第4章計算機軟件系統(tǒng)

第4章計算機軟件系統(tǒng)什么是計算機軟件和軟件系統(tǒng)；操作系統(tǒng)的概念、功能、類型及常見的操作系統(tǒng)；了解程序、程序設計語言并能實現簡單程序。本章知識點計算機軟件：（ComputerSoftware，也稱軟件）是指計算機系統(tǒng)中的程序及其文檔。計算機程序：是指為了得到某種結果而由計算機等具有信息處理能力的裝置執(zhí)行的代碼化指令序列，或者可被自動地轉換成代碼化指令序列的符號序列。文檔：是指用自然語言所編寫的用來描述程序的內容、組成、設計、功能規(guī)格、開發(fā)情況、測試結構和使用方法的文字資料和圖表。4.1計算機軟件概述軟件、硬件和用戶的關系

硬件的能力非常有限，只是速度極高而已沒有軟件，硬件幾乎什么任務也完成不了BasicInput/OutputSystem硬件BIOS操作系統(tǒng)應用軟件用戶應用軟件系統(tǒng)軟件數據信息處理任務處理結果應用軟件的類別與功能類別功能流行軟件舉例數據處理軟件對數據進行收集、存儲、分析、檢索等Matlab、Origin等文字處理軟件文本編輯、文字處理、桌面排版等Word、AdobeAcrobat、WPS、FrontPage等表格處理軟件表格定義、數值計算和統(tǒng)計、繪圖等Excel等計算機輔助工程應用軟件借助計算機進行工程設計、制造、測試、集成等AutoCAD等圖形圖像軟件圖像處理、幾何圖形繪制、動畫制作等Photoshop、CorelDraw、3DSMAX等媒體播放軟件播放各種數字音頻和視頻文件MediaPlayer、RealPlayer、Winamp等網絡通信軟件電子郵件、聊天、IP電話等OutlookExpress、MSN、QQ、ICQ等信息檢索軟件在數據庫和因特網中查找需要的信息Google，天網，百度等游戲軟件游戲、教育和娛樂棋類游戲、撲克游戲等從軟件知識產權對軟件進行分類商品軟件（付費、軟件許可證）共享軟件(shareware)具有版權，可免費試用一段時間，允許拷貝和散發(fā)（但不可修改），過了試用期若還想繼續(xù)使用，就得交一筆注冊費，成為注冊用戶。自由軟件(freeware)（開放源代碼軟件）用戶可共享，并允許隨意拷貝、修改其源代碼，允許發(fā)行和自由傳播。但是，對軟件源代碼的任何修改都必須向所有用戶公開，還必須允許此后的用戶享有進一步拷貝和修改的自由。自由軟件的重大意義操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是直接控制和管理計算機系統(tǒng)基本資源、方便用戶充分而有效地使用這些資源的程序集合。操作系統(tǒng)作用主要體現在：（1）提高計算機系統(tǒng)在單位時間內處理任務的能力（稱為系統(tǒng)吞吐量）（2）提供良好的用戶界面（3）提供軟件開發(fā)的運行環(huán)境4.2操作系統(tǒng)從用戶使用的角度看，操作系統(tǒng)是用戶訪問計算機資源的接口從資源管理的角度看，它包含五大部分：CPU的控制與管理作業(yè)的控制與管理內存的分配與管理外部設備的控制與管理文件的控制與管理4.2操作系統(tǒng)軟件分為：系統(tǒng)軟件和應用軟件系統(tǒng)軟件主要有3類：操作系統(tǒng)軟件各種語言處理程序各種數據庫管理系統(tǒng)。應用軟件是為滿足用戶不同領域、不同問題的應用需求而提供的軟件

。4.1計算機軟件概述如果CPU在任意時刻只能處理一個程序，我們就稱它為單道程序系統(tǒng)計算機程序執(zhí)行過程在單道程序系統(tǒng)中，當我們打字的時候，CPU和打印機是不工作的，當打印的時候，鍵盤和CPU也是不工作的，但這些資源卻始終被這個程序霸占，其他程序不能使用。在多道程序系統(tǒng)中，CPU是同時執(zhí)行多個程序（可能被分成一些更小的時間片輪流地執(zhí)行各個程序一部分）計算機程序執(zhí)行過程程序的運行表現為“進程”，是一個動態(tài)概念，它駐留在內存中，而程序則是一個靜態(tài)概念，不一定是要正在運行的。進程被描述為以下三個部分：（1）進程控制塊（ProcessControlBlock，PCB）：描述了進程的基本信息、控制信息以及CPU狀態(tài)信息，CPU主要根據這個信息進行動態(tài)調度；

（2）相關的程序段：程序具體的功能；（3）操作的數據結構集：描述了程序所要處理的數據。進程作業(yè)(Job)相比于進程，是從更加宏觀的角度上來說的，它是指用戶在一次計算或者事務處理過程中，要求計算機系統(tǒng)所做工作的集合，如執(zhí)行一項計算任務或執(zhí)行一次打印任務等。一個作業(yè)從進入系統(tǒng)到運行結束，一般需要經歷提交、準備、執(zhí)行和完成4種狀態(tài)作業(yè)的控制與管理操作系統(tǒng)需要對其進行合理地分配和管理，避免各個軟件之間內存的互相干擾。內存管理涉及到的概念主要有：（1）物理地址：內存的物理地址從0編號，最大地址值往往與內存的大小有關。（2）邏輯地址：程序在裝入內存時再分配內存空間，因此同一程序在不同時刻其內存地址是不同的，程序指令和數據的地址稱為邏輯地址，也被稱為相對地址。（3）存儲空間：即存儲器的總容量，如4GB內存、1TB硬盤等。（4）虛擬內存：當一個軟件消耗掉大量的內存超過了實際可用的物理內存時，操作系統(tǒng)只在內存中保留當前可以的一部分，而把其它部分存儲到外存儲器中，從而保障各個軟件能順利的運行。（5）地址映射：由于程序在邏輯地址空間定義，而程序要運行必須裝入內存，這就涉及到邏輯地址與物理地址的變換。將用戶的邏輯地址轉換成物理地址，這個過程稱為地址映射。內存的分配與管理操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)軟件的核心，有多種分類方法。按照操作系統(tǒng)所提供的功能進行分類，可以分為：批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)單用戶操作系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型常見的操作系統(tǒng)主要有：MS-DOS操作系統(tǒng)：美國微軟公司在1981年為IBM-PC微型機開發(fā)的操作系統(tǒng)。它是一種單用戶、單任務、字符用戶界面的操作系統(tǒng)。Unix操作系統(tǒng)：問世于1969年AT&T貝爾實驗室，是一個高性能的、交互式的多用戶多任務的分時操作系統(tǒng)，它的出現可以說是操作系統(tǒng)歷史上的一個里程碑Linux操作系統(tǒng)：Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，實現全部的Unix特性，具有多任務、多用戶的能力Windows操作系統(tǒng)：目前廣泛使用的一種單用戶多任務的操作系統(tǒng)MacOSX操作系統(tǒng)：蘋果公司開發(fā)的基于UNIX的操作系統(tǒng)，它只運行于蘋果公司的系列產品之中常用操作系統(tǒng)4.3程序設計語言程序設計語言有很多不同的分類方法，主要包括按發(fā)展過程分類、按執(zhí)行方式分類和按設計模式分類等。發(fā)展過程分類：1、機器語言2、匯編語言3、高級語言4、智能語言4.3程序設計語言按執(zhí)行方式分類1、編譯執(zhí)行語言2、解釋執(zhí)行語言按設計模式分類1、面向過程的程序設計語言面向過程分析方法考慮的是問題的具體解決步驟（解決方法），以及解決問題所需要的數據（數據的表示），重點是設計算法（解決問題的方法）和數據結構（數據的表示和存儲）。典型開發(fā)語言有：C語言、Basic語言、Fortran語言和Pascal語言等。2、面向對象的程序設計語言面向對象的基本思想是以一種更接近人的思維方式的方法去分析問題，典型的開發(fā)語言有：C++、VB、Java、C#（念作CSharp）、Python等。4.4語言處理程序語言處理程序一般是由匯編程序、編譯程序、解釋程序和相應的操作程序等組成。它是為用戶設計的編程服務軟件，其作用是將高級語言源程序翻譯成計算機能識別的目標程序。共有三種：匯編程序、編譯程序和解釋程序。1、匯編程序：匯編程序的作用就是將用匯編語言編寫的源程序翻譯成機器的二進制指令。2、編譯程序：編譯程序是將高級語言編寫的源程序翻譯成二進制表示的目標程序，使其能夠被計算機執(zhí)行。3、解釋程序：所謂解釋程序是將高級語言編寫的源程序作為輸入，每解釋一個語句便提交計算機執(zhí)行一句，并不形成目標程序。相對來說執(zhí)行效率較低。4.5程序設計實現以C語言為例，了解一個程序的設計過程。結構化程序設計是在1969年提出的，其主要特點是任何程序都可由順序、選擇、循環(huán)三種基本控制結構組成。順序結構選擇結構4.5程序設計實現當型循環(huán)結構直到型循環(huán)結構4.5程序設計實現可以在臺州學院在線程序設計綜合實驗平臺練習：首先我們需要選擇一款C語言開發(fā)軟件，目前最為常用的C語言開發(fā)軟件有C-Free、MicrosoftVisualStudio、Code::Blocks等。這里我們以C-Free軟件為例，步驟如下：1、打開C-Free：從桌面快捷方式或者開始菜單打開C-Free軟件；2、