计算机软件课件

1、第3章 计算机软件第1页，共35页。1计算机系统的组成硬件与软件硬件是计算机的物理设备。软件是使计算机硬件能够正常工作的程序的集合。软件的分类：应用程序：使用计算机硬件来解决用户的问题。系统软件：操作系统：控制管理用户对硬件和软件的存取。语言和语言处理程序(BASIC/C/JAVA)监控和诊断程序程序库（子程序的集合）其他服务程序（编辑程序、工具软件等）第2页，共35页。2计算机系统的层次结构应用程序层实用程序层操作系统层硬件层是操作系统和上层软件赖以工作的基础，操作系统及其外层软件通过执行机器指令访问和控制各种硬件资源 操作系统层主要完成资源的调度和分配，信息的存储和保护，并发活动的协调和控

2、制等工作。操作系统是其他软件的运行基础，并为编译程序和数据库管理系统等系统程序的设计者提供了有力支撑。 实用程序层是计算机系统软件的基本组成部分，通常包括各种语言的编译程序、文本编辑程序、调试程序、连接程序等，其功能是为应用层软件及最终用户处理自己的程序或者数据提供服务。 应用程序层处于计算机系统的最外层，解决用户不同的应用问题，应用程序开发者借助于程序设计语言来表达应用问题，开发各种应用程序，既快捷又方便。而最终用户则通过应用程序与计算机交互来解决应用问题。 第3页，共35页。3用户和操作系统之间的关系：裸机（计算机硬件）操作系统应用程序用户第4页，共35页。43.1 操作系统（OS）3.1

3、.1 定义是介于计算机硬件和用户（程序或人）之间的接口。是一种使得其他程序更加方便有效执行的程序（或一组程序）。作为通用管理程序管理着计算机系统中每个部件的活动，并确保计算机系统中的硬件和软件资源能够更加有效地使用。当出现资源使用冲突时，OS应能够及时处理，排除冲突。设计目标：有效地使用硬件。容易地使用资源。第5页，共35页。53.1.2 OS的发展批处理系统：20世纪50年代目的：控制大型计算机穿孔卡片，打印机，磁带作业：每个执行的程序。程序员对系统没有控制和交互。穿孔卡片由操作员处理。如果程序运行成功，结果传给程序员，如果不成功，则报错。第6页，共35页。6分时系统：多道程序：将多个作业装

4、入存储器，并且仅当资源可用时分配给需要它的作业。分时：资源可以被不同的作业共享。每个作业可以分到一段时间来使用资源。对用户是透明的，每个用户都感觉整个系统在为自己服务。提高了计算机的使用效率。调度：给不同的程序分配资源并决定哪一个程序什么时候使用哪一种资源。进程：在存储器中等待资源的程序。第7页，共35页。7分时操作系统第8页，共35页。82.4 实时操作系统 是指使计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。第9页，共35页。92.4 实时操作系统响应时间： 指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。批处理操

5、作系统 没有分时操作系统 秒级(一般情况）实时操作系统 微秒级 甚至更小 对于特定的输入，系统能够在极短的时间内作出响应并完成对该输入请求的处理。第10页，共35页。10个人系统：单用户单任务操作系统的主要特征是，在一个计算机系统内，一次只能运行一个用户程序，此用户独占计算机系统的全部硬件和软件资源。常用的单用户单任务操作系统有MS-DOS、PC-DOS等。单用户多任务操作系统也是为单个用户服务的，但它允许用户一次提交多项任务。常用的单用户多任务操作系统有OS/2、Windows95/98系统等，这类操作系统通常用在微机系统中。第11页，共35页。11网络操作系统 网络操作系统用于对多台计算机

6、的硬件和软件资源进行管理和控制，提供网络通信和网络资源的共享功能。网络操作系统允许用户通过系统提供的操作命令与多台计算机硬件和软件资源打交道，通常用在计算机网络系统中的服务器上。最有代表性的几种网络操作系统产品是Novell公司的Netware、Microsoft公司的Windows2000 Server/WindowsXP、UNIX和Linux等。第12页，共35页。12分布式系统： 分布式系统是由多台计算机经网络连接在一起而组成的系统，系统中任意两台计算机可以通过远程调用交换信息，系统中的计算机无主次之分，系统中的资源供所有用户共享，一个程序可以分布在几台计算机上并行地运行，互相协作完成一

7、个共同的任务。用于管理分布式系统资源的操作系统称为分布式操作系统。第13页，共35页。133.1.3 操作系统的功能五大功能：处理机管理、存储管理、进程管理、设备管理、文件管理。 Figure 6-3 操作系统的组成部分处理机管理存储管理进程管理设备管理文件管理第14页，共35页。141 处理机管理主要解决如何将CPU分配给各个程序，使各程序都能够得到合理的运行安排。操作系统可以使CPU按预先规定的优先顺序和管理原则，轮流地为外部设备和用户服务，或在同一段时间内并行地处理多项任务，以达到资源共享，从而使计算机系统的工作效率达到最大的发挥。第15页，共35页。152 存储管理解决的是内存的分配、

8、保护和扩充的问题。单道程序：内存专用于单一的程序，仅仅一小部分用来装载操作系统。在这种配置下，程序整体装入内存运行，运行结束后由其他程序取代。问题：程序必须能够载入内存。当一个程序正在运行时，其他程序不能运行。CPU和内存使用效率很低。Figure 6-4 Monoprogramming第16页，共35页。16多道程序：同一时刻可以装入多个程序并且能够同时执行这些程序。CPU轮流为它们服务。改进：非交换类：程序在运行期间始终驻留内存。交换类：在运行过程中，程序可以在内存和硬盘之间多次交换。Figure 6-5 Multiprogramming第17页，共35页。17多道程序的分类第18页，共3

9、5页。183 进程管理程序、作业和进程程序（program）：由程序员编写的一组指令，存在硬盘（或磁盘）上，它可能会也可能不会成为作业。作业（job)：从程序被选中执行，到其运行结束并再次成为程序的这段过程中，程序称为作业。在整个过程中，作业可能会或不会被执行。每个作业都是程序，但不是所有的程序都是作业。进程（process）：是执行中的程序。是驻留在内存中的作业。可以处于运行状态或者等待CPU调用。每个进程都是作业，但每个作业不一定都是进程。第19页，共35页。19状态图：保持状态：当程序被操作系统选中时就成为作业，并成为保持状态。就绪状态：当内存可以整体或者部分地载入这个程序时，作业转成就

10、绪状态，并成为进程。运行状态：CPU准备执行。等待状态：进行运行时需要输入/输出或有一个中断出现。终止状态：进程终止。成为作业。第20页，共35页。20Figure 6-7 程序、作业和进程分界状态图第21页，共35页。21调度器作业调度器将作业从保持状态转入就绪状态，或从运行状态转入终止状态。进程调度器将进程从一个状态转入另一个状态。就绪状态、运行状态、等待状态。第22页，共35页。224 设备管理负责各I/O设备与CPU和内存之间的数据传递。主要是对计算机系统中的输入输出等各种设备的分配、回收、调度和控制，以及输入输出等操作。设备管理器不停地监视所有的输入输出设备，以保证它们能够正常运行。

11、设备管理器为每一个输入/输出设备维护一个队列，或者为类似的输入/输出设备维护一个或多个队列。管理器使用不同的方式来访问输入/输出设备。先入先出、最短长度优先第23页，共35页。235 文件管理控制对文件的访问。只能那些获得允许的才能够访问。管理文件的创建、删除和修改。可以给文件命名。管理文件的存储：怎样存储，存在哪里等。负责归档和备份。第24页，共35页。246 用户界面用来接受用户（进程）的请求并向操作系统的其他部分解释这些请求的程序。一些操作系统的用户界面，如UNIX，被称作命令解释程序（shell）。其他操作系统中，被称为窗口。它是一个由菜单驱动的并有着GUI（图形用户界面）的部件。第2

12、5页，共35页。25操作系统的特性并发性是指在内存中存放多道作业，在一个时间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进，但在任何一个时间点上只能有一道作业占用CPU，各道程序同时在CPU上交替轮流地执行。共享性是指系统中的资源可以供内存中多个并发执行的程序共同使用，很多种资源（CPU、内存等）都可以被多道作业共同享用。第26页，共35页。263.1.4 主流操作系统DOS：Microsoft公司研制的，配置在16位PC的操作系统。单用户单任务命令行界面操作系统。从4.0版开始成为支持多任务的操作系统。PC-DOS和MS-DOS。DOS提供的是字符命令行方式的 操作环境，用户通过发命令来操作计算

13、机；DOS第27页，共35页。27Windows：多任务操作系统。32位计算机图形用户界面。Windows提供的是图形化的用户界面，用户只需通过对“窗口”、“图标”、“菜单”等图形画面和符号的操作来使用计算机，易学易用。Windows XP Home Windows 98Windows NTWindows 2000Windows XPWindows XP Professional Windows XP Tablet PC 第28页，共35页。28WindowsWindows诞生于1983年11月，1990年推出Windows 3.0, Windows3.1还不是独立的OS，必须借助于MS DO

14、S的支持。Windows NT是1993年推出的网络版OS。Windows 95是1995年推出的基于视窗界面的OS。Windows 2000将Windows 98和Windows NT的特性相结合发展的多用途OS，比Windows 9x快25%.Windows Me 是2001年推出的面向家庭用户的OS。Windows XP发布于2001年10月，是为家庭和商业设计的Windows。Windows Vista，是美国微软公司开发代号为长角(Longhorn)的下一版本Microsoft Windows操作系统的正式名称。它是继Windows XP和Windows Server 2003之后的

15、又一重要的操作系统。该系统带有许多新的特性和技术。2005年7月22日太平洋标准时间早晨6点，微软正式公布了这一名字。 第29页，共35页。29UNIX操作系统 UNIX系统是一个交互式的分时操作系统1974年ACM通信上发表了K. Thompson 和 D. Ritchie的论文“The UNIX Time-Sharing System”，UNIX系统公布于世。作者：美国BELL实验室 Ken Thompson(K.汤普逊） Dennis Ritchie (D.里奇） （C语言的创始人）第30页，共35页。30UNIX操作系统的发展1965年：麻省理工大学、BELL实验室、通用电器公司组成M

16、AC课题组联合研制Multics操作系统。Multics操作系统设计目标是要向大的用户团体提供对计算机的同时访问，支持强大的计算能力与数据存储，以及允许用户带需要的时候容易共享他们的数据。1969年Multics在GE645计算机上运行了，但它既没有能提供预定的综合计算服务，而且连它自己究竟什么时候算达到开发的目标。BELL实验室退出了该课题组。第31页，共35页。31UNIX操作系统的发展Multics操作系统开发失败的原因是当时操作系统设计的指导思想所导致的。当时操作系统设计的指导思想是“满足所有用户的所有要求”。UNIX系统的作者认为：操作系统的设计不应也不可能做到“满足所有用户的所有要求”，而应为广大的计算机用户提供一种良好的程序设计环境。第32页，共35页。32UNIX操作系统的发展1969年K. Thompson和 D. Ritchie 为了改善他们的程序设计环境，设计了一个纸面的文件系统设计，这个设计后来演化成UNIX系统早期的版本。并在PDP11计算机上实现，后来Dennis Ritchi