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第3章计算机软件1第1页，本讲稿共32页2第2页，本讲稿共32页学学 习习 目目 标标 与与 要要 求求了解什么是计算机软件。了解什么是计算机软件。结合结合Windows操作系统，了解操作系统的作用和功能，操作系统，了解操作系统的作用和功能，理解多任务处理和文件管理的基本原理。理解多任务处理和文件管理的基本原理。了解计算机程序设计语言的作用、基本结构以及它了解计算机程序设计语言的作用、基本结构以及它们的执行过程。们的执行过程。了解算法和数据结构的基本概念了解算法和数据结构的基本概念3第3页，本讲稿共32页3.1 概述概述 计算机系统有两个基本组成部分，即计算机硬件计算机系统有两个基本组成部分，即计算机硬件和计算机软件。硬件是组成计算机的各种物理设备的和计算机软件。硬件是组成计算机的各种物理设备的总称。软件是人与硬件的接口，它自始至终指挥和控总称。软件是人与硬件的接口，它自始至终指挥和控制着硬件的工作过程。没有软件，硬件就不知道做什制着硬件的工作过程。没有软件，硬件就不知道做什么，计算机系统也就没有什么用了。么，计算机系统也就没有什么用了。4第4页，本讲稿共32页软件软件是程序与相关的数据和文档的集合。是程序与相关的数据和文档的集合。程序程序是指示计算机做什么和如何做的一组指令（语句）。是指示计算机做什么和如何做的一组指令（语句）。程序具有以下特点：程序具有以下特点：完成某一确定的信息处理任务；完成某一确定的信息处理任务；使用某一种计算机语言描述如何完成该任务；使用某一种计算机语言描述如何完成该任务；存储在计算机中，并在启动运行后才能起作用。存储在计算机中，并在启动运行后才能起作用。数据数据指的是程序运行过程中需要处理的对象和必须使用的一些参指的是程序运行过程中需要处理的对象和必须使用的一些参数。数。文档文档是程序开发、维护和使用所涉及的资料（如设计报告、维护手是程序开发、维护和使用所涉及的资料（如设计报告、维护手册和使用指南等）。册和使用指南等）。软件和程序本质上是相同的。软件和程序本质上是相同的。3.1.1 什么是计算机软件什么是计算机软件5第5页，本讲稿共32页3.1.2 计算机软件的特性计算机软件的特性 106106页页1 1、不可见性、不可见性2 2、适用性、适用性3 3、依附性、依附性4 4、复杂性、复杂性5 5、无磨损性、无磨损性6 6、易复制性、易复制性7 7、不断演变性、不断演变性8 8、有限责任、有限责任9 9、脆弱性、脆弱性6第6页，本讲稿共32页3.1.3 软件的分类：软件的分类：（按不同的原则和标准）（按不同的原则和标准）w w从应用角度进行分类从应用角度进行分类从应用角度进行分类从应用角度进行分类:系统软件、应用软件系统软件、应用软件系统软件：系统软件：泛指那些为了有效地运行计算机系统、给应用系统开发与运泛指那些为了有效地运行计算机系统、给应用系统开发与运行提供支持、或者能为用户管理与使用计算机提供方便的一类软行提供支持、或者能为用户管理与使用计算机提供方便的一类软件。如：件。如：BIOSBIOS、操作系统、程序设计语言处理系统（、操作系统、程序设计语言处理系统（C C语言编译器）语言编译器）、数据库管理系统、常用的实用程序、数据库管理系统、常用的实用程序(磁盘清理程序，备份程序）等。磁盘清理程序，备份程序）等。主要特征：主要特征：主要特征：主要特征：它与计算机硬件有很强的交互性，能对硬件资它与计算机硬件有很强的交互性，能对硬件资源进行统一的控制、调度和管理；系统软件具有基础性和支撑源进行统一的控制、调度和管理；系统软件具有基础性和支撑作用，是应用软件的运行平台。作用，是应用软件的运行平台。7第7页，本讲稿共32页w应用软件应用软件 泛指那些专门用于解决各种具体应用问题的软件。泛指那些专门用于解决各种具体应用问题的软件。按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件进一步分为：按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件进一步分为：通用应用软件：通用应用软件：通用应用软件：通用应用软件：可在多个行业和部门中共同使用。可在多个行业和部门中共同使用。定制应用软件：定制应用软件：定制应用软件：定制应用软件：按用户的特定需求而专门设计的软件。按用户的特定需求而专门设计的软件。8第8页，本讲稿共32页按软件权益来分类：按软件权益来分类：109页页商品软件商品软件共享软件共享软件自由软件自由软件免费软件免费软件9第9页，本讲稿共32页3.2 3.2 操作系统操作系统 操作系统：操作系统：Operating System,Operating System,简称简称OSOS 它是计算机中最重要的一种系统软件，它是一些程序它是计算机中最重要的一种系统软件，它是一些程序模块的集合，它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理模块的集合，它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地安排计算机的工作流程，控计算机的软硬件资源，合理地安排计算机的工作流程，控制和支持应用程序的运行，并向用户提供各种服务，使用制和支持应用程序的运行，并向用户提供各种服务，使用户能灵活、方便、有效地使用计算机，也使整个计算机系户能灵活、方便、有效地使用计算机，也使整个计算机系统高效率地运行。统高效率地运行。10第10页，本讲稿共32页3.2.1 3.2.1 概述概述概述概述1 1、操作系统的作用操作系统的作用操作系统有以下的三个方面的重要作用：操作系统有以下的三个方面的重要作用：为程序管理和分配系统中的各种软硬件资源为程序管理和分配系统中的各种软硬件资源为程序管理和分配系统中的各种软硬件资源为程序管理和分配系统中的各种软硬件资源为用户提供友善的人机界面为用户提供友善的人机界面为用户提供友善的人机界面为用户提供友善的人机界面为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台11第11页，本讲稿共32页2.2.操作系统的启动操作系统的启动 安装了操作系统的计算机，操作系统总是驻留在硬盘存储器安装了操作系统的计算机，操作系统总是驻留在硬盘存储器上的。当加电启动计算机工作时，上的。当加电启动计算机工作时，CPUCPU首先执行首先执行BIOSBIOS（基本输入（基本输入输出系统，固化在输出系统，固化在ROMROM中）的自检程序，测试计算机中各部中）的自检程序，测试计算机中各部件的工作状态是否正常。若无异常情况，件的工作状态是否正常。若无异常情况，CPUCPU将继续执行将继续执行BIOSBIOS中的自举程序，它从硬盘中读出引导程序并装入到内存，然中的自举程序，它从硬盘中读出引导程序并装入到内存，然后将控制权交给引导程序，由引导程序继续装入操作系统。操作后将控制权交给引导程序，由引导程序继续装入操作系统。操作系统装入成功后，整个计算机就处于操作系统的控制之下，用户系统装入成功后，整个计算机就处于操作系统的控制之下，用户就可以正常的使用计算机了。就可以正常的使用计算机了。12第12页，本讲稿共32页在PC机执行引导装入程序之前，用户可以通过热键启动CMOS设置程序。CMOS设置程序中存放的信息。P11313第13页，本讲稿共32页 3.2.2 多任务管理多任务管理 3.2.3 存储管理存储管理 3.2.4 文件管理文件管理 3.2.5 设备管理设备管理操作系统的功能操作系统的功能14第14页，本讲稿共32页操作系统一般都支持若干个程序同时运行，这称为多任务处理。操作系统一般都支持若干个程序同时运行，这称为多任务处理。任务是指装入内存并启动执行的一个应用程序。任务是指装入内存并启动执行的一个应用程序。3.2.2 3.2.2 多任务处理与处理器管理多任务处理与处理器管理WindowsWindows的的的的“任务管理器任务管理器任务管理器任务管理器”15第15页，本讲稿共32页活动窗口、前台任务并发多任务，不管是前台任务还是后台任务，都能分配到CPU的使用权，可以同时运行。处理器调度程序负责把CPU时间分配给多个任务。调度程序一般采用按时间片轮转的策略。16第16页，本讲稿共32页 3.2.3 存储管理：存储管理：存储管理的主要内容包括内存的分配和回收、存储管理的主要内容包括内存的分配和回收、内存的共享和保护、内存自动扩充等。内存的共享和保护、内存自动扩充等。现在，操作系统一般都采用虚拟存储技术进现在，操作系统一般都采用虚拟存储技术进行存储管理。行存储管理。什么是虚拟存储技术？什么是虚拟存储技术？P115利用系统工具中的利用系统工具中的“系统工具系统工具”查看内存的查看内存的工作情况。工作情况。17第17页，本讲稿共32页3.2.4 文件管理：文件管理：1、文件的基本概念文件的基本概念：文件：文件：是一组相关信息的集合。是一组相关信息的集合。计算机中的程序、数据、文档通常都组织成为文计算机中的程序、数据、文档通常都组织成为文件存放在外存储器中，用户必须以文件为单位对外存件存放在外存储器中，用户必须以文件为单位对外存储器中的信息进行访问和操作。储器中的信息进行访问和操作。文件说明信息：文件说明信息：文件名、文件类型、文件物理位置、文件大小、文文件名、文件类型、文件物理位置、文件大小、文件时间（创建时间、最近修改时间、最近访问时间）、件时间（创建时间、最近修改时间、最近访问时间）、文件创建者、文件属性等。文件创建者、文件属性等。文件属性：文件属性：系统文件、隐藏文件、存档文件或只读文件。系统文件、隐藏文件、存档文件或只读文件。Windows XPWindows XP中还具有：压缩、加密、编制索引属性中还具有：压缩、加密、编制索引属性。18第18页，本讲稿共32页2、文件目录（文件夹）文件目录（文件夹）Windows Windows 中文件目录采用多级层次式结构（也叫树状中文件目录采用多级层次式结构（也叫树状结构）。结构）。多级文件夹既可以帮助用户把不同类型和不同用途的文多级文件夹既可以帮助用户把不同类型和不同用途的文件分类存储，又方便了文件的查找件分类存储，又方便了文件的查找 不同文件夹中的文件使用相同的名字。不同文件夹中的文件使用相同的名字。文件夹也有若干与文件类似的说明信息。文件夹也有若干与文件类似的说明信息。文件夹共享文件夹共享 19第19页，本讲稿共32页3、文件管理文件管理 文件管理的主要职责之一是如何在外存储器中为创建文件管理的主要职责之一是如何在外存储器中为创建（或保存）文件分配空间，为删除文件回收空间，并对空（或保存）文件分配空间，为删除文件回收空间，并对空闲空间进行管理。闲空间进行管理。20第20页，本讲稿共32页3.2.5 设备管理：设备管理：设备管理负责组织和管理系统中的各种输入设备管理负责组织和管理系统中的各种输入输出设备，有效地处理用户（或应用程序）对输出设备，有效地处理用户（或应用程序）对这些设备的使用请求，并方便、有效、安全地这些设备的使用请求，并方便、有效、安全地完成实际的输入输出操作。完成实际的输入输出操作。21第21页，本讲稿共32页3.2.6 常用操作系统介绍常用操作系统介绍 产品类型越来越丰富产品类型越来越丰富操作系统的类型操作系统的类型 批处理系统批处理系统 分时处理系统分时处理系统 个人计算机的单用户多任务处理功能个人计算机的单用户多任务处理功能 网络操作系统的多用户多任务处理功能网络操作系统的多用户多任务处理功能 实时操作系统（快速响应）实时操作系统（快速响应）嵌入式操作系统嵌入式操作系统22第22页，本讲稿共32页目前常用的几种操作系统目前常用的几种操作系统:WindowsWindows操作系统操作系统运行在个人计算机上的系统软件，由微软（美）公司开运行在个人计算机上的系统软件，由微软（美）公司开发，提供了多任务和图形用户界面管理系统。其系列包发，提供了多任务和图形用户界面管理系统。其系列包括：括：Windows 9X （95、98、98 SE、ME)Windows NT（面向商业应用）（面向商业应用）Windows 2000（Workstation 版本）版本）（Server 版本）版本）Windows XP（家庭和商用）（家庭和商用）Windows VistaWindows 723第23页，本讲稿共32页UNIX UNIX 和和LinuxLinux操作系统操作系统 是国际上目前使用最广泛、影响最大的主流是国际上目前使用最广泛、影响最大的主流操作系统之一。操作系统之一。主要安装在巨型机、大型机上作为网络操作主要安装在巨型机、大型机上作为网络操作系统使用，也可用于工作站和嵌入式系统。系统使用，也可用于工作站和嵌入式系统。24第24页，本讲稿共32页3.3 3.3 算法与程序设计语言算法与程序设计语言什么是算法？什么是算法？什么是算法？什么是算法？算法是解决问题的方法与步骤。算法是解决问题的方法与步骤。在计算机学科中，算法指的是用于完成某个信息处理任务的在计算机学科中，算法指的是用于完成某个信息处理任务的一组有序而明确的、可以由计算机执行的操作（或指令），它一组有序而明确的、可以由计算机执行的操作（或指令），它能在有限的时间内执行结束并产生结果。能在有限的时间内执行结束并产生结果。算法的设计一般采用由粗到细、由抽象到具体的逐步求精的算法的设计一般采用由粗到细、由抽象到具体的逐步求精的方法。方法。3.3.1 算法算法25第25页，本讲稿共32页算法的性质算法的性质确定性：每一步运算应该执行何种操作必须是清确定性：每一步运算应该执行何种操作必须是清楚明确的，无二义性的。楚明确的，无二义性的。有穷性：一个算法总是在执行了有限步的操作后终止。有穷性：一个算法总是在执行了有限步的操作后终止。能行性：算法中有待实现的操作都是可执行的。能行性：算法中有待实现的操作都是可执行的。输出：至少产生一个输出。输出：至少产生一个输出。26第26页，本讲稿共32页算法表示与算法分析算法表示与算法分析 算法的好坏，除其正确性外，还应考虑：算法的好坏，除其正确性外，还应考虑：1.执行算法所要占用的计算机资源，包括时间资源和空间资源两个方面。2.算法是否易理解，是否易调试和易测试等。从主观上讲，我们希望设计或选用一个时间代从主观上讲，我们希望设计或选用一个时间代价和空间代价都小、其他性能也好的算法。价和空间代价都小、其他性能也好的算法。27第27页，本讲稿共32页 3.3.2 程序设计语言程序设计语言程序设计语言用于人与计算机之间的通信。程序设计语言用于人与计算机之间的通信。程序设计语言按其级别可以划分为机器语言、汇编程序设计语言按其级别可以划分为机器语言、汇编语言和高级语言三大类。语言和高级语言三大类。机器语言机器语言 它是使用计算机指令系统的程序语言。用机器语言它是使用计算机指令系统的程序语言。用机器语言编写的程序，全部是二进制形式，可以被计算机直接编写的程序，全部是二进制形式，可以被计算机直接执行。对于不同类型甚至不同型号的计算机，其机器执行。对于不同类型甚至不同型号的计算机，其机器语言是不同的。语言是不同的。机器语言不易记忆和理解机器语言不易记忆和理解,所编写的程序也难于修所编写的程序也难于修改和维护，所以用机器语言编制程序的难度很大。改和维护，所以用机器语言编制程序的难度很大。28第28页，本讲稿共32页汇编语言汇编语言汇编语言用助记符来代替机器指令的操作汇编语言用助记符来代替机器指令的操作码和操作数。如码和操作数。如ADDADD表示就加法；表示就加法；SUBSUB表示减表示减法；法；MOVEMOVE表示传送数据等。用汇编语言编写表示传送数据等。用汇编语言编写程序与编写机器语言程序相比，比较直观程序与编写机器语言程序相比，比较直观和易记忆，但汇编语言仍然是面向机器指和易记忆，但汇编语言仍然是面向机器指令系统的，还保留了机器语言的各项缺点。令系统的，还保留了机器语言的各项缺点。29第29页，本讲稿共32页高级语言高级语言 一种接近人们自然语言（主要是英语）的程序设计一种接近人们自然语言（主要是英语）的程序设计语言语言 高级语言的表示方法接近人们解决问题时的表示高级语言的表示方法接近人们解决问题时的表示方法，且具有通用性，在一定程度上与机器无关。方法，且具有通用性，在一定程度上与机器无关。高级语言的特点是易学、易用、易维护，人们可以更高级语言的特点是易学、易用、易维护，人们可以更有效、更方便地用它来编制各种用途的计算机程序。有效、更方便地用它来编制各种用途的计算机程序。高级语言的基本成分：数据成分、运算成分、控制成高级语言的基本成分：数据成分、运算成分、控制成分、传输成分。分、传输成分。30第30页，本讲稿共32页 FORTRAN FORTRAN语言语言 公式翻译的缩写 它是它是一种主要用于数值计算的面向过程的程序设计一种主要用于数值计算的面向过程的程序设计语言。其特点是接近数学公式、简单易用。语言。其特点是接近数学公式、简单易用。常用程序设计语言介绍常用程序设计语言介绍 126126页页页页 迄今为止，各种不同应用的程序语言有数百种之多，下面介绍迄今为止，各种不同应用的程序语言有数百种之多，下面介绍几种有影响的程序语言。几种有影响的程序语言。BASICBASIC语言语言 和和 VBVB语言语言 初学者通用符号指令代码，简单易学。初学者通用符号指令代码，简单易学。31第31页，本讲稿共32页 Java Java语言语言由由Sun MicroSystem 公司于公司于1995年年5月正式对外公月正式对外公布的一种面向对象的、用于网络环境的程序设计语布的一种面向对象的、用于网络环境的程序设计语言。言。32第32页，本讲稿共32页