基础班-计算机软件基础.ppt

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1、计算机软件基础闫雷鸣2/21/20231同方教育计算机软件基础计算机软件基础n1 软件系统的组成与发展n2 操作系统n3 语言及语言处理系统 2/21/20232同方教育1 软件系统的组成与发展软件系统的组成与发展 2/21/20233同方教育软件系统的组成软件系统的组成软件的概念软件的概念软件软件是计算机程序程序、方法方法、规则规则、相关的文文档档以及在计算机上运行它时所必需的数据数据。n软件软件程序数据文档n用户与计算机硬件之间的桥梁。用户与计算机硬件之间的桥梁。2/21/20234同方教育软件的分类软件的分类操作系统操作系统系统软件系统软件应用软件应用软件语言处理程序语言处理程序数据库管

2、理系统数据库管理系统定制的应用软件定制的应用软件通用应用软件通用应用软件文字处理软件电子表格软件图形、图象软件通信软件简报软件统计软件常用服务程序常用服务程序解决各种实际问题使用和管理计算机支撑软件支撑软件应应用用软软件件裸裸 机机操操作作系系统统语言处理程序语言处理程序数据库管理系统数据库管理系统网络与通信软件网络与通信软件服务程序与工具软件服务程序与工具软件用户计算机应用系统的层次构成如图软件系统的发展过程软件系统的发展过程n软件系统的发展大致经历了三个软件系统的发展大致经历了三个阶段：阶段：n程序设计时代n软件（程序系统）时代n软件工程学时代2/21/20237同方教育o软件危机软件危机

3、n定义：软件开发和维护过程中遇到的一：软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题。系列严重问题。n包括两方面问题:n如何开发软件，满足对软件的日益增长如何开发软件，满足对软件的日益增长的需求的需求n如何维护数量不断膨胀的已有软件如何维护数量不断膨胀的已有软件2/21/20238同方教育2 操作系统操作系统(Operating System，OS)2/21/20239同方教育操作系统o操作系统n用于管理、控制、分配计算机的软用于管理、控制、分配计算机的软件和硬件资源，支持应用程序的运件和硬件资源，支持应用程序的运行的系统软件。行的系统软件。2/21/202310同方教育操作系统的目标和作用操作系统

4、的目标和作用 u操作系统的目标操作系统的目标 方便性方便性 有效性有效性 可扩充性可扩充性 开放性开放性 u操作系统的作用操作系统的作用 u管理系统中的各种软硬件资源管理系统中的各种软硬件资源u提供友好服务界面提供友好服务界面 u为程序开发提供高效率的平台为程序开发提供高效率的平台 2/21/202311同方教育操作系统的功能操作系统的功能o任务管理任务管理o存储管理存储管理o文件管理文件管理o设备管理设备管理o作业管理作业管理2/21/202312同方教育操作系统的功能操作系统的功能(1).(1).进程管理进程管理o创建和撤消进程（线程）创建和撤消进程（线程）o对诸进程（线程）的运行进行协调

5、对诸进程（线程）的运行进行协调o实现进程（线程）之间的信息交换实现进程（线程）之间的信息交换o按照一定的算法把处理机分配给进程（线按照一定的算法把处理机分配给进程（线程）程）o多进程技术任务：有效地、合理地分配任务：有效地、合理地分配任务：有效地、合理地分配任务：有效地、合理地分配CPUCPUCPUCPU的时间的时间的时间的时间2/21/202313同方教育 进程是程序的一次执行过程。进程基本特征：n 动态性动态性 进程有一定的生命期进程有一定的生命期n 并发性并发性 系统中可以同时有几个进程在活动系统中可以同时有几个进程在活动 n 独立性独立性 能独立运行的基本单位，资源分配能独立运行的基本

6、单位，资源分配基本单位基本单位n 异步性异步性 进程按异步方式运行，各自独立进程按异步方式运行，各自独立2/21/202314同方教育2/21/202315同方教育进程的状态和调度：时间片到时间片到执行状态执行状态就绪状态就绪状态挂起状态挂起状态进程被选中进程被选中 发发生生了了某某个个事事件件，如如分分配配到到了了所所需需资资源源（如如打打印印机机）。等待某个事件等待某个事件等待某个资源，等待某个资源，如打印机。如打印机。除了除了CPU以外，以外，所需要的所有资源都所需要的所有资源都分配了分配了缺少资源缺少资源2/21/202316同方教育线程（threads）对进程进行对进程进行“细分细分

7、”，一个进程可再分为多个线程，一个进程可再分为多个线程轻量级的进程（轻量级的进程（lightweight threads，简称简称LWPLWP）传统进程可认为重量级线程（传统进程可认为重量级线程（weight threads，简称简称LWPLWP）线程：核心级线程和用户级线程线程：核心级线程和用户级线程UNIXUNIX：进程是：进程是CPUCPU的分配单位的分配单位 WindowsWindows：线程是：线程是CPUCPU的分配单位的分配单位n除了除了CPU以外以外,进程肯定是在进程肯定是在UNIX和和WINDOWS中资源的分配单位中资源的分配单位2/21/202317同方教育o引入线程的优点

8、：n 充分共享共源充分共享共源n 减少内存开销减少内存开销n 提高并发性提高并发性n 切换速度相对较快切换速度相对较快2/21/202318同方教育2/21/202319同方教育两个常考概念o(2)(2)分时处理分时处理n时间片o(3)(3)并行处理并行处理n多处理器2/21/202320同方教育1).单道程序系统单道程序系统:任一时刻只允许一个程序在系统中执行。一任一时刻只允许一个程序在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行下一个程序。个程序执行结束后才能执行下一个程序。时间时间tCPU程序程序A程序程序B程序程序C2/21/202321同方教育2).多道程序系统多道程序系统:多道程序同时在

9、执行。多道程序同时在执行。程序程序A程序程序C程序程序A程序程序B程序程序C程序程序CCPU时间时间t特点：特点：多道：计算机内存中同时存放了几道相互独立的程序多道：计算机内存中同时存放了几道相互独立的程序 宏观上并行：同时在执行宏观上并行：同时在执行 微观上串行：各程序轮流地占有微观上串行：各程序轮流地占有CPUCPU，交替执行，交替执行2/21/202322同方教育操作系统的功能操作系统的功能2.2.存储器管理功能存储器管理功能o主要任务主要任务:n为多道程序的运行提供良好的环境n方便用户使用存储器n提高存储器的利用率n从逻辑上扩充内存 虚拟内存虚拟内存2/21/202323同方教育v（1

10、）.虚拟内存用硬盘空间模拟内存虚拟内存用硬盘空间模拟内存真正内存真正内存虚拟内存虚拟内存内存空间内存空间最大容量与最大容量与CPUCPU的寻址能力有关的寻址能力有关 32 32位位CPUCPU最大可达最大可达4GB4GB。演示设置虚拟内存演示设置虚拟内存2/21/202324同方教育o（2）存储器分配存储器分配目的：提高存储器的利用率，提高系统速度。目的：提高存储器的利用率，提高系统速度。n多个进程共享存储器，分配、释放存储器多个进程共享存储器，分配、释放存储器n进程需要的存储空间是变化的进程需要的存储空间是变化的n调进或调出进程调进或调出进程n移动进程移动进程进程进程1进程进程2进程进程3进

11、程进程4进程进程5RAM虚拟内存虚拟内存交换交换 在在CPU上运行的进程上运行的进程肯定要在肯定要在RAM中。中。2/21/202325同方教育操作系统的功能操作系统的功能3.3.文件管理文件管理o主要任务：主要任务：n对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用n保证文件的安全性 o文件存储空间的管理文件存储空间的管理n离散分配方式 n以盘块为基本分配单位 o目录管理、读目录管理、读/写管理、共享与保护写管理、共享与保护 见名知意UNIX中大小写有区别Windows中大小写无区别 2/21/202326同方教育o目录结构硬盘划分成几个逻辑上独硬盘划分成几个逻辑上独立的区域，这些磁盘分区被立的

12、区域，这些磁盘分区被称为卷。称为卷。硬盘分区目的：n便于管理磁盘上的众多文件便于管理磁盘上的众多文件n安装不同的系统，如安装不同的系统，如Windows XP、Linux等等 卷的管理:n安装时安装时n计算机管理器（演示计算机管理器（演示:计算机管计算机管理理）(小心，不能删除分区)2/21/202327同方教育磁盘分区格式化使用2/21/202328同方教育o常见的文件系统n1）Windows文件系统文件系统 Windows支持三种文件系统：支持三种文件系统：FAT、FAT32和和NTFS。oFAT：只能支持：只能支持512MB以下的容量，目前用在软盘和移动以下的容量，目前用在软盘和移动硬盘

13、。硬盘。oFAT32：卷最大容量：卷最大容量2TB，不支持，不支持512MB以下的卷。用在以下的卷。用在硬盘分区。硬盘分区。oNTFS：兼顾了磁盘空间的使用与访问效率，提供高性能、：兼顾了磁盘空间的使用与访问效率，提供高性能、安全性、可靠性和许多安全性、可靠性和许多FAT或或FAT32没有的高级功能的文没有的高级功能的文件系统。件系统。o光盘文件系统：光盘文件系统：CDFS，UDFn2）UNIX文件系统文件系统 不使用驱动器名，只有一个叫做不使用驱动器名，只有一个叫做root根目录，标记为根目录，标记为/，其下任何一个子目录可以是一个硬盘或一个分区，而且，其下任何一个子目录可以是一个硬盘或一个

14、分区，而且是可随时改变的。是可随时改变的。2/21/202329同方教育3）Linux文件系统 在在LinuxLinux操操作作系系统统中中，用用户户可可以以安安装装LinuxLinux自自身身的的标标准准文文件件系系统，还可以安装统，还可以安装WindowsWindows文件系统或文件系统或UNIXUNIX文件系统。文件系统。u Windows Windows文件系统文件系统 可安装可安装FAT32FAT32、NTFSNTFS（NTFSNTFS不能写入，只能访问）不能写入，只能访问）u Ext2 Ext2文件系统文件系统 目前目前LinuxLinux操作系统中最标准的文件系统。操作系统中最标

15、准的文件系统。u Ext3 Ext3文件系统文件系统 从从Ext2Ext2上上发发展展起起来来的的日日志志式式文文件件。它它将将所所有有磁磁盘盘的的写写入入操操作作记记录录下下来来，当当系系统统发发生生不不一一致致时时，再再根根据据这这些些记记录录值值来来还还原原，或或恢复这些文件数据数据。恢复这些文件数据数据。2/21/202330同方教育v文件系统实例 FAT（软盘）2/21/202331同方教育操作系统的功能操作系统的功能4.4.设备管理设备管理o主要任务:n完成用户进程提出的完成用户进程提出的I/O请求，为用户进请求，为用户进程分配其所需的程分配其所需的I/O设备设备n提高提高CPU和

16、和I/O设备的利用率设备的利用率n提高提高I/O速度速度n方便用户使用方便用户使用I/O设备设备2/21/202332同方教育4 设备管理设备管理 1)设备驱动程序设备驱动程序 使用设备之前，该设备的驱动程序必须被安装。使用设备之前，该设备的驱动程序必须被安装。2)即插即用（即插即用（Plug and Play，简称，简称PnP）指把设备连接到计算机上后无需手动配置可以立即指把设备连接到计算机上后无需手动配置可以立即使用。即插即用技术需要设备和操作系统的支持。使用。即插即用技术需要设备和操作系统的支持。2/21/202333同方教育3提高使用效率提高使用效率 通道和缓冲。n缓冲区：介于两个设备

17、或设备与应用程序之间传递缓冲区：介于两个设备或设备与应用程序之间传递数据的内存区域。提供给不同速度的设备之间传递数据的内存区域。提供给不同速度的设备之间传递数据。数据。n高速缓存：高速缓存：一种特殊作用的一种特殊作用的 内存。内存。2/21/202334同方教育操作系统的功能操作系统的功能5.5.作业管理作业管理 o作业的调度、撤销等2/21/202335同方教育操作系统的类型操作系统的类型o批处理操作系统批处理操作系统n单道批处理n多道批处理o分时处理作系统分时处理作系统o实时操作系统实时操作系统o个人计算机操作系统个人计算机操作系统2/21/202336同方教育操作系统的类型（续）操作系统

18、的类型（续）o高性能计算机操作系统高性能计算机操作系统o网络操作系统网络操作系统n服务器、客户机o分布式操作系统分布式操作系统2/21/202337同方教育操作系统分类APPLEIBMDOS操操作作系系统统按任按任务数务数图形用户界面操作系统图形用户界面操作系统命令行界面命令行界面操作系统操作系统多用户操作系统多用户操作系统单用户操作系统单用户操作系统多任务操作系统多任务操作系统单任务操作系统单任务操作系统分时操作系统分时操作系统批处理系统批处理系统实时操作系统实时操作系统网络操作系统网络操作系统按用户按用户界面界面按用按用户数户数按系统按系统功能功能2/21/202338同方教育微机上的典型

19、操作系统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2/21/202339同方教育Windows的发展历史的发展历史1983年年 Windows 1.01990年年 Windows 3.01992年年 Windows 3.11995年年 Windows 3.21993年年 Windows NT(32位位)Windows NT Server Windows NT Workstation 1995年年 Windows 95(32位位)1998年年 Windows 98(32位位)2000年年 Windows 200

20、0(32位位)2001年年 Windows XP(32位位)2/21/202340同方教育oMac OS较好的图形处理能力，主要用在桌面较好的图形处理能力，主要用在桌面出版和多媒体应用等领域。用在苹果公司的出版和多媒体应用等领域。用在苹果公司的Power Macintosh机及机及Macintosh一族计算机上，一族计算机上，与与Windows缺乏较好的兼容性缺乏较好的兼容性oNovell Netware 基于文件服务和目录服务的网基于文件服务和目录服务的网络操作系统，用于构建局域网。络操作系统，用于构建局域网。oUnix2/21/202341同方教育Linux操作系统 多用户多任务多用户多任

21、务 源代码开放源代码开放 与与UNIXUNIX兼容的兼容的3232位操作系统位操作系统 提供了完整的网络集成提供了完整的网络集成 通常包含很方便的通常包含很方便的InternetInternet或或IntranetIntranet服务器设置服务器设置 可以用来很好地组建可以用来很好地组建LANLAN 是一个十分优秀的开发平台是一个十分优秀的开发平台 具有大量的应用软件具有大量的应用软件 现有版本：现有版本：Red Hat LinuxRed Hat Linux、Turbo LinuxTurbo Linux、S.u.S.E LinuxS.u.S.E Linux等等国产版本：红旗国产版本：红旗Lin

22、uxLinux、蓝点、蓝点LinuxLinux等等 2/21/202342同方教育X Window在命令提示符下输入在命令提示符下输入STARTXSTARTX后，系统便进入了后，系统便进入了X WindowsX Windows 2/21/202343同方教育微机上的典型操作系统微机上的典型操作系统o oPC DOS&MS DOSPC DOS&MS DOS（单用户操作系统）（单用户操作系统）（单用户操作系统）（单用户操作系统）o oWindowsWindows（图形窗口式操作系统）（图形窗口式操作系统）（图形窗口式操作系统）（图形窗口式操作系统）o oUNIXUNIX（多用户多任务交互式操作系统

23、）（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）n nAIXAIX，HP-UXHP-UX，SolorisSoloriso oLinuxLinux（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）o oOS/2OS/2（多任务、图形用户界面操作系统）（多任务、图形用户界面操作系统）（多任务、图形用户界面操作系统）（多任务、图形用户界面操作系统）o oNetwareNetware（网络操作系统）（网络操作系统）（网络操作系统）（网络操作系统）o oMac OSMac OS（苹果电脑（苹

24、果电脑（苹果电脑（苹果电脑MacintoshMacintosh专用）专用）专用）专用）2/21/202344同方教育3 程序设计语言程序设计语言2/21/202345同方教育程序设计语言分类程序设计语言分类 机器语言机器语言(低级语言低级语言)o机器指令：机器指令：由由0，1组成并且组成并且能被计算机直接理解执行的代码能被计算机直接理解执行的代码o机器语言：机器语言：机器指令的集合，即计算机可以直接接收、理解机器指令的集合，即计算机可以直接接收、理解的语言的语言o特点特点:直观性差、编写效率低、易出错、可读性差直观性差、编写效率低、易出错、可读性差o它是它是面向机器面向机器的第一代语言的第一代

25、语言 计算机计算机唯一唯一能识别的语言是能识别的语言是机器语言机器语言2/21/202346同方教育程序设计语言分类程序设计语言分类 汇编语言汇编语言(低级语言低级语言)机器语言的符号表示机器语言的符号表示 定义：定义：用助记符、符号地址、标号等符号来编写用助记符、符号地址、标号等符号来编写程序的语言，程序的语言，也被称为也被称为符号语言符号语言。特点：特点：易于理解与记忆、占用存储空间少、执行速易于理解与记忆、占用存储空间少、执行速度快度快注意：注意：不能直接运行，须先翻译成机器语言不能直接运行，须先翻译成机器语言 它是它是面向机器面向机器的第二代语言的第二代语言2/21/202347同方教

26、育 高级程序设计语言高级程序设计语言(高级语言高级语言)n面向过程面向过程的的第三代第三代语言语言FORTRAN、Pascal、BASIC、Cn n面向对象的语言面向对象的语言第四代第四代例如：例如：C+、Java、Delphi程序设计语言分类程序设计语言分类2/21/202348同方教育高级程序语言基本成分 o数据成分：数据类型、数据结构o运算成分：算术表达式、逻辑表达式o控制成分：顺序结构、条件选择、重复结构o传输成分：输入/输出2/21/202349同方教育语言处理系统高级语言高级语言源程序源程序需经需经解释或编译解释或编译后，转换为后，转换为计算机能直接执行的目标程序。计算机能直接执行

27、的目标程序。语言处理程序语言处理程序用于把人们编制的用于把人们编制的汇编语汇编语言和高级语言源程序言和高级语言源程序转换为机器能够理转换为机器能够理解的目标程序解的目标程序2/21/202350同方教育语言处理系统o语言处理系统包括：o（1）翻译程序o（2）正文编辑程序：用于建立和修改源程序文件 o（3）联接编辑程序：将多个分别编译或汇编过的目标程序和库文件进行组合o（4）装入程序：将目标程序装入内存并启动执行 2/21/202351同方教育o o汇编程序(assembler)(assembler)o汇编汇编将汇编语言程序将汇编语言程序(源程序源程序)翻译加工成机器语言程翻译加工成机器语言程序

28、序(目标程序目标程序)的过程的过程，由由汇编程序汇编程序完成完成语言处理系统语言处理系统 源程序目标程序汇编程序汇编语言程序机器语言程序2/21/202352同方教育语言处理系统语言处理系统o解释程序解释程序(interpreter)将高级程序设计语言编写的源程序按将高级程序设计语言编写的源程序按动态的运行顺序动态的运行顺序逐句进行逐句进行翻译并执行。翻译并执行。o编译程序编译程序(compiler)将高级程序设计语言编写的将高级程序设计语言编写的源程序源程序翻翻译成用汇编语言或机器语言表示的译成用汇编语言或机器语言表示的目目标程序标程序。2/21/202353同方教育程序设计语言程序设计语言

29、1.FORTRAN语言2.PASCAL语言3.Java语言4.C语言和C+语言2/21/202354同方教育算法o算法（算法（Algorithm）n算法与程序不同，它是问题求解规则的一种算法与程序不同，它是问题求解规则的一种过程描述。在算法中要精确定义一系列规则，过程描述。在算法中要精确定义一系列规则，这些规则指定了相应的操作顺序，以便在有这些规则指定了相应的操作顺序，以便在有限的步骤内得到所求问题的解答。限的步骤内得到所求问题的解答。n算法的设计一般采用由粗到细，由抽象到具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。体的逐步求精的方法。2/21/202355同方教育算法的性质算

30、法的性质o基本性质：n1有穷性有穷性n2确切性确切性n3可行性可行性n4输入：输入：n5输出：输出：2/21/202356同方教育算法o算法与程序的区别：n一个程序不一定满足有穷性，程序中的一个程序不一定满足有穷性，程序中的指令必须是机器可执行的，而算法中的指令必须是机器可执行的，而算法中的运算语句则无此限制运算语句则无此限制 n可用伪代码或流程图描述，不一定使用可用伪代码或流程图描述，不一定使用编程语言编程语言2/21/202357同方教育算法分析o除其正确性外，还应考虑以下因素：n1占用的计算机资源占用的计算机资源o时间代价时间代价o空间代价空间代价n2是否易理解、易调试和易测试是否易理解

31、、易调试和易测试等等2/21/202358同方教育数据结构o数据结构：研究程序设计中计算机操作对象以及它们之间关系和运算的一个专门学科。o研究数据结构一般包括三个方面的内容：n（1）数据的逻辑结构）数据的逻辑结构n（2）数据的存储结构）数据的存储结构n（3）在数据上定义的运算的集合）在数据上定义的运算的集合2/21/202359同方教育数据结构o数据的逻辑结构数据的逻辑结构n数据的逻辑结构是数据间关系的描述，它只数据的逻辑结构是数据间关系的描述，它只抽象地反映数据元素间的逻辑关系，而不管抽象地反映数据元素间的逻辑关系，而不管其在计算机中的存储方式。其在计算机中的存储方式。o数据的存储结构数据的

32、存储结构n数据的存储结构实质上是它的逻辑结构在计数据的存储结构实质上是它的逻辑结构在计算机存储器上的实现。算机存储器上的实现。2/21/202360同方教育o为全面地反映一个数据元素的逻辑结构，为全面地反映一个数据元素的逻辑结构，它在存储器中的映象应包括两方面的内容：它在存储器中的映象应包括两方面的内容：o（1）数据元素自身值）数据元素自身值o（2）数据元素之间关系）数据元素之间关系2/21/202361同方教育常见数据结构o队列（先进先出）o栈（先进后出）o链表n指针方式表示的指针方式表示的“线性表结构线性表结构”o树n二叉树二叉树o图n有向图、无向图有向图、无向图学号、姓名学号、姓名第1个学生第2个学生第n个学生学号、姓名 学生表的链接结构2/21/202362同方教育谢 谢2/21/202363同方教育