第2章-计算机软件系统

第2章

计算机软件系统主要内容2.1计算机软件系统2.2程序设计语言2.3操作系统与工具软件3.4应用软件（了解）2.1计算机软件系统

计算机系统=硬件系统+软件系统

硬件是指有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称。

软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。硬件是软件的工作基础，软件是硬件功能的扩充和完善。两者相互依存，相互促进。软件与硬件的结合，构成完整的计算机系统。 2.1.1

软件的定义运算器服务程序计算机系统软件系统软件应用软件控制器硬件主机外部设备外存储器中央处理器内存储器输入设备输出设备操作系统程序设计语言处理程序数据库管理系统软件、硬件和用户的关系硬件的能力非常有限，只是速度极高而已没有软件，硬件几乎什么任务也完成不了BasicInput/OutputSystem硬件BIOS操作系统应用软件用户应用软件系统软件数据信息处理任务处理结果从用途对计算机软件分类系统软件与应用软件系统软件是用于对计算机进行资源管理、支持应用软件开发和维护、便于用户使用计算机而配置的各种程序。应用软件是计算机系统支持下的所有面对实际问题和具体用户群的专门软件的总称。按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件可再分为两类：定制软件和通用应用软件2.1.2软件的分类通用应用软件的类别与功能类别功能流行软件举例数据处理软件对数据进行收集、存储、分析、检索等Matlab、Origin等文字处理软件文本编辑、文字处理、桌面排版等Word、AdobeAcrobat、WPS、FrontPage等表格处理软件表格定义、数值计算和统计、绘图等Excel等计算机辅助工程应用软件借助计算机进行工程设计、制造、测试、集成等AutoCAD等图形图像软件图像处理、几何图形绘制、动画制作等Photoshop、CorelDraw、3DSMAX等媒体播放软件播放各种数字音频和视频文件MediaPlayer、RealPlayer、Winamp等网络通信软件电子邮件、聊天、IP电话等OutlookExpress、MSN、QQ、ICQ等信息检索软件在数据库和因特网中查找需要的信息Google，天网，百度等游戏软件游戏、教育和娱乐棋类游戏、扑克游戏等从软件知识产权对软件进行分类商品软件（付费、软件许可证）共享软件(shareware)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），过了试用期若还想继续使用，就得交一笔注册费，成为注册用户。自由软件(freeware)（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，允许发行和自由传播。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。自由软件的重大意义2.2

程序设计语言2.2.1

什么是程序设计语言？什么是程序？程序是为了用计算机解决某个问题而采用程序设计语言编写的一个指令序列。什么是程序设计语言？语言的目的是用于通信程序设计语言用于人与计算机之间的通信程序设计语言是由人使用但计算机可以理解的一种语言程序设计语言用于编制程序，表达需要计算机完成什么任务和怎样完成任务，然后交给计算机去完成程序设计语言填补了

人与计算机交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人程序设计语言程序设计语言（ComputerLanguage）是指人与计算机之间通讯的语言，又称为计算机语言。计算机语言分为低级语言和高级语言两类低级语言包括：机器语言、汇编语言。其中机器语言是硬件唯一能直接理解的语言高级语言是指更接近于人们日常使用的书面语言、用来编制程序的语言2.2.2

程序设计语言的发展2.2.3机器语言机器语言机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。优点：直接执行，速度快缺点：兼容性差，不直观，编写烦琐，难以记忆不同的机器语言程序，相互不兼容例如：计算机8+10的结果①

将8放入某段内存单元②将10与这段内存单元中的8相加，结果仍放在这段内存单元中①

1011000000001000②

0000010000001010

例：机器语言程序在MIPS计算机上求最大共约数（GCD）的机器程序（16进制表示）MISP计算机的每条机器指令均为32个二进位，用8个16进制数表示汇编语言：使用助记符代替指令代码，称为汇编语言。例：计算8+10的结果

MOVAL8；

ADDAL10汇编语言源程序目标程序汇编计算结果汇编程序执行初始数据汇编程序执行流程2.2.4

汇编语言优点：操作数直接使用十进制程序相对容易理解缺点：大型程序难以开发依赖于具体计算机高级语言：与自然语言接近并能为计算机所接受的语意确定、规则明确、自然直观和通用易学的计算机语言。例如：PI=3.1415926Inputrs=PI*r*rPrint“Area=“;sEnd使用BASIC语言，计算圆面积的程序MOVAX383MOVBX545ADDBXAXMOVAX1055SUBAXBX汇编语言程序S=1055-(383+545)2.2.5高级语言常用的计算机高级语言BASIC语言PASCAL语言FORTRAN语言通用编程语言C/C++Java语言LISP语言和PROLOG语言……1.FORTRAN语言2.ALGOL语言3.Java语言4.C语言和C++语言作用：把汇编语言源程序或高级语言源程序转变成计算机可执行的机器语言。按照不同的翻译处理方法，翻译程序有三类：1.汇编程序(Assembler)：将汇编语言翻译成机器语言。2.解释程序(Interpreter)[口译]：解释程序能够把高级语言程序逐句翻译成机器指令并执行。其算法简单但执行过程较慢，通常用于交互方式工作，能节省机器存储空间。3.编译程序(Compiler)[笔译]：将整段程序进行翻译，把高级语言源程序翻译成等价的机器语言目标程序，然后连接运行。目标程序运行速度快，但编译需用时且目标程序需占用一定存储空间。2.2.6

语言处理程序编译程序与解释程序的区别解释：解释器直接解释并且执行源语言程序，不产生目标程序（相当于“口译”）编译：把源程序编译为机器语言目标程序后，再由计算机运行（相当于“笔译”）源程序目标程序编译器计算机编译方式计算机源程序解释器解释方式BASIC、VisualBasic、VBScript、Java、JavaScript等都是解释执行的语言C、C++等都是需要编译的语言

2.3操作系统2.3.1

操作系统的概念操作系统是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合操作系统负责对计算机的各类资源进行统一控制、管理、调度和监督，合理的组织计算机的工作流程，其目的是提高各类资源利用率，并能方便用户使用，为其他软件的开发提供必要的服务和相应的接口计算机硬件虚拟计算机操作系统的重要作用两项主要作用：

1.通过资源管理，提高计算机系统的效率

2.改善人机界面，向用户提供友好的工作环境其它辅助功能：辅导用户操作（帮助功能）显示系统状态处理软硬件错误保护系统安全3.2.2操作系统的特征与功能操作系统的特征并发性(concurrency)：指在计算机系统中存在着许多并发运行的活动。共享性(sharing)：系统中各个并发活动要共享计算机系统中的各种软、硬件资源。虚拟性(virtual)：虚拟性是操作系统中的重要特征，所谓虚拟性是指把物理上的一台设备变成逻辑上的多台设备，并且使得每个用户都感觉是“独占”计算机。不确定性(non-determinacy)2.3.2操作系统的特征与功能(续)操作系统的功能微处理器管理存储管理（补充：虚拟存储器）设备管理文件管理作业管理控制基本的输入/输出操作分配系统中的资源管理存储器空间虚拟存储管理技术虚拟存储管理技术已被广泛地应用于现代操作系统中，虚拟存储器就是由主存、外存以及Cache组成的存储系统。它的主要功能是从逻辑上扩充内存的容量。它可以对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不受实际存储容量大小的限制。引入虚拟存储器的原因：引入虚拟存储器主要是为了解决内存空间不足的问题。由于主存的容量小，以至于很多大型的软件无法调入主存运行，一个较大的程序，先存放在外存储器上，当需要的时候把其一部分调入主存，另外一部分还在外存储器上，操作系统根据一定的调度算法来将程序调入调出，用外存来模拟主存，形成一个逻辑上很大的主存地址空间。在我们看来，好像是主存的容量被扩充了。这样的存储器系统可以拥有主存的速度和外存的容量，使得大型的软件也可以在较小容量的存储器中运行。2.3.3操作系统的类型批处理操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统微型计算机操作系统嵌入式操作系统2.3.4常用操作系统介绍MS-DOSWindows操作系统Windows9X(Windows95/Windows98/Windows98SE/WindowsME)WindowsNT4.05.0Windows2000(Professional/Server/Advancedserver/DatacenterServer)WindowsXPWindowsServer2003WindowsVISTAWindows7OS/2Unix操作系统Linux操作系统1.Windows操作系统2.UNIX操作系统3.Linux操作系统4.OS/2操作系统2.3.5常用操作系统介绍符：软件开发与软件工程2.4.0计算机软件的发展程序设计阶段（1946-1956）汇编语言、机器语言、个体劳动程序系统阶段（1956-1968）高级语言、小集团合作软件工程阶段（1968-至今）工程化生产、使用数据库、开发环境：网络，分布式、面向对象技术2.4.1软件危机与软件工程软件危机软件开发所需的高成本同产品的低质量之间有着尖锐的矛盾，这就是所谓的“软件危机”。软件危机的表现对软件开发成本和估计不很准确用户对“已完成的”软件系统不满意软件产品质量靠不住软件常常不可维护软件通常没有适当的文档资料软件成本在计算机系统总成本中所占比例逐年上升软件开发生产率的提高，远远跟不上硬件发展速度软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科

1产生背景：软件规模加大，成本提高

2软件危机：开发和维护过程中遇到的系列严重问题，不仅仅是“不能正常运行”的软件才具有，几乎所有的软件都不同程度的存在问题

3研究内容：如何应用科学理论和工程上的技术来指导大型软件系统的开发

4最终目的：以较低成本研制出较高质量的软件

5常用软件工程方法：生命周期法、原型法注1：1968年北大西洋公约组织提出“软件工程”的概念注2：分技术措施及组织管理措施两个方面来解决软件危机2.4.1软件危机与软件工程软件从被提出开始研制至软件最终被废弃不再使用为止的全过程，称为软件生命期。软件工程的传统途径—