一计算机软件系统

1、第三章 计算机软件系统,3-2,一、什么是软件 软件：计算机系统中的程序及其文档。 程序：计算任务的处理对象和处理规则的描述。 文档：为了便于了解程序所需的阐明性资料。,3.1 计算机软件概述,程序必须装入机器内部才能工作 文档是给人看的，不一定装入机器,3-3,IEEE对软件的定义(1983)： 软件是计算机程序、方法、规则、相关的文档资料以及在计算机上运行的程序时所必需的数据的集合。,3.1 计算机软件概述,程序：是计算机需要遵照执行的一系列指令，它作为一种具有逻辑结构的信息，精确而完整地描述计算任务中的处理对象和处理规则。 方法、规则：通常是在文档中说明并在程序中实现的。 文档：开发、使

2、用和维护程序所需要的图文资料。 数据：向一个程序提供的输入。,3-4,3.1 计算机软件概述,软件有三层含义： 个体含义：即指计算机系统中的程序及其文档； 整体含义：即指在特定计算机系统中所有上述个体含义下的软件的总体； 学科含义：即指在研究、开发、维护以及使用前述含义下的软件所涉及的理论、原则、方法和技术所构成的学科。在这种含义下，软件宜称为软件学，但一般仍称作软件。,3-5,二、发展过程 软件的发展受到应用和硬件发展的推动和制约，其发展过程大致可分为三个阶段：,3.1 计算机软件概述,3-6,三、软件的分类 系统软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他软件一般通过系统软件发挥作用。如操

3、作系统、编译程序、网络软件系统、数据库系统、人机交互软件系统等。 支撑软件：支撑软件的开发与维护的软件工具和软件开发环境。如环境数据库、各种接口软件和工具组等。 应用软件：特定应用领域专用的软件。,3.1 计算机软件概述,3-7,四、软件与硬件的关系 硬件：构成计算机系统的物理装置。 软件：用计算机指令和算法语言编写的程序以及运行程序所需的文档、数据。 关系：硬件是软件运行的基础 软件是对硬件功能的扩充和完善 软件的运行最终被转换为对硬件的操作,3.1 计算机软件概述,计算机：硬件、软件人工生命 人：躯体、灵魂自然生命,3-8,3.2 操作系统,操作系统是所有从事计算机应用、开发和研究的人经常

4、使用的系统软件。 一、什么是操作系统 管理硬件资源、控制程序运行、改善人机界面、为应用软件提供支持的系统软件。 特征：并发性同时执行多个程序 共享性多个并发程序共同使用系统资源 随机性程序运行顺序、完成时间以及运行结果都是不确定的,3-9,二、操作系统的功能 1.主要作用 管理各种软硬件资源； 提供良好的用户界面。 2.基本功能 进程管理：对处理机进行管理。通过进程管理协调多道程序间的关系，解决对处理机实施分配调度策略、进行分配和回收等。 进程状态(就绪、运行、挂起/等待)。,3.2 操作系统,3-10,存储管理：管理内存资源。 主要包括内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。 设备管理：对硬

5、件设备进行管理。 主要包括缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。 用户接口：用户操作计算机的界面。,3.2 操作系统,命令接口通过交互命令方式,对计算机进行操作 程序接口通过API调用例行程序实现既定的操作,3-11,文件管理：对信息资源的管理，操作系统将这些资源以文件的形式存储在外存上。 文件：按一定格式建立在存储设备上的一批相关信息的有序集合。 文件名：每个文件必须起一个名字。 主文件名.扩展名/文件类型 目录：文件的存放通过目录形式来实现 一个目录可以有子目录 可以存放一组文件,3.2 操作系统,3-12,多级目录结构：,3.2 操作系统,盘符:子目录1子目录2子目录n文件名 C:

6、Program FilesMicrosoft OfficeOFFICE11 winword.exe,3-13,三、操作系统的分类 1.批处理操作系统 特点：用户脱机使用计算机，作业成批处理，多道程序运行，但无交互手段。 2.分时操作系统 特点：多路性，交互性，独占性。 3.实时操作系统 特点：及时性，高可靠性和完整性。,3.2 操作系统,3-14,4.嵌入式操作系统 特点：运行在嵌入式环境中。 5.个人计算机操作系统 特点：单用户，单任务(DOS) 多任务(Windows) 6.网络操作系统 特点：基于计算机网络(Netware，WindowsNT) 7.分布式操作系统 特点：统一性，共享性，

7、透明性，自治性,3.2 操作系统,3-15,四、常用的操作系统 操作系统是现代计算机必不可少的系统软件，它是计算机的灵魂所在。 1.操作系统的诞生-盘古开天地 最初的操作系统出现在IBM704大型机上 微型计算机的操作系统则诞生于20世纪70年代-CP/M。它能够进行文件管理，具有磁盘驱动装置，可控制磁盘的I/O,显示器的显示以及打印的输出。,3.2 操作系统,3-16,2.操作系统早期霸主-DOS 1981年IBM公司首次推出IBM PC,就采用了Microsoft公司开发的DOS操作系统。 DOS是在CP/M的基础上进行了较大扩充,增加了许多内部和外部命令，使该操作系统具有较强的功能及性能

8、优良的文件系统。 由于Microsoft软件有向下兼容的特点,因此决定了Windows出问题时,很多时候需要在DOS下才能得到解决。,3.2 操作系统,3-17,DOS的发展历史： DOS的组成：,3.2 操作系统,3-18,3.操作系统当代大亨-Windows 1981年，微软公司内部制定了发展界面管理者的计划。到1983年5月,微软公司决定把这一计划命名为Microsoft Windows。 1983年11月，Bill宣布推出Windows1.0版本，但不成功。直到1985年才正式发布。 1987年，微软公司推出Windows2.0。直到1990年，微软公司推出Windows3.0，才逐渐

9、取代DOS成为主流操作系统。,3.2 操作系统,3-19,Windows内核系列发布表,3.2 操作系统,3-20,Windows NT/2000/XP总体结构,3.2 操作系统,3-21,4.天皇巨星-UNIX UNIX是使用比较广泛、影响比较大的主流操作系统之一。UNIX结构简练、功能强，可移植性和兼容性都比较好，因而它被认为是开放系统的代表。 UNIX是1969年贝尔实验室开发的多用户操作系统，最早用于PDP-7和PDP-11小型机,并很快得到普及。迄今已成为跨越从微型机到巨型机范围的唯一操作系统。,3.2 操作系统,3-22,UNIX发展简图,3.2 操作系统,3-23,UNIX系统的

10、框架结构,3.2 操作系统,3-24,5.诱人的小企鹅-Linux 1991年，芬兰赫尔辛基大学的21岁学生Linus Torvolds在学习操作系统时，将自己开发的Linux系统源程序完整地上传到FTP服务器上，供大家下载测试。,3.2 操作系统,Operating Systems: Design and Implementation Andrew S. Tanenbaum al=9+8; ,3.4 程序设计基础,3-43,优点：符合人类习惯，简单易学 通用性强，便于维护 源程序：用高级语言编写的程序。 翻译程序：将源程序翻译成用二进制代码表示的目标程序。 翻译程序的工作方式： 解释方式：边

11、解释边执行 编译方式：写程序、编译程序 运行程序,3.4 程序设计基础,3-44,3.4 程序设计基础,3-45,2.程序设计语言的选择 选择编程语言涉及很多因素： 人的因素：编程小组精通这门语言吗 任务需要：选择的语言能否实现任务的全部功能？能跨平台吗？有数据库接口功能吗？能直接控制声卡等硬件吗？ 客户指定，或要通过串行口控制一个外部设备，C+汇编语言是最明智的选择。,了解一些流行的语言，对于做出合理选择会有帮助。,3.4 程序设计基础,3-46,3.4 程序设计基础,3-47,3.4 程序设计基础,3-48,四、数据结构与算法 程序数据结构算法 1.数据结构 数据：对客观事物的符号表示，指

12、所有能输入到计算机中并被处理的符号的总和。 数据元素：由若干个数据项组成，而数据项是具有独立含义的数据最小单位。,3.4 程序设计基础,数据元素记录、结点 数据项字段、域,3-49,数据结构：研究数据及数据元素之间的关系的一门学科。 基本内容：数据的逻辑结构数据元素之间的逻辑关系(集合、线性、树形、网状结构) 数据的存储结构数据元素及其关系在计算机存储器中的存储方式(顺序、)。 数据的运算施加在该数据上的操作,3.4 程序设计基础,3-50,2.算法及其复杂性分析 求解一个给定的可计算问题，不同的人常常编写出不同的正确程序。 与计算方法相关的算法问题； 程序设计的技术问题。 例6给定两个整数，

13、求它们的最大公因数 算法A：计算函数gcd(x,y) A1：输入x、y，z为临时变量； A2：重复执行如下操作步骤：,3.4 程序设计基础,3-51,若y0，则输出|x|，算法停止； 若y0，则zx mod y，xy，yz。,#include main() int x,y,z; printf(Input x,y=); scanf(%d,%d, ,3.4 程序设计基础,3-52,问题计算方法算法程序 同一算法不同程序员程序差别大 例7用程序变换技术设计gcd(x,y)的程序,上述两例都反映辗转相除计算方法。,3.4 程序设计基础,3-53,问题不同计算方法、算法不同程序 怎样判断程序和算法的好坏

14、呢？这涉及到算法的存在性和算法的复杂性。 算法复杂性分析：对算法计算所需要的时间和空间的一种度量。 类型：时间复杂性、空间复杂性 算法复杂性的高低体现在运行该算法所需要的计算机资源上，所需资源越多，该算法的复杂性越高；反之，所需资源越少。,3.4 程序设计基础,3-54,例计算第n个素数。 所谓素数是指恰有1和本身两个自然数为其因数的大于1的整数。 除2为偶素数外，其余素数都是奇数。 算法A(简单算法)： A1.从素数定义出发，对自然数从小到大一个一个去试。 A2.当n很大时,算法所需要的计算时间非常大。,3.4 程序设计基础,3-55,算法B(筛法，快速算法)： B1.输入n，输出第一个素数

15、2； B2.M2，NM2； B3.从2开始，依次筛除M+1到N之间所有2的倍数，3的倍数，直到某个已求得的素数的平方大于N为止； B4.依小到大输出N+1到M之间剩下的数； B5.若已求得第n个素数,则输出第n个素数;否则,M当前最大素数,NM2,转B3,3.4 程序设计基础,3-56,例三个中国人算法。 国王：艾述(喜爱数学) 宰相：孔唤石(数学家) 公主：秋碧贞楠(邻国) 公主：求出48770428644836899的真因子 国王：2,3,4,30000多数据(一天) 公主：验证一下，223092871 宰相：将全国百姓按自然数顺序编号，百姓用自己的编号去除公主的数，谁除尽来领赏,3.4

16、程序设计基础,3-57,童话说明： 国王本人计算(串行算法，时间复杂性) 全国百姓计算(并行算法，空间复杂性) 假设一个问题有两种算法： 算法复杂性是n3(0.2s) 算法复杂性是3n(4*1028s,1千万亿年) (用每秒百万次的计算机，n=60) 如果一个问题没有多项式时间复杂性算法，则称为难解型问题(计算复杂性理论)。,3.4 程序设计基础,3-58,算法定义：一个算法就是一个有穷规则的集合，其中的规则确定了一个解决某一特定类型问题的运算序列。 算法的规则序列应满足五个重要条件： 有穷性：算法必须执行有穷步后结束 确定性：算法的每一步必须是确定的 输 入：算法有零个或多个输入 输 出：算

17、法有一个或多个输出 能行性：算法原则上能精确进行,3.4 程序设计基础,3-59,3.5 软件工程,一、软件危机与软件问题 1.软件危机 观点1：软件产品的生产总是超出预算,落后于进度表，而且产品质量不可靠。 观点2：在软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。,软件的生产过程不像硬件那样规范，受人的因素和外界影响很大，因此在软件生产的各阶段都会引入不同程度的错误，致使成本上升，甚至导致软件失败。,3-60,2.软件危机的表现 软件开发和维护费用急剧上升 不重视文档资料 产品质量不可靠 软件产品成本高于硬件产品,3.5 软件工程,3-61,3.软件开发中的问题 软件生产技术进展缓慢 软件成

18、本和质量难以控制 对软件开发的错误认识 难以准确、全面把握用户需求 不重视阶段审查和复审 软件复杂且规模庞大 软件维护费用上升,3.5 软件工程,3-62,二、软件工程与开发准则 1.软件工程概念 软件工程：在软件开发与维护过程中采用工程的原理、方法、技术并使用正确的管理方法来指导软件生产的全过程。 主要内容：软件开发方法 软件过程 软件工具,3.5 软件工程,3-63,2.软件开发的基本准则 B.W.Boehm综合各方意见，于1983年提出了软件工程的基本准则。 严格阶段管理 坚持阶段评审 加强产品控制 采纳新技术 产品结果应能审查 开发人数要适当,3.5 软件工程,3-64,三、软件生命周期 软件生命周期是从时间的角度出发，从软件目标的提出、定义、开发、维护，直到最终被丢弃的整个过程。 计划时期开发时期运行时期 1.计划时期 问题定