《计算机导论第三讲纯理论精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机导论第三讲纯理论精选文档.ppt（40页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、计算机导论第三讲纯理论本讲稿第一页，共四十页第3章计算机系统的软件3.1计算机软件概述3.2程序设计语言3.3操作系统3.4软件工程本讲稿第二页，共四十页3.1计算机软件概述(P100)1 1什么是软件？什么是软件？为为运运行行、维维护护、管管理理及及应应用用计计算算机机所所编编制制的的所所有有程程序序及及其其文文档档资资料料的总和，称为计算机软件。的总和，称为计算机软件。简而言之，软件就是程序及其相关的文档。简而言之，软件就是程序及其相关的文档。2 2软件的分类软件的分类 操作系统操作系统 编辑、连接装配程序编辑、连接装配程序 系统软件系统软件 语言处理程序语言处理程序 汇编程序汇编程序 数
2、据库系统数据库系统 编译程序编译程序 计算机软件计算机软件 解释程序解释程序 应用软件应用软件 软件开发工具与环境软件开发工具与环境 实用软件实用软件 用户程序用户程序本讲稿第三页，共四十页 也有将软件分为三大类，即系统软件、支撑软件和应用软件。这种分法将也有将软件分为三大类，即系统软件、支撑软件和应用软件。这种分法将软件开发工具和环境从应用软件中分出来，将支持其它软件开发与维护的软件，软件开发工具和环境从应用软件中分出来，将支持其它软件开发与维护的软件，称之为支撑软件。称之为支撑软件。3 3计算机系统的组成计算机系统的组成 计算机系统由硬件与软件组成，其层次结构计算机系统由硬件与软件组成，其
3、层次结构 如图如图3-23-2所示所示硬件与软件的关系：硬件与软件的关系：（1 1）硬件是基础，但它只能执行二进制代码表示的机器语言程序。）硬件是基础，但它只能执行二进制代码表示的机器语言程序。（2 2）软件加硬件构成了功能更完善，使用更方便的虚拟机）软件加硬件构成了功能更完善，使用更方便的虚拟机 （3 3）硬件与软件在逻辑功能上是等效的，它们之间没有固定不变的分界）硬件与软件在逻辑功能上是等效的，它们之间没有固定不变的分界面（即硬件可软化，软件可硬化）面（即硬件可软化，软件可硬化）本讲稿第四页，共四十页 3.2 3.2 程序设计语言程序设计语言 (P103)(P103)3.2.1算法与程序算
4、法与程序1.1.什么是算法什么是算法定义：算法是精确定义的一系列规则，这些规则指出如何从给定问题的定义：算法是精确定义的一系列规则，这些规则指出如何从给定问题的 输入信息经过有限步骤产生出所求问题的输出信息。输入信息经过有限步骤产生出所求问题的输出信息。不同算法必须遵循的共性不同算法必须遵循的共性 （1 1）确定性：算法的每一种运算必须有确切的定义）确定性：算法的每一种运算必须有确切的定义 （2 2）能行性：算法中有待实现的运算都可在有限时间内完成。）能行性：算法中有待实现的运算都可在有限时间内完成。（3 3）输入：一个算法有零个以上的输入。）输入：一个算法有零个以上的输入。（4 4）输出：一
5、个算法产生一个或多个输出。）输出：一个算法产生一个或多个输出。（5 5）有穹性：一个算法总是在执行了有穹步的运算后终止。）有穹性：一个算法总是在执行了有穹步的运算后终止。评价算法优劣的标准评价算法优劣的标准 （1 1）空空间间复复杂杂性性S S（n n）：按按算算法法所所编编制制的的程程序序在在计计算算机机中中所所占占用用的的存存储储单单元元的的总总数。数。n n是问题的规模，显然是问题的规模，显然S S（n n）是随）是随n n的增长而增加。的增长而增加。（2 2）时间复杂性）时间复杂性f f（n n）：按算法所编制的程序在计算机执行时所耗费的时间。显然）：按算法所编制的程序在计算机执行时所
6、耗费的时间。显然f f（n n）随）随 n n的增长而增加。的增长而增加。本讲稿第五页，共四十页2.2.算法与程序的关系算法与程序的关系 求解问题的程序必须根据算法去编制，如同作战方案必须贯求解问题的程序必须根据算法去编制，如同作战方案必须贯彻作战策略一样。算法是编制程序的依据。彻作战策略一样。算法是编制程序的依据。当一个算法在指明了所处理的数据及其相互之间的结构关系当一个算法在指明了所处理的数据及其相互之间的结构关系之后，即可形成解决某类特定问题的可执行的程序。之后，即可形成解决某类特定问题的可执行的程序。程序程序 =算法算法 +数据结构数据结构 本讲稿第六页，共四十页3.2.2程序设计语言
7、的发展过程程序设计语言的发展过程 程程序序设设计计语语言言的的发发展展已已经经历历了了四四代代，第第五五代代语语言言尚尚处处于于萌芽状态。萌芽状态。1 1第一代语言：机器语言第一代语言：机器语言组成：组成：由二进制指令代码组成，也称二进制语言。由二进制指令代码组成，也称二进制语言。特点：特点：（1 1）机机器器语语言言可可由由计计算算机机硬硬件件直直接接识识别别和和执执行行，故故用用机机器器语语言编制的程序效率较高。言编制的程序效率较高。（2 2）人工编写机器语言程序很繁琐，容易出错。）人工编写机器语言程序很繁琐，容易出错。（3）通用性差，不同计算机有不同的机器语言。）通用性差，不同计算机有不
8、同的机器语言。本讲稿第七页，共四十页第二代语言：汇编语言第二代语言：汇编语言组成：组成：由指令的助记符（指令的英文名称的缩写）及相关语法由指令的助记符（指令的英文名称的缩写）及相关语法 规则组成规则组成举例：举例：表中列出了两条表中列出了两条汇编语言中的伪指令汇编语言中的伪指令ORG ORG：起始地址定位伪指令：起始地址定位伪指令END END：汇编结束伪指令：汇编结束伪指令 且指令地址和操作数地址用且指令地址和操作数地址用“符号符号”STARTSTART，CON01CON01CON03CON03表示。它们在表示。它们在“汇编汇编”过程中将由过程中将由“汇编程序汇编程序”赋于真正的存储地址。这
9、些都由汇编语言的语法规则所规赋于真正的存储地址。这些都由汇编语言的语法规则所规定。定。地址标号指令助记符注解START：d1d2d3ORG05HMOVR1，d1MOVR2，d2ADDR1，R2MOVd3，R1OUTPORT，d3HLT05H04HEND定义程序首地址为05H寄存器R1（d1）寄存器R2（d2）R1（R1）+（R2）d3（R1）端口PORT（d3）停机存储单元（d1）=05H存储单元（d2）=04H存储单元d3用来存放结果汇编结束本讲稿第八页，共四十页特点：特点：（1 1）用用汇汇编编语语言言编编制制的的程程序序称称为为汇汇编编语语言言程程序序，它它不不能能为为计计算算机机硬硬件
10、件直直接接识识别别和和执执行行。必必须须通通过过汇汇编编程程序序（一一种种系系统统软软件件），将将汇汇编编语语言言程程序序（源源程程序序）“翻翻译译”为为机机器器语语言言程程序序（目标程序）后，才能执行。（目标程序）后，才能执行。（2 2）汇汇编编语语言言指指令令与与机机器器语语言言指指令令一一一一对对应应，仍仍然然依依赖于计算机的硬件，称它们为低级语言。赖于计算机的硬件，称它们为低级语言。（3 3）不同计算机有不同的汇编语言，彼此不能通用。）不同计算机有不同的汇编语言，彼此不能通用。（4）与机器语言相比，记忆指令助记符较记忆指令代）与机器语言相比，记忆指令助记符较记忆指令代码容易，但仍然很繁
11、琐。码容易，但仍然很繁琐。本讲稿第九页，共四十页3 3第三代语言：高级语言第三代语言：高级语言组成：组成：由表达各种意义的由表达各种意义的“词词”、“数学公式数学公式”及特定的语法规则组成。由及特定的语法规则组成。由 于它比较接近自然语言，并与机器的指令系统没有直接关系，故于它比较接近自然语言，并与机器的指令系统没有直接关系，故 称它为高级程序设计语言，或算法语言。称它为高级程序设计语言，或算法语言。举例：举例：常用的高级语言有常用的高级语言有BASICBASIC，FORTRANFORTRAN，ALGOLALGOL，COBOLCOBOL，C C，PASCALPASCAL，PL/IPL/I等等语
12、句标号语句注解1015202530DATA5，4READA，BLETS=A+BPRINTSEND数据语句，说明5，4为原始数据读语句，令A=5，B=4赋值语句，求A+B之和S输出语句，打印S的值结束语句，本程序结束本讲稿第十页，共四十页特点：特点：（1 1）可在不同的计算机上运行，通用性强。）可在不同的计算机上运行，通用性强。（2 2）编程方便、简单、直观，不容易出错。）编程方便、简单、直观，不容易出错。（3）用高级语言编写的源程序必须通过编译）用高级语言编写的源程序必须通过编译“或解释或解释”生成机器语生成机器语言程序（目标程序），才能在计算机上运行。如下图所示：言程序（目标程序），才能在计
13、算机上运行。如下图所示：本讲稿第十一页，共四十页4 4第四代语言：在高级语言基础上集成的模块化语言。第四代语言：在高级语言基础上集成的模块化语言。第第四四代代语语言言实实质质上上是是可可以以快快速速开开发发应应用用软软件件的的各各种种高高生生产产率率的的软软件件工工具具的的统称，它具有更强的编程功能。例如：统称，它具有更强的编程功能。例如：面向过程的第四代语言：面向过程的第四代语言：SQLSQL，Power BuilderPower Builder和和DelphiDelphi等。等。面面向向对对象象的的编编程程语语言言和和网网络络语语言言：VBVB（Visual Visual BasicBas
14、ic）VC VC,C+C+,HTML HTML 和和 Java Java 等。等。各各种种软软件件开开发发工工具具。如如CASECASE（计计算算机机辅辅助助软软件件工工程程），它它已已超超出出语语言言的范围，集语言、数据库于一体，形成了所谓信息系统应用生成工具。的范围，集语言、数据库于一体，形成了所谓信息系统应用生成工具。5 5第五代语言第五代语言 第五代语言将是智能化语言，到目前为止，还没有公认的第五代语言出现。第五代语言将是智能化语言，到目前为止，还没有公认的第五代语言出现。PROLOGPROLOG语言可能成为第五代语言最著名的雏形。语言可能成为第五代语言最著名的雏形。本讲稿第十二页，共
15、四十页3.2.3高级语言的基本结构高级语言的基本结构 每每种种高高级级语语言言都都有有其其自自身身的的特特点点及及特特殊殊的的用用途途，但但它它们们的的语语法法成成份份、层层次次结结构构却却是是相相似似的的。研研究究它它们们的的共性，有助于更好地学习高级语言。共性，有助于更好地学习高级语言。高级语言的层次结构，一般由基本元素，表达式及语句组成。高级语言的层次结构，一般由基本元素，表达式及语句组成。基基本本元元素素：由由基基本本符符号号组组成成，可可分分为为数数、逻逻辑辑值值、名名字字、标标号号及及字字符符串串等等五五大大类类。基基本本符符号号包包括括单单字字符符基本符号（字母、数字、特殊字符）
16、及多字符基本符号。基本符号（字母、数字、特殊字符）及多字符基本符号。表达式：由基本符号和基本元素组成，可分为算术表达式，逻辑表达式和字符串表达式。表达式：由基本符号和基本元素组成，可分为算术表达式，逻辑表达式和字符串表达式。语句：由基本元素、表达式等组成，语句：由基本元素、表达式等组成，通常包括下列语句通常包括下列语句：赋值语句：实现计算或存储赋值语句：实现计算或存储 转移语句：实现程序的转移转移语句：实现程序的转移 条件语句：实现条件的测试和判断条件语句：实现条件的测试和判断 输入输入/输出语句：完成输入输出语句：完成输入/输出任务输出任务 循环语句：实现循环运算循环语句：实现循环运算 其它
17、语句：实现其它特殊功能其它语句：实现其它特殊功能本讲稿第十三页，共四十页 用用上上述述的的基基本本元元素素、表表达达式式、语语句句、按按一一定定语语法法规规则则，便便可可编编制制高高级级语语言言程程序序，如如下下例例所所示：示：例：编写一个求解一元二次方程的程序。例：编写一个求解一元二次方程的程序。PROGRAM eq(input,output);PROGRAM eq(input,output);VAR VAR a,b,c,d,t1,t2,:real:a,b,c,d,t1,t2,:real:BEGIN BEGIN read(a,b,c);read(a,b,c);d:=b d:=bb-4b-4a
18、 ac;c;t1:=-b/(2 t1:=-b/(2a);a);t2:=sqrt(abs(d)/(2 t2:=sqrt(abs(d)/(2a);a);IF d=0 THEN writeln(IF d=0 THEN writeln(x1=x1=,t1+t2,t1+t2,x2=x2=,t1-t2),t1-t2)ELSE writeln(ELSE writeln(re=re=,t1,t1,im=im=,t2),t2)END.END.本讲稿第十四页，共四十页2面向过程的程序设计面向过程的程序设计 高高级级语语言言是是一一种种过过程程性性语语言言，因因为为用用该该语语言言编编写写程程序序必必须须详详细细准
19、准确确地地描描述述解解题题过过程程，称称为为面面向向过过程程的的程程序序设设计计。这这种种程程序序的的功功能能隐含在程序代码中，隐含在程序代码中，其主要缺陷是：其主要缺陷是：阅读理解现有程序的功能较难。阅读理解现有程序的功能较难。开发应用系统耗时耗力，只有专业人员才能胜任。开发应用系统耗时耗力，只有专业人员才能胜任。维护（修改）软件较难。维护（修改）软件较难。为提高开发效率、增加系统的可理解性和可维护性，在进为提高开发效率、增加系统的可理解性和可维护性，在进行面向过程程序设计时，采用了下列技术。行面向过程程序设计时，采用了下列技术。本讲稿第十五页，共四十页 3.3 3.3 操作系统操作系统 （
20、P144P144）对对大大多多数数使使用用过过计计算算机机的的人人来来说说，操操作作系系统统既既熟熟悉悉又又陌陌生生。熟熟悉悉的的是是一一打打开开机机器器，首首先先运运行行的的就就是是操操作作系系统统，我我们们所所有有的的工工作作都都是是在在操操作作系系统统上上运运行行的的。但但大大多多数数人人却却又又说说不不清清什什么是操作系统。么是操作系统。3.5.13.5.1操作系统概述操作系统概述 1 1什么是操作系统什么是操作系统 关关于于操操作作系系统统的的定定义义至至今今尚尚无无权权威威性性的的说说明明。一一般般都都从从功功能能、用用户户、软软件件等等多个角度来对操作系统作出解释，如下所示：多个
21、角度来对操作系统作出解释，如下所示：操操作作系系统统是是由由程程序序和和数数据据结结构构组组成成的的大大型型系系统统软软件件，它它负负责责计计算算机机的的全全部部软软硬硬件件资资源源分分配、调度与管理，控制各类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。配、调度与管理，控制各类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。前已指出，在硬件上加载操作系统之后，就变成一台与前已指出，在硬件上加载操作系统之后，就变成一台与“裸机裸机”大相径庭的大相径庭的“虚拟虚拟”计算机。其他的所有软件如编译软件、数据库系统、软件开发工具等系统软件计算机。其他的所有软件如编译软件、数据库系统、软件开发工具
22、等系统软件以及浏览器、字处理软件、办公软件等应用软件都是以操作系统为基础，运行于以及浏览器、字处理软件、办公软件等应用软件都是以操作系统为基础，运行于“虚拟虚拟”机上的。该虚拟机为用户提供了两种不同级别的接口：最终用户接口和程序员接口，机上的。该虚拟机为用户提供了两种不同级别的接口：最终用户接口和程序员接口，使用户能方便、灵活地使用计算机。使用户能方便、灵活地使用计算机。本讲稿第十六页，共四十页（1）最终用户接口最终用户接口命令行式用户接口，如：命令行式用户接口，如：DOS，UNIXshell命令命令图形用户接口，如：图形用户接口，如：Windows95/98,WindowsNTUNIX-XW
23、indows（2）程序员接口程序员接口(系统调用系统调用)用户在程序中像调用子程序一样调用操作系统所提供的子功用户在程序中像调用子程序一样调用操作系统所提供的子功能。如：能。如：DOC中的中的INT21H，WindowsAPI（Windows应用编程应用编程接口）。接口）。本讲稿第十七页，共四十页2操作系统的种类操作系统的种类按系统功能，可将操作系统分为下列几类：按系统功能，可将操作系统分为下列几类：（1）批处理操作系统）批处理操作系统特点特点：多个作业批量输入计算机，多个作业批量输入计算机，进行批量处理，无需人工干预。进行批量处理，无需人工干预。分类分类：单道批处理系统。单道批处理系统。多道
24、批处理系统。多道批处理系统。优缺点优缺点：多道批处理系统可使多道批处理系统可使CPU与外设、各外设与外设、各外设之间并行操作，提高之间并行操作，提高CPU的利用率。的利用率。在处理过程中，无交互性，对运行中出现在处理过程中，无交互性，对运行中出现的问题不能及时处理。的问题不能及时处理。本讲稿第十八页，共四十页 (2)(2)分时操作系统（分时系统）分时操作系统（分时系统）特特点点：用用户户通通过过与与计计算算机机相相连连的的终终端端，按按时时间间片片（如如100ms100ms）轮轮流流使使用用计计算算机机系系统统，直接与计算机交互，如同各用户都独占有自己的机器。直接与计算机交互，如同各用户都独占
25、有自己的机器。示例示例：优缺点优缺点：交互性好，能及时修改程序运行中所出现的错误，交互性好，能及时修改程序运行中所出现的错误，要求要求CPUCPU速度高，参与速度高，参与“分时分时”的用户数目有一定限制。的用户数目有一定限制。本讲稿第十九页，共四十页 （3 3）实时操作系统）实时操作系统 特点特点：对对于于特特定定的的输输入入，系系统统能能够够不不失失时时宜宜地地作作出出响响应应，并并完完成成对对该该输输入入请请求求的的处处理理。其其及及时时性性较较分分时时系系统统要要求求更更高高（一般为毫秒级，甚至微妙级）其交互性较分时系统差。（一般为毫秒级，甚至微妙级）其交互性较分时系统差。分类分类：实时
26、控制系统，如生产过程控制系统，导弹控制系统等。实时控制系统，如生产过程控制系统，导弹控制系统等。实时信息处理系统，如机票订购系统、联机情报检索系统实时信息处理系统，如机票订购系统、联机情报检索系统等。等。本讲稿第二十页，共四十页（4 4）网络操作系统）网络操作系统 特点特点：是在单机操作系统基础上发展起来的，能对网络上的共享资源进行：是在单机操作系统基础上发展起来的，能对网络上的共享资源进行管理的操作系统，如：管理的操作系统，如：Windows NT Server,Netware,UNIXWindows NT Server,Netware,UNIX等。等。基本功能基本功能:网络通信功能网络通信
27、功能 网络资源的管理和使用网络资源的管理和使用（5 5）操作系统的其它分类方法）操作系统的其它分类方法 单用户操作系统（如单用户操作系统（如MSMSDOSDOS）与多用户操作系统（如）与多用户操作系统（如UNIXUNIX）单任务操作系统（如单任务操作系统（如MSMSDOSDOS）与多任务操作系统）与多任务操作系统（如（如Windows 95/98,Windows NTWindows 95/98,Windows NT）嵌入式操作系统、掌上电脑操作系统及微机操作系统、主机操作系统嵌入式操作系统、掌上电脑操作系统及微机操作系统、主机操作系统等。等。本讲稿第二十一页，共四十页 3 3操作系统的功能操作
28、系统的功能 从资源管理的角度来看，操作系统对计算机硬软件资源的管理包括：从资源管理的角度来看，操作系统对计算机硬软件资源的管理包括：（1 1）处处理理器器（CPUCPU）管管理理：在在多多道道程程序序运运行行下下，对对于于单单处处理理器器的的计计算算机机，操操作作系系统统要要按按一一定定策策略略实实施施CPUCPU的的分分配配调调度度，使使CPUCPU为为多多个个程程序序交交替替服服务务，提提高高CPUCPU的的利利用用率率。或或者者说说，从从“宏宏观观”上上看看，将将一一个个CPUCPU虚虚拟拟化化为为多多个个CPUCPU，供供多多个个程程序序单单独独使使用。用。（2 2）存储器管理存储器管
29、理：指对计算机的主存进行管理，包括：指对计算机的主存进行管理，包括：主主存存分分配配与与回回收收：按按一一定定策策略略为为申申请请主主存存空空间间的的作作业业分分配配主主存存，当当作作业业运运行行完完毕毕后后，回收该作业所占据的主存空间，使它变为空闲区。回收该作业所占据的主存空间，使它变为空闲区。主主存存的的保保护护：为为多多个个用用户户程程序序共共享享主主存存提提供供保保护护措措施施，使使各各自自的的程程序序与与数数据据不被破坏。不被破坏。主存的扩充：为用户提供比实际主存容量大得多的虚拟存储空间。主存的扩充：为用户提供比实际主存容量大得多的虚拟存储空间。本讲稿第二十二页，共四十页 （3 3）
30、设设备备管管理理：指指对对计计算算机机的的各各类类外外部部设设备备（输输入入输输出出设设备备及及外外存存储储器器）的的管管理理，包包括括设设备备的的分分配配与与回回收收，启启动动外外设设工工作作，进进行行故故障障处理等。处理等。为为提提高高设设备备的的利利用用率率，采采用用虚虚拟拟设设备备技技术术。为为使使用用户户方方便便、高高效效地地使使用用设设备备，采采用用“屏屏蔽蔽”技技术术，使使用用户户使使用用设设备备时时不不必必关关心心设设备的物理特性。备的物理特性。（4 4）文件管理文件管理：计算机中的所有信息（程序、数据及文档等）：计算机中的所有信息（程序、数据及文档等）都是以文件形式保存在外存
31、中。文件管理面向用户实现按名（文件都是以文件形式保存在外存中。文件管理面向用户实现按名（文件名）存取；支持对文件的存取、检索、插入、修改和删除；解决文名）存取；支持对文件的存取、检索、插入、修改和删除；解决文件的共享、保护和保密等问题。件的共享、保护和保密等问题。本讲稿第二十三页，共四十页 （5 5）作作业业管管理理：作作业业是是指指用用户户提提交交任任务务，它它包包括括用用户户程程序序、数数据据及及作作业业控控制制说说明明。作作业业控控制制说说明明表表达达了了用用户户对对作作业业运运行行要要求求，可可通通过过作作业业控控制制语言（语言（JCLJCL）或操作控制命令（最终用户接口提供）实现。作
32、业管理一般包括：）或操作控制命令（最终用户接口提供）实现。作业管理一般包括：向用户提供实现作业控制的手段（即两类接口）向用户提供实现作业控制的手段（即两类接口）按按一一定定策策略略实实现现作作业业调调度度：从从外外存存中中选选择择若若干干作作业业装装入入主主存存，准准备备运运行行；作作业业完完成成后后，进进行行资资源源回回收收。使使各各作作业业有有效效地地共共享享系系统统资资源源，并并尽尽可可能满足用户要求。能满足用户要求。还需指出的是：还需指出的是：（1 1）现现代代操操作作系系统统，除除了了应应具具备备上上述述五五大大管管理理功功能能外外，还还应应具具有有网网络络功能，即能够提供网络通信、
33、网络服务、网络接口和网络资源管理等功能。功能，即能够提供网络通信、网络服务、网络接口和网络资源管理等功能。（2 2）随着计算机技术的不断发展，向操作系统提出了许多更新更高的要求。但是，）随着计算机技术的不断发展，向操作系统提出了许多更新更高的要求。但是，无论怎么变，目标是一致的：操作系统必须实现对计算机系统软硬件资源的高效管理，无论怎么变，目标是一致的：操作系统必须实现对计算机系统软硬件资源的高效管理，并向用户提供一个越来越易于使用的高效、安全的操作环境。并向用户提供一个越来越易于使用的高效、安全的操作环境。本讲稿第二十四页，共四十页4 4操作系统的特性操作系统的特性 为为实实现现操操作作系系
34、统统的的目目标标，采采用用了了三三项项技技术术：并并发发、共共享享和和虚虚拟拟。正正是是这这三三种种技技术术，使使操操作作系系统统具具有有了了区区别别于于其其它它软软件件的的几几个个最最基基本特征：本特征：程序的并发执行、资源共享及虚拟性。程序的并发执行、资源共享及虚拟性。本讲稿第二十五页，共四十页3.5.3 3.5.3 存储管理存储管理 1 1存储管理概述存储管理概述 存储管理是指主存管理，辅存管理将在设备管理及文件管理中讲述。存储管理是指主存管理，辅存管理将在设备管理及文件管理中讲述。主存管理的主存管理的基本任务基本任务：分配与回收，保护，扩充。：分配与回收，保护，扩充。主存管理的常用方法
35、。主存管理的常用方法。（1 1）实主存管理（分区管理）实主存管理（分区管理）单一连续分区法单一连续分区法 固定分区法固定分区法 可变分区法可变分区法 可重定位分区法可重定位分区法 （2 2）虚存管理虚存管理 页式存储管理页式存储管理 段式存储管理段式存储管理段页式存储管理段页式存储管理本讲稿第二十六页，共四十页3.5.5 3.5.5 文件管理文件管理 计计算算机机系系统统中中的的软软件件资资源源，如如源源程程序序、目目标标程程序序、数数据据、编编译译程程序序等等，都都是是以以文文件件形形式式组组织织的的。对对这这些些文文件件的的高高效效管管理理，并并为为用用户户提提供供方方便便、安安全全地地使
36、使用用这这些些文文件的手段，是操作系统的另一个重要任务件的手段，是操作系统的另一个重要任务 。1 1文件及文件系统文件及文件系统 （1 1）文文件件：指指逻逻辑辑上上具具有有完完整整意意义义的的一一组组相相关关信信息息的的有有序序集集合合，它它由由文文件件体体及及文文件件控控制制块块（FCBFCB）所所组组成成。其其中中，文文件件体体是是文文件件信信息息的的本本体体，文文件件控控制制块块则则是是文文件件的的说说明明，包包含含有有：文文件件名名、用用户户名名、文文件件类型、文件所在物理位置、文件建立日期等。类型、文件所在物理位置、文件建立日期等。（2 2）文件类型文件类型：按照不同观点，可将文件
37、分成多类。：按照不同观点，可将文件分成多类。（3）文件系统文件系统：操作系统中对文件进行组织、存取和管理的机构（软件集：操作系统中对文件进行组织、存取和管理的机构（软件集合），称之文件管理系统，简称文件系统。合），称之文件管理系统，简称文件系统。本讲稿第二十七页，共四十页2 2文件系统的功能文件系统的功能 文件系统的文件系统的主要功能是实现主要功能是实现“按名存取按名存取”，具体包括：，具体包括：（1 1）实现从逻辑文件到物理文件的转换）实现从逻辑文件到物理文件的转换 逻逻辑辑文文件件：按按用用户户使使用用要要求求构构造造的的文文件件。它它是是面面向向用用户户的的。物物理理文文件件：按按存存储
38、储介介质质（如如磁磁盘盘、磁磁带带）的的物物理理特特性性构构造造的的文文件件。它它是是面向设备的。面向设备的。为为使使用用户户方方便便地地按按名名存存取取文文件件，文文件件系系统统为为用用户户“屏屏蔽蔽”了了复复杂杂的的辅辅存存特特性及文件在辅存上的具体操作，实现逻辑文件到物理件的转换。性及文件在辅存上的具体操作，实现逻辑文件到物理件的转换。（2 2）有效地分配文件的存储空间。）有效地分配文件的存储空间。（3 3）建立文件目录，提供合适的存取方法。）建立文件目录，提供合适的存取方法。（4）实现文件的共享、保护和保密。）实现文件的共享、保护和保密。本讲稿第二十八页，共四十页3文件的组织文件的组织
39、文件系统提供了上述的两种文件结构：文件系统提供了上述的两种文件结构：逻辑结构，物理结构逻辑结构，物理结构。（1）文件的逻辑结构（逻辑文件）文件的逻辑结构（逻辑文件）流流式式文文件件：将将文文件件信信息息作作为为一一个个整整体体来来管管理理和和使使用用的的文文件件。如如由由系系统统程程序序、源源程序、标准子程序等信息组成的文件。程序、标准子程序等信息组成的文件。记录式文件：由若干个相关记录所组成的文件。文件系统以记录为单位对文件进行管记录式文件：由若干个相关记录所组成的文件。文件系统以记录为单位对文件进行管理，用户则按文件名和记录号以记录为单位使用文件中的信息。如下表所示：理，用户则按文件名和记
40、录号以记录为单位使用文件中的信息。如下表所示：记录号记录号学号学号姓名姓名班级班级各科成绩各科成绩政治政治外语外语操作系统操作系统1 1911001911001李方李方一班一班8585808075752 2911002911002张海燕张海燕一班一班9090848492923 3911003911003王石磊王石磊一班一班8787919181814 4911004911004赵卫赵卫三班三班707075758080 表中，每个记录是一个表中，每个记录是一个学生的各科成绩，它由多个学生的各科成绩，它由多个数据项组成，其中至少有一数据项组成，其中至少有一个数据项能用来唯一标识该个数据项能用来唯一标
41、识该记录，称为记录的主键（关记录，称为记录的主键（关键键字字），如如表表中中的的“学学号号”、“记记录录号号”。逻逻辑辑文文件件中中的的记记录录称称为为逻逻辑辑记记录录，它它要要存存放放在在外外存存空空间间（如如磁磁盘盘）的的“物物理理块块”中中，或或称称“物物理理记记录录”。逻逻辑辑记记录录与与物物理理记记录录的的大大小小一一般般是是不不相相等的。等的。本讲稿第二十九页，共四十页5 5文件的共享、保护和保密文件的共享、保护和保密 （1 1）文文件件的的共共享享：文文件件作作为为软软件件资资源源可可供供多多个个用用户户共共同同使使用用，称称之之文文件件共共享享。实实现现文文件件共共享享的的方方
42、法法有有：连连访访法法（用用指指针针链链指指向向同同一信息文件）采用基本文件目录和符号文件目录的多级目录结构。一信息文件）采用基本文件目录和符号文件目录的多级目录结构。（2 2）文文件件保保护护：防防止止文文件件因因硬硬件件故故障障或或共共享享文文件件时时遭遭受受破破坏坏，称称之之文文件件保保护护。实实现现文文件件保保护护的的方方法法有有：建建立立存存取取控控制制权权限限表表，定期转储，建立多个副本等。定期转储，建立多个副本等。（3 3）文件的保密：防止他人窃取文件，称之文件保密。）文件的保密：防止他人窃取文件，称之文件保密。实现文件保密的方法有：设置口令，对文件进行加密等。实现文件保密的方法
43、有：设置口令，对文件进行加密等。本讲稿第三十页，共四十页6 6文件的使用文件的使用 （1 1）文件的存取方式）文件的存取方式 文件的存取方法不仅与文件的性质有关，而且与用户怎样使用文件有关，如下表所示：文件的存取方法不仅与文件的性质有关，而且与用户怎样使用文件有关，如下表所示：（2 2）文件的操作）文件的操作文件系统为用户提供文件系统为用户提供下列文件操作命令下列文件操作命令 建立文件（建立文件（CREATECREATE 文件名，文件属性，文件名，文件属性，设备号）设备号）打开文件（打开文件（OPEN OPEN 文件名）文件名）关闭文件（关闭文件（CLOSE CLOSE 文件名）文件名）读文件
44、（读文件（READREAD文件名，记录号，外存地址）文件名，记录号，外存地址）撤消文件（撤消文件（DELETEDELETE文件名）文件名）.写文件写文件 (WRITE(WRITE 文件名，记录号，外存地址文件名，记录号，外存地址)存 存 取 方 取结构 式介质类型顺序存取顺序存取随机存取随机存取磁盘磁盘顺序文件，链接文件，索引文顺序文件，链接文件，索引文件件索引文件索引文件磁带磁带顺序文件顺序文件本讲稿第三十一页，共四十页3.4软件工程软件工程(P169)3.6.1软件工程概述（P169）1软件的发展及软件“危机”(1)计算机软件是随着计算机硬件的发展及计算机的广泛应用而不断发展的。早在计算机
45、发展的初期，除了程序清单之外，没有其他任何文档资料。在这段时期内，只有程序的概念，而没有计算机软件的概念。(2)在20世纪60年代中期，形成了计算机软件的概念：软件不仅仅是可运行的程序系统，它必须有全套完整的文档，即“软件=程序+文档”。(3)20世纪70年代中期以后，软件的规模越来越大开发周期越来越长，使原先的手工作坊方式开发软件的成本急骤上升。“软件作坊”开发的软件不仅效率低，而且质量差（不可靠、难以维护和修改、难于移植），无法适应硬件的不断升级。出现了旧的软件没有修改好，新技术又要求软件做新的修改，开发的软件半途而废的例子屡见不鲜，出现了所谓的“软件危机”。(4)为了解决“软件危机”，软
46、件业界提出了软件工程（SoftwareEngineering）的思想。本讲稿第三十二页，共四十页2软件工程学的主要内容(1)软件工程的定义软件工程是以系统的、规范的、定量的方法应用于软件的开发、运营和维护，以及对这些方法的研究。(2)软件工程的主要内容是软件开发技术和软件工程管理。软件开发方法研究软件开发方法（SoftwareDevelopmentMethods）的目的是使开发过程规范化，使开发有计划、按步骤地进行。常用的软件开发方法有：面向数据流设计方法SD、面向数据结构设计方法JDM和面向对象设计方法OOD。本讲稿第三十三页，共四十页软件工具软件工具（SoftwereTools）是指帮助开
47、发和维护软件的软件，也称软件自动工具（SoftwareAutomatedTools）。软件工程环境软件工程环境正是软件方法和工具的结合，其定义是：软件开发环境是相关的一组软件工具集合，它支持一定的软件开发方法或按照一定的软件开发模型组织而成。软件工程管理学软件工程管理就是对软件工程生存期内的各阶段的活动进行管理，实现按预定的时间和费用成功地完成软件的开发和维护。本讲稿第三十四页，共四十页3.6.2软件开发模型(P171)软件开发模型是指软件生存周期模型（SaftwareLifeCycleModel），根据软件生产工程化的需要，软件生存周期的划分有所不同，从而形成了不同的软件开发模型。1软件生存
48、周期软件生存周期一般由软件计划、软件开发和软件运行维护三个时期组成。软件计划时期分为问题定义、可行性研究两个阶段。软件开发时期可分为需求分析、软件设计、测试等阶段。软件交付使用后在运行过程中需要不断地维护，使软件能持久地满足用户的需要。本讲稿第三十五页，共四十页2软件开发模型软件开发模型总体来说有传统的瀑布模型和后来兴起的快速原型模型。具体可分为：瀑布模型，快速原型，喷泉模型，软件重用开发模型和螺旋模型，以下对其中几个模型做一简介。（1）瀑布模型（WaterfallModel）瀑布模型遵循软件生存期的划分，明确规定每个阶段的任务，各个阶段的工作按顺序展开，恰如奔流不息拾级而下的瀑布，如图3-7
49、2所示。本讲稿第三十六页，共四十页（2）快速原型（RapidPrototypeModel）先根据需求分析的结果开发一个原型系统，请用户试用一段时间，以便能准确地认识到他们的实际需要是什么，这相当于工程上先制作“样品”试用后，做适当改进，然后再批量生产一样，这就是快速原型法。通常有3种实现原型的方法：渐增型用于验证软件需求的原型用于验证设计方案的原型软件快速原型开发方法的开发过程如图3-73所示。本讲稿第三十七页，共四十页（3）软件重用模型（SoftwareReuseModel）这种开发模型旨在开发具有各种一般性功能的软件模块，将它们组成软件重用库，这些模块设计时考虑其适应各种界面的接口规格，可供软件开发时利用。通常软件重用分两种：重用程序以各种源程序形式存库。重用程序是经过编译的目标程序。本讲稿第三十八页，共四十页（4）螺旋模型（SM：SpiralModel）螺旋模型是1988年由B.W.Boehm提出的。螺旋模型把软件开发过程安排为逐步细化的螺旋周期序列，每经历一个周期，系统就细化和完善一些。螺旋模型把软件过程描绘为“计划风险分析原型用户评审”周而复始的四种活动，将其称为一个螺旋周期。螺旋模型如图3-74所示。本讲稿第三十九页，共四十页第第3章章结束结束祝学习进步祝学习进步!本讲稿第四十页，共四十页