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1、第三章第三章 计算机软件系统计算机软件系统 3.1 软件系统的组成软件系统的组成 3.2 操作系统操作系统 3.3 程序设计语言和程序设计语言和 语言处理软件语言处理软件 13.1 软件系统的组成3.1.1 系统软件系统软件 扩展硬件功能扩展硬件功能 （面向系统）的程序系统（面向系统）的程序系统 管理管理计算机系统的计算机系统的资源资源 支持支持/方便方便用户使用户使用用计算计算机机 操作系统操作系统 operating system 实用程序实用程序 utilities 如：如： 语言处理程序、语言处理程序、DBMS、网络软件网络软件 防病毒程序、数据压缩防病毒程序、数据压缩 .分类分类23
2、.1.2 应用软件应用软件 完成特定数据处理任务完成特定数据处理任务 (面向用户面向用户)的程序系统的程序系统软件包软件包 package (0ff-the-shelsoftware) 针对大多数用户共同的要求编制的软件针对大多数用户共同的要求编制的软件文字处理文字处理 word processing/editor电子表格电子表格 spread sheet 财务会计财务会计 finance/accounting图形显示图形显示 presentation Graphics浏览器浏览器 web browsers 自行开发自行开发 （针对用户特定的需求）（针对用户特定的需求） 程序库程序库 Libr
3、ary 供程序调用的功能程段供程序调用的功能程段3 裸机裸机操操作作系系统统实实用用程程序序应应用用软软件件用户界面用户界面用户界面用户界面43.1.3 软件版权软件版权（Copyright)：一种知识产权一种知识产权 专有的法律权利，未经同意不得复制专有的法律权利，未经同意不得复制软件侵权（软件侵权（Software Piracy) 和和 网络侵权（网络侵权（Network Piracy)剽窃（剽窃（Plagiarism)公开软件（公开软件（Public Domain Software)：无版权无版权 免费软件（免费软件（Freeware)：有版权但免费有版权但免费 共享软件（共享软件（Sh
4、areware)：技术支持和升级收费技术支持和升级收费专利软件（专利软件（Proprietary)：有版权拥有者的有版权拥有者的许可证（许可证（License)：购买软件的使用权，而不购买软件的使用权，而不 是软件本身是软件本身53.2 操作系统 Operating SystemOS的组成的组成用户界面63.2.1 OS目标 计算机操作的方便性计算机操作的方便性计算机系统资源使用的有效性计算机系统资源使用的有效性73.2.2 进程和中断进程（process）进程是个动态概念，简单地说，指程序在数据对象上的一次执行。中断（interrupt）对于计算机系统里发生的某种事件，CPU就会暂停执行当前
5、程序，转由一个特定的程序（叫做中断处理程序）进行必要的处理。83.2.3 资源资源管理管理(resource management)CPU存储存储i/o设备设备文件文件 支持用户以方便方式上机操作支持用户以方便方式上机操作93.2.4 作业作业(Job) / CPU 管理方式管理方式 单道系统单道系统 : 一个作业独占一个作业独占CPU作业作业作业作业A AIOIO设备设备设备设备T TIOIO请求请求请求请求i/o过程过程 CPU 空闲时间（毫秒级空闲时间（毫秒级!）10 多道作业多道作业批处理批处理方式方式 multiprogramming in batch程序的执行程序的执行: 作业作业
6、 job 进程进程 Process / 任务任务Task 程序的程序的并发执行并发执行 concurrent executing “宏观同时，微观轮流宏观同时，微观轮流”T TA AB BOSOS外设外设外设外设1 1外设外设外设外设2 211 分时分时方式方式 time-sharing 把把CPU的运行时间分成时间片（若干个毫秒）的运行时间分成时间片（若干个毫秒）轮流提供给各联机终端，用户以交互方式控制其轮流提供给各联机终端，用户以交互方式控制其运行作业。每个用户好像在运行作业。每个用户好像在“独占独占”系统。系统。 对比：在批处理方式中，用户提交作业后即对比：在批处理方式中，用户提交作业后
7、即失去对作业执行过程的控制。失去对作业执行过程的控制。T TA AB BC COSOS12 实时实时方式方式 real time 即时响应并在规定的时间内完成作业、返即时响应并在规定的时间内完成作业、返回结果。强调实时性、可靠性。回结果。强调实时性、可靠性。 适于支持自控系统等。适于支持自控系统等。多多CPU并行并行 方式方式 parallel 提高操作执行速度，可达千亿次提高操作执行速度，可达千亿次/秒。秒。 配置配置 多用户系统：批处理多用户系统：批处理+分时、分时、实时分时、分时、实时 单用户系统：着重数据管理单用户系统：着重数据管理 单用户多任务单用户多任务133.2.5 I/O设备控
8、制（1）程序控制输入输出（2）中断控制输入输出（3）直接存储器存取（DMA Direct Memory Access）（4）通道处理器和外围处理机143.2.6 OS种类种类 单用户单用户多用户多用户多多CPU网络网络分布式分布式153.2.7 用户界面用户界面 User interface 用户和操作系统之间的使用、交互方式用户和操作系统之间的使用、交互方式命令行命令行 方式方式 command line 用户键入用户键入OS规定的操作命令，系统执行规定的操作命令，系统执行图形用户界面图形用户界面 方式方式 GUI 用户点击显示的图标，表示要执行的操作用户点击显示的图标，表示要执行的操作菜单
9、菜单方式方式 Menu-driven 用户选择表列的操作或操作参数用户选择表列的操作或操作参数163.2.8 示例：示例： 微机系统：微机系统：DOS、WINDOWS 系列系列 有影响的系统：有影响的系统： UNIX LINUX173.3 程序设计语言和语言处理软件3.3.1 程序设计言语程序设计言语3.3.2 程序设计言语的发展程序设计言语的发展3.3.3 程序设计和软件开发程序设计和软件开发3.3.4 程序程序/语言的处理过程语言的处理过程3.3.5 编译程序编译程序3.3.6 上机作业传统过程上机作业传统过程3.3.7 程序作业工具程序作业工具183.3.1 Programming la
10、nguage 含义：算法和数据含义：算法和数据 (结构结构) 的记号表示的记号表示 能被计算机系统接受，分析处理并执行能被计算机系统接受，分析处理并执行 要素：要素： 语法语法 Syntax 记号组合规则记号组合规则 语义语义 Semantics 表示的含义表示的含义 成分：成分： 数据数据的描述定义的描述定义 (各类各类)运算运算 / 操作操作 流程控制流程控制 ( 顺序、分支、循环顺序、分支、循环)193.3.2 程序设计语言的发展程序设计语言的发展 (1) 机器语言机器语言 Machine Language CPU指令集指令集 语言记号：二进数字语言记号：二进数字0和和1 指令基本语法：
11、操作码指令基本语法：操作码+地址码地址码 机器程序是机器程序是唯一唯一能被能被CPU直接识别直接识别 和执行的程序和执行的程序 不同系列的不同系列的CPU具有不同的机器语言具有不同的机器语言 （无法移植）（无法移植） 极难使用极难使用 20 (2) 汇编语言汇编语言 Assembly Language 机器指令符号化机器指令符号化 汇编指令汇编指令 增加少量描述性的伪指令（无对应机器指令）增加少量描述性的伪指令（无对应机器指令） 汇编语言和机器语言的指令大致一一对应，汇编语言和机器语言的指令大致一一对应， 两者同属低级语言两者同属低级语言要翻译为机器语言程序之后，才能交要翻译为机器语言程序之后
12、，才能交CPU 执行执行21 一个示意性的汇编程序一个示意性的汇编程序: 求最大公约数求最大公约数 .LOC 0201B: LDA MD: SUB N LDA N JIL R STA M JMP D LDA RER: ADD N STA N JIE S JMP B STA RE S: HALT M: 64 N: 12 RE: 0 . END 22 (3)高级语言高级语言 high level Language 语言记号形式接近自然语言（语言记号形式接近自然语言（ 英语）英语） 和数学语言（算式）和数学语言（算式）和机器无关和机器无关必须翻译为某种机器语言才能运行必须翻译为某种机器语言才能运行仍
13、保留描述算法过程的基本特征：仍保留描述算法过程的基本特征： 面向过程面向过程的语言的语言 典型代表：典型代表： 50s FORTRAN （数学计算）数学计算） 60s ALGOL 60 （通用）通用） COBOL （商用）商用） BASIC（简单）简单） 70s PASCAL （教学）教学） C （系统软件）系统软件） ADA23 (4) 第四代语言第四代语言 4GL 基本特征：基本特征： 非过程化非过程化 形式多样：如形式多样：如 SQL 数据库语言数据库语言 程序生成器程序生成器 generator (5) 其他发展其他发展 面向对象面向对象程序设计语言程序设计语言 OOPL 如如 C （
14、Object Oriented Programming Language) 网络网络环境的编程语言环境的编程语言 Internet programming: 如如 HTML 、XML 、Java 243.3.3 程序设计程序设计 Programming (1) 传统认识传统认识 ：算法数据结构程序设计：算法数据结构程序设计 (2) 软件的工程化开发方法软件的工程化开发方法 基本概念：基本概念：软件生命周期软件生命周期 software cycle 从提出开发到消亡划分阶段：从提出开发到消亡划分阶段：可行性研究可行性研究 feasibility investigation需求分析需求分析 req
15、uirement analysis系统设计和详细设计系统设计和详细设计 system & detail design 编码编码 (写程序）写程序） coding测试和排错测试和排错 testing & debugging使用和维护使用和维护 use & maintenance25 (3) 软件产品软件产品 Software Product 定义定义 GB / T 8566 - 2001 一组计算机程序、规程及可能的相关一组计算机程序、规程及可能的相关文档（文档（Document）和数据。和数据。 基本认识：基本认识： 软件软件 程序程序 软件开发软件开发 编写程序编写程序263.3.4 程序程
16、序 （语言）的处理过程（语言）的处理过程 源程序源程序 翻译程序翻译程序 目标程序目标程序Source Program Translator Object Program 汇编汇编语言语言 汇编程序汇编程序 机器语言机器语言 源源程序程序 Assembler 目标程序目标程序 汇编汇编 Assemble 运行运行运行运行RUNRUN27 高级语言高级语言 该语言的该语言的 机器语言机器语言 源程序源程序 编译程序编译程序 目标程序目标程序 可执行的可执行的 连接程序连接程序 目标程序目标程序 Linker 高级语言高级语言 该语言的该语言的 源程序源程序 解释程序解释程序 Compiler C
17、ompiler 编译编译编译编译连连连连接接接接执行执行执行执行ExecuteExecuteInterpreterInterpreter解释执行解释执行解释执行解释执行1. 1.2. 2.28 3.3.5 编译程序编译程序 compiler出错处理出错处理表处理表处理各种数据表各种数据表词词法法分分析析语语法法分分析析中中间间语语言言生生成成中中间间语语法法优优化化代代码码生生成成1. 1.2. 2.3. 3.4. 4.5. 5.源程序源程序源程序源程序目标目标目标目标程序程序程序程序字符字符字符字符语法语法语法语法符号符号符号符号内部内部内部内部形式形式形式形式内部内部内部内部源程源程源程源
18、程序序序序正确正确正确正确源程源程源程源程序序序序29 3.3.6 上机作业的典型过程上机作业的典型过程 。程序库程序库程序库程序库主机主机主机主机编辑程序编辑程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序编译程序编译程序连连连连接接接接程程程程序序序序操作系统操作系统操作系统操作系统源程序源程序源程序源程序源程序源程序源程序源程序文件文件文件文件目标程目标程目标程目标程 序文件序文件序文件序文件可执行可执行可执行可执行目标程目标程目标程目标程序文件序文件序文件序文件IOIO数据数据数据数据EditorEditorCompilerCompilerLinkerLinkerOSOS编辑编辑编辑编辑EditE
19、dit编译编译编译编译CompileCompile连接连接连接连接LinkLink运行运行运行运行RunRunCPUCPU内存内存内存内存303.3.7 程序作业工具程序作业工具程序设计环境：程序设计环境： 把程序作业涉及的编辑程序、编译程序、把程序作业涉及的编辑程序、编译程序、连接程序、调试查错程序集成为一个软件，连接程序、调试查错程序集成为一个软件，提供统一的使用方式和界面，方便作业进行。提供统一的使用方式和界面，方便作业进行。 软件工程环境：软件工程环境： 开发方法成套工具开发方法成套工具 支持从需求分析、系统设计到编码、测试的支持从需求分析、系统设计到编码、测试的 软件开发全过程。软件开发全过程。31
