第3章计算机软件

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1、第三章 计算机软件3.1 什么是计算机软件o 一个完整的计算机系统由两部分组成，计算机硬件和计算机软件。o 软件和硬件是密不可分的。没有软件的硬件机器称为“裸机”。1、计算机系统=硬件+软件计算机系统计算机系统计算机硬件计算机硬件计算机软件计算机软件运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统程序语言处理系统程序语言处理系统文字处理文字处理通信软件通信软件学习、娱乐软件学习、娱乐软件计算机系统是由硬件和软件组成的，两者缺一不可！计算机系统是由硬件和软件组成的，两者缺一不可！软件和硬件的关系 硬件

2、的能力非常有限，只是速度极高而已硬件的能力非常有限，只是速度极高而已 没有软件，硬件几乎什么任务也完成不了没有软件，硬件几乎什么任务也完成不了Basic Input/Output System硬硬 件件BIOS操操 作作 系系 统统应用软件应用软件用用 户户应用软件应用软件系统软件系统软件数据数据信息处理任务信息处理任务处理结果处理结果3.1.1 软件及其组成1、软件的概念及其组成o 软件是程序、数据及相关文档资料的集合。o 软件有两大组成要素：s 一是存储介质上的程序，它们是可执行的并可产生用户需要的结果；s 二是相关的文档资料，它们既是软件开发过程中的质量保证，又是软件使用与维护的依据，是

3、不可执行的部分。2、软件的特性o（1）不可见性(是无形的，不能被人们直接观察、欣赏和评价)o（2）适用性(可以适应一类应用问题的需要)o（3）依附性(依附于特定的硬件、网络和其他软件)o（4）复杂性(规模越来越大，开发人员越来越多，开发成本也越来越高)，例如：Exchange 2000Windows 2000项目经理25人约 250人开发人员140人约 1700人测试人员350人约 3200人软件的复杂性举例o 程序规模：Windows XP源程序约有5000万行o 人员队伍：Vista及新版Office 2007两个团队开发设计成员总共9000余人o 资金投入：微软为Vista投入90亿美元

4、，包括Vista未来的配套及合作伙伴的投入，预计在180亿美元以上，如果加上新版Office的成本，投入资金在240亿270亿美元之间o 开发周期：Vista的开发经历6年2、软件的特性（续）o 5.无磨损性(功能和性能一般不会发生变化)o 6.易复制性(可以非常容易且毫无失真地进行复制)o 7.不断演变性(软件的生命周期)o 8.有限责任(有限保证)o 9.脆弱性(黑客攻击、病毒入侵、信息盗用)3.1.2 软件的分类3.1.2 软件的分类o 从应用的角度，软件通常被划分为系统软件和应用软件两大类。o 按照软件权益如何处置来分，软件可分为商品软件、共享软件（shared ware）和自由软件（

5、freeware）。（1）系统软件o 系统软件泛指那些为整个计算机系统所配置的、不依赖于特定应用的通用软件。如：s 操作系统（windows,dos,unix,linux等）、s 基本输入/输出系统（BIOS）s 系统实用程序（磁盘清理程序，备份程序）、s 语言处理程序（c语言编译器）s 数据库管理系统（DBMS）等。（2）应用软件o 应用软件是指那些用于解决各种具体应用问题的专门软件。如：s 文字处理软件、电子表格处理软件、演示稿处理软件、图形图象处理软件、网络应用软件、游戏软件等。应用软件的分类o 按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件又分为通用应用软件和定制应用软件。o 通用应用软件

6、是可在许多行业和部门中都广泛应用的软件。o 定制应用软件是按照不同用户的需求而专门设计开发的软件，如，大学的教学管理系统，医院门诊的挂号系统，机房的学生上机管理系统等。（3）商品软件o 商品软件需要用户付费才能得到使用权，受到版权和软件许可证的保护。o 软件许可证扩大了版权法给予用户的权利。s 例如，版权法规定将一个软件复制到其他机器使用是非法的，但是软件许可证允许用户购买一份软件可以同时安装在本单位若干台计算机上使用。（4）共享软件o 共享软件一般是软件的“免费试用版本”，它通常允许用户试用一段时间，也允许用户拷贝和散发，但过了试用期就要交注册费，成为注册用户才能继续使用。（5）自由软件o

7、自由软件的创始人是理查德斯塔尔曼o 它于1984年启动开发了linux系统的自由软件工程，倡导自由软件的非版权原则。o 自由软件有利于软件共享和技术创新。3.1.3 软件的版权问题o 为了保护计算机软件著作权人的权益，我国制定了计算机软件保护条例。o 条例中规定，软件著作权人享有以下权利：n发表权 n署名权 n修改权n复制权n发行权n出租权n网络传播权n翻译权 3.1.4 3.1.4 软件危机软件危机o 60年代中期以后，一些大型软件在开发过程中出现了复杂度高、研制周期长、正确性难以保证等难题，形成了人们难以控制的局面，人们将这种情形称为“软件危机”。s如，如，IBMIBM公司于公司于1963

8、1963年年19661966年开发的年开发的IBM360IBM360系列机系列机的操作系统。该软件系统花了大约的操作系统。该软件系统花了大约50005000人一年的工人一年的工作量，写出了近作量，写出了近100100万行的源程序，但是尽管投入了万行的源程序，但是尽管投入了这么多的人力和物力，得到的结果却极其糟糕。这么多的人力和物力，得到的结果却极其糟糕。因为这个操作系统每次发行的新版本都是从前一版本中找出1000个程序错误而修正的结果。软件危机的出路：软件工程，即严格规定软件开发的流程以及产品的验收标准，使软件开发过程规范化。3.2 系统软件系统软件o 系统软件是出于计算机硬件与用户之间，用以

9、支持计算机系统正常运行并实现用户提交的各种操作的那部分软件。o 系统软件主要包括：操作系统、程序设计语言编译系统、数据库管理系统和各种实用工具软件等。3.2.1 操作系统操作系统的作用和功能o 操作系统是管理计算机软硬件资源的一个平台，是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序的集合。o 操作系统可以实现计算机的处理器管理、内存管理、文件管理、设备管理四大功能 1.操作系统的启动过程（1）加电启动计算机时，CPU首先执行ROM BIOS中的自检程序，测试计算机中各部件的工作状态是否正常。（2）若无异常，CPU将继续执行BIOS中的自举程序，从硬盘中读出引导

10、程序并装入内存。（3）由引导程序将操作系统装入内存。（4）操作系统成功装入后，整个计算机就处于操作系统的控制之下了。2.处理器管理o 处理器管理的主要任务，是对处理器的使用进行分配，并对其运行进行控制和管理。为了提高CPU的利用率。o 操作系统一般都只若干个程序同时运行，称为多任务处理。o 所谓的任务，是指装入内存并启动执行的一个应用程序。2.处理器管理（续）o 每启动一个应用程序，操作系统就会打开一个窗口，通常一个窗口对应一个任务。o 可以通过ctrl+alt+del打开“Windows的任务管理器”窗口看当前运行的应用程序。2.处理器管理（续）o 前台任务：能接受用户输入(击键或按击鼠标)

11、的窗口只能有一个，称为活动窗口，它所对应的任务称为前台任务o 后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务2.处理器管理（续）o 前台任务与后台任务的区别：s前台任务对应的窗口(活动窗口)位于其它窗口的前面s活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深(深蓝色)o 不管是前台任务，还是后台任务，都能分配到CPU的执行时间。o 多任务处理的原理：s CPU轮流为所有任务服务o 按时间片轮转（10-20ms为1个时间片），采取抢占式调度方法任务任务1任务任务2任务任务3任务任务4任务任务5时间时间时间时间任任务务2.处理器管理（续）3.存储器管理 存储器管理的主要任务：u 为每个任务分配存储空间，任务

12、结束之后收回存储空间u 对存储空间进行保护保护每个应用程序的区域不被其他程序修改u 对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不受实际存储容量大小的限制，解决方案虚拟存储器。Windows XP虚存空间最大可达到4GB3.存储器管理（续）o 使用“任务管理器”可以查看：s总的物理内存大小s可用物理内存大小s总的虚拟内存大小s可用虚拟内存大小等4.文件管理 o 文件是具有文件名的一组相关信息的集合。o 现代计算机系统中，程序和数据都以文件形式存储在外存储器中。o 用户必须以文件为单位对外存中的信息进行访问和操作。o 文件管理主要包括文件存储管理、目录管理、文件的读/写管理、文件的共享与保护等。4.

13、文件管理（续）o 每个文件都有自己的名字，称为文件名，用户利用文件名来访问文件。o 在Windows中，文件名可以长达255个字符，但不能包含下列符号之一：|/:?*o 英文字母的大、小写只在形式上加以区分，实际上不予区别（例如：Text.DOC 与 text.doc 是同一个文件）4.文件管理（续）文件的名字由两部分组成：(主文件名).扩展名p文件扩展名用于区分文件的类型，如：u程序文件(可执行文件)：.exe .comu数据文件：纯文本文件(.txt)PDF文件(.pdf)Word文件 (.doc)投影片文件(.ppt)数码照片文件(.jpg)MP3音乐文件(.mp3)4.文件管理（续）o

14、 文件中除了文件名外还有一些文件的说明信息。o 在文件的图标上单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“属性”，打开“属性”窗口，就可以看到文件类型、文件长度、文件物理位置（存储在硬盘上的位置）、文件的存取控制、文件的时间（创建、最近修改、最近访问等）、文件的创建者、文件的摘要等。文件的属性窗口文件的属性窗口4.文件管理（续）o 文件的说明信息和文件的具体内容是分开存放的，前者保存在该文件的目录中，后者全部保存在磁盘的数据区中。4.文件管理（续）o 为了有序存放文件，操作系统把文件织在若干文件目录中。o Windows中文件目录也称为文件夹，采用多级层次结构（也叫树状结构）。o 每个磁盘或磁盘分区作为一

15、个根目录，包含若干文件夹，每个文件夹中可以包含文件和下一级文件夹，也可以是空的，依此类推形成了多级文件夹结构。根节点和中间节根节点和中间节点都是文件夹点都是文件夹叶节点都是文件叶节点都是文件4.文件管理（续）数据数据abc.txt应用程序应用程序T1.txt概论概论P1.exePn.exe讲稿讲稿根文件夹根文件夹资料资料教案教案01.doc05.pdf02.ppt4.文件管理（续）o 计算机中的每个文件都有一个确定的位置o 文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号(盘符)、文件路径以及文件名组成：盘符：文件路径 文件名 例:右图中文件02.ppt的位置是：D:数据概论讲稿02.ppt数据数据abc.

16、txt应用程序应用程序T1.txt概论概论P1.exePn.exe讲稿讲稿D盘根目录盘根目录资料资料教案教案01.doc05.pdf02.ppt文件路径文件路径4.文件管理（续）o 文件夹也有自己的说明信息，除了文件夹名以外，还包括存放位置、大小、创建时间、文件夹属性（存档、只读、隐藏等）。还可以设置文件夹的共享属性，文件夹属性文件夹属性文件夹共享设置文件夹共享设置5.设备管理设备管理o 设备管理的主要任务，是完成I/O请求，为用户分配I/O设备，包括缓冲管理、设备分配和设备处理等功能。3.2.2 常用操作系统1MS-DOSo DOS是Disk Operating System的简称，意思是“

17、磁盘操作系统”。o 主要有IBM公司的PC-DOS和微软公司的MS-DOS。o MS-DOS系统是1981年由微软公司为IBM个人电脑开发的，是一个字符式操作系统。2Windowso Windows是一个多任务图形界面的单用户操作系统。o 它的第一个版本Windows 1.0由微软公司发行于1985年。o 从最初运行在DOS下的Windows 3.x，到现在风靡全球的Windows 9x、Windows 2000、Windows XP以及最新的Windows vista。Windows之所以如此流行，是因为它功能上的强大以及Windows的易用性。3Unixo Unix是一种图形界面、多用户、

18、多任务的分时操作系统o UNIX于1969年在AT&TBell实验室诞生，是首选的网络操作系统。o 实际上在网络化的世界里，每一位计算机用户都在直接或间接地与 UNIX 打交道。o UNIX就不只是一种操作系统的专用名称，而成了当前开放系统的代名词。4Linuxo Linux是1991年芬兰赫尔辛基大学名叫Linus Torvalds的计算机业余爱好者设计的，具有Unix操作系统的全部功能。o Linux属于自由软件，用户不用支付任何费用就可以使用它、传播它、获得它的源代码，而且还允许用户根据自己的需要对它进行必要的修改。5Mac OSo Mac OS是一套运行于苹果Macintosh系列电脑

19、上的操作系统。Mac OS是首个在商用领域成功的图形用户界面。现行的最新的系统版本是Mac OS X 10.3.x版。6Palm OSo Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统，用于掌上电脑。3.3 应用软件通用应用软件的类别与功能类 别功 能流行软件举例文字处理软件文本编辑、文字处理、桌面排版等Word、Adobe Acrobat、WPS、FrontPage等电子表格软件表格定义、数值计算和统计、绘图等Excel等图形图像软件图像处理、几何图形绘制、动画制作等AutoCAD、Photoshop、CorelDraw、3DS MAX等媒体播放软件播放各种数字音频和视频文件Media Play

20、er、Real Player、Winamp等网络通信软件电子邮件、聊天、IP电话等Outlook Express、MSN、QQ、ICQ等演示软件投影片制作等PowerPoint等信息检索软件在数据库和因特网中查找需要的信息Google，天网，百度等3.4 常用工具软件1光盘刻录软件o Nero可以实现CD、DVD等多种介质的刻录，o 可以将硬盘中的部分数据和文件刻录至光盘中，也可以实现整个光盘数据的复制功能。o nero软件可以从http:/网站上下载。2.克隆精灵norton ghost o Norton ghost是由symantec公司研制的一个硬盘数据拷贝软件o 可以把整个硬盘或分区中

21、的内容从一个硬盘或分区拷贝到另一个硬盘或分区中，甚至可以将硬盘或分区中的全部有效数据按磁道顺序读取后，以映像文件形式保存至硬盘或光盘中o 必要时可以从映像文件中再将数据读取后复制到原来的硬盘或新的硬盘中。3.图片浏览软件Acdsee o Acdsee是ACD systems公司开发的数字图像浏览软件o 该软件提供了快速浏览图像的功能，可管理多达50余种常用图片的格式，操作简易快捷，成为平面设计人员、数码相机用户、摄影师等专业人员的首选。4.压缩软件winrar o Winrar是最好的压缩软件之一，其界面友好，使用方便。o 许多网站提供winrar软件的下载，如华军软件园等。3.5 程序设计什

22、么是程序？o 程序是为了用计算机解决某个问题而采用程序设计语言编写的一个指令序列。o 计算机可以通过执行不同程序完成不同任务。o 即使执行同一个程序，当输入数据不同时，输出的结果也有可能不同。o 大多数程序是为了解决某一类问题而设计的。3.5.1 程序设计语言程序设计语言填补了人与计算机交流的鸿沟计算机硬件仅计算机硬件仅仅知道仅知道0和和1有问题需要有问题需要计算机解决计算机解决的人的人交流的鸿沟交流的鸿沟计算机硬件仅计算机硬件仅仅知道仅知道0和和1有 问 题 需有 问 题 需要 计 算 机要 计 算 机解决的人解决的人程序设计语言程序设计语言1.程序设计语言的分类o 程序设计语言按照语言级别

23、可以分为低级语言和高级语言。o 低级语言包括机器语言和汇编语言。（1）机器语言 o 机器语言是用二进制编码表示的机器指令，可以被计算机直接识别和执行。o 优点：机器可以直接执行，运行速度快o 缺点：难记忆，编程效率低下，不易维护，不同的机器语言程序互不兼容o 现在已不直接用机器语言编制程序！例：机器语言程序o 求最大公约数的机器程序（16进制表示）计算机的每条机器指令均为计算机的每条机器指令均为32个二进位，用个二进位，用8个个16进制数表示进制数表示（2）汇编语言o 汇编语言用容易理解和记忆的助记符来代替机器指令的操作码和操作数。o 优点：更直观和容易理解记忆 o 缺点：与计算机硬件关系紧密

24、，较难掌握（3）高级程序设计语言o 接近人类自然语言（主要是英语）。o 在一定程度上与具体机器无关。o 易学、易用、易维护，克服了汇编语言的缺点，提高了编程效率。2.程序设计语言的翻译程序o 把甲语言编写的程序翻译为等价的乙语言编写的程序。其中甲语言程序称为源程序，乙语言程序称为目标程序。翻译程序翻译程序源程序源程序目标程序目标程序2.程序设计语言的翻译程序（续）o 常用的有下列几种：解释程序解释程序(解释器解释器)高级语言高级语言源程序源程序边解释边执行，边解释边执行，不产生目标程序不产生目标程序编译程序编译程序(编译器编译器)高级语言高级语言源程序源程序机器语言或汇机器语言或汇编语言目标程

25、编语言目标程序序汇编程序汇编程序(汇编器汇编器)汇编语言汇编语言源程序源程序机器语言机器语言目标程序目标程序编译程序与解释程序的区别o 解释：解释器直接解释并且执行源语言程序，不产生目标程序（相当于“口译”）o 编译：把源程序编译为机器语言目标程序后，再由计算机运行（相当于“笔译”）源程序源程序目标程序目标程序编译器编译器计算机计算机编译方式编译方式计算机计算机源程序源程序解释器解释器 解释方式解释方式BASIC、Visual Basic、VBScript、Java、JavaScript等都是解释执行的等都是解释执行的语言语言 C、C+等都是等都是需要编译的语言需要编译的语言 4.常用的程序设

26、计语言介绍常用的程序设计语言介绍(1)FORTRAN语言 o FORTRAN（FORmula TRANslation）公式翻译程序设计语言，是第一个广泛使用的高级语言，特点是接近数学公式，简单易用。（2）Pascal语言o Pascal是最早出现的结构化编程语言，数据类型，语法严谨，层次分明，运行效率高，查错能力强。（3）C与C+语言o 语言是在70年代初问世的。一九七八年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式发表了语言。o C语言介于高级和低级语言之间，兼备高级语言和低级语言的优点，语法简洁，程序执行效率高，可移植性好。o C+是在C语言的基础上发展起来的，是当前面向对象程序设计的主流

27、语言。(4)BASIC和Visual Basic语言 o BASIC语言的特点是简单易学。o Visual BASIC(VB)语言是微软公司基于BASIC发展而来的一种程序设计语言o 是一种可视化的、面向对象的、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言。（5）COBOL语言o COBOL是于1959年，由美国的一些计算机用户组织设计的，专用于商务处理的计算机语言，是一种通用的商业语言。(6)Java语言 o 由SUN Microsystem公司于1995年发布的一种面向对象的、用于网络环境的程序设计语言。o 基本特征是：s适用于网络分布环境s具有一定的平台独立性s安全性和稳定性好o Java语

28、言在Internet上已推出了用Java语言编写的很多应用程序3.5.2 算 法1、算 法o 算法的定义：算法是求解一个问题的方法与步骤。o 算法的表示方法：s 文字说明s 流程图表示s 用N-S盒图表示算法s 用PAD图描述算法s 伪代码（一种介于自然语言和程序设计语言之间的文字和符号表达工具）算法的表示方法（举例）o 例：有三个硬币，其中一个是伪造的，另两个是真的，伪币与真币重量略有不同。现在提供一座天平，如何找出伪币呢？流程图表示方法开始开始C是伪币是伪币B是伪币是伪币A是伪币是伪币AB？AC？是是否否否否是是分析：分析：方法明确而有序方法明确而有序按提供的条件进行操作按提供的条件进行操

29、作任何人均可仿照进行任何人均可仿照进行自然语言描述方法o“比较与的重量，若，则是伪造的；否则再比较与的重量，若，则是伪造的；否则是伪造的。”o 缺点：s 容易产生歧义，很难“精确”地进行表达s 叙述冗长，很难清楚地表达算法的逻辑流程流程图举例2求！求！2.算法的特征s有穷性：算法在执行有限步后必须结束s确切性：算法中每一步操作的含义必须清楚明确，无二义性s可行性：算法的每个步骤必须在计算机的能力范围之内，且在有限时间内能够完成s输入：有0个或多个输入s输出：至少有一个输出3.算法优劣分析u正确性u简单性u时间复杂性u空间复杂性4.算法是计算机程序的灵魂o 计算机的通用性是因为它能运行各种各样的

30、程序，而程序之所以能解决问题，是因为它使用了正确的算法。o 开发计算机应用的核心是根据实际问题给出解题的算法，然后再将该算法在计算机上实现。4.算法是计算机程序的灵魂o 瑞士计算机科学家尼沃思（N.Wirth）在20世纪70年代曾经提出过一个著名公式：s“数据结构+算法=程序”5.结构化程序设计o 结构化程序设计的思想：自顶向下、逐步求精的原则。将一个大的问题分解成多个可独立进行编程的小问题（模块），如果某个模块还未精细到可以直接编写的程度，则继续对它进行分解，直至能直接编程为止。o 每个模块都是由顺序、选择、循环三种基本结构组成。3.5.3 数据结构o 数据结构研究如何在计算机中表示被处理的对象及对象之间的关系，即如何组织数据。o 所有操作对象在计算机中均表示为某种类型的数据(或数据结构)3.6 软件工程软件生命周期o 一个软件从提出设想到完成使命为止，会经历一个漫长的时期，通常把软件经历的这个漫长的时期称为软件生命周期。o 一般软件生存周期主要经历软件计划、软件需求分析、软件总体设计、软件详细设计、软件编码、软件测试和软件维护等阶段。