第3章計算機軟件系統(tǒng)

第6章計算機軟件系統(tǒng)3.1計算機軟件系統(tǒng)的基本組成3.2操作系統(tǒng)3.3高級語言翻譯系統(tǒng)3.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3.5工具軟件3.6計算機應用軟件軟件的概念廣義：是計算機程序、方法、規(guī)則及其相應的文檔以及在計算機上運行時所必須的數(shù)據(jù)。

狹義：軟件＝程序＋文檔＋數(shù)據(jù)文檔：用自然語言或形式化語言所編寫的用來描述程序的內(nèi)容、組成、設計、功能規(guī)格、開發(fā)情況、測試數(shù)據(jù)和使用方法等的文字資料和圖表。通過文檔人們可以清楚地了解程序的功能、結(jié)構(gòu)、運行環(huán)境、使用方法，從而方便人們使用軟件、維護軟件。軟件的分類

系統(tǒng)軟件用于擴展計算機的硬件功能，維護整個計算機系統(tǒng)，為應用開發(fā)人員提供平臺支持。應用軟件是相對于系統(tǒng)軟件而言的，是針對某個應用領域的具體問題而開發(fā)的應用程序，是直接面向用戶需要的一類軟件。

計算機軟件系統(tǒng)的基本組成計算機軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件專用軟件通用軟件操作系統(tǒng)翻譯程序工具軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)軟件應用軟件用戶按下

‘P’

鍵Hi，OS，發(fā)生了一個事件：‘P’

鍵被按下了！Hi，財務系統(tǒng)，鍵盤輸入的是‘P’，看著辦吧！Hi，OS，打印我送到你那里的工資報表文件！Hi，激光打印機，把我送給你的數(shù)據(jù)打印出來！激光打印機開始打印應用軟件、系統(tǒng)軟件、硬件之間的關(guān)系操作系統(tǒng)的作用計算機內(nèi)部是二進制世界，計算機硬件只認識0和1，操作系統(tǒng)使計算機能“看懂”用戶的命令，“理解”用戶的要求，操作系統(tǒng)為用戶使用計算機提供了方便。用戶角度：用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間接口,用戶通過操作系統(tǒng)操縱計算機

資源管理角度：計算機資源的管理者，處理機管理、存儲器管理、I/O設備管理、文件管理

操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位硬件

其他系統(tǒng)軟件，工具軟件

應用軟件（專用軟件、通用軟件）操作系統(tǒng)作系統(tǒng)的地位：其他軟件的支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期

第一代計算機時期沒有操作系統(tǒng)的概念，程序員采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期

20世紀50年代中期出現(xiàn)了第一個簡單的批處理操作系統(tǒng)，60年代中期產(chǎn)生了多道批處理系統(tǒng)?；竟ぷ鞣绞绞牵河脩魧⒆鳂I(yè)交給系統(tǒng)操作員，系統(tǒng)操作員在收到一定數(shù)量的用戶作業(yè)后，將這一批作業(yè)讀入磁帶，然后啟動監(jiān)控程序從磁帶中讀取作業(yè)并控制作業(yè)的執(zhí)行。缺點：無交互能力。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期分時操作系統(tǒng)時期

20世紀70年代初出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)?；竟ぷ鞣绞绞牵阂慌_計算機主機連接了若干個終端，用戶通過終端交互式地向主機提出命令請求，系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式處理命令請求，并在終端上顯示處理結(jié)果。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期分時操作系統(tǒng)時期現(xiàn)代操作系統(tǒng)時期

（1）微機操作系統(tǒng)：單用戶單任務、單用戶多任務和多用戶多任務的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期分時操作系統(tǒng)時期現(xiàn)代操作系統(tǒng)時期（1）微機操作系統(tǒng)。（2）網(wǎng)絡操作系統(tǒng)：除了具有單機操作系統(tǒng)的功能外，還應該支持網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡資源共享。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期分時操作系統(tǒng)時期現(xiàn)代操作系統(tǒng)時期

（1）微機操作系統(tǒng)。（2）網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。（3）分布式操作系統(tǒng)：與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的不同之處在于，淡化了所訪問資源的位置。操作系統(tǒng)的起源和發(fā)展無操作系統(tǒng)時期批處理操作系統(tǒng)時期分時操作系統(tǒng)時期現(xiàn)代操作系統(tǒng)時期

（1）微機操作系統(tǒng)。（2）網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。（3）分布式操作系統(tǒng)。（4）嵌入式操作系統(tǒng)：具有單機操作系統(tǒng)的功能，同時具有實時系統(tǒng)的特征，通常是更小的、具有一定硬件控制功能的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的主要功能（1）處理機管理：對處理器進行分配，并對其進行有效的控制和管理。按照有效的策略采用合理的調(diào)度算法組織多個任務在系統(tǒng)中的運行，其中，有效主要指系統(tǒng)的運行效率和資源的利用率，合理主要指操作系統(tǒng)對于不同的用戶程序要“公平”，以保證系統(tǒng)不發(fā)生“死鎖”和“饑餓”。（2）存儲管理：對內(nèi)存資源進行管理。存儲分配：選擇適當?shù)姆峙洳呗詾槎嗟莱绦蚍峙渥銐虻闹鞔婵臻g，并負責回收使用完畢后釋放的主存區(qū)域。存儲保護：防止用戶程序的錯誤而破壞系統(tǒng)程序，也防止各程序之間的互相干擾和破壞。存儲擴充：為用戶程序提供一個比實際內(nèi)存更大的存儲空間，即所謂的虛擬存儲技術(shù)。操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能（3）文件管理：負責為用戶建立文件，撤銷、讀寫、修改和復制文件，此外，還負責完成對文件進行存取控制。文件：一些信息的集合，存儲在計算機的外存上，需要時調(diào)入內(nèi)存。文件包括的范圍很廣，例如用戶作業(yè)、源程序、目標程序、初始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等等，各種系統(tǒng)軟件，甚至操作系統(tǒng)本身也是文件。（4）設備管理：管理計算機系統(tǒng)中的所有外部設備。

根據(jù)設備的種類、合理的設備分配策略，將設備分配給提出請求的任務；

當設備使用完后，還要負責設備的回收；提供緩沖功能，以協(xié)調(diào)外部設備和處理器之間的并行工作程度；為外部設備提供驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)多種設備間的信息交換。操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能（5）人—機接口。操作系統(tǒng)為用戶提供了兩種接口：①操作級：指用戶在程序之外請求操作系統(tǒng)服務。命令界面——用戶可以在終端上鍵入操作系統(tǒng)提供的命令，完成指定操作；圖形界面——用戶可以對出現(xiàn)在圖形界面上的對象直接進行操作來控制操作系統(tǒng)的運行。②程序級：指用戶在程序中使用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用命令請求操作系統(tǒng)服務。高級語言翻譯系統(tǒng)不同的程序設計語言需要有不同的語言翻譯系統(tǒng)，同一種程序設計語言在不同類型的計算機上也需要配置不同的語言翻譯系統(tǒng)。

某個C程序WindowsPCC編譯器UNIX工作站C編譯器MacintoshC編譯器WindowsPC可執(zhí)行程序UNIX工作站可執(zhí)行程序Macintosh可執(zhí)行程序源程序翻譯成目標程序的方式（1）解釋方式：解釋一般是翻譯一句執(zhí)行一句。

源程序解釋系統(tǒng)逐句解釋執(zhí)行

原始數(shù)據(jù)

結(jié)果由于解釋方式不產(chǎn)生目標代碼，所以，源程序的執(zhí)行不能脫離其解釋環(huán)境，并且每次運行都需要重新解釋。源程序翻譯成目標程序的方式（2）編譯方式：是一個整體理解和翻譯的過程。

源程序原始數(shù)據(jù)

結(jié)果

編譯程序

目標程序由于編譯后形成了可執(zhí)行的目標代碼，所以，其目標程序可以脫離其語言環(huán)境獨立執(zhí)行，但對源程序修改后需要重新編譯。對程序進行編譯#include<stdio.h>voidf(int*j);{*j=9;};voidmain(){printf(’myProgram\n');i=1;printf(“i=”,i);f(i);printf(“i=“,i);}高級語言程序MOVDX，OFFSETFILEMOVAL，0MOVAH，3DHINT21HJCOPERRMOVHANDLE，AXMOVBX，HANDLEMOVDX，OFFSETBUFMOVCX，512MOVAH，3FHINT21HJCREADERRCMPAX，0……匯編語言程序110110101100010001011000110000100101101101000101010111110110010101110010111011110110000001001110010101100111010101011100101010010101010100010110001101101110111001011000110101110010110101100011010100111110101010101001001001011101000111001010110001100101100011001100101010101010000001111001……機器語言程序編譯匯編編譯編譯－鏈接－加載－執(zhí)行的過程編譯鏈接目標程序其他目標程序與程序庫可執(zhí)行程序源程序加載執(zhí)行編譯程序的工作過程

表格管理詞法分析語義分析生成中間代碼代碼優(yōu)化生成目標代碼源程序目標程序

出錯處理語法分析

詞法分析：對源程序進行掃描和分解。濾掉源程序的注釋；按照詞法規(guī)則識別出一個個的單詞，如關(guān)鍵字、變量名、運算符等，并將單詞轉(zhuǎn)化為某種機內(nèi)表示；如果發(fā)現(xiàn)詞法錯誤，則指出錯誤位置，給出錯誤信息。為此，詞法分析還需要標記源程序的行號，以便行號可以和錯誤信息聯(lián)系到一起。詞法分析——分解出單詞

語法分析——分解出語法單位

語法分析：是編譯程序的核心部分，它的任務是對單詞序列按照語法規(guī)則分析出一個個的語法單位，如表達式、語句等。程序設計語言的語法規(guī)則通常用文法來描述，如果源程序能夠識別成該文法的句子，則認為程序在形式上是正確的，否則認為程序中存在語法錯誤。如果發(fā)現(xiàn)語法錯誤，則指出錯誤位置，給出錯誤信息。語義分析——檢查語義（類型檢查）

語義分析：是檢查程序的語義的正確性，以保證單詞或語法單位能有意義地結(jié)合在一起，并為代碼生成收集類型信息。語義分析的一個重要部分是類型檢查，即檢查每個運算符的運算對象，檢查它們的類型是否合法。生成中間代碼——為機器指令做準備

生成中間代碼：將各語法單位轉(zhuǎn)換為某種中間代碼。所謂中間代碼是復雜性介于源程序語言和機器語言之間的一種指令形式。中間代碼的設計原則：一是容易生成；二是容易翻譯為目標代碼。常用的中間代碼形式有三元式、四元式、逆波蘭式等。四元式：(運算符,運算對象1,運算對象2,結(jié)果)。代碼優(yōu)化——代碼質(zhì)量

代碼優(yōu)化：對中間代碼進行等價變換，使得變換后的中間代碼在運行速度、存儲空間等方面具有較高的質(zhì)量。常用的代碼優(yōu)化技術(shù)有刪除多余運算、代碼外提、強度削弱、變換循環(huán)控制條件、復寫傳播、刪除無用賦值等。生成目標代碼——機器可執(zhí)行

生成目標代碼：將優(yōu)化后的中間代碼轉(zhuǎn)換為特定機器的目標程序。顯然，高級語言和計算機的多樣性為目標代碼生成的理論研究和實現(xiàn)技術(shù)帶來很大的復雜性，最后產(chǎn)生的目標程序取決于具體的機器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、計算機的字長、寄存器的個數(shù)和種類、所用的操作系統(tǒng)等。編譯程序——表格

表格管理：在編譯過程中，源程序的各種信息被保存在各種不同的表格中，編譯各階段的工作都涉及到構(gòu)造、查找、更新有關(guān)表格。例如，符號表用來保存標識符，詞法分析將識別出的標識符以及標識符的各種屬性填入符號表中，在編譯過程中根據(jù)標識符的各種屬性提供存儲分配、類型和作用域等信息。編譯程序——錯誤處理

程序中的錯誤主要包括：1.詞法錯誤，如標識符拼寫錯誤；2.語法錯誤，如表達式的括號不匹配；3.語義錯誤，如運算符作用于不相容的運算對象；4.邏輯錯誤，如無窮的遞歸調(diào)用。一個好的編譯程序應能最大限度地發(fā)現(xiàn)源程序中的各種錯誤，指出錯誤的性質(zhì)、發(fā)生錯誤的位置，并且能將錯誤所造成的影響限制在盡可能小的范圍內(nèi)，使得源程序的其余部分能繼續(xù)被編譯下去。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展人工管理階段：20世紀50年代中期以前應用情況：計算機主要用于科學計算；硬件狀況：沒有可以直接存取的存儲設備；軟件狀況：沒有操作系統(tǒng)。應用程序1數(shù)據(jù)集1應用程序2數(shù)據(jù)集2應用程序n數(shù)據(jù)集n……數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展文件系統(tǒng)階段：20世紀50年代后期到60年代中期應用情況：開始應用于數(shù)據(jù)處理；硬件狀況：出現(xiàn)可以直接存取的存儲設備（磁盤）；軟件狀況：出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，提供文件管理功能。應用程序1

文件1應用程序2

文件2應用程序n

文件n……操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)據(jù)庫階段：20世紀60年代后期以來應用情況：數(shù)據(jù)規(guī)模越來越大，多種應用程序互相覆蓋地共享數(shù)據(jù)集的要求越來越強烈；硬件狀況：已有大容量磁盤；軟件狀況：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

應用程序1…

應用程序n

應用程序2數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表1數(shù)據(jù)表n…什么是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫：是能夠被統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)以一定的結(jié)構(gòu)存放在存儲介質(zhì)（例如磁盤）中，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為多個用戶共享。通常來說，數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉及的大量數(shù)據(jù)的一個綜合。數(shù)據(jù)模型由于計算機不能直接處理現(xiàn)實世界中的具體事物，所以，在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型作為工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。多年來占統(tǒng)治地位的是關(guān)系模型RDBMS，關(guān)系模型使用二維表的形式表示數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系。關(guān)系數(shù)據(jù)模型屬性名主鍵記錄(行)屬性（列）字符串整數(shù)男/女計算機、……日期型域基礎科學1986/03/26女湯曉影0003工商管理1987/12/25男李明0002計算機1986/09/02男陸宇0001所在學院出生日期性別姓名學號關(guān)系什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：是為數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護而配置的系統(tǒng)軟件，是用戶和數(shù)據(jù)庫之間的一個接口，用戶通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能方便地定義和操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并能夠保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)性以及故障發(fā)生后的系統(tǒng)恢復。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本功能（1）數(shù)據(jù)庫定義功能。（2）數(shù)據(jù)操縱功能。（3）數(shù)據(jù)庫事務管理功能。（4）數(shù)據(jù)庫維護功能。（5）其他功能。結(jié)構(gòu)化查詢語言——數(shù)據(jù)庫語言20世紀70年代中期，IBM公司的F.Codd提出了一種標準化的結(jié)構(gòu)化查詢語言，即現(xiàn)在的SQL語言的前身。結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL是一種基于關(guān)系運算理論的數(shù)據(jù)庫語言，使用SQL語言，用戶和程序員可以對來自各種不同廠商的數(shù)據(jù)庫進行操作。SQL語言（1）數(shù)據(jù)定義：用于定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。其一般格式如下：CREATETABLE<表名>(<列名><數(shù)據(jù)類型>,…,(<列名><數(shù)據(jù)類型>)CREATETABLEstudent(SnoCHAR(5),SnameCHAR(10),SsexCHAR(1),SdateDate,SdeptCHAR(15))SQL語言（2）數(shù)據(jù)操縱：包括數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)更新操作。SELECT語句的一般格式如下：SELECT屬性列表FROM表名WHERE條件例：從student數(shù)據(jù)表中查找陸宇同學的生日信息：SELECTSdateFROMstudentWHERESname="陸宇"

SQL語言（3）數(shù)據(jù)控制。主要實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)的存取權(quán)限進行控制，包括基本表和視圖的授權(quán)、完整性規(guī)則的描述和事務控制等。（4）嵌入式功能。SQL語句可以嵌入某種程序設計語言中使用。例如，Delphi、VB、JAVA等程序設計語言中都可以嵌入SQL語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能。什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應用程序、用戶和數(shù)據(jù)庫管理員組成。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫應用程序應用程序

用戶

用戶數(shù)據(jù)庫管理員…………

用戶

用戶……數(shù)據(jù)庫應用程序（數(shù)據(jù)庫管理軟件）：使用數(shù)據(jù)庫語言開發(fā)的、能夠滿足數(shù)據(jù)處理要求的應用程序。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫應用程序應用程序

用戶

用戶數(shù)據(jù)庫管理員…………

用戶

用戶……數(shù)據(jù)庫管理員：完成數(shù)據(jù)庫的建立、監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫的使用、數(shù)據(jù)庫的日常維護等工作的專職人員。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫應用程序應用程序

用戶

用戶數(shù)據(jù)庫管理員…………

用戶

用戶……最終用戶：主要對數(shù)據(jù)庫進行聯(lián)機查詢或通過數(shù)據(jù)庫應用程序來使用數(shù)據(jù)庫；專業(yè)用戶：指數(shù)據(jù)庫應用程序的開發(fā)人員。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫應用程序應用程序

用戶

用戶數(shù)據(jù)庫管理員…………

用戶

用戶……工具軟件工具軟件是一些工具性的服務程序。1.下載軟件2.PDF文件閱讀軟件3.防病毒軟件4.壓縮與解壓縮文件……文件壓縮軟件網(wǎng)際快車計算機輔助