第三章 计算机软件 3.1 计算机软件及软件技术 3.2 操作系统 3.3 程序设计语言及处理程序 3.4 算法和计算机软件理论基础

学习目标与要求 1.了解什么是计算机软件和计算机软件技术 2.了解操作系统的作用、功能、常用操作系统和实用程序的种类 3.描述计算机语言程序及它们的执行过程 4.了解计算机软件基础理论所包含的内容、算法和数据结构的概念

3.1 计算机软件及软件技术 3.1.1 计算机软件 3.1.2 计算机软件的发展 3.1.3 计算机软件技术

1.什么是计算机软件 (1) 计算机系统的基本组成： ②计算机软件：是指示计算机完成特定任务的，以电子格式存储的程序、数据和相关的文档。 3.1.1 计算机软件 1.什么是计算机软件 (1) 计算机系统的基本组成： ① 计算机硬件：组成计算机各种物理设备的总称 ②计算机软件：是指示计算机完成特定任务的，以电子格式存储的程序、数据和相关的文档。 程序：计算机如何完成任务逐步执行的命令； 数据：程序所处理的对象及处理过程中使用的参数； 文档：程序开发、维护和使用所涉及的资料。

1.什么是计算机软件 (2)软件的三层含义（从科学概念上讲）： ① 个体含义：即上面所说的计算机系统中的程序、规程、规则及其文档。 3.1.1 计算机软件 1.什么是计算机软件 (2)软件的三层含义（从科学概念上讲）： ① 个体含义：即上面所说的计算机系统中的程序、规程、规则及其文档。 ② 整体含义：指在特定计算机系统中所有个体含义下的软件的总体。 ③ 学科含义：即指软件在研究、开发、维护以及使用中所涉及的理论、方法、技术所构成的学科，在这一意义上称为软件学。

2. 软件的分类 (1) 系统软件 从应用的角度出发，通常将软件分为：系统软件、应用软件 ①系统软件：是给其他程序提供服务的程序的集合. 3.1.1 计算机软件 2. 软件的分类 从应用的角度出发，通常将软件分为：系统软件、应用软件 (1) 系统软件 ①系统软件：是给其他程序提供服务的程序的集合. （如各种操作系统、编译程序、磁盘清理程序等） ②系统软件的主要特征： 与计算机硬件系统有很强的交互性，对计算机的硬件资源进行统一的控制、调度、管理。 具有通用性，任何计算机系统必不可少。 购买计算机时，厂商必须提供一些基本的系统软件

2. 软件的分类 (2)应用软件 ①应用软件： 泛指专门用于解决各种具体应用问题的软件。 ② 应用软件分类： 3.1.1 计算机软件 2. 软件的分类 (2)应用软件 ①应用软件： 泛指专门用于解决各种具体应用问题的软件。 ② 应用软件分类： 按软件的开发方式和适用范围分为： 通用应用软件：可以在许多行业和部门共同使用 如：word、excel、绘图软件、媒体播放软件 定制应用软件：按照不同领域用户的特定应用要求而专门设计的软件 如：某大学的教务管理系统、某超市的销售系统

2. 软件的分类 ③主要通用应用软件类别和功能 类别 功能 部分流行的软件名称 文字处理 文本编辑、文字处理、桌面排版等 WPS、Word 3.1.1 计算机软件 2. 软件的分类 ③主要通用应用软件类别和功能 类别 功能 部分流行的软件名称 文字处理 文本编辑、文字处理、桌面排版等 WPS、Word 电子表格 表格定义、计算和处理等 Excel等 图形、图像 图像处理、几何图形绘制等 AutoCAD、Photoshop 3DS Max等 媒体播放 播放各种数字音频和视频文件 Media Player、 Real Player等 网络通信 电子邮件、网络文件管理、远程计算、浏览等 Outlook Express、Mail、CC-mail 、IE 简报软件 幻灯片、演讲报告制作等 Powerpoint、show partner

3.1.1 总 结 1.什么时计算机软件？ 2. 软件分类 (1) 计算机系统的基本组成： ① 计算机硬件 ②计算机软件：程序、数据、文档 3.1.1 计算机软件 3.1.1 总 结 1.什么时计算机软件？ (1) 计算机系统的基本组成： ① 计算机硬件 ②计算机软件：程序、数据、文档 (2)软件的三层含义 个体含义、整体含义、 学科含义 2. 软件分类 (1) 系统软件：定义、特征 (2) 应用软件：定义、分类 通用应用软件 定制应用软件

3.1.2 计算机软件的发展

3.1.2 计算机软件的发展 软件的发展与计算机应用和硬件的发展互相推动和制约。 软件的发展大致经历了三个主要阶段： (1)第一阶段：软件发展初期（1940年代到1950年代中期） 从第一台计算机上的第一个程序 ～ 高级语言程序出现 应用领域较窄：主要是科学与工程计算。 处理对象：数值数据 工作方式：个体； 编程语言：使用低级语言编程

3.1.2 计算机软件的发展 (2) 第二阶段（1950年代中期到1960年代后期） 出现了高级程序语言、操作系统、数据库管理系统、“软件”术语等 “软件危机”：软件的复杂程度提高，研制周期长，正确性难以保证，可靠性问题尤为突出。 研究内容：计算机系统的处理能力得到加强，设计和编制程序的工作方式逐步走向合作方式。

3.1.2 计算机软件的发展 (3)第三阶段（1960年代迄今） 软件领域工作新的特点： 软件工程 随着应用领域的不断拓广，出现了嵌入式应用软件、网络软件及分布式应用软件 软件工程发展迅速，形成了“计算机辅助软件工程”。除了开发各类工具与环境用以支持软件的开发与维护外，还出现了一些实验性的软件自动化系统 致力研究软件过程本身规律，研究各种软件开发规范与模型 除了软件传统技术继续发展外，人们着重研究以智能化、自动化、集成化、并行化、开放化以及自然化为标志的软件开发新技术 注意研究软件理论，特别是探讨软件开发过程的本质

3.2 操作系统 3.2.1 概述 3.2.2 多任务处理 3.2.3 存储管理 3.2.4 文件管理 3.2.6 常用操作系统介绍

3.2.1 概述 1.操作系统的作用 操作系统（Operating System，简称OS）： 3.2.1 概述 操作系统（Operating System，简称OS）： 是用于控制、管理、调配计算机的所有资源，控制和支持应用程序的运行，使用户可以灵活、方便、有效的使用计算机。是计算机必不可少的系统软件。 1.操作系统的作用 管理系统中的各种资源 为用户提供友善的人机界面 为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台 辅导用户操作、处理软硬件错误、保护系统安全

3.2.1 概述 1.操作系统的作用 虚计算机 操作系统 计算机硬件 用户 其他系统软件 应用软件 操作系统的地位

3.2.1 概述 2.操作系统的启动 开机 BIOS自检程序 BIOS自举程序 可以上机了 引导程序 操作系统

3.2.2 多任务处理 (3)活动窗口和前台任务 1.概念： (1)多任务处理: 操作系统一般都支持同时运行若干个程序. (2) 任务： 指把一个被装入内存并启动运行的应用程序。 Windows是一个多任务操作系统。 通常一个任务对应一个窗口。 (3)活动窗口和前台任务 当前可以接受用户输入的窗口只能有一个，称活动窗口。 活动窗口对应的任务称为前台任务，其它称为后台任务。

3.2.2 多任务处理 2. 并发多任务 (1)并发多任务概念： 所有任务都能分配到CPU的使用权,因而看似“同时”运行 (2) 分析： 宏观上并发，但微观上任何时刻只有一个任务在执行。 CPU的分配，是按照时间片轮转的策略，只要时间片结束，正在执行的任务将被强行中止，这叫抢占式多任务方式。

3.2.3 存储管理 1.为什么要进行存储器管理？ 2.存储管理的内容： 限于成本和安装空间有限，存储器总容量总是有限； 运行规模大、数据多的程序时，内存不够； 在多任务处理时，多个任务需要共享存储器； 因此，对存储器要进行有效、合理的管理，不仅对存储器的利用率，而且还对系统的性能有重大的影响。 2.存储管理的内容： (1) 内存的分配与回收 (2) 内存的共享与保护 (3) 内存的自动扩充 说明：现在，操作系统一般采用虚拟存储技术进行存储管理.

3.2.3 存储管理 3.虚拟存储管理技术 (1) 基本思想 把有限的内存空间与大容量的外存统一管理起来，构成一个远大于实际内存的、虚拟的存储器。 用户并不会感觉到内、外存的区别，即把两级存储器当作一级存储器来看待。一个作业运行时，其全部信息装入虚存，实际上可能只有当前运行的必需一部分信息存入内存，其他则存于外存，当所访问的信息不在内存时，系统自动将其从外存调入内存。 程序（及数据）被划分成一个个固定大小的页面（4KB），只把运行需要的页面调入内存，其余的放在外存，暂时不用的页面调出到外存，这叫最近最少使用算法（LRU)。

3.2.3 存储管理 3.虚拟存储管理技术 (2) 虚拟存储器的组成 计算机的物理内存＋硬盘上的虚拟内存 (3)页面 页面大小＝4KB 页面调度算法：最近最少使用 (4)虚拟内存的设置 右击“我的电脑”属性“高级”标签“性能选项”按钮 设置准则：选取速度快的硬盘；选取不常用的分区

3.2.4 文件管理 1.文件 (1) 文件 是一组相关信息的集合。可以是程序、数据和文档 (2)用户以文件为单位对外存储器的信息通过文件名进行访问和操作 (3)文件的内容 文件名、说明信息、类型、物理位置、大小、时间、创建者和属性 文件说明信息：存放在文件的目录中 文件 文件内容：存放在磁盘的数据区中 (4)文件属性的作用系统、隐藏、存档、只读 Windows操作系统允许一个文件兼有多种属性

3.2.4 文件管理 2.文件夹 文件夹：也叫目录，用于包含文件的。文件夹可以形成树状结构，其根是磁盘分区。 文件夹可以设定为网络共享。

3.2.6 常用操作系统介绍

操作系统的类型

批处理系统（Batch Processing System） 批处理系统：操作人员将待处理的计算任务（成批地装入计算机，由操作系统将作业按规定的格式组织好存入磁盘的指定区域，然后按照某种调度策略选择一个或几个搭配得当的作业调入内存加以处理。 批处理优点： 提高系统资源利用率 增大作业吞吐量 实现作业流程的自动化

分时处理系统 （Time-sharing Processing System） 分时处理系统：允许多个用户同时联机使用计算机。一台分时计算机系统联有若干台终端，多个用户可以在各自终端上向系统发出服务请求，等待计算机的处理结果并决定下一步的处理。操作系统接收每个用户的命令，采用时间片轮转的方式处理用户的服务请求，使每个用户得以完成自己的任务。 主要目标：对用户响应的及时性。

实时系统（Real Time System） 实时系统：操作系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在规定的时间范围内完成对该事件的处理。 实时系统的分类： 实时控制系统 实时信息处理系统

个人计算机操作系统 （PC-Operating System） 为个人计算机安装的操作系统是一种联机交互的单用户操作系统。由于个人计算机应用的普及，对于提供方便友好的用户接口和文件系统的要求更为迫切。实际上，目前提供的此类系统都支持多任务处理，并且采用有效的方法把相关文件组织成目录和文件。文件的传送、复制、删除，重命名等操作都很方便。

高性能计算机操作系统 高性能计算机系统：要求在任务管理、存储管理和设备管理上具有比一般操作系统更强大的功能。此外，还应增强下列功能： 保障系统的安全性 记帐功能，记录各类用户作业占用CPU的时间，以便核算用户使用计算机的费用 运行特殊的通信程序控制访问

网络操作系统 网络操作系统（Network Operating System）：在原来各自计算机的操作系统上，按照网络体系结构的各个协议标准扩充其功能，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用服务等。 网络操作系统一般包括两个部分： 服务器部分 客户机部分

分布式操作系统 （Distributed Operating System） 分布式操作系统：用来管理分布式系统中的所有资源，它负责全系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输，控制协调等工作，并为用户提供一个统一的操作界面，用以使用系统资源。至于用户操作被指定在哪一台计算机上执行或使用哪一台计算机的资源，则是由操作系统完成的。此外，由于分布式系统更强调分布式计算和处理，因此对于多机合作和系统重构、健壮性和容错能力有更高的指标。

常用操作系统介绍

Windows操作系统 Windows操作系统是一种在微型计算机上运行的系统软件。由（美）微软公司开发，最初作为DOS的图形化扩充而推出的。Windows提供了多任务图形界面以及统一的应用程序接口，使得在Windows环境下运行应用程序的操作大为简化。 Windows 9x。从Windows 95开始，Windows均是机器字长32位的单用户、多任务的操作系统。 单用户：一台计算机一次只允许一个用户使用。 多任务：允许一个用户同时运行多个应用程序

Windows操作系统 Windows 9x 支持图形用户界面 支持“即插即用”的系统配置方法 提供通信软件，使用户的计算机系统联接到Internet上

Windows操作系统 Windows NT（New Technology）和NT工作站 一个网络操作系统。网络中运行Windows NT的计算机作为服务器，它存储着诸多共享资源网络中除服务器外，还有供用户使用的客户机部分。客户机可以是一般的PC机，其上可以运行NT客户机软件，也可运行Windows 95或Windows 98。

Windows操作系统 Windows NT（New Technology）和NT工作站 与NT操作系统服务器版本相对应的是NT的工作站标准版，称为NT Workstation，它主要运行在点对点环境中，这个版本可提供多种管理软件和工具软件。

Windows操作系统 Windows 2000与2000工作站 Windows 2000实际是Windows NT 5.0的一个新的名字，它在使用Windows NT的内核的同时增加了许多新的功能。如在即插即用方面，它支持USB设备，支持功率的调节和各种硬件编程接口等。在实用性、安全性和稳定性方面都有所超越。Windows 2000有以下几种不同的版本： Windows 2000 Professional Windows 2000 Server/Advanced Server Windows 2000 Datacenter Server

Windows操作系统 Windows XP和Windows.NET Windows XP是基于NT的内核，集成了其稳定性、安全性及多媒体和网络功能，使微软的前台OS不再采用9X系列的内核。 Windows.NET server是以XML标准作为信息交换格式，具有无线接入、语言支持的OS新版本、其可靠性、安全性和易操作性方面有了进一步提高。

UNIX操作系统 UNIX操作系统是（美）Bell实验室开发的一种通用多用户交互式分时操作系统。自1970年UNIX系统第一版问世以来，以UNIX系统为基础已研制出许多新的操作系统软件。如微型计算机、大型计算机上的各种UNIX系统的变种，以及用于计算机网络及分布式计算机系统上的UNIX系统等。实际上，UNIX系统已成为国际上目前使用最广泛、影响最大的主流操作系统之一。

UNIX操作系统 UNIX系统的特色主要体现在以下方面： 结构简练。以树形目录结构的文件系统为基础，且将各种设备都定义为特殊文件，统一处理。 内核部分 外层应用子系统 功能强大 易移植性好 可伸缩性和互操作性强 容纳新技术的能力强 网络通信功能强

Linux操作系统 Linux操作系统的原创者是芬兰的一名青年学者Linus Torvolds,他遵从可移植操作系统接口POSIX标准开发出Linux操作系统的内核，POSIX是IEEE定义的一套标准，具有与UNIX相似的可移植操作系统服务功能。 Linux操作系统的优势反映在网络服务器方面，其内核中包含许多网络协议，已成为网络上最普遍的服务器架构模式。Linux操作系统作为一个多用户、多任务的操作系统，支持多工作平台和多处理器。它不仅可提供多达4TB的文件系统，同时还可支持多种其他的文件系统。

Linux操作系统 Linux系统是一种“自由软件”。或者说，它属于一种GPL（General Public License）软件。其源代码向世人公开，吸引对该系统感兴趣的人们共同工作。

OS/2操作系统 OS/2系统是IBM公司于1988年推出的用于ＰＣ机的操作系统。OS/2系统是一个多任务、图形用户界面的操作系统，它提供应用程序间的保护，以确保一个程序或数据不会覆盖其他的程序或数据。OS/2系统还提供日志用以报告并跟踪软件的运行。OS/2系统具有较强的多媒体功能、增强的图形功能以及较多的实用程序。但目前用OS/2设计的应用程序尚不多见，因而它的应用受到较大的制约。