西安交通大學計算機教學實驗中心 計算機軟件基礎

第7阜無

收件概述

開場白

計算機軟件索礎

FundamentalsofComputersoftware

西安交通大學

計算機數(shù)學實驗中心

《軟件基礎》教學大綱

一、課程的目的和任務

二、課程基本要求

三、課程基本內容

、實驗內容

五、時間分配

上一頁］

停止放電

六、考試方法

下一頁I

第2頁

課程的的和任務

《軟件基礎》是非電類專業(yè)的一門技術基礎課,

涉及“計算機操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)結構”、

“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”和“軟件工程”9門課

程的經典內容，通過該課程的學習，使學生

掌握開發(fā)應用軟件所必需的軟件基礎知識，

為今后結合本專業(yè)開發(fā)應用軟件打下必要的

基礎。

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停止放映I

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第3頁

課程基本要求

了解計算機軟件的基本概念，理解有關的常用技術

術語。

了解程序設計中常用的數(shù)據(jù)結構及相應算法，初步

掌握對不同類型的問題求解選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)結構。

了解應用軟件開發(fā)的最基本的環(huán)境;掌握操作系統(tǒng)

的基本概念和基本功能，了解計算機系統(tǒng)硬、軟件

資源如何控制管理。

了解如何以近代軟件工程的觀點開發(fā)應用軟件的基

上一頁

本概念和方法O

停止放映I

了解數(shù)據(jù)庫的基本概念，初步掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開

下一頁_發(fā)方法。

第4頁

三、課程基本內容

1、數(shù)據(jù)結構

2,操作系統(tǒng)原理

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

4、軟件工程

上一頁

I

停止放映

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第5頁

1、數(shù)據(jù)結構

學數(shù)據(jù)結構是計算機的專業(yè)技術基礎課。它研

究的主要問題有:

@分析數(shù)據(jù)（計算機加工的對象）的特征

?選擇適當邏輯存儲結構和物理存儲結構

?在存儲結構的基礎上實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的操作

上一頁

停止放喚I

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第6頁

2、操作系統(tǒng)原理

▲是研究計算機工作原理的一門學科：

研究的主要問題:

立提高系統(tǒng)資源的利用率

。更有效地組織、協(xié)調、管理計算機內

部的工作流程

。為用戶提供更友好、便捷的操作界面

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停止放映I

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第7頁

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理

▲是一門綜合性軟件技術課。它研究的主

要問題是：

□描述數(shù)據(jù)記錄（用數(shù)據(jù)描述語言）

□實現(xiàn)對數(shù)據(jù)記錄的管理操作

□實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的應用管理

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停止放映I

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第8頁

4、軟件工程

上是一門交叉學科；它包括計算機科學、

數(shù)學、工程學和管理等學科。

會主果研究：

>克服、解決“軟件危機”

>改進“軟件生產”的方法、工具

>提高軟件的生產率

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停止放映I

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第9頁

全本課程實驗內容提要:

1、操作系統(tǒng)及應用；Windows'(2000)

的操作。

2、數(shù)據(jù)結構程序設計；用程序設計語言實

現(xiàn)a二叉樹鏈表的操作。

上一頁

3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應用；用ACCESS實現(xiàn)

停止放喚I

“學生成績”數(shù)據(jù)庫的操作。

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第10頁

五、時間分配

1、課時分配：44學時

課程名稱分配學時

操作系統(tǒng)8

數(shù)據(jù)結構16

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)10

軟件工程10

2、機時分配：20學時

實驗名稱分配機時

上一頁操作系統(tǒng)及應用4

I

停止放映數(shù)據(jù)結構程序設計8

數(shù)據(jù)庫及應用8

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第U頁

六、說明

1、考核方法

期末筆試十大作業(yè)+平時實驗的綜合成績

2、教材

《計算機軟件技術基礎》人民郵電出版社

3、參考書

《面向對象的理論與C++實踐》清華大學出版社

《軟件工程導論》清華大學出版社

《ACCESS2000實用教程》清華大學出版社

上一頁《數(shù)據(jù)結構一00方法與C++描述》清華大學出版社

I

停止放映《大學計算機基礎》高等教育出版社

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第12頁

《軟件基礎》概述

容什么是“軟件”?

好軟件的特征

小軟件的分類

.軟件的發(fā)展

上一頁琳軟件危機

I

停止放映

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第13頁

軟件(Software)

隨著信息化、網絡15數(shù)字化時代的到來,

社會對“軟件”的需求激增。如今，世

界發(fā)達國家都把軟件列為國家發(fā)展的關鍵

技術領域。

美巨■巨家關鍵技術委員會將軟件列為六大關

鍵技術之一；

歐洲共同體將“軟件和信息處理”列為關鍵

技術；

臼

上一頁我把信息產業(yè)放在優(yōu)先發(fā)展的地位，看作

I是中目發(fā)展高新技術、趕超世界先進水平

停止放映

的一次千載難逢的機遇。

下一頁,

第14頁

軟件的基本概念

士什么是軟件？

,計算機系統(tǒng)由計算機硬件和軟件構成。

.計算機神奇的功能是在軟件的“指揮”下創(chuàng)造

出來的。

>軟件是各種程序和有關資料的總稱。

展程序是：

?為實現(xiàn)特定目標或解決特定問題而用計

算機語言編寫的命令序列的集合

?是人們求解問題的邏輯思維活動的代碼

上一頁

I化描述

停止放映身程序的最重要的目的是:

下一頁_便于閱讀、交流

第15頁

軟件的特征

?軟件是邏輯產品

?軟件產品質量的體現(xiàn)方式不同

e軟件產品的失敗曲線不同

.軟件產品的成本構成不同

?軟件產品不存在同類零件替換

上一頁

I?軟件產品的靜態(tài)和動態(tài)屬性

停止放j

下一頁_

第16頁

軟件是邏輯產品

軟件產品是:

一具有產值、價格、質量和功能的

特性

一看不見，是邏輯的、無形的

一是腦力勞動的結晶

上一頁

停止放映

下一頁,

第17頁

軟件產品質量體現(xiàn)方式不同

年質量體現(xiàn)方式不同：

-實用、可靠、可操作性;

一可維護性強

一方傻用戶

一不會折舊、損壞、老化

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停止放映

下一頁,

第18頁

軟、硬件失敗曲線

頰率

上一頁

硬件

停止放映;穩(wěn)定期

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第19頁

軟、硬件比例示意圖（成本構成）

人（單位:百萬）

軟、硬件成本比例軟、硬簟霾眇美國軟件供需圖示

上一頁

I開發(fā)中：硬件成本小，人力成本大

停止放映

生產中：生產成本小，維護成本大

下一頁

計算機系統(tǒng)中：軟件成本逐漸增大。必

第20頁

軟件產品不存在同類零件替換

:h當硬件產品中某個部件損壞后，可以用相

同的備用部件更換，便硬件系統(tǒng)恢復正常

工作。

：h而軟件產品卻沒有相同的備用部件可言,

因為軟件出現(xiàn)的每一個故障，要么是由于

設計考慮不周造成的，要么是編程錯誤造

成的。

上一頁

I:h由于軟件無備用部件可供更換,而軟件

停止放映

維護比硬件維護要復雜得多，成本也高得

下一頁_多。

第21頁

軟件產品的錚態(tài)和動態(tài)屬性

4軟件是由程序和相關文檔資料組成的。

-程序是具有雙重屬性的:

它是求解客觀問題的邏輯描述，是供閱讀和交流的,

它的表示是黔態(tài)的；

程序最終是通過運行去執(zhí)行特定的操作和數(shù)據(jù)處理,

它又具有極其復雜和豐富內涵的動態(tài)屬性。

二程序的雙重決定判別程序是否正確也要有雙重標準:

-港態(tài)的程序正確與否是檢查它的語法和句法是否

上一頁符合規(guī)則要求；

停止放映-動態(tài)的程序正確與否則要動態(tài)的測試程序的所有

邏輯流結構和數(shù)據(jù)結構是否正確O

下一頁,

第22頁

軟件分類

軟件按不同方式可以劃分為

不同的類型：

-按功能劃分

-按規(guī)模劃分

上一頁

停止放映I

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第23頁

按功能劃分軟件分類

r操作系統(tǒng)

網絡系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件《語言編譯器

I工具軟件

軟件V

r管理軟件

應用軟件實時軟件

(J科學計算、數(shù)據(jù)處理

上一頁嵌入式軟件

I

停止放映人工智能軟件

I專用領域軟件

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第24頁

系統(tǒng)軟件

是支持計算機系統(tǒng)正常運行并實現(xiàn)用戶操作

的那部分軟件。

一般是在計算機系統(tǒng)購買時隨機攜帶的，也

可以根據(jù)需要另行安裝。

系統(tǒng)軟件的主要特征是：

-與硬件有很強的交互性

-能對資源共享進行調度管理

上一頁-能解決并發(fā)操作處理中存在的協(xié)調問漉

I

停止放映一其中的數(shù)據(jù)結構亥雜，夕卜部接口多樣化，

下一頁_便于用戶反復使用

第25頁

應用軟件

應用軟件是為滿足用戶不同領域、

不同問題的應用需求而提供的那部

分軟件。

?它可以拓寬計算機系統(tǒng)的應用領域，

放大硬件的功能。

上一頁

應用軟件具有無限豐富和美好的開

停止放映I

發(fā)前景。

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第26頁

按規(guī)模劃分軟件分類

分類程序規(guī)模模塊數(shù)開發(fā)時間開發(fā)人數(shù)

極

小

500行以下10?201~4周1人

小

1K?2K行25?501?6月1人

中

5K?50K行250?10001?2年2?5人

大

50K?100K行1000以上2?3屋5?20人

大

甚行年人

大1M4?5100?1000

極

1M?10M行5?10年2000?5000

上一頁

停止放映

下一頁,

第27頁

軟件的發(fā)展

軟件伴隨計算機技術的發(fā)展經

歷了三個階段：

程序設計階段

軟件設計階段

軟件工程階段

上一頁

停止放映I

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第28頁

程序設計階段

程序設計階段（1946年~1955年）

特點

一尚無軟件的概念，程序設計主要E呈

繞硬件進行開發(fā)

一規(guī)模很小、工具簡單

一無明確分工（開發(fā)者和用戶）

一程序設計追求節(jié)省空間和編程技巧,

上一頁

I天文檔資料

停止放映一主要是用于科學計算

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第29頁

軟件設計階段

軟件設計階段（1956年~1970年）

特點：

一硬件環(huán)境相對穩(wěn)定，出現(xiàn)“軟件作坊”的

開發(fā)組織

一開始使用產品軟件（可購買）,從而建立

了軟件的概念

一系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，高級編程語言層出

不窮，應用領域不斷?拓寬

一開發(fā)者和用戶有了明確分工，社會對軟件

上一頁

的需求量劇增

停止放映I

一但是軟件開發(fā)技術沒有重大突破，生產效

下一頁_率低下，從而導致“軟件危機”產生。

第30頁

軟件工程階段

軟件工程階段（1970年~至今）

由于軟件危機的產生，迫使人們不得不研究、改變軟

件開發(fā)的技術手段和管理方法。從此軟件生產進入軌

件工程時代。

特點：

一硬件已向“四化”（巨型、微型、網絡、智能）

發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術已成熟并廣泛應用，第三、四

代語言出現(xiàn)。

一第一代軟件技術-----結構化程序設計在數(shù)值計算

領域取得優(yōu)異成績;

上一頁-第二代軟件技術-----軟件測試技術、方法、原理

用于軟件生產過程；

停止放映I

一第三代軟件技術-----處理需求定義技術，用于軟

下一頁_件需求分析和描述。

第31頁

軟件危機

好硬件生產率大幅提高

小軟件規(guī)模越來越大

字軟件生產率很低

冷硬、軟件供需失衡

字矛盾引發(fā)“軟件危機”

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停止放映I

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第32頁

硬件生產率大幅提高

如今，計算機的發(fā)展已進入一個新的歷史階段;

硬件產品已系列化、標準化，“即插即用"o

硬件產品的生產可以采用最高精尖的現(xiàn)代化工

具和手段、自動生產。生產效率幾百萬倍

的提高。

生產能力過剩。

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停止放映I

下一頁_

第33頁

軟件生產隨規(guī)模增大、

以美巨宇航局的軟件系統(tǒng)為例

1963年水星計劃系統(tǒng)200萬條指令

1967年雙子星座計劃系統(tǒng)400萬條指令

1973年阿波羅計劃系統(tǒng)1000萬條指令

1979年哥倫比班航天飛機系統(tǒng)4000萬條指令

假設1個人一年生產一萬條有效指令，那么是否

4000人生產一年，或400人生產10年就能完成任

務呢?答案是否定的。一萬條指令的復雜度決

上一頁

I不僅僅是100條指令復雜度的100倍。

停止放映

下一頁,

第34頁

軟件生產率很低

伴嘮計算機的普及，整個社會對計

笄機應用的需求越來越大。

但軟件的生產卻還沿用“手工作坊”

的生產方式，人工編程生產。生產

效率僅提高了幾倍。

上一頁

生產能力極其低下。

停止放映

下一頁,

第35頁

硬、軟件供需失衡

社會大量需求，生產成本高，生產

過程控制復雜，生產效率低等等因

素構成軟件生產的惡性循環(huán)。

由此產生“軟件危機”。

上一頁

停止放映I

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第36頁

矛盾別發(fā)“軟件危機”

軟件危機是指在計算機軟件的開發(fā)和維

護過程中所遇到的一系列嚴董問題。

為了研究、解決軟件危機，誕生了一

門新興學科-----軟件工程學。它把軟

件作為工程對象，從技術措施和組織

管理兩個方面來研究、解決軟件危機。

上一頁

停止放映I

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第37頁

軟件危機的具體體現(xiàn)

(1)軟件開發(fā)進度難以預測

(2)軟件開發(fā)成本難以控制

(3)用戶對軟件功能難以滿足

(4)軟件產品質量無法保證

(5)軟件產品難以維護

(6)軟件通常缺少適當?shù)奈臋n資料

上一頁

停止放映I

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第38頁

(1)軟件開發(fā)進度難以預測

拖延工期幾個月甚至幾年的現(xiàn)象并不罕見，這種現(xiàn)象降

低了軟件開發(fā)組織的信譽。

以丹佛新巨際機場為例

-該機場規(guī)模是曼哈頓機場的兩倍，寬為希思機場

的10倍，可以全天侯同時起降三架噴氣式客機；

一投資L93億美元建立了一個地下行李傳送系統(tǒng)，

總長21英里，有4,000臺遙控車，可按不同線路在

20家不同的航空公旬柜臺、登機門和行李領取處

之間發(fā)送和傳遞行李；

一支持該系統(tǒng)的是5,000個電子眼、400臺無線電接

受機、56臺條形碼掃描儀和100臺計算機

上一頁

I一按原定計劃栗在1993年萬圣節(jié)前啟用，但一直到

停止放映1994年6月，機場的計劃者還無法預測行李系統(tǒng)何

時能達到可使機場開放的穩(wěn)定程度。

下一頁_

第39頁

(2)軟件開發(fā)成本難以控制

投資一再追加，令人難于置信。往往是

實際成本比預算成本高出一個數(shù)量級。

而為了趕進度和節(jié)約成本所采取的一些

權宜之計又往往損害了軟件產品的質量,

從而不可避免地會引起用戶的不滿。

上一頁］

停止放4

下一頁,

第40頁

(3)用戶對產品功能難以滿足

開發(fā)人員和用戶之間很難溝逋、矛盾很

難統(tǒng)一。往往是軟件開發(fā)人員不能真正

了解用戶的需求，而用戶又不了解計算

機求解問題的模式和能力,雙方無法用

共同熬悉的語言進行交流和描述。

在雙方互不充分了解的情況下，就倉促

上陣設計系統(tǒng)、匆忙著手編寫程序，這

上一頁

I種“閉門造車”的開發(fā)方式必然導致最

停止放映終的產品不符合用戶的實際需要。

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第41頁

(4)軟件產品質量無法保證

系統(tǒng)中的錯誤難以消除。軟件是邏

輯產品，質量問題很難以統(tǒng)一的標

準度量,而造成質量控制E3難。

軟件產品并不是沒有錯誤，而是盲

檢測很難發(fā)現(xiàn)錯誤，而隱藏下來

的錯誤往往是造成重大事故的隱患。

上一頁

停止放映I

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第42頁

(5)軟件產品難以維護

軟件產品本質上是開發(fā)人員的代碼化的

邏輯思維活動，他人難以替代。除非是

開發(fā)者本人，否則很難及時檢測、排除

系統(tǒng)故障。

為使系統(tǒng)適應新的硬件環(huán)境，或根據(jù)用

戶的需要在原系統(tǒng)中增加一些新的功能,

上一頁

又有可能增加系統(tǒng)中的錯誤。

停止放映I

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第43頁

(6)軟件缺少適當?shù)奈臋n資料

文檔資料是軟件必不可少的重要組成部分。

實際上，軟件的文檔資料是開發(fā)組織和用戶

的之間權利和義務的合同書，是系統(tǒng)管理者、

總體設計者向開發(fā)人員下達的任務書，是系

統(tǒng)維護人員的技術指導手冊，是用戶的操作

說明書。

缺乏必要的文檔資料或者文檔資料不合格,

將給軟件開發(fā)和維護帶來許多嚴重的困難和

上一頁

I問題。

停止放映

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第44頁

最典型失敗系統(tǒng)的例子

AIBM公旬開發(fā)0S/360系統(tǒng)，共

有4000多個模塊，約100萬條

指令，投入5000人年，耗資數(shù)

億美元，結果還是延期交付。

在交付使用后的系統(tǒng)中仍發(fā)現(xiàn)

大量（2000個以上）的錯誤。

上一頁

停止放映I

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第45頁

軟件危機產生的原因

A產生軟件危機有兩個方面的原

一與軟件本身的特點有關；是內在

素、客觀的存在，只能因勢利導加

以解決。

一與軟件開發(fā)和維護的技術方法有關；

上一頁

是外在因素，可以完善、提高。

停止放映

下一頁,

第46頁

軟件特點的因素（內因）I

軟件是邏輯產品，是代碼化了的人的思維活

動。在總體構思時，別人無法管理和干預。

在寫出程序、并在機器上運行之前，進展情

況難以掌握，開發(fā)質量也無法評估。這些都

紿管理和控制帶來不侵。

軟件是特定問題在計算機上的運行描述。實

際問題的復雜性決定了一個實用軟件系統(tǒng)規(guī)

上一頁

模往往十分龐大。大有大的難處。程序規(guī)模

停止放映

越大，控制、管理難度也就越大。

下一頁,

第47頁

軟件開發(fā)