第4章计算机系统软件(计算机专业导论第三版简化49)

面向对象的程序设计语言经历了一个很长的发展阶段。 然而，应用最广的面向对象程序语言是在C语言基础上扩 充出来的C++语言。由于C++对C兼容，而C语言又早已被广 大程序员所熟知，所以，C++语言也就理所当然地成为应 用非常广的面向对象程序语言。
目前基于视窗类操作系统的高级语言有：Visual Basic、Visual C++、Delphi、Power Builder、Java等等。
② 专业知识要求高，要求对计算机硬件的结构和工作原理 非常熟悉；
③ 每条指令的功能很单一，程序员编制源程序时指令比较 繁琐；
④ 由于直接针对特定硬件编程，所以，最终的可执行程序 代码精炼，而且执行效率非常高。 尽管如此，从机器语言到汇编语言，仍然是前进了 一大步。这意味着人与计算机的硬件系统不必非得使用 同一种语言。程序员可以使用较适合人类思维习惯的语 言。随着计算机程序设计技术的发展而出现的高级语言 可以避免汇编语言的这些缺点。
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4.2.1 机器语言
以计算机所能理解和执行的“0”、“1”组成的二进制编 码表示的指令，称为机器指令（或称为机器码）。
用机器指令编写的程序称为机器语言程序，或称为目标 程序，这是计算机能够直接执行的程序。
机器指令的格式一般分为两个部分
操作码 操作数地址
应当注意: 不同的机器，其指令系统是不同的。 机器语言程序难以阅读和理解，编写和修改都比较困 难，而且不易维护、通用性较差。
机器语言目标代码
链接
执行
图4.2 编译过程
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4.3.3 高级程序设计语言解释系统
高级语言解释系统是按照源程序中的语 句的动态顺序逐条翻译并立即执行相应功能 的处理系统。但并不生成目标程序代码。
图4.3 解释过程
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便于对源程序进 行调试和修改,但 运行效率低。
4.4 程序设计
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4.5.3 操作系统的分类
操作系统也有许多不同的分类方法。按 照计算机硬件的规模可以分为大型机操作系 统、小型机操作系统和微型机操作系统。另 外一种方法是按照操作系统的性能来分类， 即可以把操作系统分为单用户操作系统、批 处理操作系统、分时操作系统、实时操作系 统、网络操作系统和分布式操作系统六种。
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4.3 程序设计语言翻译系统
计算机硬件只能识别并执行机器指令，但人们普 遍习惯于使用高级程序设计语言或汇编语言来编写程 序。为了让计算机能够理解高级程序设计语言或汇编 语言并执行用它编写的程序，必须要为它配备一个 “翻译”，这就是所谓的程序设计语言翻译系统。
翻译系统是一类系统软件，它能够将使用某一种 源语言编写的程序翻译成为与其等价的使用另一种目 标语言编写的程序。使用源语言编写的程序称为源程 序，使用目标语言编写的程序称为目标程序。
编 MOV AX 383
语 MOV BX 545
言 ADD BX AX
程 序
MOV AX 1055
SUB AX BX
机 B8 7F 01 器 BB 21 02 语 03 D8 言 B8 1F 04 程 2B C3 序
（计算1055-(383+545)的5条机器指令）
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大多数情况下，一条汇编指令直接对应 一条机器指令。
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三是提供软件开发的运行环境。在开发软件 时需要使用操作系统管理下的计算机系统，调用 有关的工具软件及其它软件资源。因为任何一种 软件并不是在任何一种系统上都可以运行的，所 以操作系统也称为软件平台。其他软件只有在操 作系统的基础才能运行。所以操作系统的性能在 很大程度上决定了计算机系统性能的优劣。具有 一定规模的计算机系统都可以配备一个或几个操 作系统。
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操作码
B8 7F 01 BB 21 02 03 D8 B8 1F 04 2B C3
1条机器指令 操作数地址
（计算1055-(383+545)的5条机器指令） 在MIPS计算机上求最大共约数的机器程序（16进制表示）
MISP计算机的每条机器指令均为32 计算机专个业导二论 进位，用8个16进制数表示
高级语言之所以“高级”，就是因为它使程序员可 以完全不用与计算机的硬件打交道，可以不必了解 机器的指令系统。
由于高级语言与具体机器无关，那么在一种机器上 运行的高级语言程序可以几乎不经改动地移植到另 一种机器上运行，大大提高了程序的通用性。
此外，由于高级语言与自然语言(尤其是英语)很相 似，因此易学、易懂，也易编写。
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4.3.1 汇编语言翻译系统
汇编语言翻译系统的主要功能是将用汇编 语言书写的程序翻译成用二进制码0或1表示的 等价的机器语言，形成计算机可以执行的机器 指令代码。
输入
汇编 源程序
汇编程序 翻译器
输出
二进制机器 语言程序
图4－1汇编程序翻译器示意图
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4.3.2 高级程序设计语言编译系统
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4.2.3 高级语言
所谓高级语言是一种由表 达各种意义的“词”和“公 式”，按照一定的“语法规 则”来编写程序的语言。
汇编语言程序
MOV AX 383 MOV BX 545 ADD BX AX MOV AX 1055 SUB AX BX
S=1055-(383+545)
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高级语言的优点是语句的功能强，源程 序比较短，容易学习，使用方便，通用性较 强，便于推广和交流。
其缺点是编译程序比汇编程序复杂，而 且编译出来的目标程序往往效率不高，目标 程序的长度比有经验的程序员所编的同样功 能的汇编语言程序要长—半以上，运行时间 也要长一些。
因此，在很多对时间要求比较高的系统， 如某些实时控制系统或者大型计算机控制系 统中，汇编语言，仍然得到了一定的应用。
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由此看来，它包括两个方面：一方面它直 接管理和控制计算机的所有硬件和软件，使计 算机系统的各部件相互协调一致地工作；另一 方面，它向用户提供正确地利用软硬件资源的 方法和环境，使得用户能够通过操作系统充分 而有效地使用计算机。
因此，任何用户都必须通过操作系统才能 操作和使用计算机系统的各种资源。
汇编语言具有一个本质上与机器语言一 一对应的指令系统。汇编语言的实质和 机器语言是相同的。
两者主要的区别在于： 机器语言无需翻译或编译，CPU能
够直接识别和执行。而汇编语言必须经 过汇编才能得到目标程序。
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低级语言的特点
① 都与特定的计算机硬件系统（具体的机器）紧密相关， 可移植性差；
（2）批处理操作系统 批处理操作系统负责把多个用户作业成批地接收 进外存储器，形成作业队列，然后按一定的策略将 作业队列中的用户作业调入主存储器，并使得这些 作业按其优先级轮流占用CPU和外部设备等系统资源。 因此，在宏观上看，计算机中有多个作业在运行， 但在微观上看，对于单CPU的计算机而言，在某一个 瞬间实际上只有一道作业在CPU上运行。 批处理操作系统以提高计算机系统的效率。一般 适用于大型计算机。
程序设计：是一个使用程序设计语言产生一
系列的指令以告诉计算机该做什么的过程。
广义的程序设计：
需求分析 总体设计 详细设计 编码 测试 运行与维护
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结构化程序设计：采用自顶向下逐步求精的 设计方法和单入口单出口的控制成分（顺序、 分支和循环）。
A
T
F
F
第4章 计算机系统软件
内容提要
计算机软件可分为系统软件和应 用软件两大类。系统软件是计算机系 统中最接近硬件的一层软件，它与具 体的应用领域无关。计算机系统中的 其他软件一般都通过系统软件发挥作 用。了解并学会使用这类软件是很有 必要的。本章将主要介绍程序设计语 言翻译系统、操作系统等系统软件。
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高级语言编译系统是将用高级语言 书写的源程序翻译成等价的机器语言程 序的处理系统，也称为编译程序。它以 高级语言书写的程序（称为源程序）作 为输入，以机器语言表示的程序（称为 目标程序）作为输出，它的最终任务是 产生一个可在具体计算机上执行的目标 程序。
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编译程序
高级语言源程序
（编译）
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4.1.2 计算机程序设计语言的概念
• 程序就是能够实现特定功能的一组指令序列的 集合。
• 程序设计是程序员编写一系列可存储的指令以 指示计算机完成某些工作的过程。这些指令用 程序设计语言写成。
• 程序设计语言是一组专门设计的用来生成一系 列可被计算机处理和执行的指令的符号集合。
• 程序设计人员用程序设计语言写成的指令称作 代码。
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源程序是程序设计语言翻译系统加工的 “原材料”，而目标程序则是程序设计语言翻译 系统加工的“最终产品”。
程序设计语言翻译系统大致上可以分成三类： 汇编语言翻译系统、高级程序设计语言编译系统 和高级程序设计语言解释系统。这些翻译系统之 间的不同之处主要体现在它们生成计算机可执行 的机器语言的过程中。
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为了让计算机解决一个实际问题，必须事先用计算 机语言编制好程序。计算机语言使人们得以和计算机之 间进行交流。
程序设计语言
有问题需 要计算机 解决的人
交流的鸿沟
计算机硬件 仅仅知道0和 1
有问题需 要计算机 解决的人
计算机硬件 仅仅知道0和 1
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4.2 计算机语言的发展
计算机语言（Computer Lnguage） 指用于人与计算机之间通讯的语言，是人 与计算机之间传递信息的媒介。计算机程 序设计语言的发展，经历了从机器语言、 汇编语言到高级语言的历程。
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4.5.2 操作系统的作用