第2章_計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與_Windows編程機制

1、計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院童勇木童勇木第第2章章計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與 Windows編程機制編程機制2.1 計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2.2 Windows 編程機制編程機制 2.1 計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（Computer Architecture）指的是計算機系統(tǒng)各組成部分之間的相互關(guān)系，指的是計算機系統(tǒng)各組成部分之間的相互關(guān)系， 硬件硬件 它是它是 軟件軟件 的綜合性的概念。的綜合性的概念。 算法和語言算法和語言2.1 計算機系統(tǒng)體系

2、結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 直觀地說，是程序員所看到的計算機屬性，直觀地說，是程序員所看到的計算機屬性， 概念性結(jié)構(gòu)概念性結(jié)構(gòu) 即即 功能特性功能特性 軟件、硬件的功能分配軟件、硬件的功能分配 確切地說，研究的是確切地說，研究的是 機器界面的確定問題機器界面的確定問題2.1 計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)在使用計算機資源方面，計算機體系結(jié)構(gòu)大體經(jīng)在使用計算機資源方面，計算機體系結(jié)構(gòu)大體經(jīng)歷了以下歷了以下4個發(fā)展階段：個發(fā)展階段： 批處理階段批處理階段 中心主機遠(yuǎn)程處理階段中心主機遠(yuǎn)程處理階段 共享資源服務(wù)器階段共享資源服務(wù)器階段 客戶端服務(wù)器階段，即第四代計算機客戶端服務(wù)器階段，即第四代計算

3、機 2.1.4 客戶端服務(wù)器階段客戶端服務(wù)器階段在為高性能的計算任務(wù)（特別是瓶頸任務(wù)）選型在為高性能的計算任務(wù)（特別是瓶頸任務(wù)）選型時，客戶機服務(wù)器模式逐步取代了其它模式。時，客戶機服務(wù)器模式逐步取代了其它模式?？蛻魴C服務(wù)器結(jié)構(gòu)：客戶機服務(wù)器結(jié)構(gòu)： 充分利用了客戶機服務(wù)器現(xiàn)有的能力充分利用了客戶機服務(wù)器現(xiàn)有的能力 同時將網(wǎng)絡(luò)的流量減到最少。同時將網(wǎng)絡(luò)的流量減到最少。 2.1.4 客戶端服務(wù)器階段客戶端服務(wù)器階段客戶服務(wù)器（客戶服務(wù)器（Client/Server）技術(shù)是）技術(shù)是20世紀(jì)世紀(jì)90年代的新技術(shù)。年代的新技術(shù)。客戶服務(wù)器技術(shù)是強大的計算機硬件與可靠、客戶服務(wù)器技術(shù)是強大的計算機硬件與可

4、靠、快速和低成本的通訊技術(shù)相結(jié)合的范例，它涉及快速和低成本的通訊技術(shù)相結(jié)合的范例，它涉及到：到： 分布式計算分布式計算 協(xié)作式計算協(xié)作式計算 等一些概念等一些概念 和分布式事務(wù)處理和分布式事務(wù)處理1. 客戶端服務(wù)器的定義客戶端服務(wù)器的定義 客戶要求服務(wù)器系統(tǒng)為之完成工作；提供客戶要求服務(wù)器系統(tǒng)為之完成工作；提供服務(wù)的機器就是服務(wù)的機器就是服務(wù)器服務(wù)器。 圖圖2.1說明了簡單的說明了簡單的CS（客戶服務(wù)器）（客戶服務(wù)器）的關(guān)系?？蛻舭l(fā)出服務(wù)要求到服務(wù)器，而的關(guān)系?？蛻舭l(fā)出服務(wù)要求到服務(wù)器，而服務(wù)器通過適當(dāng)?shù)膽?yīng)答響應(yīng)客戶的要求。服務(wù)器通過適當(dāng)?shù)膽?yīng)答響應(yīng)客戶的要求。客戶端客戶端服務(wù)器服務(wù)器服務(wù)請求服

5、務(wù)請求應(yīng)答應(yīng)答圖圖 2.1 客戶服務(wù)器之間的關(guān)系客戶服務(wù)器之間的關(guān)系 2.2 Windows 編程機制編程機制計算機是當(dāng)今世界上發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。計算機是當(dāng)今世界上發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。Windows（也稱視窗）是在個人計算機操作系統(tǒng)發(fā)（也稱視窗）是在個人計算機操作系統(tǒng)發(fā)展史上繼展史上繼DOS之后的一個新的里程碑。之后的一個新的里程碑。 2.2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是一門強有力的技術(shù)，主要用于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是一門強有力的技術(shù)，主要用于數(shù)據(jù)（對象）及其接口的設(shè)計。數(shù)據(jù)（對象）及其接口的設(shè)計。以木工做比方，對比以木工做比方，對比“面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο蟆迸c與“非面向

6、對非面向?qū)ο笙蟆保?“面向?qū)ο竺嫦驅(qū)ο蟆钡哪窘呈紫汝P(guān)心的是他所制的木匠首先關(guān)心的是他所制造的桌子，其次才是制造桌子所用的工具；造的桌子，其次才是制造桌子所用的工具； “非面向?qū)ο蠓敲嫦驅(qū)ο蟆钡哪窘诚瓤紤]的則是他的的木匠先考慮的則是他的工具。工具。2.2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο笫且环N新的程序設(shè)計方法學(xué)，也是一種面向?qū)ο笫且环N新的程序設(shè)計方法學(xué)，也是一種認(rèn)知方法學(xué)。認(rèn)知方法學(xué)。程序設(shè)計語言種類繁多、體態(tài)各異。相對于其它程序設(shè)計語言種類繁多、體態(tài)各異。相對于其它語言，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言刻畫系統(tǒng)較自然，語言，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言刻畫系統(tǒng)較自然，便于設(shè)計和理解程序，這有利于軟

7、件擴充復(fù)用。便于設(shè)計和理解程序，這有利于軟件擴充復(fù)用。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法的主要特點主要特點有：有： 系統(tǒng)中的基本構(gòu)件可看作是一組能識別的系統(tǒng)中的基本構(gòu)件可看作是一組能識別的離散對象；離散對象； 系統(tǒng)中具有相同結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的所有對象可系統(tǒng)中具有相同結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的所有對象可組成一類等。組成一類等。2.2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是強有力的，它清晰地定義了數(shù)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是強有力的，它清晰地定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)地接口。據(jù)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)地接口。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計也是定義模塊如何面向?qū)ο蟮脑O(shè)計也是定義模塊如何“即插即用即插即用”的機制。的機制。面向?qū)ο蠹夹g(shù)為軟

8、件開發(fā)人員和軟件產(chǎn)品提供了面向?qū)ο蠹夹g(shù)為軟件開發(fā)人員和軟件產(chǎn)品提供了許多前所未有的好處，但面向?qū)ο蟮母拍畈蝗菀自S多前所未有的好處，但面向?qū)ο蟮母拍畈蝗菀渍莆铡Ｕ莆?。從理論上講，面向?qū)ο蟮暮诵募夹g(shù)包括對象、類、從理論上講，面向?qū)ο蟮暮诵募夹g(shù)包括對象、類、繼承、消息等幾個重要的內(nèi)容。繼承、消息等幾個重要的內(nèi)容。2.2.2 控制和對象的概念控制和對象的概念在在Windows環(huán)境下，圖形用戶界面提環(huán)境下，圖形用戶界面提供了應(yīng)用程序與用戶之間的交互。供了應(yīng)用程序與用戶之間的交互。這時的屏幕顯示器這時的屏幕顯示器 不僅可以作為輸出不僅可以作為輸出設(shè)備、而且還可以作為輸入設(shè)備來使用。設(shè)備、而且還可以作為輸入

9、設(shè)備來使用。它可模擬真實設(shè)備的控制面板，此時，它可模擬真實設(shè)備的控制面板，此時，用戶對屏幕上圖形的操作，就像直接操用戶對屏幕上圖形的操作，就像直接操作桌面上的設(shè)備一樣進(jìn)行。作桌面上的設(shè)備一樣進(jìn)行。2.2.2 控制和對象的概念控制和對象的概念這種在應(yīng)用程序的圖形用戶界面中顯示這種在應(yīng)用程序的圖形用戶界面中顯示的可供用戶操作、并可控制應(yīng)用程序的的可供用戶操作、并可控制應(yīng)用程序的圖形界面元素稱為圖形界面元素稱為“控制控制”（Control）。）。把數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)及其相關(guān)方法或函數(shù)調(diào)用集合及其相關(guān)方法或函數(shù)調(diào)用集合在一起的程序就稱為在一起的程序就稱為“對象對象”。經(jīng)常經(jīng)常用對象來模擬現(xiàn)實世界中的物體對象。

10、用對象來模擬現(xiàn)實世界中的物體對象。2.2.2 控制和對象的概念控制和對象的概念 狀態(tài)狀態(tài)現(xiàn)實世界中的對象有兩大特征：現(xiàn)實世界中的對象有兩大特征： 行為行為軟件中的對象模型就是根據(jù)現(xiàn)實世界中物體對象的這軟件中的對象模型就是根據(jù)現(xiàn)實世界中物體對象的這兩大特點決定的兩大特點決定的 它們用變量來存放狀態(tài)值（屬性值），它們用變量來存放狀態(tài)值（屬性值）， 而用方法來實現(xiàn)其各種行為。而用方法來實現(xiàn)其各種行為。 所有軟件對象所知道的（狀態(tài)）和能做的（行所有軟件對象所知道的（狀態(tài)）和能做的（行為）都是通過該對象中的變量和方法來表達(dá)的；為）都是通過該對象中的變量和方法來表達(dá)的； 而所有該對象不知道的和不能做的都被

11、排除在而所有該對象不知道的和不能做的都被排除在該對象表述范圍之外。該對象表述范圍之外。2.2.2 控制和對象的概念控制和對象的概念在應(yīng)用程序環(huán)境下所指在應(yīng)用程序環(huán)境下所指的的“對象對象”（Object）比比“控制控制”的含義廣泛。的含義廣泛。 對象是指程序員在程序設(shè)計中可以訪問對象是指程序員在程序設(shè)計中可以訪問的元素，它包括控制所代表的圖形對象，的元素，它包括控制所代表的圖形對象，還包括窗口、屏幕、打印機等環(huán)境對象。還包括窗口、屏幕、打印機等環(huán)境對象。 對象是對程序員而言的，對象是對程序員而言的， 控制是對應(yīng)用程序的用戶而言的。控制是對應(yīng)用程序的用戶而言的。2.2.6 事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)

12、動的程序設(shè)計 傳統(tǒng)的程序設(shè)計傳統(tǒng)的程序設(shè)計是一種面向過程的程序是一種面向過程的程序設(shè)計方法，它采用順序過程驅(qū)動、按順序設(shè)計方法，它采用順序過程驅(qū)動、按順序進(jìn)行工作方式。這種編程方式的進(jìn)行工作方式。這種編程方式的缺點缺點是：是： 程序設(shè)計人員總要關(guān)心什么時候要發(fā)程序設(shè)計人員總要關(guān)心什么時候要發(fā)生什么事情。生什么事情。 程序必須有一個明顯的開始、中間及程序必須有一個明顯的開始、中間及結(jié)束過程，依靠程序控制執(zhí)行過程的順序。結(jié)束過程，依靠程序控制執(zhí)行過程的順序。2.2.6 事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)動的程序設(shè)計在現(xiàn)代計算機應(yīng)用中，程序的執(zhí)行是靠事件的發(fā)在現(xiàn)代計算機應(yīng)用中，程序的執(zhí)行是靠事件的發(fā)生來控制的

13、。生來控制的。事件事件（Event）是指）是指 由用戶操作觸發(fā)由用戶操作觸發(fā) 或由系統(tǒng)觸發(fā)的、或由系統(tǒng)觸發(fā)的、 能被對象所識別并做出響應(yīng)的動作。能被對象所識別并做出響應(yīng)的動作。 比如用戶按下某鍵引發(fā)鍵盤事件、按下鼠比如用戶按下某鍵引發(fā)鍵盤事件、按下鼠標(biāo)引發(fā)鼠標(biāo)事件等。標(biāo)引發(fā)鼠標(biāo)事件等。2.2.6 事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)動的程序設(shè)計Windows這種事件驅(qū)動程序執(zhí)行的程序這種事件驅(qū)動程序執(zhí)行的程序設(shè)計思想，適合于應(yīng)用程序與用戶之間的設(shè)計思想，適合于應(yīng)用程序與用戶之間的交互。交互。用戶可以隨便安排程序執(zhí)行的順序。用戶可以隨便安排程序執(zhí)行的順序。2.2.6 事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)動的程序設(shè)計傳統(tǒng)

14、的應(yīng)用程序面向過程傳統(tǒng)的應(yīng)用程序面向過程， 采用線性方式，以單個邏輯采用線性方式，以單個邏輯“線索線索”，程序從頭至尾順序執(zhí)行，最后將程序從頭至尾順序執(zhí)行，最后將控制權(quán)交控制權(quán)交給給DOS操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 這是單任務(wù)的執(zhí)行機制，即在整個程這是單任務(wù)的執(zhí)行機制，即在整個程序運行過程中，它獨占屏幕和時間。序運行過程中，它獨占屏幕和時間。2.2.6 事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)動的程序設(shè)計事件驅(qū)動程序中，程序的執(zhí)行是由事件驅(qū)動的事件驅(qū)動程序中，程序的執(zhí)行是由事件驅(qū)動的 程序啟動以后，一直可以使用，如果無事件程序啟動以后，一直可以使用，如果無事件產(chǎn)生，程序就空閑等待事件。產(chǎn)生，程序就空閑等待事件。 可

15、以同時啟動多個應(yīng)用程序，計算機的屏幕可以同時啟動多個應(yīng)用程序，計算機的屏幕和時間可供其它應(yīng)用程序使用，直到用戶操作，和時間可供其它應(yīng)用程序使用，直到用戶操作，觸發(fā)事件引起一段程序的執(zhí)行，完成某一項功能。觸發(fā)事件引起一段程序的執(zhí)行，完成某一項功能。 可實現(xiàn)多任務(wù)操作，使多個應(yīng)用程序共享計可實現(xiàn)多任務(wù)操作，使多個應(yīng)用程序共享計算機內(nèi)存、屏幕和處理器。算機內(nèi)存、屏幕和處理器。2.2.7 消息循環(huán)和處理機制消息循環(huán)和處理機制在在Windows環(huán)境下沒有中斷的概念。軟件中的環(huán)境下沒有中斷的概念。軟件中的多個對象通過消息進(jìn)行通信和相互作用。多個對象通過消息進(jìn)行通信和相互作用。一個大的應(yīng)用程序中包括許多個對

16、象，通過這些一個大的應(yīng)用程序中包括許多個對象，通過這些對象的相互作用和合作共同完成更加高級的功能對象的相互作用和合作共同完成更加高級的功能和復(fù)雜的行為。和復(fù)雜的行為。 例如，自行車就是一個對象，但它本身并不能做任何例如，自行車就是一個對象，但它本身并不能做任何事情，只有當(dāng)另一個對象（人）作用于它時才起作用。事情，只有當(dāng)另一個對象（人）作用于它時才起作用。2.2.7 消息循環(huán)和處理機制消息循環(huán)和處理機制用戶的操作或?qū)ο鬆顟B(tài)的改變將引發(fā)事件的產(chǎn)生，用戶的操作或?qū)ο鬆顟B(tài)的改變將引發(fā)事件的產(chǎn)生，程序運行過程中，任何事件的發(fā)生都?xì)w結(jié)程序運行過程中，任何事件的發(fā)生都?xì)w結(jié) 為消為消息（息（Message）。

17、）。消息由三個部分組成：消息由三個部分組成： 指定接收方對象；指定接收方對象； 需調(diào)用的方法的名字；需調(diào)用的方法的名字； 執(zhí)行方法所需要的參數(shù)。執(zhí)行方法所需要的參數(shù)。2.2.7 消息循環(huán)和處理機制消息循環(huán)和處理機制 Windows將事件編碼成消息，并送將事件編碼成消息，并送入消息隊列排序；入消息隊列排序； 應(yīng)用程序檢索和處理消息，進(jìn)行消息應(yīng)用程序檢索和處理消息，進(jìn)行消息的循環(huán)傳遞，并將每一個消息發(fā)送到的循環(huán)傳遞，并將每一個消息發(fā)送到相應(yīng)的窗口中。相應(yīng)的窗口中。 消息隊列是由消息隊列是由Windows應(yīng)用程序自應(yīng)用程序自動維護(hù)的，任何事件都有一個統(tǒng)一的動維護(hù)的，任何事件都有一個統(tǒng)一的處理形式。處

18、理形式。2.2.7 消息循環(huán)和處理機制消息循環(huán)和處理機制一個一個Windows應(yīng)用程序運行的實質(zhì)就是應(yīng)用程序運行的實質(zhì)就是: 不斷地從消息隊列中檢索、接收消息，不斷地從消息隊列中檢索、接收消息， 然后處理消息。在處理消息的過程中又會產(chǎn)然后處理消息。在處理消息的過程中又會產(chǎn)生新的消息，生新的消息， 再把新的消息發(fā)送到消息隊列中，再把新的消息發(fā)送到消息隊列中， 如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)行消息的排序和管理，構(gòu)如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)行消息的排序和管理，構(gòu)成驅(qū)動成驅(qū)動Windows應(yīng)用程序運行的特殊機制。應(yīng)用程序運行的特殊機制。 如果在消息隊列中未檢索到消息，表示無事如果在消息隊列中未檢索到消息，表示無事件產(chǎn)生，這時便循環(huán)檢索等待消息的出現(xiàn)。件產(chǎn)生，這時便循環(huán)檢索等待消息的出現(xiàn)。 Win