单元2 计算机软件

单元2 计算机软件计算机系统有两个基本组成部分，即计算机硬件和计算机软件。

硬件是组成计算机的各种物理设备的总称，它在二进制世界里，功能虽然简单，速度却奇快无比；计算机软件（简称软件）是人与硬件的接口，它自始至终指挥和控制着硬件的工作过程。

没有软件就不知道做什么，计算机系统也就没有什么用了。

学习目标（1）了解计算机软件的分类和计算机软件技术的内容（2）了解操作系统的作用、功能、分类和常用操作系统（3）了解程序设计语言的分类和常用程序设计语言；程序设计语言的成分；语言处理系统及其工作过程（4）了解计算机软件的理论基础；算法和数据结构的基本概念学习知识1、计算机软件一个完整的计算机系统有两个基本组成部分，即计算机硬件和计算机软件。

计算机硬件是组成计算机的各种物理设备的总称；而计算机软件指的是指示（指挥）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。

（1）程序程序是告诉计算机做什么和如何做的一组指令(语句)，这些指令(语句)都是计算机能够理解并能够执行的一些命令。

（2）数据程序所处理的对象和处理后得到的结果统称为数据（分别称为输入数据和输出数据）。

（3）文档文档指的是与程序开发、维护及操作有关的一些资料（如设计报告、维护手册和使用指南等）。

（4）知识产权软件是智力活动的成果，受到知识产权（版权）法的保护。

版权授予软件作者（版权所有者）享有下列权益：拷贝、发布、修改、署名、出售等。

购买一个软件，用户仅仅得到了该软件的使用权，并没有获得它的版权。

随意进行软件拷贝和发布是一种违法行为。

2、软件的分类计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。

（1）系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统,是无需用户干预的各种程序的集合,主要功能是调度,监控和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。

它主要包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、网络通信管理系统、各类服务性程序等。

系统软件的核心是操作系统。

①操作系统目前，微型计算机最常用的操作系统有Windows、Unix、Linux等。

②语言处理系统语言处理系统是对软件语言进行处理的程序子系统。

语言处理系统的作用是把用软件语言书写的各种程序处理成可在计算机上执行的程序，或最终的计算结果，或其他中间形式。

③数据库管理系统数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，简称dbms。

它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。

用户通过dbms访问数据库中的数据，数据库管理员也通过dbms进行数据库的维护工作。

它可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。

DBMS提供数据定义语言与数据操作语，供用户定义数据库的模式结构与权限约束，实现对数据的追加、删除等操作。

④服务性程序服务性程序是一类辅助性的程序，它提供各种运行所需的服务。

例如用于程序的装入、链接、编辑和调试用的装入程序、链接程序、编辑程序及调试程序，以及故障诊断程序、纠错程序等，包括编辑程序、纠错程序、连接程序等。

（2）应用软件①应用软件的概念应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的那部分软件。

它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。

②应用软件的分类从其服务的对象的角度来看，应用软件可分为通用应用软件和定制应用软件两大类。

通用应用软件支持最基本的应用，应用范围较为广泛，可以在市场上购买，如Office办公软件。

定制应用软件只应用于某一专业领域，只解决某个应用领域的具体问题，市场上没有现成的软件，需要专门人员进行开发。

3、商品软件、共享软件和自由软件商品软件：付费后才能得到使用权。

共享软件(shareware) （也称为试用软件demoware），具有版权，可免费试用一段时间，允许拷贝和散发（但不可修改），试用期满后需交费才能继续使用自由软件 (Free Software)（≈开放源代码软件）：用户可共享，并允许随意拷贝、修改其源代码，允许销售和自由传播。

但是，对软件源代码的任何修改都必须向所有用户公开，还必须允许此后的用户享有进一步拷贝和修改的自由免费软件（Freeware）（≠ Free Software）：无需付费即可获得的软件。

例如 PDF阅读器、Flash播放器等。

自由软件很多是免费软件，免费软件不全是自由软件。

4、操作系统的作用与功能（1）操作系统的定义操作系统是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。

（2）操作系统的作用操作系统主要有以下三方面的重要作用①为运行的程序管理和分配各种软硬件资源。

②为用户提供友善的人机界面。

③为开发和运行应用程序提供高效率的平台。

（3）操作系统的功能操作系统有5大管理功能，分别是处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作用管理。

（4）操作系统的启动①CPU执行BIOS中的自检程序，测试计算机中各部件的工作状态是否正常。

②执行BIOS中的自举装入程序，从启动盘的第1个扇区中读入“主引导记录”（MBR）。

③执行MBR中的引导程序，从指定分区中再读入操作系统的装入程序。

④执行装入程序，将操作系统装入到内存。

⑤运行操作系统。

⑥CPU执行引导程序。

⑦从硬盘向内存装入操作系统。

⑧CPU运行操作系统，计算机处于操作系统的控制之下，等待用户操作。

（5）存储管理①存储管理的任务存储管理的主要任务是内存的分配和回收内存的共享和保护，内存的自动扩充。

②虚拟存储技术所谓虚拟存储，就是把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”，这就称之为虚拟存储。

（6）文件管理程序和数据通常都存储在外存储器中，为了便于存取和管理，它们都组织成“文件(file)”。

文件是存储在外存储器中的一组相关信息的集合。

每个文件均有自己的“文件名”，用户（或软件）使用文件名读出/写入（称为“存取”) 外存储器中的文件。

文件的名字由两部分组成：(主文件名) [.扩展名]。

文件目录在Windows中称为文件夹，每个逻辑盘(物理盘或硬盘上的分区)是一个根文件夹，文件夹中既可包含文件，也可包含文件夹 (子文件夹)，子文件夹又可存放文件和子文件夹, 形成树状多级文件夹结构。

5、常用操作系统(1)操作系统的四种类型①PC机使用的操作系统一般都具有多任务处理功能。

②网络服务器上安装运行的是“网络操作系统”，特点是：具有强大的多用户并发处理能力，支持多种网络通信功能，提供专门的网络应用服务安全性强，可靠性好。

③军事指挥和武器控制系统、电网调度和工业控制系统、证券交易系统等，安装运行的是“实时操作系统”，特点是：对外部事件能在允许的时间范围内快速作出响应，具有很高的可靠性和安全性。

④嵌入式计算机应用中运行的是“嵌入式操作系统”，特点是：快速、高效、具有实时处理功能代码非常紧凑，存储器需求小。

（2）Windows操作系统①Windows操作系统的特点：提供了多任务处理能力，采用图形用户界面，简化计算机操作，在个人计算机上广泛使用②版本的演变6（3）Unix操作系统①最早由Bell实验室开发成功，在大学和科研单位广泛使用，因特网也首先在UNIX 系统上流行②特色：结构简练、功能强大、可移植性好、可伸缩性和互操作性强、网络通信功能强、安全可靠等。

③直到Linux开始流行，UNIX系统一直是使用最广泛、影响最大的主流操作系统之一。

（4）Linux操作系统Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统。

目前存在着许多不同的Linux,但它们都使用了Linux内核。

Linux可安装在各种计算机硬件设备中，从手机、平板电脑、路由器和视频游戏控制台，到台式计算机、大型机和超级计算机。

Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。

严格来讲，Linux 这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。

6、算法和数据结构（1）算法算法（Algorithm）是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。

也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。

如果一个算法有缺陷，或不适合于某个问题，执行这个算法将不会解决这个问题。

不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。

一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。

算法可以使用自然语言、伪代码、流程图等多种不同的方法来描述。

一个算法应该具有以下七个重要的特征：①有穷性（Finiteness），算法的有穷性是指算法必须能在执行有限个步骤之后终止。

②确切性(Definiteness)，算法的每一步骤必须有确切的定义。

③输入项(Input)，一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况，所谓0个输入是指算法本身定出了初始条件。

④输出项(Output)，一个算法有一个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。

没有输出的算法是毫无意义的。

⑤可行性(Effectiveness)，算法中执行的任何计算步都是可以被分解为基本的可执行的操作步，即每个计算步都可以在有限时间内完成（也称之为有效性）。

⑥高效性(High efficiency)，执行速度快，占用资源少。

⑦健壮性(Robustness)，对数据响应正确。

（2）算法的分析同一问题可用不同算法解决，而一个算法的质量优劣将影响到算法乃至程序的效率。

算法分析的目的在于选择合适算法和改进算法。

一个算法的评价主要从时间复杂度和空间复杂度来考虑。

①时间复杂度算法的时间复杂度是指执行算法所需要的时间。

一般来说，计算机算法是问题规模n 的函数f(n)，算法的时间复杂度也因此记做“T(n)=Ο(f(n))”因此，问题的规模n 越大，算法执行的时间的增长率与f(n) 的增长率正相关，称作渐进时间复杂度（Asymptotic Time Complexity）。

②空间复杂度算法的空间复杂度是指算法需要消耗的内存空间。

其计算和表示方法与时间复杂度类似，一般都用复杂度的渐近性来表示。

同时间复杂度相比，空间复杂度的分析要简单得多。

7、程序设计语言极其分类程序设计语言按其级别可以划分为机器语言、汇编语言和高级语言三大类。

①机器语言机器语言是由二进制 0、1 代码指令构成，不同的 CPU 具有不同的指令系统。

机器语言程序难编写、难修改、难维护，需要用户直接对存储空间进行分配，编程效率极低。