第3章 計(jì)算機(jī)軟件

第3章計(jì)算機(jī)軟件3.1概述

3.2操作系統(tǒng)

3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.4程序設(shè)計(jì)語言

3.1概述一、計(jì)算機(jī)軟件的定義1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩個(gè)基本組成部分：硬件和軟件計(jì)算機(jī)硬件：組成計(jì)算機(jī)各種物理設(shè)備的總稱。計(jì)算機(jī)軟件：指的是包含與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)操作有關(guān)的程序、規(guī)程、規(guī)則以及相關(guān)文檔的智力創(chuàng)作。3.1概述一、計(jì)算機(jī)軟件的定義

2.軟件既包含程序、也包含與程序相關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔：程序是軟件的主體數(shù)據(jù)是程序所處理的對象及處理過程中使用的一些參數(shù)（如三角函數(shù)表等）文檔是指用自然語言等編寫的文字資料和圖表（如程序設(shè)計(jì)說明書、維護(hù)手冊和使用指南等）3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類1.按照用途分類3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類（1）系統(tǒng)軟件是用來處理以計(jì)算機(jī)為中心任務(wù)的，能讓應(yīng)用軟件與計(jì)算機(jī)相配合，并同時(shí)幫助計(jì)算機(jī)管理內(nèi)部與外部的資源。系統(tǒng)軟件的主要特征：與計(jì)算機(jī)硬件有很強(qiáng)的交互性，能對硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一的控制、調(diào)度和管理。系統(tǒng)軟件有一定的通用性，并不是專為解決某個(gè)具體應(yīng)用而開發(fā)的。3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類系統(tǒng)軟件舉例：①基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS）②操作系統(tǒng)（如Windows、Linux、Unix等）③語言處理程序④數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）（如Oracle、MySQL、ACCESS等）⑤實(shí)用程序（如磁盤清理程序、磁盤碎片整理程序、備份程序等）3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類（2）應(yīng)用軟件是用來幫助用戶完成實(shí)際任務(wù)的，它是指被開發(fā)用于解決特定問題的軟件。3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類應(yīng)用軟件舉例：類別功能流行的軟件名稱文字處理軟件文本編輯、文字處理、桌面排版等Word、AdobeAcrobat、FrontPage等電子表格軟件表格定義、數(shù)值計(jì)算和處理等Excel等圖形圖像軟件圖像處理、幾何圖形繪制等AutoCAD、Photoshop等網(wǎng)絡(luò)通信軟件收發(fā)電子郵件、撥打IP電話等QQ、MSN等媒體播放軟件播放各種數(shù)字音頻和視頻文件MediaPlayer、暴風(fēng)影音等演示軟件制作與播放投影片Powerpoint等3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類2.按照產(chǎn)權(quán)的性質(zhì)分類商品軟件共享軟件免費(fèi)軟件開源軟件3.1概述二、計(jì)算機(jī)軟件的分類（1）商品軟件商品軟件是指用戶需要付費(fèi)才能得到其使用權(quán)。（2）共享軟件共享軟件是一種版權(quán)軟件，用戶可以免費(fèi)獲得。（3）免費(fèi)軟件免費(fèi)軟件就是可以免費(fèi)使用的具有版權(quán)的軟件。（4）開源軟件開源軟件向那些想要修改和改進(jìn)的程序員提供了未編譯的程序指令，即軟件的源代碼。3.2操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識1.操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)（OperatingSystem，簡稱OS）：是計(jì)算機(jī)中最重要的一種系統(tǒng)軟件，它是一些程序模塊的集合，能以盡量有效合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理安排計(jì)算機(jī)的工作流程，控制和支持應(yīng)用程序的運(yùn)行，并向用戶提供各種服務(wù)，提高整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率。3.2操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識2.操作系統(tǒng)的目標(biāo)（1）方便性配置操作系統(tǒng)后可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更方便、容易使用。（2）有效性配置了操作系統(tǒng)后，可以使CPU、I/O設(shè)備等資源由于能保持忙碌狀態(tài)而得到有效的利用。3.2操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識3.操作系統(tǒng)的作用（1）作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者（2）為用戶提供虛擬計(jì)算機(jī)（3）為用戶提供友善的用戶界面3.2操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識4.操作系統(tǒng)的啟動(dòng)（1）啟動(dòng)盤（2）啟動(dòng)過程加電、BIOS自檢程序、自舉程序、引導(dǎo)程序、裝入操作系統(tǒng)3.2操作系統(tǒng)二、常用操作系統(tǒng)介紹1.操作系統(tǒng)分類

(1)批處理系統(tǒng)(2)分時(shí)處理系統(tǒng)(3)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(4)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)3.2操作系統(tǒng)二、常用操作系統(tǒng)介紹2.常用操作系統(tǒng)（1）Windows操作系統(tǒng)Windows95Windows98WindowsNTWindows2000WindowsXPWindowsVistaWindows73.2操作系統(tǒng)二、常用操作系統(tǒng)介紹（2）UNIX操作系統(tǒng)

UNIX是通用、多用戶、多任務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的主流操作系統(tǒng)之一，它的眾多版本被大型機(jī)、工作站所使用。

（3）Linux操作系統(tǒng)3.2操作系統(tǒng)三、多任務(wù)處理1.定義：多任務(wù)是指一個(gè)用戶在同一臺計(jì)算機(jī)上使用一個(gè)中央處理器來執(zhí)行多個(gè)程序。2.優(yōu)點(diǎn)：（1）大大提高了用戶的工作效率（2）大大提高了計(jì)算機(jī)的使用效率3.2操作系統(tǒng)三、多任務(wù)處理3.舉例：3.2操作系統(tǒng)四、多處理器處理1.多處理器處理指的是一個(gè)或多個(gè)用戶在兩個(gè)或更多的CPU上同時(shí)執(zhí)行程序。這種模式可以一次處理不同程序的指令或者同一程序中的不同指令。

2.實(shí)現(xiàn)多處理器處理的方法是并行處理。在并行處理中，幾個(gè)獨(dú)立的處理器共同完成同一個(gè)任務(wù)，并且共享內(nèi)存。3.2操作系統(tǒng)五、存儲管理

1.計(jì)算機(jī)上使用的內(nèi)存由于成本等原因，其容量總有限制。在運(yùn)行需要處理具有大量數(shù)據(jù)的程序時(shí)，內(nèi)存往往不夠使用?，F(xiàn)在，操作系統(tǒng)一般都采用虛擬存儲技術(shù)進(jìn)行存儲管理。3.2操作系統(tǒng)五、存儲管理2.虛擬存儲器示意圖頁面1頁面2頁面3頁面4邏輯地址映射成為物理地址直接訪問頁面不在物理內(nèi)存從虛擬內(nèi)存讀一頁物理內(nèi)存已滿，換出一頁磁盤中的虛擬內(nèi)存物理內(nèi)存虛擬存儲器3.2操作系統(tǒng)五、存儲管理3.使用系統(tǒng)屬性查看物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的性能3.2操作系統(tǒng)六、文件管理1.文件的概念文件是存儲在外存儲器中的一組相關(guān)信息的集合。2.文件名（1）規(guī)則文件名最多由255個(gè)字符組成，文件名中允許有空格，但不能含有？*＼／<>:“|等字符。（2）組成文件名由兩部分組成：主文件名和擴(kuò)展名常用程序文件的擴(kuò)展名：.exe.com.dll.bat常用數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名：

文本文件聲音文件圖形、圖像文件動(dòng)畫/視頻文件Web網(wǎng)頁文件3.2操作系統(tǒng)六、文件管理3.文件的屬性

(1)系統(tǒng)屬性(2)存檔屬性(3)隱藏屬性(4)只讀屬性

3.2操作系統(tǒng)六、文件管理4.文件的查找（1）多義文件名（“？”表示替代一個(gè)任意字符；“*”表示替代多個(gè)任意字符）。（2）查找范圍（3）包含文字（4）搜索選項(xiàng)（包含日期、文件大小、文件類型）。3.2操作系統(tǒng)六、文件管理5.文件目錄（文件夾）文件目錄也叫文件夾，采用多級層次式結(jié)構(gòu)。文件夾也有類似于文件的說明信息。3.2操作系統(tǒng)六、文件管理6.文件管理(1)文件管理的任務(wù)文件管理的任務(wù)是有效地支持文件的存儲、檢索和修改等操作，解決文件的共享、保密和保護(hù)問題。(2)文件管理系統(tǒng)向用戶（或程序）提供的基本功能①創(chuàng)建新文件（文件夾）在外存儲器中分配空間②保存文件③讀入文件④刪除文件

3.2操作系統(tǒng)七、設(shè)備管理1.任務(wù)設(shè)備管理的重要任務(wù)是負(fù)責(zé)控制和操縱所有I/O設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同類型的I/O設(shè)備之間、I/O設(shè)備與CPU之間、I/O設(shè)備與通道和I/O設(shè)備與控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，使它們能協(xié)調(diào)地工作，為用戶提供高效、便捷的I/O操作服務(wù)。2.目的設(shè)備管理的目的是方便用戶操作，提高設(shè)備利用率和處理效率。3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法1.算法的概念算法是對解決問題步驟的描述。2.算法的性質(zhì)(1)確定性(2)有窮性(3)能行性(4)輸出3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法3.算法設(shè)計(jì)(1)正確性(2)可讀性(3)健壯性(4)高效率與低存儲量需求3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法算法設(shè)計(jì)舉例問題：給定n個(gè)整數(shù)，現(xiàn)給出任意一個(gè)整數(shù)x,要求確定數(shù)據(jù)x是否在這n個(gè)數(shù)據(jù)中。粗略的思路：這n個(gè)數(shù)據(jù)如果按任意次序排列(a1,a2,…..an),那么，要查找x，就首先必須讓x與a1比較，若不等，則與a2比較，依此類推，直到存在某個(gè)i（1≤i≤n）使得x等于ai，或者i大于n為止，后者說明沒有找到。如果我們將數(shù)據(jù)按大小次序排列起來，滿足a1≤a2≤…≤an。則順序在表中查找x時(shí)只要發(fā)現(xiàn)x<a1，或出現(xiàn)ai<x<ai+1,(1≤i≤n-1),或者an﹤x,就可以斷定x不在這n個(gè)數(shù)據(jù)中，只要x不是這n個(gè)數(shù)據(jù)中最大的，就不會要n次比較，這樣確定x不在數(shù)據(jù)中的平均查找時(shí)間就要少的多了。3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法進(jìn)一步細(xì)化：在數(shù)據(jù)按大小順序排列后，若我們采用下面的二分查找方法，則平均查找時(shí)間會大大減少。二分查找的算法是：開始設(shè)l=1，h=n；重復(fù)以下步驟，直到l＞h后轉(zhuǎn)⑤：①計(jì)算中點(diǎn)m=(l+h)/2的整數(shù)部分（小數(shù)部分丟棄）；②若待查數(shù)據(jù)x與第m個(gè)數(shù)據(jù)相同，查找成功，算法結(jié)束；③若x小于第m個(gè)數(shù)據(jù)，則h改為m-1,轉(zhuǎn)①：④若x大于第m個(gè)數(shù)據(jù)，則l改為m+1，轉(zhuǎn)①；⑤查找不成功,x不在這n個(gè)數(shù)據(jù)中，算法結(jié)束。3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法4.算法的表示流程圖程序設(shè)計(jì)語言偽代碼3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法(1)流程圖問題：求3個(gè)數(shù)a,b,c中的最大數(shù)。3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法（2）程序設(shè)計(jì)語言問題：求3個(gè)數(shù)a,b,c中的最大數(shù)（用C語言編寫）。main(){inta,b,c,max;

scanf(“%d,%d,%d”,&a,&b,&c);

if(a<b)max=b;elsemax=a;if(max<c)max=c;printf(“%d”,max);}3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一、算法（3）偽代碼偽代碼是介于自然語言和程序設(shè)計(jì)語言之間的一種表示方法，丟棄程序設(shè)計(jì)語言中的繁瑣細(xì)節(jié)，保留程序設(shè)計(jì)語言中的關(guān)鍵的流程控制結(jié)構(gòu)，再適當(dāng)輔之以自然語言描述。是一種既精確又容易理解的表示方法。3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念數(shù)據(jù)是描述客觀事物的數(shù)值、字符以及所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號的集合。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，將程序中數(shù)據(jù)的組織方式叫做數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)3.3算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)順序表結(jié)構(gòu)鏈接表結(jié)構(gòu)(3)數(shù)據(jù)的運(yùn)算不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各有其相應(yīng)的若干運(yùn)算，常用的運(yùn)算有插入、刪除、檢索和排序等。3.4程序設(shè)計(jì)語言一、程序設(shè)計(jì)語言分類

1.機(jī)器語言（1）機(jī)器語言就是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。機(jī)器語言是直接用二進(jìn)制代碼指令表示的計(jì)算機(jī)語言，是計(jì)算機(jī)唯一能直接識別、直接執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語言。（2）用機(jī)器語言編寫程序時(shí)，程序設(shè)計(jì)人員不僅非常費(fèi)力，而且編寫程序的效率還非常低。（3）用機(jī)器語言編寫的程序在不同的計(jì)算機(jī)上不能通用。

3.4程序設(shè)計(jì)語言一、程序設(shè)計(jì)語言分類

2.匯編語言（1）匯編語言是用一些助記符表示指令功能的計(jì)算機(jī)語言，它和機(jī)器語言基本上是一一對應(yīng)的，更便于記憶。（2）用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言源程序，需要采用匯編程序?qū)⒃闯绦蚍g成機(jī)器語言目標(biāo)程序，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。3.4程序設(shè)計(jì)語言一、程序設(shè)計(jì)語言分類

3.高級語言（1）高級語言與具體的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)無關(guān)，其表達(dá)方式更接近人們對求解過程或問題的描述方式。（2）使用高級語言編寫的程序稱為“源程序”，必須編譯成目標(biāo)程序，再與有關(guān)的“庫程序”連接成可執(zhí)行程序，才能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。3.4程序設(shè)計(jì)語言二、語言處理程序1.匯編程序匯編程序是將匯編語言編寫的源程序翻譯加工成機(jī)器語言表示的目標(biāo)程序。2.解釋程序?qū)⒃凑Z言書寫的源程序作為輸入，解釋一句后就提交計(jì)算機(jī)執(zhí)行一句，并不形成目標(biāo)程序。3.編譯程序把高級語言源程序作為輸入，進(jìn)行翻譯轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生出機(jī)器語言的目標(biāo)程序，然后再讓計(jì)算機(jī)去執(zhí)行這個(gè)目標(biāo)程序，得到計(jì)算結(jié)果。3.4程序設(shè)計(jì)語言三、程序設(shè)計(jì)語言的基本成分?jǐn)?shù)據(jù)成分運(yùn)算成分控制成分傳輸成分3.4程序設(shè)計(jì)語言三、程序設(shè)計(jì)語言的基本成分1.控制成分（1）順序結(jié)構(gòu)表示先執(zhí)行操作A，然后執(zhí)行操作B。3.4程序設(shè)計(jì)語言三、程序設(shè)計(jì)語言的基本成分（2）選擇結(jié)構(gòu)表示當(dāng)條件P成立時(shí)執(zhí)行操作A，當(dāng)條件P不成立時(shí)執(zhí)行操作B。

3.4程序設(shè)計(jì)語言三、程序設(shè)計(jì)語言的基本成分（3）重復(fù)結(jié)構(gòu)