企業(yè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)和軟件概述（匯編）

程序的概念如果沒有程序，計(jì)算機(jī)什么也不會(huì)做。程序是計(jì)算機(jī)的一組指令，經(jīng)過(guò)編譯和執(zhí)行才能最終完成程序設(shè)計(jì)的動(dòng)作。程序設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是軟件。直到70年代中期，程序設(shè)計(jì)還只是信息服務(wù)專業(yè)人員的工作。用戶的進(jìn)一步知識(shí)化和可使用的高級(jí)程序語(yǔ)言的多樣化使得用戶進(jìn)入了軟件開發(fā)領(lǐng)域。用戶管理人員在辦公室里為自己的多項(xiàng)服務(wù)請(qǐng)求編制程序要比將一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求交給別人來(lái)編程序容易得多。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的層次體系程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言分為低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言兩類。“級(jí)”是指程序員與計(jì)算機(jī)對(duì)話的復(fù)雜程度。例如，就查詢語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，程序員(經(jīng)常是用戶管理人員)只需要涉及到計(jì)算機(jī)“做什么”，而不必涉及到計(jì)算機(jī)“怎樣做”。在高級(jí)語(yǔ)言中，程序員必須提供詳細(xì)說(shuō)明“做什么”和“怎樣做”的指令，而軟件工具將幫助簡(jiǎn)化程序員的工作。低級(jí)語(yǔ)言要求程序員詳細(xì)說(shuō)明由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每一級(jí)操作。在使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言時(shí)，程序員不必記住數(shù)據(jù)在主存中的存儲(chǔ)單元。這是由系統(tǒng)自動(dòng)做的。而在使用低級(jí)語(yǔ)言時(shí)，程序員必須在程序中提供相應(yīng)的邏輯，以便監(jiān)視數(shù)據(jù)在主存中的物理位置。低級(jí)語(yǔ)言雖然人們用COBOL、PASCAL和FORTRAN來(lái)談?wù)摮绦蛟O(shè)計(jì)，但是只有一種語(yǔ)言能夠在給定的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。那就是所謂的機(jī)器語(yǔ)言。所有其他語(yǔ)言都要被編譯(翻譯成機(jī)器語(yǔ)言)，并且最終用機(jī)器語(yǔ)言來(lái)執(zhí)行。機(jī)器語(yǔ)言是很繁瑣的，因?yàn)橹噶?又稱操作碼或OP碼)和運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元是用二進(jìn)制(一串0和1)來(lái)表示的。符號(hào)語(yǔ)言(有時(shí)稱作匯編語(yǔ)言或匯編級(jí)的語(yǔ)言)具有一個(gè)本質(zhì)上與機(jī)器語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)的指令系統(tǒng)。匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是它用助記符號(hào)而不是用0和1來(lái)表示指令。例如，匯編語(yǔ)言中直接用“A”來(lái)表示“加”指令，而不用一串0和1來(lái)表示。在1970年之前，機(jī)器級(jí)和匯編級(jí)語(yǔ)言常常用于應(yīng)用程序的開發(fā)，特別用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)。當(dāng)時(shí)信息服務(wù)人員認(rèn)為目標(biāo)程序利用計(jì)算機(jī)的效率高。自那時(shí)以來(lái)使用高級(jí)語(yǔ)言無(wú)論在發(fā)揮人或是計(jì)算機(jī)的效率上都超過(guò)了機(jī)器語(yǔ)言。由于這一原因，多數(shù)現(xiàn)行的程序設(shè)計(jì)都是用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)完成的。高級(jí)語(yǔ)言1.面向過(guò)程的語(yǔ)言面向過(guò)程的語(yǔ)言(POL)是極其靈活的，可以用來(lái)刻劃幾乎所有科學(xué)的和商業(yè)的過(guò)程。程序順序地編寫指令，而系統(tǒng)則根據(jù)用戶的規(guī)定進(jìn)行處理。例如，工資系統(tǒng)就是使用POL來(lái)編定的。除非由程序邏輯控制去做其他事情，否則程序中的每一條指令都是按順序執(zhí)行的。在一個(gè)工資單生成系統(tǒng)中，執(zhí)行程序指令的特定順序取決于被處理的職工的工資計(jì)算方法(是按月發(fā)工資，還是按工時(shí)計(jì)算工資)。對(duì)每個(gè)職工都要重復(fù)該程序流程的順序。有三種主要的POL：科學(xué)計(jì)算的、商用的以及多用途的。下面我們分別討論每一種POL。(1)科學(xué)計(jì)算的語(yǔ)言?？茖W(xué)計(jì)算的語(yǔ)言是代數(shù)或公式化的語(yǔ)言。這種語(yǔ)言是為了滿足典型的科學(xué)計(jì)算處理要求(矩陣操作、精度計(jì)算以及其它方面)而設(shè)計(jì)的。第一個(gè)而且仍然是最為流行的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言是FORTRAN(公式翻譯程序的縮寫)。盡管在沒有商業(yè)語(yǔ)言時(shí)(在計(jì)算機(jī)不支持任何其它語(yǔ)言的情況下)FORTRAN已作為一種商用語(yǔ)言來(lái)使用了，但是FORTRAN的商業(yè)處理能力是有限的。APL語(yǔ)言很快地抓住了一些用戶(主要是工程師)。APL是唯一使用帶有專用符號(hào)的交互式鍵盤來(lái)編寫程序的語(yǔ)言。(2)商用語(yǔ)言。目前很流行的第一個(gè)商用語(yǔ)言是COBOL(面向商業(yè)的公用語(yǔ)言的縮寫)。它是一種功能很強(qiáng)而又極為冗長(zhǎng)的語(yǔ)言。發(fā)展COBOL語(yǔ)言的前提是：該語(yǔ)言的語(yǔ)句應(yīng)該近似于英語(yǔ)。有些程序員發(fā)現(xiàn)語(yǔ)言使用起來(lái)很麻煩。然而，COBOL語(yǔ)言尚處于方興未艾的時(shí)期，而且被廣泛地接受。今天，人們正在繼續(xù)對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。在若干年內(nèi)，COBOL仍將是一種流行的商用語(yǔ)言，但是使用該語(yǔ)言的相對(duì)百分比將會(huì)下降。COBOL最適合于具有循環(huán)處理周期的環(huán)境(例如打印工資支票)以及數(shù)據(jù)操縱量相當(dāng)大的環(huán)境。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)已經(jīng)對(duì)COBOL和其他語(yǔ)言建立了標(biāo)準(zhǔn)。建立這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是使得在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫的程序可以移植到另一臺(tái)(即另一個(gè)廠商制造的)機(jī)器上去。不幸的是，ANSI標(biāo)準(zhǔn)很少被遵循；因此，COBOL程序只是部分可移植的。報(bào)表程序生成程序(RPG)可能是僅次于COBOL的最為流行的商業(yè)語(yǔ)言了。最初設(shè)計(jì)的RPG是在IBM公司數(shù)據(jù)錄入級(jí)的計(jì)算機(jī)上使用的。它用于一些成批處理環(huán)境的小型商業(yè)工作。RPG與其它POL不同之處在于程序員還必須通過(guò)選擇所要求的程序設(shè)計(jì)特色來(lái)說(shuō)明某些處理要求(例如何時(shí)打印小計(jì)記錄的選擇等等)。BASIC設(shè)計(jì)者的最意圖體現(xiàn)在該語(yǔ)言的名字上——初學(xué)者通用的符號(hào)指令碼(BaginersAll-PurposeSymbolicInstructionalCode)。最初它被當(dāng)作講授程序設(shè)計(jì)的一個(gè)工具，但是在這個(gè)“初學(xué)者”語(yǔ)言的能力被充分?jǐn)U充后，它變得如此流行，以致目前BASIC是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上用于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的一種上要語(yǔ)言。在大系統(tǒng)上也使用擴(kuò)展BASIC，但不是用于生產(chǎn)系統(tǒng)。由于BASIC通常也用來(lái)進(jìn)行少量的科學(xué)計(jì)算，因此，有人可能把它劃歸為多用途POL一類。(3)多用途語(yǔ)言。多用途語(yǔ)言對(duì)于商業(yè)和科學(xué)計(jì)算是同等有效的。最為明顯的多用途語(yǔ)言是程序計(jì)算語(yǔ)言1/(即PL/T)。PL/1是在1956年由IBM公司普制出來(lái)的，但是，與任何一種語(yǔ)言一樣，它需要幾年的時(shí)間來(lái)排錯(cuò)。許多公司(主要是IBM公司的用戶)，已經(jīng)采用PL/1作為它們所使用的唯一的POL。在剛剛引入PL/1時(shí)，由于它克服了現(xiàn)有程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的許多缺點(diǎn)而受到歡迎。然而，PL/1仍然沒有得到(原先期望那樣)普遍地接受。其原因并非它的質(zhì)量和能力，而是由于許多公司已花了巨大投資用COBOL和FORTAN編制了大量應(yīng)用軟件。同時(shí)也由于使用這兩種語(yǔ)言的勢(shì)頭還在增長(zhǎng)。以最快速度發(fā)展起來(lái)的語(yǔ)言是PASCAL，它是以17世紀(jì)的數(shù)學(xué)家BlaisePascal來(lái)命名的。PASCAL被看成是一種最新的POL。盡管只有1%-2%的商業(yè)生產(chǎn)程序是用PAS-CAL寫的，但是它的能力、靈活性以及自我說(shuō)明結(jié)構(gòu)是不可忽略的。致使這個(gè)語(yǔ)言被廣泛接受(而且接受面還在繼續(xù)增大)的原因或許是因?yàn)榻^大多數(shù)的學(xué)院和大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教程主張將PASCAL作為未來(lái)的POL。隨著畢業(yè)生將這種主張帶進(jìn)商業(yè)界，目前它已經(jīng)引起了各界的興趣。ADA是新近引入的一種語(yǔ)言，它是美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的一種多用途語(yǔ)言。盡管只有少數(shù)人知道和理解ADA的用法，然而對(duì)于它能否被廣泛接受(不僅在軍界，對(duì)其他部門也一樣)。這一點(diǎn)，它的設(shè)計(jì)者們是很樂觀的。2.面向問題的語(yǔ)言面向問題的語(yǔ)言，是專門為了滿足某種特定應(yīng)用或解決特定問題的一組語(yǔ)句。面向問題有的語(yǔ)言不要求像面向過(guò)程的語(yǔ)言的那種詳細(xì)說(shuō)明。例如，有幾種面向問題的語(yǔ)言就是專為統(tǒng)計(jì)分析而設(shè)計(jì)的。這種語(yǔ)言的用戶將注意力更多地集中在輸入和輸出上，而不是在數(shù)學(xué)上。數(shù)學(xué)是嵌入在語(yǔ)言中的。已經(jīng)為幾十種應(yīng)用設(shè)計(jì)了各種面向問題的語(yǔ)言，這些語(yǔ)言正在被用戶使用。這些應(yīng)用是：離散和連續(xù)模擬(例如，GPSS、SIMSCRIPT、GASP-IV)，程控機(jī)器刀具(例如，APT)，輔助工程師進(jìn)行建筑和橋梁上的受力點(diǎn)分析(例如，GOGO)，輔助系統(tǒng)分析(例如，SAS)以及輔助辦公人員進(jìn)行字處理(例如，SCRIBE)。面向問題的語(yǔ)言具有做統(tǒng)計(jì)、字處理和任何語(yǔ)言所滿足的應(yīng)用的靈活性。然而，一種面向問題的語(yǔ)言總是局限于某種應(yīng)用。3.查詢語(yǔ)言與其它高級(jí)語(yǔ)言相比，用戶和用戶管理人員更喜歡使用查詢語(yǔ)言。然而，根據(jù)不同的情況，某個(gè)用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某種特定的面向問題的語(yǔ)言對(duì)他更有用。查詢的語(yǔ)言是朝著用戶環(huán)境發(fā)展的典范。一個(gè)用戶管理人員經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的培訓(xùn)和實(shí)踐就能有效地使用一種查詢語(yǔ)言。然后，他用很短的時(shí)間就能從一個(gè)信息系統(tǒng)中抽取信息或產(chǎn)生出一張報(bào)表。而通常這點(diǎn)時(shí)間只夠用來(lái)向一個(gè)系統(tǒng)分析員或程序員說(shuō)明技術(shù)要求。用戶只需說(shuō)明做什么，而查詢語(yǔ)言軟件將自動(dòng)規(guī)定怎樣做。查詢語(yǔ)言利用高級(jí)的、類似英語(yǔ)的命令來(lái)檢索和編排滿足管理查詢和制表要求的數(shù)據(jù)。用查詢語(yǔ)言可以交互式地完成一次詢問(直接與計(jì)算機(jī)通信)。執(zhí)行程序產(chǎn)生的輸出直接在終端上顯示出來(lái)，或者產(chǎn)生一份硬拷貝。查詢語(yǔ)言具有以下特色：類似于英語(yǔ)的命令，對(duì)數(shù)據(jù)的有限的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作，對(duì)報(bào)表的自動(dòng)編排、排序以及按關(guān)鍵字挑選記錄等。4.應(yīng)用程序生成程序盡管應(yīng)用程序生成程序的概念至今沒有嚴(yán)格的定義，但是目前已經(jīng)使用的那些應(yīng)用程序生成程序的目標(biāo)以及各種開發(fā)步驟的目標(biāo)是相同的。即它是不需要過(guò)程級(jí)指令就能夠說(shuō)明開發(fā)一個(gè)信息系統(tǒng)的所有程序設(shè)計(jì)任務(wù)的一種語(yǔ)言。某些應(yīng)用程序生成程序(通過(guò)與程序員進(jìn)行交互式對(duì)話)已經(jīng)接近這一目標(biāo)。當(dāng)用應(yīng)用程序生成程序還在早期的開發(fā)階段?，F(xiàn)有的應(yīng)用程序生成程序并不具備面向過(guò)程語(yǔ)言的那種靈活性，而且不能用來(lái)開發(fā)完善的信息系統(tǒng)。然而當(dāng)用于預(yù)期的用途時(shí)，它將能成倍地提高程序員的生產(chǎn)效率。當(dāng)它們成熟時(shí)，在信息系統(tǒng)的開發(fā)中應(yīng)用程序生成程序?qū)⑵鹬絹?lái)越重要的作用。未來(lái)的語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的進(jìn)一步發(fā)展是自然語(yǔ)言。要采用的那種自然語(yǔ)言對(duì)程序員只需要很少的(甚至不需要)程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練。程序員將直接寫或口述程序功能說(shuō)明書，而與程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法(產(chǎn)生程序指令的規(guī)則)無(wú)關(guān)。目前研究人員正在致力于開發(fā)自然語(yǔ)言。在開始時(shí)自然語(yǔ)言將帶有某些語(yǔ)法限制。雖然很難用幾句話來(lái)概括未來(lái)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，但是可以預(yù)見未來(lái)的語(yǔ)言將是一種可以不受限制地在個(gè)人與計(jì)算機(jī)之間會(huì)話的語(yǔ)言。軟件總的來(lái)說(shuō)，軟件就是指用以指揮計(jì)算機(jī)運(yùn)行活動(dòng)所使用的程序。有兩類軟件：應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。程序員設(shè)計(jì)和編制應(yīng)用軟件來(lái)完成面向用戶的某些應(yīng)用，諸如收帳和工資系統(tǒng)等。系統(tǒng)軟件更為通用，通常是獨(dú)立于應(yīng)用的。它支持基本的計(jì)算機(jī)功能以及所有的應(yīng)用領(lǐng)域(而不是特殊的應(yīng)用)。系統(tǒng)軟件可以將系統(tǒng)軟件從邏輯上分成主要的幾類。下面我們對(duì)每一類作概括介紹。1.編譯程序。編譯程序?qū)⒁环N高級(jí)語(yǔ)言的指令(如，COBOL)翻譯成計(jì)算機(jī)能解釋的指令。讀者應(yīng)該記住：任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是用機(jī)器語(yǔ)言來(lái)執(zhí)行所有的程序，而不論這些程序是用BASIC、FORTRAN或是COBOL編寫的。高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言只不過(guò)是給用戶提供了一種方便，“源”語(yǔ)言形式的程序是不能執(zhí)行的。2.源程序。它由程序員編寫的一些語(yǔ)句組成，由編譯程序?qū)λM(jìn)行編譯。程序員請(qǐng)求該程序，于是系統(tǒng)從輔存中調(diào)出COBOL編譯程序并裝入到主存。然后，編譯程序?qū)⒃闯绦蚍g成目標(biāo)程序。這種目標(biāo)程序是機(jī)器語(yǔ)言形式，通常存放在輔存上以便今后調(diào)用并(或)直接執(zhí)行。編譯的過(guò)程可能是費(fèi)時(shí)間的，特別對(duì)于大型程序更是如此，在規(guī)則地調(diào)度生產(chǎn)性程序時(shí)，將直接“調(diào)用”(從磁盤檢索)并執(zhí)行目標(biāo)程序，不需要進(jìn)行編譯。如果對(duì)源程序作了某些修改，那么必須對(duì)它重新編譯以產(chǎn)生最新版本的目標(biāo)程序。3.解釋程序。解釋程序基本上執(zhí)行與編譯程序相同的功能，只是方式上不同而已。解釋程序按順序翻譯并執(zhí)行每一條源程序語(yǔ)句。解釋程序的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)語(yǔ)句出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤時(shí)，可以立即引起程序員注意，而程序員在程序開發(fā)期間就能進(jìn)行校正。解釋程序的缺點(diǎn)是不能像編譯程序那樣充分地利用計(jì)算機(jī)資源。4.模擬和仿真程序。這類系統(tǒng)軟件允許一臺(tái)計(jì)算機(jī)就像是另一臺(tái)計(jì)算機(jī)那樣工作。當(dāng)把程序轉(zhuǎn)換到另一臺(tái)不兼容的計(jì)算機(jī)上時(shí)，模擬程序和仿真程序特別有用。直到現(xiàn)有程序全部被轉(zhuǎn)換成新的計(jì)算機(jī)格式后，原來(lái)為一臺(tái)老的計(jì)算機(jī)編寫的程序才能在新的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。從技術(shù)上講，仿真程序是硬件和軟件的結(jié)合，而模擬程序則完全是軟件。5.實(shí)用程序。實(shí)用程序是經(jīng)常使用的服務(wù)程序。這些程序提供了諸如文件備份(如，從磁盤轉(zhuǎn)貯職工主文件到磁帶)、測(cè)試輔助(在程序某個(gè)錯(cuò)誤點(diǎn)取主存的“快照”)以及應(yīng)用輔助(以部門中的社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)排序職工主文件)等功能。6.操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)(也稱執(zhí)行系統(tǒng)、監(jiān)督程序或管理程序)控制所有應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序的執(zhí)行。操作系統(tǒng)可以提供任務(wù)調(diào)度、輸入/輸出控制、使用機(jī)器記帳(如，每臺(tái)磁盤驅(qū)動(dòng)器的查找次數(shù)等)、主分配、數(shù)據(jù)管理以及其他有關(guān)的服務(wù)。操作系統(tǒng)的目標(biāo)是：(1)使周轉(zhuǎn)時(shí)間最小(從遞交作業(yè)到收到輸出結(jié)果之間所經(jīng)過(guò)的時(shí)間)；(2)使吞吐量最大(每一單位時(shí)間的處理量)；(3)使主存和外部設(shè)備的利用最佳化。與操作系統(tǒng)有關(guān)的一個(gè)概念是虛機(jī)器，虛機(jī)器軟件嵌入在操作系統(tǒng)中，它允許兩個(gè)以上不同操作系統(tǒng)的程序同時(shí)在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。當(dāng)需要從一個(gè)操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)到另一個(gè)操作系統(tǒng)時(shí)，虛機(jī)器能力是有用的。7.通信軟件。某些計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)控制來(lái)自(或到)一個(gè)遠(yuǎn)程地點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸流，但是通常這一功能由專門為此目的而設(shè)計(jì)的通信軟件來(lái)處理。通信軟件可同時(shí)在前端處理機(jī)據(jù)主計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。8.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。在第六章我們已詳細(xì)討論了DBME軟件，多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都有一系列程序用來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)管理功能。9.性能度量軟件。性能度量軟件用來(lái)監(jiān)視、分析和報(bào)告有關(guān)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各組成部分的性能。有關(guān)軟件的概念幾乎連最小的計(jì)算機(jī)都具有多道程序設(shè)計(jì)的能力。多道程序設(shè)計(jì)是指在任一給定時(shí)間段里多個(gè)程序看上去是同時(shí)在執(zhí)行。然而就某一特定時(shí)間而言，真正在處理機(jī)上執(zhí)行的只有一道程序，其他程序處于等待或暫停狀態(tài)。當(dāng)執(zhí)行的程序需要輸入/輸出或正常結(jié)束時(shí)，操作系統(tǒng)調(diào)下一道優(yōu)先數(shù)最高的等待程序在處理機(jī)上執(zhí)行。由于程序執(zhí)行的速度很快，因此，多道程序設(shè)計(jì)的處理使得看上去好像每道程序獨(dú)占了計(jì)算機(jī)。公時(shí)處理是指計(jì)算機(jī)輪流分配給每道程序一個(gè)小的時(shí)間片。由于所有要處理的數(shù)據(jù)和程序必須駐留在主存里，因此