第三部分 計算機軟件系統(tǒng)

1、計算機軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)操作系統(tǒng)程序=算法+數據結構計算機系統(tǒng)的概念1硬件系統(tǒng)說硬件系統(tǒng)說 計算機系統(tǒng)是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備這5個部件組成的。這種說法其實僅針對計算機的硬件而言，比較片面。計算機系統(tǒng)的概念2硬件與軟件結合說硬件與軟件結合說 計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。硬件構成計算機系統(tǒng)的物理存在，軟件則是計算機系統(tǒng)的靈魂。 計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機軟件計算機軟件計算機硬件計算機硬件輸出設備輸出設備輸入設備輸入設備存儲器存儲器控制器控制器運算器運算器程序程序數據數據文檔文檔計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，兩者缺一不可！計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，

2、兩者缺一不可！計算機系統(tǒng)的概念l 軟件：是計算機可以運行的各種程序、數據及其相關文檔的總和。l 程序：是軟件的主體，是各種計算機任務的處理對象和處理規(guī)則的描述，是指令序列的符號表示，一般保存在存儲介質（如硬盤和光盤）中。l 數據：程序運行過程中需要處理的對象和必須使用的一些參數（如三角函數表、英漢詞典等）。l 文檔：與程序開發(fā)、維護及操作有關的一些技術資料（如設計報告、使用指南和維護手冊等），是為了便于了解程序所需的闡明性資料，文檔對于使用和維護軟件尤其重要。 計算機系統(tǒng)的概念3廣義系統(tǒng)說廣義系統(tǒng)說 計算機系統(tǒng)是由 人員（people）、 數據（data）、 設備（equipment）、 程序

3、（program）和 規(guī)程（procedure）5個部分組成的，只有把它們有機地結合在一起，才能完成各種任務。 程序程序設備設備規(guī)程規(guī)程數據數據人員人員計算機軟件的分類按照不同的標準，可以將軟件劃分為不同的種類。按產權按產權性質性質商品軟件商品軟件 共享軟件共享軟件 自由軟件自由軟件按軟件按軟件用途用途系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件計算機軟件的分類系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)應用軟件 操作系統(tǒng)語言處理程序數據庫管理系統(tǒng)服務性程序Office組件工具軟件用戶程序 從應用的角度出發(fā)（軟件用途），計算機軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。 計算機軟件的分類u 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控和維護計算機資源

4、（包括硬件和軟件）的軟件，使得它們可以協(xié)調工作。u 應用軟件應用軟件 應用軟件是為了某種特定的通途而開發(fā)的軟件。由于計算機應用已經滲透到社會生活的各個方面，因而計算機的應用軟件也是多種多樣的，一般包括通用應用軟件和定制應用軟件。 通用應用軟件的類別和功能類別類別功能功能舉例舉例文字處理文本編輯、文字處理、桌面排版等WPS、Word、FrontPage等電子表格表格定義、計算和處理等Excel等圖形、圖像圖像處理、幾何圖形繪制、動畫制作等AutoCAD、Photoshop、3D Max、CoreDraw等演示、簡報幻燈片、演講報告制作等Powerpoint等媒體播放播放各種數字音頻和視頻文件Wi

5、ndows Media Player、Real Player、暴風影音、千千靜聽等網絡通信電子郵件、聊天、IP電話、網絡文件管理、瀏覽等Outlook Express、MSN、QQ、Mail等圖像瀏覽工具查看圖像等ACDSee等網絡電視播放網絡視頻等PPS、PPTV、PPlive、UUSee等各類軟件的層次應用程序（用戶）語言處理程序數據庫管理系統(tǒng)服務性程序操作系統(tǒng)裸機n 所謂層次關系指的是內層軟件向外層軟件提供服務，外層軟件在內層軟件的支持下才能運行。 n 系統(tǒng)軟件支持應用軟件的開發(fā)和運行；應用軟件處在軟件系統(tǒng)的最外層，直接面向用戶，為用戶服務。計算機軟件的分類 如果按照軟件權益的處置方式（

6、產權性質）來進行分類，可以分為：商品軟件、共享軟件和自由軟件。 u商品軟件商品軟件 作為商品進行交易的軟件，版權嚴格，用戶需要付費才可以在授權范圍內使用。 u共享軟件共享軟件（也稱為試用軟件）（也稱為試用軟件） 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），試用期滿后需交費才能繼續(xù)使用。u自由軟件自由軟件 （開放源代碼軟件）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，允許銷售和自由傳播。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。操作系統(tǒng)的概念n 操作系統(tǒng)是管理計算機的資源，組織計算機的工作流程以及方便用戶使用

7、的程序集合。也就是說，操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)資源的管理者和指揮者。n 操作系統(tǒng)是計算機中最重要的，也是核心的系統(tǒng)軟件，它是其它系統(tǒng)軟件及應用軟件運行的基礎。操作系統(tǒng)的基本特征（1）并發(fā)性 并發(fā)是指在計算機系統(tǒng)中可以同時運行多個程序。 （2）共享性 共享是指多個用戶的程序可以共同使用計算機系統(tǒng)的資源。 （3）虛擬性 虛擬性指操作系統(tǒng)可以把一臺物理設備變成若干個邏輯上 的對應設備。 （4）異步性 異步性又稱不確定性，不確定性是與確定性相互依存的。 操作系統(tǒng)的主要作用（1）是用戶和計算機硬件之間的接口 （2）是計算機系統(tǒng)資源的管理者 （3）為用戶提供友善的人機界面 操作系統(tǒng)虛擬機操作系統(tǒng)虛擬機 硬件硬

8、件 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件其他系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件各類用戶各類用戶操作系統(tǒng)的啟動過程ROMBIOS硬硬 盤盤RAM 執(zhí)行自舉裝入程序執(zhí)行自舉裝入程序執(zhí)執(zhí)行行引引導導程程序序序序讀讀出出引引導導程程CPU 執(zhí)行執(zhí)行加電自檢程序加電自檢程序 裝入引導程序裝入引導程序 裝入操作系統(tǒng)裝入操作系統(tǒng)CMOS？從從何何處處啟啟動動運運行行操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)顯示初始界面顯示初始界面CMOS的設置 CMOS基本參數包括硬盤、日期/時間、啟動順序、密碼以及保存等。 操作系統(tǒng)的主要功能u處理器管理（任務管理）處理器管理（任務管理） 處理器管理就是指CPU管理，讓它有條不紊地工作。n“任務”指的是要計算機做的

9、一件事，計算機執(zhí)行一個任 務通常就對應著運行一個應用程序n“單任務處理”與“多任務處理”n單任務處理：在任何時刻只允許有一個任務執(zhí)行，直到該任務完成后才能啟動下一個程序，任務是順序執(zhí)行的。n多任務處理：允許計算機同時執(zhí)行多個任務，任務是并發(fā)執(zhí)行的。n多任務處理的優(yōu)點：n大大提高了用戶的工作效率n大大提高了計算機的使用效率前臺任務與后臺任務l 前臺任務：當多個任務都在運行時，其中只有一個任務正在被用戶直接操作，這個任務稱為前臺任務，該任務對應的屏幕窗口稱為活動窗口。l 后臺任務：除前臺任務外，所有其它任務均為后臺任務，與之相應的屏幕窗口是非活動窗口。 l 前臺任務與后臺任務的區(qū)別：l前臺任務對應

10、的窗口(活動窗口)位于其它窗口的前面l活動窗口的標題欄與非活動窗口顏色不同Windows任務管理器 利用Windows任務管理器查看系統(tǒng)中任務的運行狀態(tài)、CPU的使用率、內存的使用狀況等。l“應用程序”選項卡：顯示當前正在運行的任務。l“進程”選項卡：顯示當前正在運行的所有進程，包括正在運行的系統(tǒng)進程。 l“性能”選項卡：以圖形的方式顯示CPU和內存的使用情況。 CPU時間片輪轉方法 時間CPU任務1任務2任務3任務4任務5目的：讓目的：讓CPUCPU輪流為所有任務服務輪流為所有任務服務操作系統(tǒng)的主要功能u存儲管理存儲管理 所謂存儲管理主要是指對內存的管理，將有限的內存空間合理地分配，以滿足多

11、任務運行的需求。內內 存存 儲儲 器器其它計算機硬件其它計算機硬件應用程序接口應用程序接口(API)處理器處理器管理管理文件文件管理管理存儲存儲管理管理文件系統(tǒng)，網絡通信程序文件系統(tǒng)，網絡通信程序設備驅動程序設備驅動程序設備設備管理管理窗口窗口管理管理應用應用 程序程序1應用應用 程序程序2應用應用 程序程序3用戶用戶 接口外殼接口外殼應用應用 程序程序k用用 戶戶操操 作作 系系 統(tǒng)統(tǒng)正在運行正在運行的應用程的應用程序序內存的擴充n 虛擬存儲技術（即虛擬內存技術，簡稱虛存）。n 虛擬存儲技術的核心思想就是把內存與外存有機的結合起來使用，利用外存空間來彌補實際內存空間，從而得到一個容量很大的“

12、內存”。n 虛擬存儲技術實現的基本思想是：當一個任務啟動并向內存裝入程序和數據時，只將當前要執(zhí)行的一部分程序和數據裝入內存，其余部分放在外存的虛擬空間中，然后開始執(zhí)行程序。當需要的指令和數據不在內存中時，則由存儲管理程序將所缺部分從外存的虛擬空間中調入實際內存，同時將暫時不用的部分調出到虛擬空間中，實現內存和外存虛擬空間的動態(tài)交換。虛擬存儲器 用戶可以使用“任務管理器”查看內存的狀態(tài)。l總的物理內存大小l可用物理內存大小l總的虛擬內存大小l可用虛擬內存大小等操作系統(tǒng)的主要功能u文件管理文件管理 文件管理又稱文件系統(tǒng)，計算機中的各種程序和數據均為計算機的軟件資源，它們都以文件的形式存儲在外存中。

13、文件管理主要是指對軟件的管理，方便用戶對文件進行存取和檢索等。文件的概念l文件：存儲在外存中的一組相關信息的集合，例如一個程序、一篇文章、一張數碼相片、一個MP3歌曲、一封電子郵件等都可以是文件的內容。l文件名：為了便于區(qū)別，每個文件都有自己的名字，是文件的標識，用戶可以通過文件名來使用該文件。文件名由兩部分組成： .擴展名，其中文件名是文件的主要標識，不可省略，文件名最多可包含255個中文或西文字符；文件擴展名（類型名）由“.”加34個英文字母組成，可以省略。l記錄：文件由若干個相關記錄組成，每個記錄都是一些相關信息的集合。例如：每一行程序、每一行數據等。 文件的組成 每一個文件都由2部分組

14、成：文件名等文件名等說明信息說明信息文文 件件 內內 容容 文件名和文件擴展名 文件大小(長度) 在磁盤上存放的起始位置 文件時間(創(chuàng)建時間、最近修改時間、最近訪問時間等) 文件創(chuàng)建者 文件屬性系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件隱藏文件隱藏文件存檔文件存檔文件只讀文件只讀文件 壓縮壓縮 加密加密編制索引編制索引 文件的存儲n Windows、UNIX等操作系統(tǒng)都采用樹形目錄結構，該樹從根結點向下，每個結點是一個目錄（或稱文件夾），多次分叉的樹枝是各級子目錄，末端的葉結點是文件。 n 文件目錄在Windows中稱為文件夾。n 每個邏輯盤(物理盤或硬盤上的分區(qū))是一個根文件夾。n 文件夾中既可包含文件，也可包含文件

15、夾 (子文件夾)，子文件夾又可存放文件和子文件夾, 形成樹狀多級文件夾結構。根節(jié)點和中間節(jié)根節(jié)點和中間節(jié)點都是文件夾點都是文件夾葉節(jié)點都是文件葉節(jié)點都是文件根文件夾數據應用程序P1.jpgQQ.exe01.docT1.txtPS.exe系統(tǒng)軟件教案課件資料02.ppt03.pdf操作系統(tǒng)的主要功能u設備管理設備管理 設備管理是指對各種各樣外部設備的管理，方便用戶使用輸入/輸出設備（I/O）。主要包括對I/O設備的分配、啟動、完成和回收。 常用操作系統(tǒng)簡介 u Windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Windows操作系統(tǒng)是一種在個人計算機上運行的系統(tǒng)軟件，由美國微軟（Microsoft）公司開發(fā)，Wi

16、ndows的原意是“窗戶”、“視窗”，可以看作是一款視窗操作系統(tǒng)。 Microsoft Windows系列操作系統(tǒng)，最初是在微軟給IBM機器設計的MS-DOS的基礎上設計的圖形操作系統(tǒng)。Windows提供了多任務圖形界面以及統(tǒng)一的應用程序接口，使得在Windows環(huán)境下運行應用程序的操作大為簡化。常用操作系統(tǒng)簡介 u UNIX操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) UNIX操作系統(tǒng)是當今世界上應用較廣泛的主流操作系統(tǒng)，它適用于小型和微型計算機領域，是一個通用的、交互式的分時操作系統(tǒng)。在1969年由美國Bell實驗室開發(fā)研制，1972年用C語言改寫，提高了它的兼容性和可讀性。 UNIX系統(tǒng)的特點是：結構緊湊、功能強大

17、、使用方便、易于擴充、修改、維護、可移植性好、互操作性強、網絡通信功能豐富、安全可靠等。常用操作系統(tǒng)簡介 u Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Linux是一種“類UNIX”的操作系統(tǒng)。它是一種外觀和性能與UNIX相同或更好的操作系統(tǒng)，Linux產品成功的模仿了UNIX系統(tǒng)和功能，但是源代碼和UNIX一點關系都沒有。Linux是自由軟件，免費并向世人公開源代碼，吸引了對該操作系統(tǒng)感興趣的人們共同工作。 Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)勢反映在網絡服務器方面，其內核中包含許多網絡協(xié)議，已成為網絡上最普遍的服務器架構模式。Linux操作系統(tǒng)作為一個多用戶、多任務的操作系統(tǒng)，支持多工作平臺和多處理器。程序=算法+數

18、據結構 著名的計算機科學家沃思（N.Wirth）教授曾提出：程序=算法+數據結構。程序設計的實質是對實際問題選擇一種好的數據結構，加之設計一個好的算法，而好的算法在很大程度上取決于描述實際問題的數據結構。算法u 算法的概念算法的概念n 在日常生活中，人們做事情都會按照一定的規(guī)則和步驟。n 所謂算法，就是為了解決特定問題而采取的步驟和方法，即對特定問題求解步驟的一種描述。 n 人們常說：“軟件的主體是程序，程序的核心是算法”。 算法u 算法的特性算法的特性（1）確定性：算法的每個步驟都必須有確切的定義，不能含糊不清或存在歧義。（2）有窮性：算法必須保證執(zhí)行有限步后能夠結束。（3）可行性：算法原則

19、上應該能夠被計算機執(zhí)行，并得到確定的運算結果。（4）輸入：一個算法有0個或多個輸入，取自特定的數據對象集合。（5）輸出：一個算法有1個或多個輸出，以反映對輸入數據加工后的結果，沒有輸出的算法是毫無意義的。算法u 算法的表示算法的表示算法描述種類算法描述種類算法描述說明算法描述說明優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點自然語言日常生活中使用的語言表示通俗易懂文字冗長，不精確流程圖特定的表示算法的圖形符號形象、直觀、邏輯結構明了在算法復雜時，難以表示清楚，容易出錯偽代碼介于自然語言與程序設計語言的文字與符號代碼簡單，結構清晰，可讀性強隨意性較強算法u 算法的分析算法的分析 算法分析就是衡量算法性能的過程，通過算法分析得

20、知不同算法的優(yōu)劣。對算法的分析主要是對算法的時間復雜度和空間復雜度的衡量。 l時間復雜性：時間復雜性：n算法的時間復雜度即時間代價很容易理解，它是依據該算法運行時所 消耗的時間多少來決定的。 n 一個算法花費的時間與算法中語句的執(zhí)行次數有關。一般情況下，算法的基本操作重復執(zhí)行的次數是關于問題規(guī)模n的某個函數f（n），時間復雜度不是一個精確的執(zhí)行次數，而是估算的數量級。用數量級估算的方法，使用O標記算法時間復雜度的結果，記做：T（n）=O（f（n）。l空間復雜性：空間復雜性：除原始數據之外，額外占用的存儲空間的大小。數據結構 n 數據結構研究如何在計算機中表示被處理的對象及對象之 間的關系，即如

21、何組織數據。n 算法的設計取決于數據的邏輯結構，算法的實現取決于數 據的存儲結構。精心設計的數據結構可使算法獲得更高 的時間效率或空間效率。n 數據結構包括幾個方面：邏輯結構、存儲結構、數據運算。數據結構 u邏輯結構邏輯結構 數據的邏輯結構是指數據元素之間的邏輯關系。 線性結構線性結構網狀結構網狀結構樹形結構樹形結構集合結構集合結構數據結構 u存儲結構存儲結構 數據的存儲結構又稱物理結構，是指邏輯結構如何在計算機內部的存儲安排。 常見的有：l 順序存儲結構 數據元素按某種順序依次存放在存儲器的存儲單元中，它的特點是邏輯上相鄰的數據在物理位置上也相鄰。 l 鏈接存儲結構 利用地址指針來表示元素之

22、間的邏輯關系，也就是說數據所占的存儲單元分為兩個部分：數據本身的信息和數據后繼元素所對應的存儲單元的地址。 數據結構 u存儲結構存儲結構 （1）順序存儲結構 a2是a1的直接后繼元素陳辰王平劉明李麗10011002100310041005低地址高地址a1a2a2是a1的后繼元素a1a2低地址高地址陳辰李麗劉明王平10011002100310041005100410051003（2）鏈接存儲結構 數據結構 u數據運算數據運算 定義在數據結構上的一組運算（操作）及其實現方法。常用的運算有：插入、刪除、更新、檢索和排序等。程序設計 計算機語言，方便人與計算機之間進行信息交流的語言，這種語言也叫程序設

23、計語言，它是編寫計算機程序的重要工具。 隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機語言也在不斷的發(fā)展，一般分為機器語言、匯編語言和高級語言。 程序設計語言u機器語言機器語言n 機器語言就是計算機的指令系統(tǒng)n 指令是使用二進制（0和1）編碼表示的n 優(yōu)點：可以直接被計算機執(zhí)行n 缺點：記不住、難理解、效率低、不易維護不同的機器語言程序，相互不兼容n 現在已不直接用機器語言編制程序！B8 5E 01B8 6D 0203 D8B8 7C 042B C3操作碼操作數地址1條機器指令程序設計語言u匯編語言匯編語言n 用助記符號來表示機器指令中的操作符與操作數。n 優(yōu)點：n操作數直接使用十進制n程序相對容易理解n 缺點：n大型程序難以開發(fā)n依賴于具體計