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第3章計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要內(nèi)容:§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史§3.2操作系統(tǒng)§3.3應(yīng)用軟件本章小結(jié)思考與練習(xí)一、思考題1.與一般物質(zhì)產(chǎn)品相比,計(jì)算機(jī)軟件具有哪些獨(dú)有的性質(zhì)?2.簡述計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的各個(gè)時(shí)期。3.21世紀(jì)的軟件技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)什么特點(diǎn)?4.什么是B/S模式?它與C/S相比具有哪些優(yōu)點(diǎn)?5.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)包括哪幾層?6.按照計(jì)算機(jī)軟件分類的國家標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)屬于哪一類軟件?7.從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能是如何劃分的?8.操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的?9.什么是操作系統(tǒng)的中斷?簡述當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生時(shí),CPU執(zhí)行的操作過程。10.進(jìn)程有哪三種狀態(tài)?狀態(tài)之間是如何轉(zhuǎn)換的?11.進(jìn)程控制塊(PCB)的作用是什么?12.簡述程序和進(jìn)程間的不同。進(jìn)程和線程之間的關(guān)系如何?13.在多核心處理器平臺(tái)下,多線程程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是什么?思考與練習(xí)14.存儲(chǔ)管理的主要功能包括哪些?15.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供幾級存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)?請畫出示意圖。16.虛擬存儲(chǔ)器與主存儲(chǔ)器的差別是什么?17.設(shè)備管理的主要任務(wù)有哪些?18.什么是文件?什么是文件管理系統(tǒng)?19.操作系統(tǒng)的主要特性是什么?20.操作系統(tǒng)按所提供的功能進(jìn)行分類,可分成哪幾類?21.當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí),操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的?22.什么是應(yīng)用軟件?常見的應(yīng)用軟件類型有哪些?二、練習(xí)與實(shí)踐1.大多數(shù)人認(rèn)為計(jì)算機(jī)的行為僅僅是編程的結(jié)果,而計(jì)算機(jī)是沒有自己的自由意愿的。也不是說,計(jì)算機(jī)是不應(yīng)該為它的行為(輸出)負(fù)責(zé)的。你認(rèn)為這種觀點(diǎn)正確嗎?2.請列舉你使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝了哪些操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,你能夠熟練使用這些軟件嗎?思考與練習(xí)3.采訪你認(rèn)識的程序設(shè)計(jì)員或軟件工程師,了解他們在軟件開發(fā)中是如何選擇使用程序設(shè)計(jì)語言與軟件工具的,采用了哪些軟件開發(fā)的新技術(shù)。4.如果計(jì)算機(jī)最終會(huì)很好地理解人類的語言,可以按照語音指令運(yùn)行。到那個(gè)時(shí)候,還需要計(jì)算機(jī)程序和程序員嗎?為什么?思考與練習(xí)
§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史3.1.1對計(jì)算機(jī)軟件的理解從廣義上講,軟件定義是:(1)能夠完成預(yù)定功能和性能的可執(zhí)行的指令(計(jì)算機(jī)程序);(2)使得程序能夠適當(dāng)?shù)夭僮餍畔⒌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu);(3)描述程序的操作和使用的文檔。軟件的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,呈現(xiàn)形式也是多種多樣的,在某種程度上很難對軟件的類型給出一個(gè)通用的界定。3.1.2軟件的性質(zhì)1.表現(xiàn)形式不同軟件是一種邏輯實(shí)體,具有抽象性。2.生產(chǎn)方式不同3.維護(hù)方式不同4.軟件的復(fù)雜性和規(guī)模不斷增加5.軟件的本質(zhì)是數(shù)字存在§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史3.1.3軟件技術(shù)的進(jìn)化史1.軟件技術(shù)發(fā)展的初期(20世紀(jì)50—70年代)20世紀(jì)50年代前后,當(dāng)時(shí)的程序員們使用機(jī)器語言來進(jìn)行編程運(yùn)算,直接對以數(shù)字表示的機(jī)器代碼進(jìn)行操作,這可以說是軟件設(shè)計(jì)的“石器時(shí)代”。20世紀(jì)60年代中期至70年代末期這一時(shí)期是以Pascal、
COBOL和C等編程語言和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為標(biāo)志的結(jié)構(gòu)化軟件技術(shù)。在這個(gè)時(shí)期,數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。在20世紀(jì)60年代之前,數(shù)據(jù)管理功能主要由文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),后來數(shù)據(jù)庫技術(shù)經(jīng)歷了層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫等階段。§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史為提高軟件的質(zhì)量,伴隨著結(jié)構(gòu)化軟件技術(shù)而出現(xiàn)的軟件工程方法,使軟件工作的范圍從只考慮程序的編寫擴(kuò)展到從定義、編碼、測試到使用、維護(hù)等整個(gè)軟件生命周期。2.軟件技術(shù)發(fā)展的中期(20世紀(jì)80年代)20世紀(jì)80年代圖形技術(shù)有了迅速的發(fā)展,圖形用戶界面(GUI)的迅速普及與流行,成為計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域人機(jī)界面革命的最耀眼亮點(diǎn)。1985年微軟發(fā)行了Windows1.0,是第一次對PC平臺(tái)GUI的嘗試。另一方面,當(dāng)時(shí)的Unix系統(tǒng)上的圖形界面XWindow也蓬勃地發(fā)展起來。§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,對計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求越來越高,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言和結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)已無法滿足用戶需求的變化,于是面向?qū)ο蠹夹g(shù)開始浮出水面。3.網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代的開始(20世紀(jì)90年代至今)隨著WWW普及,軟件架構(gòu)再次發(fā)生了新的變革——從客戶機(jī)/服務(wù)器模式向?yàn)g覽器/服務(wù)器(B/S)模式轉(zhuǎn)變。B/S模式具備了C/S架構(gòu)所具有的一切優(yōu)點(diǎn),用戶使用單一的瀏覽器軟件就可訪問文本、圖像、聲音及數(shù)據(jù)庫等信息,由于用戶端無需專用的軟件,因此當(dāng)企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行升級時(shí),只需更新服務(wù)器端的軟件,減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本與工作量?!?.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史B/S和Internet技術(shù)的出現(xiàn),大大地推動(dòng)了軟件技術(shù)的發(fā)展。Linux目前已成為重要的和流行的操作系統(tǒng),Linux開創(chuàng)了自由軟件或開放源碼軟件的新時(shí)代。Android(在中國大陸一般稱為“安卓”)是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng),是Google公司另一個(gè)主要軟件產(chǎn)品。1995年,由三位杰出的軟件科學(xué)家Jacobson、Booch和R-
umbaugh多年研究成果的UML(統(tǒng)一建模語言)誕生了。1997,三位科學(xué)家又提出了“統(tǒng)一的軟件開發(fā)過程UDP(T-
heUnitedSoftwareDevelopmentProcess)”。4.軟件之變——21世紀(jì)的軟件技術(shù)§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史軟件技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)化。軟件技術(shù)發(fā)展的第二個(gè)特點(diǎn)是服務(wù)化。軟件技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)特點(diǎn)是融合化。隨著多核處理器技術(shù)的硬件環(huán)境的普及,計(jì)算平臺(tái)向多核、并行的方向發(fā)展已是大勢所趨,伴隨著快速開發(fā)工具和動(dòng)態(tài)語言這兩大基礎(chǔ)共同帶動(dòng)了兩個(gè)方向的變革。當(dāng)前,內(nèi)容處理已成為網(wǎng)絡(luò)瀏覽檢索、軟件集成(Web服務(wù))、網(wǎng)格等計(jì)算機(jī)應(yīng)用的瓶頸,語義處理也是下一代軟件系統(tǒng)的核心技術(shù)。馮·諾依曼的最大貢獻(xiàn)是提出了在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上把程序視同為數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)模型,而語義研究的目標(biāo)是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)將程序視同為數(shù)據(jù)?!?.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史3.1.4軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是一個(gè)分層的軟件結(jié)構(gòu),包括系統(tǒng)軟件層、支持軟件層和應(yīng)用軟件層,其最底層是計(jì)算機(jī)硬件(圖3-3)。§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史圖3-3軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
圖3-4微軟公司的系統(tǒng)軟件和
應(yīng)用軟件產(chǎn)品1.系統(tǒng)軟件所謂系統(tǒng)軟件是指本身不提供或提供很少的應(yīng)用層面功能,主要為其他軟件提供服務(wù)的軟件。2.支持軟件支持軟件介于系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層之間,其功能是為應(yīng)用層軟件及最終用戶處理自己的程序或者數(shù)據(jù)提供服務(wù)。3.應(yīng)用軟件軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最頂層是應(yīng)用軟件層,是最終用戶使用的界面。應(yīng)用軟件是指在操作系統(tǒng)和支持軟件的支持下,軟件廠商為用戶開發(fā)的通用或?qū)S密浖?,以及用戶開發(fā)的應(yīng)用程序等。4.軟件分類的國家標(biāo)準(zhǔn)§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史§3.1軟件的性質(zhì)及發(fā)展史§3.2操作系統(tǒng)3.2.1操作系統(tǒng)的任務(wù)及功能操作系統(tǒng)是管理軟硬件資源、控制程序執(zhí)行,改善人機(jī)界面,合理組織計(jì)算機(jī)工作流程和為用戶使用計(jì)算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的任務(wù)是管理好計(jì)算機(jī)的全部軟硬件資源,提高計(jì)算機(jī)的利用率;擔(dān)任用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口,使用戶通過操作系統(tǒng)提供的命令或菜單方便地使用計(jì)算機(jī)(圖3-6)?!?.2操作系統(tǒng)從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能分為處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、I/O設(shè)備管理、文件系統(tǒng)和人機(jī)接口管理等?!?.2操作系統(tǒng)圖3-6用戶通過使用應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件,來操作和管理計(jì)算機(jī)§3.2操作系統(tǒng)圖3-7操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程圖3-8操作系統(tǒng)的功能3.2.2處理機(jī)(CPU)管理1.中斷處理所謂中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個(gè)事件做出的一種反應(yīng),即CPU暫停正在執(zhí)行的程序,保留現(xiàn)場(CPU當(dāng)前的狀態(tài))后自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,處理完該事件后再返回?cái)帱c(diǎn),繼續(xù)執(zhí)行被“打斷”的程序。2.處理器調(diào)度在多道程序或多用戶的情況下,組織多個(gè)作業(yè)或任務(wù)執(zhí)行時(shí),就要解決處理器的調(diào)度、分配和回收等問題。為了實(shí)現(xiàn)處理器調(diào)度的功能,操作系統(tǒng)引入了進(jìn)程(process)的概念,處理器的分配和執(zhí)行都是以進(jìn)程為基本單位?!?.2操作系統(tǒng)3.理解進(jìn)程及狀態(tài)變化程序與進(jìn)程概念是不可分的,只要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一個(gè)程序,相應(yīng)的一個(gè)進(jìn)程或多個(gè)進(jìn)程就誕生了,而且它伴隨著整個(gè)操作過程,直到程序終止。進(jìn)程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)最基本的概念,是將一個(gè)程序與執(zhí)行該程序的活動(dòng)區(qū)分開來。進(jìn)程狀態(tài)是機(jī)器在那個(gè)時(shí)刻的快照,在一個(gè)程序的執(zhí)行期間的不同時(shí)刻,將觀察到不同的快照。一般說來進(jìn)程有三種狀態(tài),如圖3-11所示:執(zhí)行態(tài):當(dāng)前進(jìn)程已分配到CPU,它的程序正在處理機(jī)上運(yùn)行;就緒態(tài):進(jìn)程已具備運(yùn)行條件,但因?yàn)槠渌M(jìn)程正占用CPU,所以暫時(shí)不能運(yùn)行而等待分配CPU的狀態(tài);等待態(tài):因等待某件事件發(fā)生而暫時(shí)不能運(yùn)行的狀態(tài)。§3.2操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)就通過PCB感知進(jìn)程的存在,通過PCB了解進(jìn)程和控制進(jìn)程的運(yùn)行(圖3-10)。§3.2操作系統(tǒng)圖3-9進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換§3.2操作系統(tǒng)圖3-10處理器按進(jìn)程控制塊(PCB)對進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度4.理解線程線程(thread)是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位,亦即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。線程可以在處理器上獨(dú)立調(diào)度執(zhí)行,這樣,在多處理器環(huán)境下就允許幾個(gè)進(jìn)程各自在單獨(dú)處理器上進(jìn)行。線程是指進(jìn)程內(nèi)的一條執(zhí)行線路,或者說是進(jìn)程中可執(zhí)行代碼的單獨(dú)單元。操作系統(tǒng)將資源分配給進(jìn)程,同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源(圖3-11)。§3.2操作系統(tǒng)圖3-11一個(gè)進(jìn)程可以含有一個(gè)或多個(gè)線程5.多核平臺(tái)下的多線程程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用軟件多線程。即便處理器只能運(yùn)行一個(gè)線程,操作系統(tǒng)也可以通過快速的在不同線程之間進(jìn)行切換,由于時(shí)間間隔很小,給用戶造成一種多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行的假象。一個(gè)程序采用了線程級并行編程,那么這個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)可以把并行的線程同時(shí)交付給兩個(gè)核心分別處理,因而程序運(yùn)行速度得到極大提高。通過劃分任務(wù),線程應(yīng)用能夠充分利用多個(gè)執(zhí)行內(nèi)核,并可在特定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)?!?.2操作系統(tǒng)3.2.3存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理是指存儲(chǔ)器資源(主要指內(nèi)存和外存)的管理。存儲(chǔ)管理的主要功能包括:存儲(chǔ)分配存儲(chǔ)共享存儲(chǔ)保護(hù)存儲(chǔ)擴(kuò)充計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供多級存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)可以對不同存儲(chǔ)類型進(jìn)行管理。如圖3-12所示?!?.2操作系統(tǒng)高速緩存(以下簡稱Cache)的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾,因?yàn)镃PU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多,這樣會(huì)使CPU花費(fèi)很長時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。RAM是CPU能夠直接訪問的存儲(chǔ)器。§3.2操作系統(tǒng)圖3-12操作系統(tǒng)的多級存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬存儲(chǔ)器(VirtualMemory)是由操作系統(tǒng)提供的一個(gè)假象的特大存儲(chǔ)器。虛擬存儲(chǔ)器不是物理上擴(kuò)大內(nèi)存空間,而是邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量(圖3-13),用戶可以使用到比實(shí)際物理內(nèi)存大很多的虛擬存儲(chǔ)容量?!?.2操作系統(tǒng)圖3-13虛擬存儲(chǔ)示意圖3.2.4設(shè)備管理它包括常用的輸入輸出設(shè)備、外存設(shè)備以及終端設(shè)備等。設(shè)備管理的主要任務(wù)是控制設(shè)備和CPU之間進(jìn)行I/O操作(圖3-14)。設(shè)備管理的主要任務(wù)有:(1)選擇和分配輸入/輸出設(shè)備以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作;(2)控制輸入/輸出設(shè)備和CPU(或內(nèi)存)之間交換數(shù)據(jù);(3)為用戶提供一個(gè)友好的透明接口,把用戶和設(shè)備硬件特性分開,使得用戶不必考慮設(shè)備的硬件差異;(4)提高設(shè)備和設(shè)備之間、CPU和設(shè)備之間的并行性。§3.2操作系統(tǒng)引入緩沖的主要目的是緩和CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾,提高它們之間的并行性,以便操作系統(tǒng)獲得最佳效率。§3.2操作系統(tǒng)圖3-14操作系統(tǒng)對外部設(shè)備的管理3.2.5文件管理文件是在邏輯上具有完整意義的并賦有名稱的信息集合體。所謂文件系統(tǒng),就是操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)操縱和管理文件的一整套設(shè)施,它實(shí)現(xiàn)文件的建立、讀寫、修改、共享和保護(hù)等操作,還負(fù)責(zé)完成對文件的按名存取和進(jìn)行存取控制。用戶對文件的觀察和使用是從自身處理文件中數(shù)據(jù)時(shí)采用的組織方式來看待文件組織形式,這種從用戶關(guān)點(diǎn)出發(fā)所見到的文件組織形式稱為文件的邏輯組織。文件在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)組織形式稱為文件的物理組織?!?.2操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的文件有成千上萬,光用名字來區(qū)分也不利于查找,所以計(jì)算機(jī)中有了文件夾的概念。文件夾是一個(gè)層次化的目錄結(jié)構(gòu),最頂層稱為根目錄。3.2.6人機(jī)接口管理人機(jī)接口管理的主要作用是控制有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和理解并執(zhí)行通過人機(jī)交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。對操作系統(tǒng)的更高要求是實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)接口,以建立和諧的人機(jī)交互環(huán)境,改善人機(jī)交互的友好性和易用性,使人與計(jì)算機(jī)之間的交互更加自然、方便。§3.2操作系統(tǒng)3.2.7操作系統(tǒng)的分類1.個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)主要供個(gè)人使用,功能強(qiáng)、價(jià)格便宜,可以在幾乎任何地方安裝使用。它能滿足一般人操作、學(xué)習(xí)、游戲等方面的需求。2.嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystem)是運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中,對整個(gè)嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件,使整個(gè)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。3.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)§3.2操作系統(tǒng)它是負(fù)責(zé)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源和方便網(wǎng)絡(luò)用戶的軟件的集合。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了一般操作系統(tǒng)的五大功能之外,還應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)管理模塊。4.分布式操作系統(tǒng)3.2.8嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用形式,通常指埋藏在宿主設(shè)備中的微處理機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器和
Modem,以及構(gòu)建CIMS所需的機(jī)器人以及汽車電子系統(tǒng)中。嵌入式軟件可分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序兩部分?!?.2操作系統(tǒng)§3.3應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件指用于解決各種不同具體應(yīng)用問題的專門軟件。1.科學(xué)和工程計(jì)算軟件科學(xué)和工程計(jì)算軟件的特征是“數(shù)值分析”算法。目前被廣泛使用的MATLAB軟件工具,是用于概念設(shè)計(jì)、科學(xué)計(jì)算、算法開發(fā)、建模仿真、圖形處理、實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。2.字表處理軟件所謂字表處理軟件就是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對文字或數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、編輯、排版、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和打印等操作的軟件,它在辦公室自動(dòng)化方面發(fā)揮著巨大作用?!?.3應(yīng)用軟件3.圖形圖像處理軟件從網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、工程繪圖、三維動(dòng)畫制作等一般性的應(yīng)用,到圖像識別、三維重建技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化等技術(shù)領(lǐng)域,都離不開計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)。4.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是用戶使用網(wǎng)絡(luò)的接口和界面,這類軟件非常豐富。5.應(yīng)用數(shù)據(jù)庫軟件應(yīng)用數(shù)據(jù)庫軟件的開發(fā)是構(gòu)建在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)之上的?!?.3應(yīng)用軟件在軟件的發(fā)展過程中,軟件從個(gè)性化的程序演變?yōu)楣こ袒漠a(chǎn)品,人們對軟件的看法發(fā)生了根本性的變化?!败浖匠绦颉憋@然不能涵蓋軟件的完整內(nèi)容,除了程序之外,軟件還包括與之相關(guān)的文檔和配置數(shù)據(jù),以保證這些程序的正確運(yùn)行。計(jì)算機(jī)軟件包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件三大類。系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和各種程序間活動(dòng)和功能的程序集合。將特定的硬件配置與系統(tǒng)軟件包相結(jié)合,就形成所謂的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)。支持軟件介于系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層之間,其功能是為應(yīng)用軟件層及最終用戶處理自己的程序或者數(shù)據(jù)提供服務(wù)。應(yīng)用軟件由能幫助用戶解決特定問題的一系列程序組成,用來滿足個(gè)人、團(tuán)體或企業(yè)的需要。操作系統(tǒng)提供對硬件控制的調(diào)用和應(yīng)用程序所必需的功能,是一個(gè)涉及面廣、內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)軟件。本章對任務(wù)與進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、輸入輸出及設(shè)備管理、文件系統(tǒng)與信息存儲(chǔ)管理進(jìn)行了介紹和討論。本章小結(jié)一、思考題1.與一般物質(zhì)產(chǎn)品相比,計(jì)算機(jī)軟件具有哪些獨(dú)有的性質(zhì)?2.簡述計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的各個(gè)時(shí)期。3.21世紀(jì)的軟件技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)什么特點(diǎn)?4.什么是B/S模式?它與C/S相比具有哪些優(yōu)點(diǎn)?5.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)包括哪幾層?6.按照計(jì)算機(jī)軟件分類的國家標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)屬于哪一類軟件?7.從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能是如何劃分的?8.操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的?9.什么是操作系統(tǒng)的中斷?簡述當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生時(shí),CPU執(zhí)行的操作過程。10.進(jìn)程有哪三種狀態(tài)?狀態(tài)之間是如何轉(zhuǎn)換的?11.進(jìn)程控制塊(PCB)的作用是什么?12.簡述程序和進(jìn)程間的不同。進(jìn)程和線程之間的關(guān)系如何?13.在多核心處理器平臺(tái)下,多線程程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是什么?思考與練習(xí)一、思考題1.與一般物質(zhì)產(chǎn)品相比,計(jì)算機(jī)軟件具有哪些獨(dú)有的性質(zhì)?1.表現(xiàn)形式不同軟件是一種邏輯實(shí)體,具有抽象性。2.生產(chǎn)方式不同3.維護(hù)方式不同4.軟件的復(fù)雜性和規(guī)模不斷增加5.軟件的本質(zhì)是數(shù)字存在思考與練習(xí)2.簡述計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的各個(gè)時(shí)期。(1)首先軟件發(fā)展的初期(20世紀(jì)50年代到70年代)此階段主要通過機(jī)器語言(匯編語言)來進(jìn)行匯編運(yùn)算,并出現(xiàn)了多種以Pascal、COBOL、C等編程語言和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法。并且在這個(gè)階段,數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。(2)軟件發(fā)展的中期(20世紀(jì)80年代)此階段圖形技術(shù)有了迅速的發(fā)展,并且隨著GUI技術(shù)的發(fā)展,多種操作系統(tǒng)相繼發(fā)行,在設(shè)計(jì)方面,以Smalltalk、Cq-+為代表的面向?qū)ο蠹夹g(shù)開始浮出水面,并逐步成熟。(3)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代(20世紀(jì)90年代至今)此階段發(fā)展基于internet的普及,在世界范圍的信息網(wǎng)提供了一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu),計(jì)算模式從集中的主機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际降沫h(huán)境,并且linux成為重要的和流行的操作系統(tǒng)。軟件的研發(fā)過程已經(jīng)變得成熟和規(guī)范。(4)信息時(shí)代軟件發(fā)展。軟件體系結(jié)構(gòu)變得模型化,以網(wǎng)絡(luò)軟件為主的技術(shù)不斷發(fā)展。思考與練習(xí)3.21世紀(jì)的軟件技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)什么特點(diǎn)?軟件技術(shù)發(fā)展的第一個(gè)特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)化。軟件技術(shù)發(fā)展的第二個(gè)特點(diǎn)是服務(wù)化。軟件技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)特點(diǎn)是融合化。隨著多核處理器技術(shù)的硬件環(huán)境的普及,計(jì)算平臺(tái)向多核、并行的方向發(fā)展已是大勢所趨,伴隨著快速開發(fā)工具和動(dòng)態(tài)語言這兩大基礎(chǔ)共同帶動(dòng)了兩個(gè)方向的變革。當(dāng)前,內(nèi)容處理已成為網(wǎng)絡(luò)瀏覽檢索、軟件集成(Web服務(wù))、網(wǎng)格等計(jì)算機(jī)應(yīng)用的瓶頸,語義處理也是下一代軟件系統(tǒng)的核心技術(shù)。馮·諾依曼的最大貢獻(xiàn)是提出了在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上把程序視同為數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)式計(jì)算機(jī)模型,而語義研究的目標(biāo)是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)將程序視同為數(shù)據(jù)。思考與練習(xí)4.什么是B/S模式?它與C/S相比具有哪些優(yōu)點(diǎn)?B/S模式即瀏覽器/服務(wù)器模式,他具備了C/S構(gòu)架所具有的一切優(yōu)點(diǎn),用戶使用單一的瀏覽器軟件就可以訪問文本、圖像、聲音及數(shù)據(jù)庫等信息,由于用戶端無需專用的軟件,減輕了系統(tǒng)維護(hù)升級的成本和工作量,同時(shí)免去了C/S軟件應(yīng)用中為眾多的客戶機(jī)分發(fā)升級版本程序和維護(hù)的繁重任務(wù)。5.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)包括哪幾層?答:包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件層。6.按照計(jì)算機(jī)軟件分類的國家標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)屬于哪一類軟件?答:支持軟件7.從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能是如何劃分的?從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能分為處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、I/O設(shè)備管理、文件系統(tǒng)和人機(jī)接口管理等。8.操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的?思考與練習(xí)8.操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的?系統(tǒng)引導(dǎo)過程主要由以下幾個(gè)步驟組成(以硬盤啟動(dòng)為例)1、開機(jī);2、BIOS加電自檢(POST---PowerOnSelfTest),內(nèi)存地址為0fff:0000;3、將硬盤第一個(gè)扇區(qū)(0頭0道1扇區(qū),也就是BootSector)讀入內(nèi)存地址0000:7c00處;4、檢查(WORD)0000:7dfe是否等于0xaa55.若不等于則轉(zhuǎn)去嘗試其他介質(zhì);如果沒有其他啟動(dòng)介質(zhì),則顯示”NoROMBASIC”,然后死機(jī);5、跳轉(zhuǎn)到0000:7c00處執(zhí)行MBR中的程序;6、MBR先將自己復(fù)制到0000:0600處,然后繼續(xù)執(zhí)行;7、在主分區(qū)表中搜索標(biāo)志為活動(dòng)的分區(qū).如果發(fā)現(xiàn)沒有活動(dòng)分區(qū)或者不止一個(gè)活動(dòng)分區(qū),則停止;8、將活動(dòng)分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)讀入內(nèi)存地址0000:7c00處;9、檢查(WORD)0000:7dfe是否等于0xaa55,若不等于則顯示“MissingOperatingSystem”,然后停止,或嘗試軟盤啟動(dòng);10、跳轉(zhuǎn)到0000:7c00處繼續(xù)執(zhí)行特定系統(tǒng)的啟動(dòng)程序;11、啟動(dòng)系統(tǒng).以上步驟中(2),(3),(4),(5)步由BIOS的引導(dǎo)程序完成;(6),(7),(8),(9),(10)步由MBR中的引導(dǎo)程序完成.一般多系統(tǒng)引導(dǎo)程序(如SmartBootManager,BootStar,PQBoot等都是將標(biāo)準(zhǔn)主引導(dǎo)記錄替換成自己的引導(dǎo)程序,在運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)程序之前讓用戶選擇想要啟動(dòng)的分區(qū).而某些系統(tǒng)自帶的多系統(tǒng)引導(dǎo)程序(如LILO,NTLoader等)則可以將自己的引導(dǎo)程序放在系統(tǒng)所處分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)中,在Linux中即為兩個(gè)扇區(qū)的SuperBlock.注:以上步驟中使用的是標(biāo)準(zhǔn)的MBR,多系統(tǒng)引導(dǎo)程序的引導(dǎo)過程與此不同.思考與練習(xí)9.什么是操作系統(tǒng)的中斷?簡述當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生時(shí),CPU執(zhí)行的操作過程。所謂中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個(gè)事件做出的一種反應(yīng),即CPU暫停正在執(zhí)行的程序,保留現(xiàn)場(CPU當(dāng)前的狀態(tài))后自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,處理完該事件后再返回?cái)帱c(diǎn),繼續(xù)執(zhí)行被“打斷”的程序。10.進(jìn)程有哪三種狀態(tài)?狀態(tài)之間是如何轉(zhuǎn)換的?執(zhí)行態(tài):當(dāng)前進(jìn)程已分配到CPU,它的程序正在處理機(jī)上運(yùn)行;就緒態(tài):進(jìn)程已具備運(yùn)行條件,但因?yàn)槠渌M(jìn)程正占用CPU,所以暫時(shí)不能運(yùn)行而等待分配CPU的狀態(tài);等待態(tài):因等待某件事件發(fā)生而暫時(shí)不能運(yùn)行的狀態(tài)。操作系統(tǒng)就通過PCB感知進(jìn)程的存在,通過PCB了解進(jìn)程和控制進(jìn)程的運(yùn)行。11.進(jìn)程控制塊(PCB)的作用是什么?PCB是進(jìn)程的唯一標(biāo)志,在其中記錄了進(jìn)程的全部信息(包括進(jìn)程的狀態(tài)、優(yōu)先級、進(jìn)程ID、CPU使用時(shí)間,所有打開文件等
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