1、 大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)第三章計算機(jī)軟件系統(tǒng)第三章計算機(jī)軟件系統(tǒng)微機(jī)軟件系統(tǒng)的基本組成操作系統(tǒng)功能掌握本章學(xué)理解習(xí)目標(biāo)了解應(yīng)用軟件第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)第三章計算機(jī)軟件系統(tǒng)v 本章內(nèi)容3.1軟件性質(zhì)及發(fā)展史3.2計算機(jī)的操作系統(tǒng)3.3應(yīng)用軟件第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1 軟件的性質(zhì)及發(fā)展史本節(jié)內(nèi)容3.1.1軟件的基本概念3.1.2軟件的性質(zhì)3.1.3軟件技術(shù)進(jìn)化史3.1.4軟件系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.1 軟件的基本概念計算機(jī)軟件是在計算機(jī)上運(yùn)行的各種程序、要處理的各類數(shù)據(jù)以及相關(guān)文檔的總稱計算機(jī)軟件在使用中不會磨損，硬件會磨損。不裝備任何軟件的計算機(jī)稱為硬件計算機(jī)或“裸機(jī)”軟件公式表

2、示：軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.2 軟件的性質(zhì)本質(zhì)以數(shù)字方式存在軟件復(fù)雜性、規(guī)模不斷增加表現(xiàn)形式不同維護(hù)方式不同生產(chǎn)方式不同第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史1968年以后， 采用工程方 法。著重研 究軟件新技 術(shù)；注重軟 件理論研究。19461956年：科學(xué)計算；輸入輸出量不大、計算量較大，存儲容量較小，采用低級語言。19561968年：高級語言出現(xiàn)以后到軟件工程出現(xiàn)以前。非數(shù)值數(shù)據(jù)（計算量小但輸入輸出量較大），出現(xiàn)大容量存儲器，出現(xiàn)操作系統(tǒng)，出現(xiàn)軟件一詞。由個體工作方式逐步轉(zhuǎn)向合作方式。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史1.初

3、期（20世紀(jì)5070年代）20世紀(jì)50年代前后“石器時代”機(jī)器語言010 1 1000110代碼第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史1.初期（20世紀(jì)5070年代）20世紀(jì)60中期70末結(jié)構(gòu)化軟件技術(shù)高級語言關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)COBOLC第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)Pascal3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史1.初期（20世紀(jì)5070年代）20世紀(jì)60中期70末數(shù)據(jù)庫技術(shù)20世紀(jì)60年代之前： 文件系統(tǒng)經(jīng)歷層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)關(guān)系結(jié)構(gòu)第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史2.中期（20世紀(jì)80年代）圖形用戶界面（GUI）20世紀(jì)80年代 圖形技術(shù)有了迅

4、速的發(fā)展，圖形用戶界面（GUI）的迅速普及與流行，成為計算機(jī)軟件領(lǐng)域人機(jī)界面革命的最耀眼亮點。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史2.中期（20世紀(jì)80年代）圖形用戶界面（GUI）20世紀(jì)80年代 1985年微軟發(fā)行了Windows1.0，是第一次對PC平臺GUI的嘗試。 另一方面，當(dāng)時的Unix系統(tǒng)上的圖形界面XWindow也蓬勃地發(fā)展起來。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代） 隨著WWW普及，軟件架構(gòu)再次發(fā)生了新變革從客戶機(jī)/服務(wù)器模式(C/S)向瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式轉(zhuǎn)變。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.

5、3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代）過渡B/S模式C/S模式第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代） B/S模式具備了C/S架構(gòu)所具有的一切優(yōu)點：用戶端無需專用的軟件當(dāng)企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級時，只需更新服務(wù)器端軟件減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本與工作量。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代）u 自由軟件或開放源碼軟件:Linux目前已成為重要的、流行的操作系統(tǒng)，開創(chuàng)了自由軟件或開放源代碼軟件的新時代。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算

6、（20世紀(jì)90年代）u Android（在中國大陸一般稱為“安卓”）：是以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng)是Google公司另一個主要軟件產(chǎn)品。主要應(yīng)用于3G手機(jī)與平板電腦。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代）統(tǒng)一建模語言UMLu 1995年，三位杰出的軟件科學(xué)家：JacobsonBoochR-umbaugh多年研究成果： 統(tǒng)一建模語言UML誕生了。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史軟件的發(fā)展史3.網(wǎng)絡(luò)計算（20世紀(jì)90年代）統(tǒng)一軟件開發(fā)過程UDPu 1997，三位科學(xué)家又提出了：統(tǒng)一的軟件開發(fā)過程UDP（TheUnite

7、dSoftwareDevelopmentProcess）。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.3 軟件技術(shù)發(fā)展史發(fā)展的主要特點網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)化融合化第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.1.4 軟件的分層結(jié)構(gòu)按照計算機(jī)軟件分類與代碼的國家標(biāo)準(zhǔn)v 系統(tǒng)軟件：是在計算機(jī)系統(tǒng)中最靠近硬件的一層，其它軟件一般都是通過系統(tǒng)軟件來發(fā)揮作用。如編譯程序、操作系統(tǒng)等。v 支撐軟件：是支撐軟件的開發(fā)和維護(hù)的軟件，支撐軟件包括各種軟件開發(fā)工具、評測工具、界面工具、轉(zhuǎn)換工具和管理工具，也包括各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)支撐軟件和其它支撐軟件。v 應(yīng)用軟件：是為特定應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的專用軟件，它們處于整個計算機(jī)系統(tǒng)的最頂層。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)

8、3.1.4 軟件的分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件層實用軟件層操作系統(tǒng)層計算機(jī)硬件層第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)裸機(jī)WindowsXP、Window2000等QBASICC語言字（表格）處理軟件、財務(wù)軟件3.2 計算機(jī)的操作系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容3.2.1操作系統(tǒng)的任務(wù)與功能3.2.2處理機(jī)(CPU)管理3.2.3存儲器的管理3.2.4文件管理3.2.5人機(jī)接口管理3.2.6操作系統(tǒng)分類3.2.7嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.1操作系統(tǒng)的任務(wù)與功能什么是操作系統(tǒng)？應(yīng)軟件開發(fā)工具操用用作系硬件戶軟統(tǒng)件操作系統(tǒng)與用戶的關(guān)系第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)（Operating System，簡稱OS）是一種系統(tǒng)

9、軟件，是程序模塊的集合。這些模塊管理和控制計算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件資源，合理地組織計算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強(qiáng)、使用方便的工作環(huán)境。3.2.1操作系統(tǒng)的任務(wù)與功能操作系統(tǒng)的任務(wù)及功能CPU管理存儲器管理存儲管理指的是對內(nèi)存中用戶區(qū)進(jìn)行管理，主要是對內(nèi)存空間進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充，合理地有效地將存儲空間分配給每個程序，回收用戶不再使用的空間，并進(jìn)行磁盤空間整理等， 以提高內(nèi)存空間的利用率并方便用戶使用。CPU管理的任務(wù)就是解決如何把CPU合理、動態(tài)地分配給多道程序系統(tǒng)， 從而使得多個處理任務(wù)同時運(yùn)行而互不干擾， 極大地發(fā)揮CPU的工作效率。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.1操

10、作系統(tǒng)的任務(wù)與功能操作系統(tǒng)的任務(wù)及功能文件管理作業(yè)管理作業(yè)管理是對用戶提交的諸多作業(yè)進(jìn)行管理，包括作業(yè)的組織、控制和調(diào)度等。設(shè)備管理設(shè)備管理是指對所有外部設(shè)備進(jìn)行管理，是操作系統(tǒng)中用戶和外部設(shè)備之間的接口。文件管理是指對數(shù)據(jù)信息資源的管理。其實就是對外存儲器的管理。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理1.中斷處理所謂中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個做出的一種反應(yīng)： CPU暫停正在執(zhí)行的程序 保護(hù)現(xiàn)場（CPU當(dāng)前的狀態(tài)） 自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序 處理完畢后返回斷點，繼續(xù)執(zhí)行斷”的程序體。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理1.中斷處理保護(hù)現(xiàn)場原來程序中斷

11、(斷點)執(zhí)行程序繼續(xù)執(zhí)行轉(zhuǎn)移完畢返回處理故障第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)生故障3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理2.處理器調(diào)度 在多道程序或多用戶的情況下，組織多個作業(yè)或任務(wù)執(zhí)行時，就要解決處理器的調(diào)度、分配和回收等問題。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理2.處理器調(diào)度 為了實現(xiàn)處理器調(diào)度的功能，操作系統(tǒng)引入了進(jìn)程（process）的概念 處理器的分配和執(zhí)行都是以進(jìn)程為基本單位。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理3.進(jìn)程與狀態(tài)程序與進(jìn)程概念是不可分的只要運(yùn)行一個程序，相應(yīng)的一個進(jìn)程或多個進(jìn)程就誕生了而且它伴隨著整個操作過程，直到程序終止。第三章 計算

12、機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理3.進(jìn)程與狀態(tài)進(jìn)程是一個最基本的概念，是將一個程序與執(zhí)行該程序的活動區(qū)分開來。進(jìn)程是機(jī)器在某個時刻的快照，在一個程序的執(zhí)行期間的不同時刻，將觀察到不同的快照。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理3.進(jìn)程與狀態(tài)三種狀態(tài)執(zhí)行132就緒等待4第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理3.進(jìn)程與狀態(tài)進(jìn)程調(diào)度與管理操作系統(tǒng)通過進(jìn)程控制塊PCB來調(diào)度、管理進(jìn)程的。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)線程（thread）是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，亦即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。 線程可以在處理器上獨立調(diào)度執(zhí)行，這樣，在多處理器環(huán)境下就允許幾個進(jìn)

13、程各自在單獨處理器上進(jìn)行。 線程是指進(jìn)程內(nèi)的一條執(zhí)行線路，或者說是進(jìn)程中可執(zhí)行代碼的單獨單元。操作系統(tǒng)將資源分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理4.線程的所有資源體。一個進(jìn)程包含多個線程第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.2處理機(jī)(CPU )的管理5.多核、多線程 軟件多線程：即便處理器只能運(yùn)行一個線程， 操作系統(tǒng)也可以通過快速的在不同線程之間進(jìn)行切換，由于時間間隔很小，給用戶造成一種多個線程同時運(yùn)行的假象。 線程級并行編程：那么這個程序在運(yùn)行時可以把并行的線程同時交付給兩個核分別處理，因而程序運(yùn)行速度得到極大提高。 通過劃分任務(wù)，線程能夠充分利用多個執(zhí)行內(nèi)核、

14、在特定的時間內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)定義存儲管理存儲管理是指存儲器資源（主要指內(nèi)存和外存的管理。3.2.3存儲管理）第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.3存儲管理存儲管理包括存儲共享存儲分配存儲保護(hù)存儲擴(kuò)充第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.3存儲管理存儲管理多級存儲管理計算機(jī)系統(tǒng)提供多級存儲結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)可以對不同存儲類型進(jìn)行管理。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.3存儲管理存儲管理(1)管理高速緩存 (Cache )主要是解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾。CPU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會使CPU浪費(fèi)長時間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。引入緩沖的主要目的：緩和CPU與I

15、/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，提高它們之間的并行性，以便獲得最佳效率。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.3存儲管理存儲管理(2)RAM管理隨機(jī)存儲器RAM：CPU能夠直接訪問的存儲器。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)虛擬存儲器(Virtual Memory)：由操作系統(tǒng)提供的一個假象的特大存儲器。虛擬存儲器不是物理上擴(kuò)大內(nèi)存空間，而是邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量用戶可以使用到比實際物理內(nèi)存大很多的虛擬存儲容量。3.2.3存儲管理存儲管理(3)VM管理第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.4設(shè)備管理設(shè)備管理輸入/輸出設(shè)備終端設(shè)備管理外存儲器設(shè)備第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)（1）選擇和分配輸入/輸出設(shè)備以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作；（2）控

16、制輸入/輸出設(shè)備和CPU(或內(nèi)存)之間交換數(shù)據(jù)；（3）為用戶提供一個友好的透明接口，把用戶和設(shè)備硬件特性分開，使得用戶不必考慮設(shè)備的硬件差異；（4）提高設(shè)備和設(shè)備之間、CPU和設(shè)備之間的并行性器。3.2.4設(shè)備管理設(shè)備管理管理任務(wù)第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.5文件管理文件管理什么是文件文件是在邏輯上具有完整意義、并賦有名稱的信息集合。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.5文件管理文件管理什么是文件系統(tǒng)建立文件系統(tǒng)讀/寫文件修改文件共享保護(hù)第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)存取控制按名存取操縱管理控制3.2.5文件管理分類文件的組織方式邏輯組織物理組織第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.5文件管理文件管理邏輯組織方式

17、從用戶角度處理文件中數(shù)據(jù)時采用的組織方式、所見到的文件組織形式，稱為文件的邏輯組織。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.5文件管理文件管理物理組織方式文件在存儲設(shè)備上的存儲組織形式稱為文件的物理組織。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.5文件管理文件管理文件夾文件夾是一個層次化的目錄結(jié)構(gòu)，最頂層稱為根目錄。原來分門別類組織存放文件，便于搜索、查找。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.6 人機(jī)接口管理接口管理人機(jī)接口管理任務(wù)控制有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和理解，并執(zhí)行通過人機(jī)交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.6 人機(jī)接口管理接口管理人機(jī)接口管理任務(wù)對操作系統(tǒng)的更高要求：實現(xiàn)智能人機(jī)接口，以建立

18、和諧的人機(jī)交互環(huán)境，改善人機(jī)交互的友和易用性，使人與計算機(jī)之間的交互更加自然、方便查找。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的分類PC操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.3.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)個人機(jī)(PC)操作系統(tǒng)主要供個人使用功能強(qiáng)價格便宜可以在幾乎任何地方安裝使用。它能滿足一般人操作、學(xué)習(xí)、游戲等方面的需求。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.3.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)個人機(jī)(PC)操作系統(tǒng)主要： 蘋果公司：Mac 平板電腦：IOSOS 微軟公司：Windows第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)(EmSystem):運(yùn)行在嵌入

19、式系統(tǒng)對整個嵌入式系統(tǒng)各種部件裝置等資指揮和控制的系統(tǒng)效地運(yùn)行。bedded Operating境及它所操作、控制的進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度件，使整個系統(tǒng)能高3.2.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)(EOS)環(huán)以源軟、第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理整個網(wǎng)絡(luò)資源和方便網(wǎng)絡(luò)用戶的軟件的集合。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了一般操作系統(tǒng)的五大功能之外，還應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)管理模塊。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)三大主流： Unix NetWare WindowsNT第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)。3.2.7 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，主要是功能和任務(wù)的分布 其所有任務(wù)均可以在任何一臺處理器中運(yùn)行 自動實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配、自動調(diào)度各處理器的工作負(fù)載。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.8 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)計算機(jī)的一種應(yīng)用形式，通常指埋藏在宿主設(shè)備中的微處理機(jī)系統(tǒng)。第三章 計算機(jī)軟件系統(tǒng)3.2.8 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)路由器Modem構(gòu)建CIMS所需的機(jī)器