实验数据与建模 第一章 概述

实验数据与建模第一章概述第一页，共六十五页，2022年，8月28日总学时数：34学时先修课程:计算机文化基础程序设计语言课程教材:《计算机软件技术基础》夏清国编西北工业大学出版社参考书目:《计算机软件技术基础》沈被娜清华大学出版社

《计算机软件技术基础》麦中凡北京航空航天大学出版社总学分数:2学分课前的话—学时与教材第二页，共六十五页，2022年，8月28日通过学习，使学生了解当今计算机软件的主要核心技术；掌握计算机软件的基本基础知识。

最终使学生达到对软件开发知其然且知其所以然，具有一定程度的从底层进行软件开发的能力，为计算机的熟练灵活应用打下良好基础。课前的话—教学目的第三页，共六十五页，2022年，8月28日学时讲课人面向对象的软件开发技术412白成刚

数据结构与算法322白成刚绪论1教材参考章授课内容章课前的话—内容安排

2沈为群数据库技术基础软件工程技术基础操作系统562

白成刚4沈为群第四章第三章第五章第六章复习

2沈为群白成刚第一章4

白成刚考试

2沈为群白成刚注：在实际讲授中授课内容或课时可能会作一些调整第二章第四页，共六十五页，2022年，8月28日课前的话—计算机系列课程之间的联系第五页，共六十五页，2022年，8月28日上课：占总成绩的％20作业：占总成绩的％20（交本）考试：占总成绩的％60课前的话—考试与作业第六页，共六十五页，2022年，8月28日第一章绪论1.1数据结构与算法1.2软件开发方法1.3软件工程1.4数据库技术1.5操作系统1.6计算机系统1.7软件技术概述1.8程序设计语言课程内容简介计算机软件技术概述第七页，共六十五页，2022年，8月28日1.1数据结构和算法程序中往往要处理大量的数据，这些数据采用什么样的方式来组织、存放才能最大限度地方便应用处理，提高程序效率呢？数据结构研究数据的组织形式，包括数据的逻辑结构，物理结构以及在该数据结构上所施加的运算。一类数据结构指的是一类数学模型。数据结构是软件技术基础的基础。第八页，共六十五页，2022年，8月28日1.1数据结构和算法算法是对解题方法的精确描述。描述的方式可以是各种各样的。如自然语言，流程图，伪代码等。。一个问题可以有多种解题方法，那么就有多个对应的算法。算法的优劣由算法的时间复杂度和空间复杂度来衡量。第九页，共六十五页，2022年，8月28日数据结构与算法

线性表堆栈和队列数组树与二叉树查找排序基本要求：了解掌握线性表数据结构的基本概念，构造原理、存储结构和几个常用的操作算法。重点掌握堆栈、队列的基本概念、存储结构、基本操作和算法。重点掌握二叉树的基本概念、存储结构，二叉树的各种遍历方式和操作算法。掌握查找和排序技术中的常用方法，操作步骤和算法

第十页，共六十五页，2022年，8月28日1.2软件开发方法结构化方法自顶向下，逐步细化模块化结构化程序设计第十一页，共六十五页，2022年，8月28日自顶向下，逐步细化由于人类思维能力的限制，如果一次面临的因素太多，就无法作出精确的思维。例如：举办一个生日party布置场地准备食物准备节目邀请客人自顶向下，逐步细化就是将复杂的问题分解成若干个子问题，直到所有子问题都简单到能用程序设计语言来表达的方法。第十二页，共六十五页，2022年，8月28日模块化把一个程序按功能分解成若干彼此具有一定独立性同时也具有一定联系的组成部分，这些组成部分称为模块。每个程序由一个或多个模块组成。优点：降低复杂度：若P=P1+P2，则C(P)>C(P1)+C(P2)软件结构清晰容易测试和调试提高软件的可修改性方便开发任务的分配第十三页，共六十五页，2022年，8月28日结构化程序设计强调使用程序的三种基本控制结构（顺序、选择和循环

），有限制地使用goto语句。第十四页，共六十五页，2022年，8月28日面向对象的软件开发技术高级程序设计语言的基本特征。结构化程序设计的方法。面向对象的程序设计方法。基本要求：了解高级程序设计语言的基本特点。了解掌握结构化程序设计的基本原理和方法、步骤，描述方法，评价标准。了解掌握面向对象的基本概念，设计方法和特征

第十五页，共六十五页，2022年，8月28日1.3软件工程产生背景硬件的发展使得计算机的应用领域迅速扩大，同时程序的规模和复杂度也急剧增长。早期手工作坊式的软件开发方式因无法适应这种变化而形成了“软件危机”。主要表现在：开发成本和进度估计不准确，生产效率低。用户对软件系统不满意的现象经常发生。软件产品的质量不可靠。软件常常是不可维护的。软件成本在计算机系统总成本中的比例上升。第十六页，共六十五页，2022年，8月28日软件工程概念软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科，采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件。贯穿于这一学科的基本线索是软件生命期学说，它告诉软件研制者和维护者“什么时候做什么以及怎么做”。软件生命期就象人的寿命一样，从出生算到死亡，从产生开发要求算到软件报废为止。包括：软件计划、需求分析、软件开发和软件维护四个时期。第十七页，共六十五页，2022年，8月28日软件过程软件计划用户想解决什么问题？（软件定义）这个问题能否解决？（可行性分析）需求分析目标系统应该做成什么样子？软件开发怎样实现目标系统？（软件设计）系统的具体实现。（软件编码）实现系统与是否符合目标？（软件测试）软件维护如何保持系统正常运行？第十八页，共六十五页，2022年，8月28日软件过程模型：瀑布模型软件计划需求分析软件设计软件编码软件测试软件维护变化的需求第十九页，共六十五页，2022年，8月28日软件工程技术基础软件生存期和软件开发模型。需求分析。软件总体设计。软件详细设计。软件测试与软件测试算法。基本要求试写出某系统需求分析说明书。试写出某系统概要设计说明书。试写出该系统的测试说明书。试写出该系统的用户使用手册初稿。第二十页，共六十五页，2022年，8月28日1.4数据库技术数据库是一种强大的数据处理技术。它把应用中所有的数据有结构地集中在一起，并提供对这些数据的存储管理、多用户共享、操纵、安全保护、完整性控制等强大功能。一个国家的信息化程度是衡量该国国力的重要标准，而信息化是以数据库技术为基础的。现代的银行、金融、证券、保险等各行业的高效运营都依赖于数据库技术。第二十一页，共六十五页，2022年，8月28日数据库技术基础数据库基础数据库组织关系数据库设计基本要求：了解掌握数据库的概念、功能和基本模型的结构。了解掌握关系数据库中E－R数据模型的设计方法

第二十二页，共六十五页，2022年，8月28日1.5操作系统没有安装任何软件的计算机称为裸机。操作系统是直接运行于裸机之上的系统软件，它负责对计算机系统的各种软硬件资源进行管理和分配，为用户提供友好的计算机使用界面和平台。在裸机上配置操作系统之后就构成了操作系统虚拟机。所有其它的程序都在扩充后的机器上运行。第二十三页，共六十五页，2022年，8月28日应用程序用户程序操作系统虚拟机操作系统裸机第二十四页，共六十五页，2022年，8月28日第五章操作系统

处理机管理。作业管理与控制。设备管理与存储管理。几个常用操作系统介绍。基本要求：掌握操作系统的定义、功能、分类、结构，了解其发展过程与方向。了解掌握处理器的管理功能和工作原理。了解掌握存储管理功能，文件管理功能。了解常用的几个操作系统使用。第二十五页，共六十五页，2022年，8月28日1.6计算机系统什么是计算机？

计算机是接收、处理和提供数据的装置，它由硬件和软件两大部分组成。计算机就是我们平时常用的PC机吗？

PC机只是计算机的一种，计算机家族中还有很多其他的成员。

第二十六页，共六十五页，2022年，8月28日无所不在的嵌入式家族第二十七页，共六十五页，2022年，8月28日养在深闺的巨型计算机世界上最快的计算机

IBM的BlueGene/L，拥有超过100万个处理器，每个处理器每秒可运算10亿次。运算能力相当于击败国际象棋世界级棋手的超级电脑“深蓝”的1000倍。占地达两个篮球场之大，重达106吨。第二十八页，共六十五页，2022年，8月28日1、计算机硬件及发展什么是硬件？ 硬件是组成计算机系统的所有电子的、机械的、磁性的、光学的装置和部件。配置一台计算机需要购买哪些东西？存储程序式计算机的工作原理5大部件：

(运算器＋控制器)＋存储器＋输入设备＋输出设备第二十九页，共六十五页，2022年，8月28日硬件的发展发展历史电子管→晶体管→集成电路发展规律及特点速度慢→速度快体积大容量小→体积小容量大外设少、简单→外设繁多、复杂外设速度发展慢于CPU速度的发展摩尔定律（假设价格保持不变，处理器芯片上的晶体管数每18个月翻一番）第三十页，共六十五页，2022年，8月28日世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于1942年18800个晶体管70000个电阻器18000个电容器重量30吨耗电140千瓦/h5000次加法/s第三十一页，共六十五页，2022年，8月28日PentiumIV（2000）42,000,000个晶体管时钟频率1.5GHz运算速度为1700MIPS（MIPS代表‘百万指令集每秒’）第三十二页，共六十五页，2022年，8月28日软件

由计算机程序、数据及文档组成,

作为商品以有形介质为媒体进行易的程序称做软件。软件（software）的定义

程序

是按事先设计的功能和性能要求编写的指令序列

数据

是使程序能正常操纵信息的数据结构

文档

是与程序开发、维护和使用有关的图文材料2、计算机软件第三十三页，共六十五页，2022年，8月28日程序编写机器语言

是机器指令的集合，其代码由0、1组成的二进制串表示，不需翻译可直接为机器所接受。汇编语言

为符号化的机器语言。它用助记符和标识符代替机器指令的操作码和地址码。高级语言

是一种与具体的计算机指令系统无关，独立于计算机类型，而且表达方式接近于自然语言或数学语言，容易被人们掌握和书写的语言。如C，Pascal，java。第三十四页，共六十五页，2022年，8月28日举例任务：x＋1→x机器语言

001111100000100100111111B或3E093FH汇编语言

MOVAX,X/INCAX/MOVX,AXC语言x=x+1 或x++ 或++x第三十五页，共六十五页，2022年，8月28日高级语言的优点比机器或汇编语言更易于学习程序更易于调试（程序更为短小；记号本身更自然，因此更多注意力可放在程序逻辑而非语法细节上）程序更易于理解较好的平台无关性上述原因导致解决问题的时间和代价减少第三十六页，共六十五页，2022年，8月28日软件是只有过时而无“磨损”的商品，软件维护与硬件的维修有着本质的差别。软件是一种逻辑实体，软件是具有使用性能的软设备。软件的特性：软件的特性:（1）抽象性：（2）无磨损性：第三十七页，共六十五页，2022年，8月28日软件的开发和运行常常受到计算机系统的限制，对计算机系统有着不同程度的依赖性。（3）对计算机硬件依赖性：软件的开发是人的智力的高度发挥，而不是传统意义上的硬件制造。软件的特性:（4）软件生产无明显制造过程：第三十八页，共六十五页，2022年，8月28日（5）软件是信息商品。（6）软件的手工开发方式。（7）软件本身复杂性。（8）软件的高成本。程序的特性:*

*1.2计算机软、硬件构成第三十九页，共六十五页，2022年，8月28日§1.2计算机软、硬件构成计算机系统是由硬件系统和软件系统构成(如图所示)软件系统计算机系统硬件系统主机外设系统软件应用软件中央处理器内存储器（主存）内存储器外储器（辅存）运算器控制器第四十页，共六十五页，2022年，8月28日计算机系统的软件层次及其与硬件的关系(如图所示)第四十一页，共六十五页，2022年，8月28日硬件与软件的关系软硬件独立原理和互动原理独立原理：软件理论上能实现的功能本质上与硬件是独立的（不管硬件是何种形式）互动原理：软件实际能实现的功能受制于硬件，硬件发展一个台阶，软件就能前进一大步软硬件等效定律：

在逻辑功能上等效，在实现性能上是不等效的

简单的硬件+复杂的软件简单的软件+复杂的硬件最终都可以完成同一个任务，不同的只是时间！第四十二页，共六十五页，2022年，8月28日硬件与软件的关系硬件是计算机系统的物质基础；软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序；它们二者相互依赖、相互促进、共同发展。好的软件能充分发挥硬件的性能，提升计算机的价值。没有软件的硬件是僵尸，没有硬件的软件是幽灵。

各类软件技术的最终目的就是设计出好的软件，以便最大限度地合理利用和发挥硬件的能力，使计算机系统更好地为用户服务。第四十三页，共六十五页，2022年，8月28日1.3.1基于软件功能的分类从计算机软件系统构成§1.3软件的分类(如图3所示)软件系统系统软件操作系统数据库关系系统……各种服务器系统语言处理程序应用软件信息管理工程计算图形处理……各类应用软件第四十四页，共六十五页，2022年，8月28日*系统软件指软件制售商为释放硬件潜能、方便使用而配备的软件如操作系统、各种语言编译/解释系统、网络软件、数据库管理软件、各种服务程序、界面工具箱等。基于软件功能的分类从计算机软件系统构成分类一台机器上提供的系统软件的总和叫做软件(开发)平台。第四十五页，共六十五页，2022年，8月28日*应用软件是解决某应用领域问题的软件。基于软件功能的分类从计算机软件系统构成如财会软件、通信软件、科技计算、计算机辅助制造(CAD/CAM)软件当今整个社会信息化的情况下系统软件和应用软件的界线正在模糊利用应用软件提供的程序编写的程序,叫做二次开发第四十六页，共六十五页，2022年，8月28日基于软件技术特点的分类（1）业务软件

处理日常业务（2）科技计算软件注重数值算法的速度和精度。目前转向多机协作计算、并行计算、可视计算等。第四十七页，共六十五页，2022年，8月28日（3）嵌入式(embeded)软件嵌入式软件具有可裁剪、低资源占用、低功耗等特点，用于工业产品自动化、智能化仪表等。（4）实时(real-time)软件实时软件:它除了要满足应用的功能需求以外,更重要的是还要满足应用提出的实时性要求多用于工业控制系统，实时仿真系统。基于软件技术特点的分类第四十八页，共六十五页，2022年，8月28日（5）个人计算机软件（6）人工智能软件以非数值算法解题，一般有一知识库存放知识和规则。字处理、报表、制图、多媒体写作、娱乐游戏、个人数据库、个人财务、联机上网等。基于软件技术特点的分类第四十九页，共六十五页，2022年，8月28日基于软件工作方式的分类

（1）实时处理软件实时软件:它除了要满足应用的功能需求以外,更重要的是还要满足应用提出的实时性要求。（2）分时软件

分时软件的基本设计原则是:尽量缩短系统的平均响应时间并提高系统的吞吐率,在单位时间内为尽可能多的想应用户请求服务。第五十页，共六十五页，2022年，8月28日（3）交互式软件

交互软件的基本设计原则是，友好的人机交互界面，方便的用户操作。（4）批处理软件批处理软的基本设计原则是：批量处理的功能。基于软件工作方式的分类

第五十一页，共六十五页，2022年，8月28日基于软件规模的分类*微型软件*小型软件*中型软件*大型软件*极大型软件每一类软件在管理方面要求程度不同*

*1.4计算机常用软件介绍第五十二页，共六十五页，2022年，8月28日§1.4计算机常用软件介绍1.操作系统（operatingsystem）操作系统是对硬件的首次扩充，它管理着计算机系统的软、硬件资源，其它软件都是在操作系统的基础上运行的。例如:

UnixLinuxWindowsXP第五十三页，共六十五页，2022年，8月28日有单机模式、分布式模式、客户机/服务器模式计算机常用软件介绍2.数据库管理系统信息管理是计算机的一个重要应用领域，而信息管理的核心就是数据库管理系统。微机Windows平台的：Access大型关系型数据库：SQLServer,Oracle等。（C/S）；浏览器/服务器模式（B/S)等。第五十四页，共六十五页，2022年，8月28日3.群件系统群件拓宽了电子邮件的内涵，涵盖很多通信协调功能；如制定会议的计划、共享项目进度表。4.办公软件套件字处理软件、电子表格处理软件、演示制作软件、个人数据库、个人信息管理软件如：Office、WPS等。计算机常用软件介绍第五十五页，共六十五页，2022年，8月28日多媒体处理软件主要包括图形、图像处理、动画制作、音频视频处理、桌面排版等。计算机常用软件介绍:5.多媒体处理软件6.程序开发工具环境集成的环境中、调试工具、编译工具、运行工具、图标图像制作工具如：VC++、VF、VB等。第五十六页，共六十五页，2022年，8月28日计算机常用软件介绍:7.网络工具软件浏览器、邮件收发软件、文件传送软件、BBS软件等。8.系统工具软件反病毒软件、压缩软件、快速复制软件、磁盘维护与诊断软件、加密解密软件、系统测试软件等。9.其它一些常见软件学习、游戏软件、电子字典、各种小工具软件。*

*1.5软件的发展和软件危机

第五十七页，共六十五页，2022年，8月28日（从20世纪80年代中期至今）：软件产业在§1.5软件的发展和软件危机

1.5.1计算机系统的发展历程（20世纪60年代中期以前）：程序设计阶段。（从20世纪60年代中期到70年代中期）：（从20世纪70年代中期到80年代中期）：软件程序系统阶段——“软件工程”学科诞生。工程阶段。世界经济中已经占有举足轻重的地位。第一代第三代第四代第二代第五十八页，共六十五页，2022年，8月28日软件工程：60年代末开始，为了解决软件危机而形成的一门新兴学科，强调采用工程的概念、原理、技术和方法指导软件的开发和维护。目的：提高软件的生产率和软件的质量，增加软件的可维护性，减少软件维护所需要的工作量。软件危机**第五十九页，共六十五页，2022年，8月28日4.2软件工程概