《計算機(jī)信息技術(shù)》第三章計算機(jī)軟件

第3章計算機(jī)軟件

3.1概述

3.1.1什么是計算機(jī)軟件

軟件(Softeware)這個術(shù)語是1957年由美

國統(tǒng)計學(xué)家JohnWilderTukey首先使用的。

在計算機(jī)領(lǐng)域，軟件被ISO定義為：包含與

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)操作有關(guān)的程序、規(guī)程、規(guī)則以

及相關(guān)文檔的智力創(chuàng)作。

所以，軟件可概括為：

計算機(jī)軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔

2

過

性

，程

確定性：:

使

某

用

種

口程序完成某一確定計

語

機(jī)

言

描

述

信息處理任務(wù)

□是軟件的主體

動態(tài)性：

口是告訴計算機(jī)處今及期啰

T效果只能

（語句）序列」在運(yùn)行過

程中展現(xiàn)

□是存儲在某種介質(zhì)上的，靜態(tài)實(shí)體。只

有被裝入內(nèi)存，3動執(zhí)彳寺后才起作用！

3

口數(shù)據(jù)

是程序所處理的對象（輸入）、及處理后得

到的結(jié)果（輸出）的統(tǒng)稱

程序和數(shù)據(jù)都有相對性:

一個程序執(zhí)

行后得到的

輸入數(shù)據(jù)一結(jié)果可能是

另一個程序

執(zhí)行時的輸

入數(shù)據(jù)

4

輸入給編譯程序產(chǎn)生另一種

的源程序（數(shù)據(jù)）形式的程序

語言源程序—?計算機(jī)系統(tǒng)A目序

一個程序執(zhí)行時只有

獲得正確的數(shù)據(jù)才會

獲得有意義的結(jié)果！

2,5,人,8,人一計算機(jī)系統(tǒng)?9?9?9?

5

口文檔

文檔是程序開發(fā)、維護(hù)和使用所涉及的完

整、規(guī)范化的資料：

?設(shè)計報告；

?維護(hù)手冊；

?使用指南；

?參考資料；

6

口軟件的作用

軟件是計算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，歸

結(jié)起來其作用有三：

口用戶與計算機(jī)系統(tǒng)之間的接口界面；

□計算機(jī)系統(tǒng)中的控制、指揮與管理；

口擴(kuò)充計算機(jī)硬件功能、提高效率。

7

口軟件的發(fā)展

軟件的發(fā)展與計算機(jī)應(yīng)用和硬件的發(fā)展相

互促進(jìn)，更多的是受到應(yīng)用要求的影響。其發(fā)

展大致經(jīng)歷了3個階段：

□程序階段（40年代到50年代中期）

從第一個實(shí)用的計算機(jī)程序開始到實(shí)用的

高級語言程序出現(xiàn)以前，是計算機(jī)軟件發(fā)展初

期。這個階段軟件主要特征是：

8

?軟件即是程序，二者之間沒有區(qū)別；

?用低級語言編寫程序；

?軟件規(guī)模??；

?只注重程序功能、追求占用內(nèi)存小，節(jié)省運(yùn)

行時間、強(qiáng)調(diào)編程技巧等；

?個體工作設(shè)計方式；

?應(yīng)用領(lǐng)域窄，主要是科學(xué)與工程計算。

9

口軟件階段（56年?68年）

高級語言FORTRAN出現(xiàn)到軟件工程概念

提出的這段時間。這個時期的軟件特征是：

?用高級語言編寫程序，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)、數(shù)

據(jù)庫管理系統(tǒng)；

?程序不僅僅是一段代碼，還包含了測試、維

護(hù)及說明書，程序規(guī)模中等；

?設(shè)計不是由個人，而代之以是由開發(fā)小組；

采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法；

?應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大（大量的非數(shù)值計算）

10

存在問題：

?軟件需求迅速增長，軟件的復(fù)雜性大大增加;

?軟件研制周期長；

?軟件研制費(fèi)用大，到1965年計算機(jī)軟件費(fèi)用

已上升到系統(tǒng)的60%；

?軟件的可靠性、正確性問題突出。

產(chǎn)生了“軟件危機(jī)”：

11

?軟件開發(fā)的高成本同產(chǎn)品質(zhì)量之間的矛盾；

?軟件技術(shù)的緩慢發(fā)展與硬件技術(shù)的高速提高

之間的矛盾；

?大量的人力、物力與極低的軟件生產(chǎn)力之間

的矛盾；

?作坊式的生產(chǎn)與大規(guī)模的需要之間的矛盾。

12

為了擺脫軟件危機(jī)，NATO（北約）的科技

委員會68年秋季在德國召開了一次會議，討論

對策，會上首次提出了“軟件工程”概念，并

著手從以下3個方面解決軟件危機(jī)問題：

?提出結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法；

?提出用工程化方法開發(fā)軟件；

?從理論上探討程序正確性與可靠性問題;

從此軟件的發(fā)展進(jìn)入第三階段。

13

口軟件工程及軟件產(chǎn)品階段（68年?今）

軟件工程概念可以這樣來理解：

?采用工業(yè)化的原理和方法對軟件進(jìn)行規(guī)劃、

開發(fā)與維護(hù)；

?作為一種產(chǎn)品來開發(fā)；

?軟件開發(fā)按一步步的“工序”來完成:

14

.軟件工程開發(fā)的瀑布模型

八句題定義

T、

可行性研究（技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會可行性）

甘

(月

需求分析（系統(tǒng)與軟件需求分析）

「設(shè)計（總體與詳細(xì)設(shè)計）

開

疫<編程

期

八〔測試占33%時間

運(yùn)占67%時間

行運(yùn)行與維護(hù)

期15

?計算機(jī)軟件技術(shù)（略）

為了實(shí)現(xiàn)軟件的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)目標(biāo)，經(jīng)過30多年的發(fā)展研

究，計算機(jī)工作者做了大量工作，產(chǎn)生了各種理論、技術(shù)

和方法，逐漸形成了軟件學(xué)科。計算機(jī)軟件技術(shù)包括如下

7個方面：

①軟件工程技術(shù)

軟件開發(fā)的原則與策略；軟件開發(fā)方法與軟件過程模

型；軟件標(biāo)準(zhǔn)與軟件質(zhì)量的衡量；軟件開發(fā)的組織與項(xiàng)目

管理；軟件版權(quán)等。

16

②程序設(shè)計技術(shù)

程序的結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計；程序設(shè)計的風(fēng)格；程序設(shè)計語

言；程序設(shè)計方法和程序設(shè)計自動化；程序的正確性證明；

程序的變換等。

③軟件工具與開發(fā)環(huán)境技術(shù)

接口技術(shù)；軟件自動生成；軟件工具的集成和軟件開發(fā)

環(huán)境；軟件的復(fù)用；逆向工程等。

④系統(tǒng)軟件技術(shù)

操作系統(tǒng)；編譯方法；分布式處理系統(tǒng)；并行處理技術(shù)等。

17

⑤數(shù)據(jù)庫技術(shù)

數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；分布式數(shù)據(jù)庫;

面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫技術(shù)、各類專用數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。

⑥網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)

協(xié)議工程；網(wǎng)絡(luò)管理；局域網(wǎng)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)；智

能網(wǎng)絡(luò)等。

⑦與實(shí)際工作相關(guān)的軟件技術(shù)

軟件質(zhì)量的控制；軟件配置的管理；用戶的在線幫助

文檔和圖標(biāo)設(shè)計；軟件規(guī)模控制、軟件評估和軟件開發(fā)計

劃的制定；軟件需求的表示和軟件規(guī)格說明書的確定等。

18

3.1.2軟件的特性

口動態(tài)性/不可見性

記錄軟件的載體只是軟件的邏輯實(shí)體,而

非物理實(shí)體，其價值不以載體的成本衡量，

只能由其運(yùn)行過程反映的功能與效果來體現(xiàn)。

口適用與通用性

通常適用于一類應(yīng)用問題,并不只是解決

特定問題。如Word可以適應(yīng)各種文本處理的

需要。

19

口依附性

依附于特定的硬件、網(wǎng)絡(luò)和其他軟件。為

了讓一個軟件能在不同系列的硬件系統(tǒng)上運(yùn)行，

不是簡單的復(fù)制，而必須采用軟件“移植”方式

口復(fù)雜性（規(guī)模、人員、投資）例如：

?WindowsXP源程序約有5000萬行

?Vista及Office2007開發(fā)設(shè)計成員達(dá)9000余

人，總投資$240?270億美元，開發(fā)周期達(dá)

6年之久

20

□軟件不會老化、磨損、失效

任何工業(yè)產(chǎn)品（特別是電子產(chǎn)品）在使用

過程中，老化、磨損、失效率其失效率呈“U”

型曲線（即所謂的浴缸曲線）

失效率1失效曲線

A時間

而軟件功能和性能不會發(fā)生變化，很多60

年代的軟件現(xiàn)在還仍然運(yùn)行良好，看來還將繼

續(xù)運(yùn)行下去。因此軟件只有“過時”而不會失

x21

□易復(fù)制性

軟件復(fù)制的效果可以與原版一模一樣。而

仿制工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)、功能不可能一模一樣，

且有質(zhì)量問題?，F(xiàn)在所謂的“軟件工廠”的

說法，只是指“高效開發(fā)軟件”，并非指以

工廠模式制造、生產(chǎn)軟件。

口不斷演變性

軟件功能不斷擴(kuò)充、完善（更新升級、補(bǔ)

丁、修復(fù)漏洞，提高安全）例如：

Office2000>Office2003>Office2007

版本的不斷變化22

口有限責(zé)任

目前還無法從理論上證明一個軟件能百分

之百正確執(zhí)行！軟件運(yùn)行錯誤導(dǎo)致的問題與軟

件商無關(guān)。

“本軟件不做任何保證。程序運(yùn)行的風(fēng)險

由用戶自己承擔(dān)。這個程序可能會有一些

錯誤，你需要自己承擔(dān)所有服務(wù)、維護(hù)和

糾正軟件錯誤的費(fèi)用。另外，生產(chǎn)廠商不

對軟件使用的正^性、精確性、可靠屜和

通用性做任何承諾?！?/p>

□脆弱性

黑客攻擊、病毒入侵、信息盜用……很難

防止軟件被惡意地修改與破壞23

3.1.3計算機(jī)軟件的分類

口按軟件用途

計算機(jī)軟件

系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件

文字處理

操作系統(tǒng)圖形圖像

電子表格

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)演示軟件

信息檢索

語言處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信游戲娛樂

實(shí)用程序?qū)W習(xí)軟件

口系統(tǒng)軟件

?給用戶使用計算機(jī)提供方便

?給應(yīng)用軟件的開發(fā)與運(yùn)行提供支持

?使計算機(jī)有效、安全、可靠地運(yùn)行

口系統(tǒng)軟件主要特征

?依賴于硬件，與計算機(jī)有很強(qiáng)的交互性；

?控制、調(diào)度和管理計算機(jī)資源；

I?通用性，所有用戶都可以使用；

?系統(tǒng)的基本軟件。（但只有OS必不可少!）

口實(shí)用程序（Utility）

實(shí)用程序用于協(xié)助os或用戶完成日常系統(tǒng)

維護(hù)和監(jiān)管任務(wù)，使計算機(jī)系統(tǒng)更加安全、可

靠、方便、有效。

殺毒軟件防火墻

備份軟件

26

□應(yīng)用軟件

是針對特定應(yīng)用需求，專門用于解決各種具體

應(yīng)用問題的軟件。

應(yīng)用軟件按應(yīng)用范圍可分為：

?定制應(yīng)用軟件

是按特定應(yīng)用要求而專門開發(fā)的軟件。

?通用應(yīng)用軟件

幾乎所有領(lǐng)域、所有人都需要使用的軟

件。可分為若干類：

27

□中間件(middleware)軟件

是應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件之間使用的標(biāo)準(zhǔn)化

編程接口和協(xié)議。

?便于相對獨(dú)立地(獨(dú)立于計算機(jī)硬件與

操作系統(tǒng))開發(fā)應(yīng)用軟件；

?節(jié)省開發(fā)成本；

?便于實(shí)現(xiàn)通用性與兼容性

28

□各種軟件之間的關(guān)系

29

用戶

應(yīng)用軟件

虛擬機(jī)

C畫

用戶.A操作系統(tǒng).破

其他系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

30

HiOS,要打

印的數(shù)據(jù)已

經(jīng)準(zhǔn)備好了,

Hi,財務(wù)系統(tǒng),應(yīng)用軟件

放在報表文

請準(zhǔn)備打印數(shù)

件中！

據(jù)！

系統(tǒng)軟件Hi,打印機(jī)，

HiOS,用戶把報表文件

要求打??！中的報表打

計算機(jī)硬件印出來吧！

打印機(jī)打

鍵，要求打印

印報表

口按軟件權(quán)益與保護(hù)

根據(jù)ISO對軟件的定義，軟件是一種“智能

創(chuàng)作”，是一種知識產(chǎn)品，因此與書籍、電影

等一樣受到版權(quán)保護(hù)。從這個角度看：

32

□版權(quán)保護(hù)

版權(quán)是給予作者對作品的獨(dú)占權(quán)利的合法

保護(hù)形式。

版權(quán)的所有者唯一地享有該軟件的拷貝、

發(fā)布、修改、署名、出售等權(quán)利，所有違反上

述條件的做法都是違法行為。

購買一個軟件獲得的只是使用權(quán)，并沒

有獲得該軟件的版權(quán)。

33

口軟件許可證保護(hù)（Licence）

許可證是一種法律合同，它放寬了版權(quán)法

給予用戶的使用權(quán)利。允許用戶按如下方式使

用軟件：

?允許復(fù)制，但限制使用者和范圍。

?允許多人使用同一個軟件許可證。如某個

單位的所有員工。

?不得進(jìn)行反匯編、反編譯

?不得將其組成部分分散在多臺計算機(jī)上

?不得出租或出借34

口商品軟件

商品軟件需要付費(fèi)使用，受版權(quán)和軟件許

可證保護(hù)

口共享軟件(shareware或demoware)

共享軟件是買前免費(fèi)試用、具有版權(quán)的軟

件，允許拷貝和散發(fā)，但不可修改。

35

□自由軟件(FreeSoftware)

遵守自由軟件基金會(FSF)的通用公共

許可證(GPL)免費(fèi)軟件。允許銷售和自由傳

播，但源代碼公開、允許修改。

口免費(fèi)軟件(Freeware)(rFreeSoftware)

無需付費(fèi)即可獲得的軟件。如PDF閱讀器、

Flash播放器等

注意：Freeware^FreeSoftware,自由軟件很多

是免費(fèi)軟件；免費(fèi)軟件不全是自由軟件！

36

3.2操作系統(tǒng)

計算機(jī)的作用與神奇眾所周知。那么，靠

什么來控制計算機(jī)？用戶和計算機(jī)之間起媒

介作用的是什么？又由誰來提供各種服務(wù)？

正是操作系統(tǒng)(OperatingSystemOS)

3.2.1操作系統(tǒng)概述

11操作系統(tǒng)的作用

任何一種計算機(jī)都必須配置一種或多種操

作系統(tǒng)，配置操作系統(tǒng)的基本目的有4個:

37

□為用戶提供一個良好環(huán)境（對用戶屏蔽硬件操

作特性），使用戶容易使用這樣的系統(tǒng)

口擴(kuò)展機(jī)器功能，使用戶能獲得更多的服務(wù)

口統(tǒng)一管理系統(tǒng)資源，使資源得以充分利用，且

能被正確、安全共享

□合理組織計算機(jī)工作流程，使系統(tǒng)高效工作

38

口操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的地位

□是計算機(jī)系統(tǒng)中必須的軟件

口是最重要的一種系統(tǒng)軟件

□是控制計算機(jī)系統(tǒng)工作的軟件

其

39

口操作系統(tǒng)的啟動（加載）

口安裝與加載OS的概念

操作系統(tǒng)本身由一些程序模塊組成，安裝

操作系統(tǒng)是指安裝到硬盤上

因程序必須調(diào)入主存才可執(zhí)行，而OS是程

序，所以必須裝到內(nèi)存（稱之為加載，只裝入

必要的部分并非全部）才可執(zhí)行。

加載由駐留在BIOS中的引導(dǎo)程序引起

成功加載啟動OS執(zhí)行后，整個計算機(jī)就處

于OS的控制之下。啟動過程如下:

40

□PC機(jī)中加載操作系統(tǒng)的過程

⑤裝入引導(dǎo)程序RAM

硬盤」⑦裝入操作系統(tǒng)一

CMOS

顯示初

始界面

S513LA「■②執(zhí)行自舉裝入程序、

BIOSCPU

ROMU10

V32R03A1H1

OCopyright

Acerlnc.①執(zhí)行加電自檢程序

41

口操作系統(tǒng)的功能

從資源管理的角度看，操作系統(tǒng)的主要功

能有：

□處理器（CPU）管理

口存儲管理

口文件管理

口設(shè)備管理

口作業(yè)管理

42

3.2.2多任務(wù)處理與處理器管理

口什么是“任務(wù)”？

任務(wù)（task）是指裝入內(nèi)存并啟動執(zhí)行的一個

應(yīng)用程序。一個任務(wù)對應(yīng)著屏幕上的一個窗口。

口單任務(wù)處理系統(tǒng)

在這種系統(tǒng)中，只能啟動一個任務(wù)，僅當(dāng)當(dāng)

前一個任務(wù)完成后才能啟動后一個任務(wù)運(yùn)行（順

序執(zhí)行）

口多任務(wù)處理系統(tǒng)

允許同時啟動多個任務(wù)執(zhí)行（并發(fā)執(zhí)行）

43

并發(fā)多任務(wù)指宏觀上多個任務(wù)在同時在執(zhí)

行，而在微觀上任何時刻只有一個任務(wù)正在占

有CPU執(zhí)行。實(shí)質(zhì)是CPU輪流為所有任務(wù)服務(wù)。

口寸間

并行則是指在多處理器系統(tǒng)中多個任務(wù)占

有不同的CPU真正同時執(zhí)行o

44

口前臺/后臺任務(wù)

□前臺任務(wù)指正在占有CPU執(zhí)行的任務(wù)（僅一

個，也稱當(dāng)前任務(wù)或當(dāng)前窗口），輸入的信

息一般是送給前臺任務(wù)；

□后臺任務(wù)即“非活動任務(wù)”，可以有若干個。

前臺任務(wù)與后臺任務(wù)的共同點(diǎn)：都在計算

機(jī)中運(yùn)行，都有機(jī)會占有CPU執(zhí)行。

前臺任務(wù)與后臺任務(wù)之間可被切換

45

口實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理的目的

口提高用戶的工作效率

口提高計算機(jī)資源利用率

II實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理的條件

口CPU速度要快

口充分大的內(nèi)存儲器

口CPU與I/O設(shè)備之間可以并行工作

口外圍設(shè)備之間可以并行工作

46

口實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理要解決的問題

□任務(wù)多，CPU少，如何管理和調(diào)度

口存儲器空間如何分配和管理

口I/O設(shè)備如何分配、管理

□……

47

口處理器管理的主要工作

口CPU的分配與調(diào)度，分配單位：線程、進(jìn)

程、任務(wù);

口線程、進(jìn)程、任務(wù)的切換；

口實(shí)施調(diào)度策略

?時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度

CPU的一個時間單位。即任務(wù)輪流占

有CPU執(zhí)行的單位時間（ms為單位）

48

?優(yōu)先級調(diào)度

?先來先服務(wù)調(diào)度

□Windows的多任務(wù)處理及處理器調(diào)度

采用“搶先式”多任務(wù)處理調(diào)度技術(shù)：

指分配給一個任務(wù)的時間片到了，無論

任務(wù)結(jié)束與否，強(qiáng)行讓出CPU執(zhí)行其他任務(wù)

的CPU調(diào)度方法。

49

3.2.3存儲管理

操作系統(tǒng)僅對RAM進(jìn)行分配與管理。

RAM

應(yīng)用程序1每個應(yīng)點(diǎn)

操作系統(tǒng)區(qū)

應(yīng)用程序2程序均有

屬于它自

用戶區(qū)己的存儲

應(yīng)用程序4器空間

應(yīng)用程序5、____，

50

口存儲管理的主要工作

口主存的分配與回收；

口實(shí)現(xiàn)主存空間共享（由多個程序共享）；

口實(shí)現(xiàn)存儲保護(hù)；

保證自己的區(qū)域可讀又可寫；公共區(qū)

域（共享區(qū)域）可讀禁止寫；別人的區(qū)域

不可讀不可寫。

□實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器，解決主存不夠用的問題

51

口實(shí)現(xiàn)虛擬存儲器的基本思想

□借助磁盤存儲器作為主存儲器的擴(kuò)充；

口將程序和數(shù)據(jù)分頁，存放到磁盤上；

口將主存分塊（塊與頁的大小相同）；

口裝入部分頁面到主存塊中

口若訪問的頁面不在主存中，則從盤上調(diào)入所

需頁面，若已無空閑內(nèi)存塊可用，則淘汰

已在主存的一個頁，騰出空間裝入新的塊

52

內(nèi)存分塊程序分頁

塊00

塊21

執(zhí)行頁0中的程序時要訪問頁1,2

此時頁1不在內(nèi)存，請求調(diào)入頁13

入

執(zhí)行頁1中的程序時要訪問頁2,頁

此時頁2不在內(nèi)存，請求調(diào)入頁2調(diào)0

執(zhí)行頁2中的程序時要訪問頁3,

口

此時頁3不在內(nèi)存，請求調(diào)入頁3調(diào)入頁2

?口口才口

「二口

上Ir一j——p—PI

此時已無空閑塊，淘汰頁0（已多

時不用），騰出的空間調(diào)入頁3

53

口Windows中的虛擬存儲器

口由RAM、硬盤上的交換文件pageflle.sys>

頁表、地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等組成；

口每個程序的虛存空間最大可達(dá)到4GB

口頁面大?。?KB（用戶可自行設(shè)置）

□采用“LRU最近最少使用”頁面調(diào)度算法

口虛擬存儲器設(shè)置：

右擊“我的電腦”一“屬性”一“高級”一

性能框中的“設(shè)置”一高級一虛擬內(nèi)存中的

“更改”54

口利用“任務(wù)管理器”查看內(nèi)存的使用情況

理

.

■.

數(shù)

用

統(tǒng)

板

內(nèi)

百

心

總

要

分

餐

分

耒

324文件管理（文件系統(tǒng)）

負(fù)責(zé)管理計算機(jī)中的文件，使用戶和程序

能方便地按名存取文件

文件系統(tǒng)

外存儲器

56

口文件概念

文件是以一個名字標(biāo)識的一組相關(guān)信息的集合

口文件名

不同系統(tǒng)的文件名的形式與命名規(guī)則不同。

如在Windows中：

主文件名

?最多可包含255個字符

?不能使用？*\/v>等字符

?擴(kuò)展名可有可無

?字母的大小寫只是形式上的區(qū)分57

□文件的組成「目錄區(qū)」

文件內(nèi)容

說明信￡文件內(nèi)9

?基本屬性（文件名字、所有者）

?類型屬性（系統(tǒng)文件、設(shè)備文件、目錄文件、隱

藏文件、存檔文件、壓縮、加密、索

弓I、二進(jìn)制、文本文件……）

?存取保護(hù)屬性（只讀、讀寫、可執(zhí)行、可刪除）

?管理屬性（創(chuàng)建時間、最近訪問與修改時間）

?控制屬性（文件大小或長度、存放位置）58

口文件管理的功能

口文件的存儲

文件內(nèi)容的存儲大致有3種物理組織形式：

?連續(xù)存儲（順序文件）

文件名…存儲位置。

?鏈接存儲（鏈接文件）

文件名…存儲位置。

59

60

口文件的組織（文件目錄）

為便于管理、維護(hù)和檢索文件，文件系統(tǒng)

把一個存儲設(shè)備中的所有文件組織在許多文件

目錄中。

?文件目錄（文件夾）

實(shí)際上是用來記錄文件說明信息（屬性）的

一個特殊文件。

文件夾中既可以登記文件，也可登記子文

件夾，依此類推可以有若干層，而形成多級樹

形目錄結(jié)構(gòu)。

61

?多級樹形目錄結(jié)構(gòu)

abc.txt

Ol.docO2.ppt05.pdf

62

注意：

口樹形目錄結(jié)構(gòu)是以盤（一個邏輯硬盤、優(yōu)盤、

光盤等）為單位組織的，即每一個盤上都有一

個獨(dú)立的樹形目錄結(jié)構(gòu)。

口盤未格式化前，其上并不存在這樣的樹形目

錄結(jié)構(gòu)，盤格式化后也只是自動建立一個最基

本的目錄——“根目錄”，以標(biāo)識。

?“\”目錄只能通過盤格式化或全盤復(fù)制產(chǎn)生

?除目錄之外，所有其他的子目錄都是

由用戶自己建立的。

63

?采用樹形目錄結(jié)構(gòu)管理文件的優(yōu)點(diǎn)

口有利于文件分類管理與維護(hù)

口允許在不同的文件夾中建立文件同名文件

口便于文件共享和保護(hù)

口便于文件檢索與定位

64

文件在樹形目錄結(jié)構(gòu)中的位置由文件所在

的驅(qū)動器號、文件路徑以及文件名組成。

例如：

C:\數(shù)據(jù)\01.doc

應(yīng)用程序

（絕對路徑）

Pl.exe

概論'教案\01.doc

（相對路徑）

資料

01.docO2.ppt65

口文件的安全與共享

文件的安全指防止系統(tǒng)崩潰和非法操作文

件時造成的文件破壞。

文件共享指不同用戶（程序）使用同一文件。

實(shí)現(xiàn)文件共享的目的：

?減少存儲空間的開銷

?復(fù)制，存取及傳輸?shù)拈_銷

?滿足不同用戶協(xié)同完成同一任務(wù)的需要

66

口文件的操作與存取

為了方便用戶和程序進(jìn)行文件的存取操作,

文件系統(tǒng)應(yīng)提供方便的存取文件的手段：

?創(chuàng)建

存

?保

開

?打

寫

?讀

除

?刪

貝

?拷

送

?發(fā)

67

口外存空間的管理、分配與回收

文件存儲空間管理方法有很多種，這里僅

簡要介紹Windows中盤空間的管理方法。

盤存儲空間的分配單位：“簇”，簇大小

與盤容量有關(guān)，一般為2n個扇區(qū)。

格式化盤時產(chǎn)生FAT,其中每個登記項(xiàng)對

應(yīng)一個簇的使用情況（占用為非0值、空閑為全

0、損壞為全1）。

68

一個文件所占用簇的簇號組織成一個“簇號

鏈”，其起始簇號在FDT中指出：

文件名及擴(kuò)展名……起始簇號文件大小

例如，若文件乂丫尸11^占用了5個簇(％16,

L10和25),其簇號鏈?zhǔn)牵?/p>

9--16--1--10--25

該“簇號鏈”在FAT表中的鏈接狀態(tài)如下:

注：文件的最后1簇的狀態(tài)值為“EOF

69

文件分配表(FAT)

012345678910111213141516171819202122232425262728293031

文件名擴(kuò)展名創(chuàng)建日期時間文件大小屬性起始簇號

*□7口

卜m…中?oMYFILETXT1/23/200413:2440,3630’

，口上又？

IMS'O1?CJ??O

；'?O*[cZ?CJnQJ

MCa?O9*0

3?口0.二!X＞口，,口

J.

70

3.2.5設(shè)備管理

管理系統(tǒng)中I/O設(shè)備，使用戶不必了解設(shè)備的

驅(qū)動細(xì)節(jié),只要用簡單操作就能方便、有效地完

成設(shè)備的I/O操作。

設(shè)備管理的主要任務(wù)：

□外部設(shè)備的分配，調(diào)度；

□外部設(shè)備的驅(qū)動與控制；

口實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備，解決設(shè)備不夠用、速度慢

、故障多問題；

口實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享；

71

3.2.6常用操作系統(tǒng)介紹

口操作系統(tǒng)的類型

□批處理操作系統(tǒng)

程序

數(shù)據(jù)作業(yè)

說叫世

操作員

按說明書自動控

制程序的執(zhí)行

72

批處理操作系統(tǒng)的特點(diǎn):

?著重考慮系統(tǒng)效率和資源的利用率；

?用戶不能直接上機(jī)，用戶與作業(yè)非交互;

?作業(yè)由OS按說明書控制執(zhí)行；

?不利于程序的開發(fā)和調(diào)試；

?作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間及平均周轉(zhuǎn)時間長。

73

口分時操作系統(tǒng)

允許多個用戶聯(lián)機(jī)使用同一計算機(jī)系統(tǒng),

進(jìn)行交互式計算

74

分時系統(tǒng)特點(diǎn)：

?用戶聯(lián)機(jī)使用同一計算機(jī)系統(tǒng)

?分時系統(tǒng)著重快速響應(yīng)、在于方便使用

?可親自上機(jī)與作業(yè)和系統(tǒng)交互

用戶進(jìn)入系統(tǒng)的過程通常是：

連接一登錄一使用系統(tǒng)一退出一斷開

分時系統(tǒng)需要額外的硬件和軟件，如前端

處理機(jī)、終端、通信軟件

75

□實(shí)時操作系統(tǒng)

在接收到外部信號后必須及時

處理，且在嚴(yán)格的規(guī)定時間內(nèi)處理

完畢，并給出處理結(jié)果（信號）的

操作系統(tǒng)，適用于瞬時控制的領(lǐng)域

實(shí)時系統(tǒng)特點(diǎn)：

?專用、不復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)相對容易

?自動化程度很高，極少人工干預(yù)

?處理速度、可靠性、正確性要求高

76

口網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

「網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)資源共享

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

常規(guī)的操作系統(tǒng)+

網(wǎng)絡(luò)管理

網(wǎng)絡(luò)安全

I網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)特點(diǎn):

?具有強(qiáng)大的多用戶并發(fā)處理能力

?支持多種網(wǎng)絡(luò)通信功能

?安全性強(qiáng)，可靠性好

77

口嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入在某個設(shè)備中，支持嵌入式軟件運(yùn)行,

起智能控制作用的操作系統(tǒng)。

嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)是：

?快速、高效

?專用性、實(shí)時性、可靠性

目前較成熟的嵌入式OS：gC/OS-II

VxWork

pSOS78

□Windows操作系統(tǒng)

□特點(diǎn)

?廣泛用于個人計算機(jī)

?搶先式多任務(wù)處理

?GUI用戶界面、操作方便直觀

?支持虛擬存儲器（理論上達(dá)4GB）

?增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)和多媒體功能

?允許使用長文件名；

?支持“即插即用”功能;

?以數(shù)據(jù)為中心

79

□版本的演變Windows的

Windows9x共有3個最新產(chǎn)品，

產(chǎn)品，面向家用PC有多種不同

/八\用途的版本

198519871990199519982000

-I——I1——I——I——K200120062009

1.02.03.09598MEXf

19?3?/

XPVistaWin7

WinNTWin2000

適合家庭、商用。有家庭版、

面向商用PC機(jī)，性能專業(yè)展、媒林中心版、和64

較高，安全性較好，提位版本等。有豐富的音、視

供服務(wù)器版本頻和網(wǎng)絡(luò)通信功能

□Windows操作系統(tǒng)的使用情況

WindowsOS市場份額對Windows的批;評：

DateMay2010

?可靠性不夠高

Allversions91.16%

WindowsXP62.55%不穩(wěn)定，系統(tǒng)會越

Windows來越慢，甚至死機(jī)

15.25%

Vista

Windows712.68%?安全性不夠好

Windows20000.5%存在安全漏洞，容

Windows980.1%易受到病毒、蠕蟲、

WindowsMe0.08%木馬和其他攻擊的

Windows侵?jǐn)_

Server200381

□UNIX操作系統(tǒng)

一種通用的、多用戶、交互式的分時操作

系統(tǒng)?？稍诰扌蜋C(jī)、大型機(jī)上作為網(wǎng)絡(luò)操作系

統(tǒng)使用

UNIX特點(diǎn)：

□結(jié)構(gòu)簡練系統(tǒng)分成內(nèi)核層和外殼層

口可移植性

口可伸縮性能在各種硬件配置上運(yùn)行

口開放性源代碼開放

□網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)

□Linux操作系統(tǒng)

ElLiiiux特點(diǎn)：

口類UNIX操作系統(tǒng)

口可移植性強(qiáng)（做到二進(jìn)制兼容）

□GUI界面（X-Window）

□支持多至32種不同的文件系統(tǒng)

口軟件豐富，且都是免費(fèi)的

□其他特點(diǎn)同UNIX

83

口Linux應(yīng)用

Linux作為服務(wù)器操作系統(tǒng)：占到26.3%

Windows:占至24%

3Linux的起源與發(fā)展

1990年芬蘭赫爾辛基技術(shù)

大學(xué)的學(xué)生LinuxTorvalds在

學(xué)習(xí)了MINIX后，自己動手寫

了一個操作系統(tǒng)的內(nèi)核，取名

為Linuxo

1991年，LinusTorvalds公開了Linux內(nèi)核

1993年,Linux轉(zhuǎn)向GPL版權(quán)協(xié)議

1994年，Linux1.0第一個商業(yè)發(fā)行版Slackware問世

1996年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局確認(rèn)Linux版本1213

符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)

1999年，Linux的簡體中文版問世

2001年，Linux2.4版發(fā)布

2003年，Linux2.6版發(fā)布

目前的最新版本是：2.6.26（July13,2008發(fā)布）

85

3.3算法與程序設(shè)計語言

3.3.1算法

口什么是算法？

一般而言：

為解決一個問題而采取的方法和步驟。

嚴(yán)格而言：

算法是由若干條指令組成的有窮序列并

滿足：

86

?零個或多個外部輸入；

?至少產(chǎn)生一個輸出；

?每條指令無二義性；

?每條指令的執(zhí)行次數(shù)和時間有限。

[1算法的性質(zhì)

按算法的定義，算法有如下性質(zhì)：

□有窮性（有限性）

在有限的時間內(nèi)，所有的步驟執(zhí)行有限

次，且可以執(zhí)行完畢。S7

口確定性

每一步操作必須是確定的，不應(yīng)產(chǎn)生二義性。

口可行性/有效性

每一步操作應(yīng)能被計算機(jī)有效地執(zhí)行，并

能得到預(yù)期的結(jié)果。如，計算除法時除數(shù)為零

就是不可行的、無效的。

口有零個或多個輸入（外部提供的初始數(shù)據(jù)）

□至少產(chǎn)生一個輸出（提供給外部的運(yùn)算結(jié)果）

88

口算法分類

□數(shù)值計算算法

例如，方程求根，積分計算等。

□非數(shù)值計算算法

例如，統(tǒng)計，排序，查找、交換等。

89

口算法例

例1:

有3個硬幣，其

中一個是偽造的，

另兩個是真的，偽

幣與真幣重量略有

不同。

現(xiàn)提供一座天

平，如何找出偽幣

呢？

90

例2:“選擇排序”算法□7?8.2.5

71812|51

S1:從數(shù)列中找到最小718141§

的數(shù)，與第一個數(shù)

交換

S2:從剩下的數(shù)列中找

到最小的數(shù)，交換

到已排序數(shù)的后面

S3:反復(fù)執(zhí)行步驟S2,

直到所有數(shù)都處理

完畢

例3:“二分查找”算法

要從給出的一組數(shù)據(jù)（II個）中找出某個數(shù)據(jù)

k,較快的方法是利用折半查找法。

S1:對給出的一組數(shù)據(jù)排序

S2：置T=LB=n（首尾數(shù)據(jù)的序號）

S3：取中點(diǎn)（T+B）/2,取整

S4：比較k與（n+l）/2位置的值

若相等找到（結(jié)束）

若小于置B=（T+B）/2

若大于置T=（T+B）/2

S5：若（T+B）/2=0找不到，否則重復(fù)S3,S492s5

如從中查看是否有數(shù)2,則利

用二分查找法查找的過程如下:

排序2345789查找范圍i：T=l,B=7

取范圍1中點(diǎn)03|4|5|7|8|9]

在范圍1左半查找HSQS789查找范圍2：T=1,B=4

取范圍2中點(diǎn)H7T8T9

在范圍2左半查找2345789查找范圍3：T=1,B=2

取范圍3中點(diǎn)國3HSIH8T9

在范圍3左半查找234578以查找范圍4：T=1,B=1

93

例4:計算5!(略)

算法1：

(si)指定一個存儲單元T,置初值為1；

(s2)計算TX2,將計算結(jié)果保存到T；

(s3)計算TX3,將計算結(jié)果保存到T；

(s4)計算TX4,將計算結(jié)果保存到T；

(s5)計算TX5,將計算結(jié)果保存到T；

(s6)輸出T的值；

(s7)停止。

缺點(diǎn)：繁瑣，不易擴(kuò)充。

94

算法2：(略)

(1)指定兩個存儲單元T和I；

(2)1->[2一I；

(3)T義I―T；

(4)1+1->I；

(5)若IW5,轉(zhuǎn)移至(3)執(zhí)行;

(6)輸出T的值；

(7)停止。

缺點(diǎn)：不具有通用性。

95

算法3：計算加(略)

(1)指定存儲單元T、I和N；

(2)從鍵盤輸入一個任意正整數(shù)，并保存到N中;

(3)1->T,27I；

(4)TXI->T；

(5)I+l->I；

(6)若IWN,轉(zhuǎn)移至(4)執(zhí)行；

(7)輸出T的值；

(8)停止。

96

算法復(fù)雜度分析(選講—略)

一個算法的復(fù)雜度體現(xiàn)在運(yùn)行該算法時所需要的計

算機(jī)資源的多少，資源越多復(fù)雜度越高；反之，復(fù)雜度

越低。

因CPU時間和存儲空間是主要資源，所以算法的復(fù)

雜度僅考慮時間和空間復(fù)雜度,且分別用兩個函數(shù)來表

示：T(n)與S(n)

其中n為問題規(guī)模的大小，如多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)、數(shù)組

元素的個數(shù)、矩陣的階……

又因T(n)與S(n)的性質(zhì)是類似的，所以一般

只研究T(n)

97

一般而言，對于T(n),當(dāng)n單調(diào)增加且趨于8時，T(n)也

將單調(diào)增加且趨于8時，對于T(N)如果存在T(n),使得當(dāng)n-oo

時，有：

(X(n)-T(N))/T(n)一。

那么就說T(N醫(yī)T(n)當(dāng)n一8時的漸近性態(tài)，通常用0(n)表、

示，并用0(n)來表示時間復(fù)雜度。

直觀上0(n)就是T(n)中略去低階所留下的主項(xiàng)。例如：

若T(n)=3n2+4nbgn+7,則0(n)為3M。因?yàn)橛校?/p>

4nbgn+7

(T(n)-O(n))/T(n)=當(dāng)n—oo

3n2+4nl0gn+7

98

顯然，31>2要比3n2+4niogn+7簡單得多。

下面是本節(jié)的排序例子的復(fù)雜度計算。排序規(guī)模為no

比較次數(shù)：11（11?1）/2而2/2

移動次數(shù)：（1>+4）（11?1）/2而2/2

2n2

比較次數(shù)+移動次數(shù)=n2/2+n2/2=一-二n2

所以，其排序的時間復(fù)雜度為0（?。?。

99

口算法的表示

□自然語言表示

用任何日常使用的語言（漢語、英語等）

表示算法。

優(yōu)點(diǎn)：

簡單、方便、通俗易懂；

缺點(diǎn)：

是文字冗長、有歧義性、很難表示復(fù)雜

的算法。

100

計算n!的算法流程圖

輸出T

結(jié)束

N

102

口偽代碼表示法

偽代碼(pseudocode)是類似英語、但沒

有嚴(yán)格語法的表述算法的方法。

例如：

IFxispositiveTHEN

Printx

ELSE

Print-x

103

□用計算機(jī)高級語言表示算法

如下面是用C語言表示的求5!算法的程序:

main()

(

inti,t;

t=l；

i=2?

while(i<=5){

t=t*i;

i=i+1;

104

口常用算法（略）

（1）迭代法

常用的一種求問題近似解的方法。所謂迭代就是從一個

已知的或事先估計的近似值X。出發(fā)，通過一個迭代公式

Xn=Q（XQn=l,2,3,……

依次求出Xi、X2、x3……，經(jīng)過若干次迭代運(yùn)算而得到

問題精確的解。通常給出一個允許誤差￡（如10-5）,當(dāng)

前后兩次近似解的絕對誤差

IX/Xn.11<￡

時，則把Xn作為問題的解。

105

例用牛頓迭代公式求a的平方根。

迭代公式：

Xn+1=1/2X(Xn+a/Xn)

假定：

Xo=5.0

舊

|X1rxm0-5

106

⑵窮舉

不重復(fù)、不遺漏地考察處理對象的所有可能取值情

況，對每一種取值都作計算并判斷是否是問題的解，從

而找出滿足給定條件的若干個解。

例：父親今年30歲，兒子今年6歲，問多少年后父親的

年齡是兒子年齡的2倍。

求解方程：30+Y=2(6+Y)(其中Y代表年數(shù))

求解算法：

30一F

6Ts

0一Y

WHILE((F+Y)^2X(S+Y))do

Y+l—Y

OUTPUTY

107

⑶遞推法

一個問題的最終結(jié)果是通過求解一系列類似的中間

結(jié)果而得到的，在求解一個中間結(jié)果時，利用前面已求

得的一個或多個中間結(jié)果推出后一個新的中間結(jié)果。

例計算S=l+X+X2/2!+X3/3!++*。/10!的值。

該級數(shù)可描述為：

s=a0+a1+a2+...+a10一般公式

a0=l原始條件

an=an_1Xx/n(n=l,2,3...10)遞推公式

1.原始條件2.遞推公式3.終止條件測試

108

求解算法:

1一S

1一A

INPUTX

FOR1-NTO10DO

A*X/N一A/**/

S+A—S

N+l—N

OUTPUTS

109

(4)遞歸法

遞歸指的是在算法中又直接或間接地使用了算法

本身。每次遞歸調(diào)用時，其數(shù)據(jù)規(guī)模比前一次小，即

將原始難度為n的問題簡化為難度為的問題。

指的是一個算法中，在結(jié)束處理之前，又調(diào)用了

算法自身。

指的是一個算法A中調(diào)用了其他算法B,而算法B

中又調(diào)用了算法A。

110

例求n!的遞歸算法:

j1當(dāng)n=0

加=(nX(n-1)!當(dāng)n>0

計算n!的函數(shù)fac:

longfac(intn)

{

longs;

if(n==0)

s=1;

else

s=n*fac(n-l);

returns;

in

口算法與程序的區(qū)別與關(guān)系

□程序與算法不同，程序可以不滿足有限性，而

算法必須滿足有窮性。

操作系統(tǒng)是一個無限循環(huán)執(zhí)行的程序，因

此它不是算法！

□算法是解決一個問題的方法和步驟,而程序是

算法的一種描述形式,對算法的具體實(shí)現(xiàn)。

□程序有嚴(yán)格的語法規(guī)則，算法沒有。

□算法是程序的靈魂程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

112

口算法分析

解決同一個問題可以設(shè)計出若干不同的算法

（就像寫文章），當(dāng)然就存在一個算法優(yōu)劣的問題

評價一個算法的優(yōu)劣，主要考慮以下因素：

□正確性，不正確的算法無優(yōu)劣可言；

口是否易于理解、實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證、調(diào)試；

□占用臂經(jīng)期［CPU時間（時間復(fù)雜度）

多少《復(fù)雜黔1存儲空間（空間復(fù)雜度）

3.3.2程序設(shè)計語言

口基本概念

□程序設(shè)計語言

“語言”是表達(dá)意思、交流思想的通信工具

是由語音、詞匯與語法構(gòu)成的系統(tǒng)。

程序設(shè)計語言則是人與計算機(jī)之間的通信

通信工具，用于描述計算機(jī)程序的符號系統(tǒng)。

□程序

計算機(jī)的指令序列、或者符號化的指令序

歹！J、或者語句序列。

114

□程序設(shè)計

設(shè)計、編制、測試程序的方法和過程。

比方說：

程序設(shè)計就象建筑師按設(shè)計藍(lán)圖（算法），讓

能工巧匠（程序員），利用建筑工具（語言），把

各種建筑材料（數(shù)據(jù)）有效地組織在一起（數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)），建成理想建筑物（程序）的過程。

115

口程序設(shè)計語言的類型

據(jù)統(tǒng)計，計算機(jī)語言有上百種。例如：

口計算機(jī)通信語言（通信協(xié)議）

用于描述計算機(jī)之間會話（請求一應(yīng)答）

的語言。如:HTTP、POP3、SMTP、FTP、

Telnet>TCP、IP、……

□數(shù)據(jù)描述語言