大学计算机信息技术教程

目录

第一部分信息技术概述

第二部分计算机组成原理

第三部分计算机软件

第四部分计算机网络与因特网

第五部分数字媒体及应用

第六部分信息系统与数据库

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第一部分信息技术概述

1.1信息与信息技术

信息是什么？事物运动的状态及状态变化的方式。

信息处理的行为和活动:

•信息的收集

•信息的加工

•信息的存储

•信息的传递

•信息的施用

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1.1信息与信息技术

用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效

信息技术是什么?

地进行信息处理的一类技术。

信息技术包括：

•扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术

•扩展神经系统功能的通讯技术

•扩展大脑功能的计算机（处理）与存储技术

•扩展效应器官功能的控制与显示技术

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1.1信息与信息技术

_、用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加

信息处理系统是什么？工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术

的系统。

信息输入

信息输出

信息处理系统示意图

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1.2微电子技术简介

微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项

高技术领域的基础。

微电子技术是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术，它以

集成电路为核心。

集成电路的发展趋势：平均每18—24个月翻一番。（moore定律）

集成电路包含电子元件数目分为：小规模、中规模、大规模、超大规

模和极大规模集成电路。

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1.2微电子技术简介

IC卡是集成电路卡的简称。其实集成电路芯片密封在塑料卡基本内部，

使其成为能存储、处理和传递数据的载体。

r存储卡如：电话卡、公交卡等

IC卡Y

＜智能卡如：手机卡等

ic卡用来做电子证件，用来记录持卡人的数字，作为身份识别只用（如身

份证、图书证、游泳证等），也可以作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡

等）使用，具有广泛的应用前景。

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1.3通信技术入门

各种信息的传递均可称之为通信.

使用电波或光波传递信息的技术称之为电信。

通信系统的简单模型

通信系统中被传输的信息都必须以某种电（或光）信号的形式才能通过

输介质进行传输。

电（或光）信号强度的变化有两种形式：连续形式和离散形式。

连续形式的信号叫模拟信号；离散形式的信号叫数字信号。

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1.3通信技术入门

数字通信技术与模拟通信技术性比的优势：

1、抗干扰能力强、差错可控制，没有噪声积累，可实现长距离、高质量传输。

2、灵活性好，无论电话、图像均可以转换为二进制数字信号传输，实现综合

处理。

3、由于传输的是数字信号，可以直接由计算机进行存储、管理和处理。

4、加密，安全性高。

5、有利于通信设备的小型化、微型化、有降低了功耗。

数字通信系统（包括计算机网络）的性能主要有4个指标：

1、信道带宽

2、数据传输速率

3、误码率

4、端-端延迟

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1.3通信技术入门

各种信息的传递均可称之为通信。

使用电波或光波传递信息的技术称之为电信。

通信系统的简单模型

通信系统中被传输的信息都必须以某种电（或光）信号的形式才能通过

传输介质进行传输。

电（或光）信号强度的变化有两种形式：连续形式和离散形式。

连续形式的信号叫模拟信号；离散形式的信号叫数字信号。

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1.3通信技术入门

通信分为优先通信和无线通信0

介质类型特点应用

金属双绞线成本低，易受外部图频电磁波干扰，误码率较高;固定电话本地回路、

导体传输距离有限计算机局域网

同轴电缆传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距固定电话中继线、有

离传输载波信号，但成本较高线电视接入等

光导光缆传输损耗小，通讯距离长，容量大，屏蔽特性非电话，电视等通信系

纤维常好，不易被窃听，重量轻，便于运输和铺设。统的远程干线，计算

缺点是精确连接两根光纤很困难机网络的干线

无线电波建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使广播，电话，移动通

微波得通信更加方便，但容易被窃听和受到干扰信系统，计算机无线

红外线局域网

激光

通信传输介质的类型、特点和应用

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1.4数字技术基础

比特(bit)是数字技术的处理对象。“二进位数字”或“二进位”。比特

在

两种状态(取值)：它或者是数字0；或者是数字1.

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第二部分计算机组成原理

2.1计算机的组成与分类

计算机的组成

计算机系统由两大部分组成，即硬件系统和软件系统。计算机硬件

和软件既相互依存，又互为补充。硬件是计算机系统的物质基础，软件

是计算机应用的灵魂，只有将这两者有效地结合起来，计算机系统才能

成为有生命、有活力的系统。

计算机系统的硬件由五个单元结构组成，即输入设备、算术逻辑运

算单元、存储单元、输出设备和控制单元，这是计算机最基本的单元结

构。

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运算器

中央处理器（CPU）

主机控制器

内存储器（RAM、ROM）

软盘

硬盘

外存储器光盘

磁带

键盘

硬件系统鼠标

扫描

输入设备仪

光笔

显示

器

打印

机

绘图

输出设备仪

外设

r网卡

通信设备调制解调器

j?传真卡

'多媒体设备声卡与音箱

\电r视卡

［数字相机与摄像机

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计算机的主要硬件

计算机的硬件是指由各种电子线路、器件、机械装置组成的看得见摸得

着的物理实体。

主机是计算机最重要的部件，它是由CPU、主板、内存、显卡、硬盘、光

驱、声卡、网卡和软驱等硬件构成。

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计算机的组成

壬板

内存

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1.中央处理器CPU

CPU即CentralProcessingUnit（中央处理器）的简称，它是计算

机的心脏，是计算机中最重要的组件，它决定计算机的基本性能。

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2.主板

主板是承载计算机所有硬件设备运行的平台。它既是连接各个部件的物理

通路，也是各部件之间数据传输的逻辑通路。

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3.内存条

内存的作用是为硬盘与CPU传递数据，当退出程序或关闭计算机后，其数据信

息就会丢失。因此，内存的性能和容量，在整个系统中起着举足轻重的作用。

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4.显卡

显卡和显示器构成个人计算机的显示系统，显卡是显示器与主机通信的控制

电路和接口。它们是个人计算机操作中实现人机交互的重要设备。

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5.硬盘和软驱

硬盘，是计算机各种软件、数据和文件存放的大容量存储器。

而软驱设备是一种直接存取保存的设备，它的优点就是方便携带，缺点是单

个软盘的容量小。

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6.光驱

光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(Combo)和刻录机

等。光驱一直是计算机中必备的配件。

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7.声卡

声卡是多媒体计算机重要组件之一，各种游戏、视频播放、CD音乐效果都

是通过声卡来实现的。

8网

网卡是网络接口卡的简称，它的作用是向网络发送数据、控制数据、接收

并转换数据。它安装在计算机的扩展槽中，充当计算机和网络之间的物理接口。

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9.机箱和电源

机箱是安装和保护主机内各种配件的外壳。计算机里所有的配件都靠电源

来供电。因此，电源质量的好坏对计算机整体稳定性有很大的影响，质量低劣的

话，还可能会损坏机器中的配件。

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10.显ZF器

显示器是主要的输出设备，它通过电缆与主机的显卡相连，以便将计算

机中的内容显示给用户。

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11.键盘和鼠标

键盘是计算机中最重要的输入设备之一，键盘的安装是通过一个PS/2接

口与主板上的键盘接口相连。鼠标是随着Windows图形操作界面流行起来的

一种输入设备，很多情况下不需用键盘输入命令，只要通过鼠标点击相应的

菜单命令或选择即可。

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12.音箱

音箱是多媒体计算机必备的部件，声音通过声卡传到音箱，再由它传播出来

O此外，也可以用耳机代替音箱。

13.打印机和扫描仪

打印机和扫描仪虽然不属于计算机的必需设备，但跟它们关系很紧密。打印

机与显示器一样，是一种常用的输出设备，而扫描仪则属于输入设备。它们都可

以通过一根电缆与主机后面的接口相连。

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14.调制解调器

调制解调器（Modem）的主要功能是进行数字信号和模拟信号的互相转

换，是计算机通过电话线上网的一种设备。

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除了上面介绍的硬件之外，计算机的可选外设还有摄像头、数码相机和手写

板等，添加不同的硬件则增加了相应的功能。

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计算机发展的四个阶段

阶段

名添、前B指令维第一代第二代第三代第四代

(1946〜1955年)(1956—1963年)(1964~1971年)(1972年〜至今)

中小规模集成大规模、超大

主机电子器件电子管晶体管

电路规模集成电路

内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器

磁盘、光盘等

外存储器穿孔卡片、纸带磁带磁带、磁盘

大容量存储器

处理速度(指令数/秒)几千条几百万条几千万条数亿条以上

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您给它发一些指令，它就会按您的意思执行某项功能。先通过前面提过的输入

设备，如键盘、鼠标，接收您的指令，然后再由中央处理器（CPU）来处理这些指

之，最后才由输出设备输出您要的结果。如下图所示:

内存计

(RAM)算

机

双向流动

工

3►中央处理器作

原

信

（CPU）输

出

号

理

信

输双向流动

号

入

外存

（硬盘，光盘等）

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计算机配件的选购常识

计算机的性能参数

在组装计算机之前，必须了解计算机的有关性能指标，这样，便于我们

明确装机目标，制定配件选购策略。

1.运算速度：运算速度一般用每秒能够执行多少条指令来衡量。

2.主频：主频指的是计算机的总线时钟脉冲频率。

3.存储容量：计算机的存储容量主要包括计算机的内存容量和硬盘的存储容

量。

4.多媒体性能：多媒体性能主要指计算机的视频和音频加速性能。

5.安全性能：计算机的安全性能指的是计算机的自我保护能力。

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配件选购常识

1.购买计算机切忌着急。

2.购买时要注意最好在要购买的某产品的代理公司购买，如果是地区或省

市的总代理就更好了。

3.由于不同的公司有不同的进货渠道，所以，即使有的公司不是某产品在

该地区的总代理，它也能以低价（和代理公司的价格差不多）进到货。

4.在购买时最好去大公司，大公司的售后服务有保证。

5.最后就是要结账开收据和发票，让商家写清楚硬件的型号和主要技术参

数，然后还要写上价格，以作保修凭证。此外还要要求商家在硬件上贴标签，

基本上都是凭标签享受保修服务。

6.在购买时不要过度压价。

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注意事项:

装机要遵循够用为度的原则，按自己的需求，量身定制一台计算机，既省

钱，性价比高又满足了自己学习娱乐的需求。

如选购机箱时，要注意内部结构合理化，便于安装，还要注意美观，颜色与

其他配件相配。而电源关系到整个计算机的稳定运行，其输出功率不应小于

250W,有的处理器要求使用300W的电源，应根据需要选择。根据实际情况，即个

人用途和经济情况确定计算机的档次。

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第三部分计算机软件

3.1软件系统的组成与发展

软件的概念

IEEE：软件是计算机程序、方法、规则、相关的文档以及在计算机上运

行它时所必需的数据。

软件=程序+数据+文档

用户与计算机硬件之间的桥梁。

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软件的分类

「操作系统、

系统软件J语言处理程序

L使用和管理计算机

I常用服务程序

支撑软件数据库管理系统,文字处理软件

电子表格软件

图形、图象软件

（简报软件I解决各种

r通用应用软件

r实际问题

应用软件通信软件

统计软件

I定制的应用软件j

软件系统的发展过程

软件系统的发展大致经历了三个阶段：

・程序设计时代

・软件（程序系统）时代

・软件工程学时代

软件危机

定义：软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题。

包括两方面问题：

・如何开发软件，满足对软件的日益增长的需求

•如何维护数量不断膨胀的已有软件

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软件系统的发展过程

软件工程(softwareengineering)

二匕里

R东

1968年，北大西洋公约组织的学术会议第一次创造了“软件工程”这个词

定义

IEEE：软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统方法。

应用实例

纽约时报情报库系统

空间实验室的飞行模拟系统

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3.2操作系统(OperatingSystem,OS)

操作系统的目标和作用

操作系统的目标

♦方便性♦有效性

♦可扩充性♦开放性

操作系统的作用

OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

OS作为计算机系统资源的管理者

OS用作扩充机器

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操作系统的功能

1.处理机管理功能

创建和撤消进程（线程）

对诸进程（线程）的运行进行协调

实现进程（线程）之间的信息交换

按照一定的算法把处理机分配给进程（线程）

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处理机管理功能

进程：

可以和其它程序并发执行的一次程序执行，用于描述系统中的各种并发活动。

一个进程可以由零个、一个或多个线程构成

基本特征：

动态性、并发性、独立性、异步性、结构性

三种状态：运行态、等待态、就绪态

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处理机管理功能

1.进程控制

作业(Job)：用户在一次计算过程中要求计算机系统所做工作的集合。

2.进程同步两种协调方式：

(1)进程互斥方式

(2)进程同步方式

3.进程通信

直接通信方式

4.调度

作业调度&进程调度

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处理机管理功能

作业的三种状态：

后备状态——收容

执行状态一运行

完成状态完成

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操作系统的功能

2.存储器管理功能

主要任务：

为多道程序的运行提供良好的环境

方便用户使用存储器

提高存储器的利用率

从逻辑上扩充内存

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存储器管理功能

内存分配

静态或动态分配方式

内存分配数据结构

内存分配功能

内存回收功能

内存保护

设置上界和下界两个界限寄存器

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存储器管理功能

地址映射

地址空间——逻辑地址/相对地址

内存空间物理地址

内存扩充

虚拟(virtuaI)存储技术

请求调入功能

转换功能

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操作系统的功能

3.设备管理功能

主要任务：

完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配其所需的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

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设备管理功能

缓冲(buffer)管理

单缓冲机制、双缓冲机制、公用缓冲机制

设备分配

设备处理

虚拟设备

通过假脱机(spooIing)技术将原来独享的设备改造成能为若干个用户共

享的设备，即把一台物理设备改造成若干台相同的虚拟设备。如打印机的共

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操作系统的功能

4.文件管理功能

主要任务：

对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用

保证文件的安全性

文件存储空间的管理：

离散分配方式

以盘块为基本分配单位

目录管理：

文件的读/写管理

文件的共享与保护

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操作系统的功能

5.用户接口

命令接口

联机用户接口

脱机用户接口（批处理用户接口）

程序接口

图形接口

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操作系统分类:

单用户操作系统

批处理操作系统

单道批处理

多道批处理

实时操作系统

分时操作系统

网络操作系统

分布式操作系统

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微机上的典型操作系统

1.DOS操作系统2.Windows操作系统3.UNIX操作系统

4.Linux操作系统5.OS/2操作系统

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微机上的典型操作系统

PCDOS&MSDOS（单用户操作系统）

UNIX（多用户多任务交互式操作系统）

Linux（多用户多任务交互式操作系统）

Windows（图形窗口式操作系统）

OS/2（多任务、图形用户界面操作系统）

Netware（网络操作系统）

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3.3语言及语言处理系统

程序设计语言

语言代出现年代语言类别

第一代语言1946-1950机器语言

第二代语言1950-1960汇编语言

第三代语言1960-1980过程化编程语百

第四代语言1980-1995非过程化局级语言

第五代语言1995应用程序开发用专家系统

注意：语言的发展不是高一代取代低一代，而是多代共存。

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程序设计语言

★机器语言（低级语言）

机器指令：

由0,1组成并且能被计算机直接理解执行的代码

机器语言：

机器指令的集合，即计算机可以直接接收、理解的语言

特点：

直观性差、编写效率低、易出错、可读性差

它是面向机器的第一代语言

★计算机唯一能识别的语言是机器语言

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程序设计语言

★汇编语言（低级语言）

——机器语言的符号表示

♦定义：

用助记符、符号地址、标号等符号来编写程序的语言，也被称为符号

I吾5o

♦特点：

易于理解与记忆、占用存储空间少、执行速度快

♦注意：

不能在计算机上直接运行，必须先翻译成机器语言

★它是面向机器的第二代语言

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程序设计语言

★高级程序设计语言（高级语言）

面向过程的第三代语言

★语言处理程序用于把人们编制的汇编语言和高级语言源程序转换为机器能够

理解的目标程序

★高级语言源程序需经解释或编译后，转换为计算机能直接执行的目标程序。

例如：FORTRAN、PascaKBASIC、C

面向对象的语言一第四代

例如：C++、Java>Delphi

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程序设计语言

1.FORTRAN语言2.ALGOL语言

3.Java语百4.C语言和C++语言

VisualC^6.0

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语言处理系统

汇编程序（assembIer）

・汇编

将汇编语言程序（源程序）翻译加工成机器语言程序（目标程序）的过

程，由汇编程序完成

汇编语言程序机器语言程序

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语言处理系统

解释程序(iinterpreter)

将高级程序设计语言编写的源程序按动态的运行顺序逐句进行翻译并执行。

编译程序(compiIer)

将高级程序设计语言编写的源程序翻译成用汇编语言或机器语言表示的目标

程序。

五个阶段：

词法分析、语法分析、中间代码生成、代码优化和目标代码

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语言处理系统

编译系统的工作过程:

高级语言目标程序可执行的

目标程序

程序库

汇编程序和编译程序都产生目标程序，但解释程序不产生目标程序;

解释程序提供人机对话的工作方式，但源程序执行速度比较慢;

编译程序对源程序进行编译产生目标

程序，将来执行的速度较快。

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3.4数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,DBMS)

数据管理的进展

数据管理：

指对数据的组织、编目、存储、检索、维护等，它是数据处理的中心问题。

经历三个阶段：

人工管理阶段

文件系统阶段

数据库系统阶段

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数据库的特点

数据结构化

——数据库系统与文件系统的根本区别

数据冗余度小

数据具有独立性

——即数据和应用程序之间不存在依赖关系

物理的独立性

逻辑的独立性

加强了对数据的保护

安全性控制：保密性

完整性控制：正确性、有效性、相容性

并发控制

故障的发现与恢复

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数据库系统

数据库管理

系统(DBMS)

应用n数据库管理员

(DBA)

数据库系统构成图

数据库系统

由应用程序、DBMS、DBA和DB构成

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数据库管理系统

★DBMS——是一组软件的集合，用来定义数据库，帮助和控制用户为增加、

删除、修改和检索数据时对数据库的访问和使用，提供数据独立性、完整性和

安全性的保障，它是数据库系统的核心。

三种类型：

层次模型：IMS

网状模型：IDMS,IMAG

关系模型：FoxBASE,FoxPro,Access,OracIe等

★应用程序必须通过DBMS才能访问数据库

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3.5通用应用软件

应用软件

在计算机硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件。

是一些具有一定功能并满足一定要求的应用程序的组合。

软件包(package)

解决某类典型问题的应用程序组合。

如财务管理软件包、统计软件包、运筹学软件包等。

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常用的应用软件

文字处理软件（WPS、Word）

电子表格软件（Excel、Lotus1-2-3）

图形、图像软件（AutoCAD、Photoshop）

网络通信软件（Outlook、FTP、IE）

简报软件（PowerPoint）

统计软件（SPSS、SAS）

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3.6软件开发

程序设计发展过程

♦高级语言阶段

♦结构程序设计阶段

程序的正确性

程序的三种基本结构：顺序、选择和循环

GOTO语句

程序设计方法论

由顶向下法：由顶向下、逐步细化

自底向上的方法：强调程序设计的模块化

软件生产管理

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程序设计发展过程

♦自动程序设计阶段

软件工程支撑环境

CASE(computeraidedsoftwareengineering)

程序设计基本方法的进一步改进

快速原型法

甚高级语言法/非过程化语言

软件可重用法

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软件工程的基本概念

软件生命周期(softwareIifeeyeIe)

定义

一个软件从定义到开发,使用和维护，直到最终被弃用，需要一个漫长的

时期，通常把软件经历的这个漫长的时期称为生命周期。

可分为二个时期、五个阶段

二个时期：开发期、运行期

五个阶段：分析、设计、编写、测试、运行

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软件生命周期

阶段关键问题

■需求分析系统必须做什么？

■软件设计概括地说,应该如何解决这个问题

■编码和调试正确的程序模块

■软件测试符合要求的软件

■软件维护持久地满足用户需要的软件

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需求分析:

焦点：做什么(What)V

怎么做(How)X

目的：理解待解决的问题

完整获取用户的需求

参与者：用户、系统分析员

文档：《软件需求规格说明书》

《软件规格说明书》

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软件设计

任务：

WhatHow

从软件需求规格说明书出发，形成软件的具体设计方案

概要设计（总体设计或结构设计）

决定模块间的接口《模块说明书》

详细设计（过程设计或模块设计）

决定每个模块内部的具体算法《详细设计说明书》

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软件测试

在整个软件开发中，测试工作量一般占30%〜40%,甚至三50%。

测试目的：发现未发现的错误

三种层次：

模块测试——单个程序模块

集成测试一模块间的接口

验收测试——对软件质量最全面的考核

文档：《测试报告》

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软件维护

2个月-2年1年—10年

软件

编

分

设

测

生

命运行和维护（简称维护）

写

计

析

试

周

期改善期稳定期陈旧期

重构

软件诞生

预防性维改正性维护

各类维护活动的根本目的：

延长软件生存期

完善性维护适应性维护

50%25%

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项

开

发