂度，主要包括：1算法的时间复杂度算法的时间复杂度 指执行算法所需要的计算工作量。2算法的空间复杂度算法的空间复杂度 指执行这个算法所需要的内

23、存空间。 *3.3.4算法的复杂度算法的复杂度苏州大学苏州大学3.4程序设计语言程序设计语言苏州大学苏州大学l 程序设计语言n 程序n 程序设计n 程序设计语言l 根据程序设计语言与计算机硬件的联系程度将其分为3类n 机器语言n 汇编语言n 高级语言l 前两类依赖于计算机硬件，有时统称为低级低级语言；而高级高级语言与计算机硬件依赖关系较小。 3.4.1程序设计语言分类程序设计语言分类苏州大学苏州大学1机器语言机器语言n 是一种面向机器的语言，它是最底层的计算机语言。n 机器语言程序中的每条机器指令都是二进制形式的指令代码。n 对于不同的计算机硬件（主要指CPU），其机器语言是不同的。n 例如，

24、完成51+53加法题的机器语言程序由10110000 00110011 10110010 00110101 00000000 11000010六个二进制指令代码所组成。n 特点：执行效率比较高，能充分发挥计算机的速度性能。但是，用机器语言编写程序的难度比较大，容易出错，而且程序的直观性差，也不容易移植。3.4.1程序设计语言分类程序设计语言分类苏州大学苏州大学2汇编语言汇编语言n 为了克服机器语言的缺点，汇编语言用助记符来代替机器指令的操作码和操作数n 例如，51+53加法题的汇编语言程序为：MOV AX, 33HMOV BX ,35HADD BX ,AXn 特点：比机器语言直观，容易理解和记

25、忆。仍然依赖于计算机硬件，程序的可读性和可移植性差。3.4.1程序设计语言分类程序设计语言分类苏州大学苏州大学3高级语言高级语言n 是一类面向问题或面向对象的语言，它并不面向机器n 例如，若要计算51+53，并把结果赋给变量a，在C语言中可将它表示成 a=51+53n 特点：易学、易用、易维护，人们可以更有效、方便地利用它来编写各种用途的计算机程序。且独立于具体的计算机硬件，通用性和可移植性更好。3.4.1程序设计语言分类程序设计语言分类苏州大学苏州大学1Basic、Visual Basic和和Visual Basic.NETn Basic的英文含义是“初学者通用符号指令代码” 。n Basi

26、c语言的第一个版本是在1964年由美国达尔摩斯学院的基本尼和科茨完成设计并提出的。n 多年来常用的BASIC语言版本有：BASIC、WBASIC、Turbo BASIC、Quick BASIC、QBASIC、Visual BASIC等。 n Visual Basic（简称VB）是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具，它源自于Basic编程语言，是当今世界上使用最广泛的编程语言之一。 n Visual Basic.NET是基于微软.NET Framework之上的面向对象的中间解释性语言，可以看作是Visual Basic在.Net Framework平台上的升级版本，

27、支持许多新的或改进的面向对象语言功能。 3.4.2常用程序设计语言简介常用程序设计语言简介苏州大学苏州大学2C、C+和和C#n Dennis M. Ritchie于1972 年在BCPL语言的基础上研制成了 C语言。n 1983年美国国家标准化协会（ANSI）根据C语言问世以来的各种版本，对C语言的发展和扩充制定了新的标准，称为ANSI C。 n C+是在C语言的基础上发展而来，它是一种优秀的面向对象程序设计语言，与C语言相比更容易为人们学习和掌握，在计算机科学的各个领域得到了广泛的应用。n C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上、主要从C和C+继承而来的高级程序设计语言。 3.4.2常用程序设计语言简介常用程序设计语言简介苏州大学苏州大学3Javan Java是在1995年由Sun Microsystems公司开发的面向对象的程序设计语言，主要为网络应用开发使用。4Fortrann Fortran语言是世界上第一个被正式推广使用的高级语言。它于1954年提