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1、计算机软件基础二概论本讲稿第一页，共六十一页1.1 软件系统的组成与发展软件系统的组成与发展 本讲稿第二页，共六十一页软件系统的组成软件系统的组成软件的概念软件的概念nIEEE：软件软件软件软件是计算机程序程序、方法方法、规则规则、相关的文档文档以及在计算机上运行它时所必需的数据数据。n软件程序程序数据数据文档文档n用户与计算机硬件之间的桥梁。本讲稿第三页，共六十一页软件的分类软件的分类操作系统操作系统系统软件系统软件应用软件应用软件语言处理程序语言处理程序数据库管理系统数据库管理系统定制的应用软件定制的应用软件通用应用软件通用应用软件文字处理软件电子表格软件图形、图象软件通信软件简报软件统计
2、软件常用服务程序常用服务程序解决各种实际问题使用和管理计算机支撑软件支撑软件本讲稿第四页，共六十一页应应用用软软件件硬硬 件件操操作作系系统统语言处理程序语言处理程序数据库管理系统数据库管理系统网网络络与与通通信信软软件件实用程序与工具软件实用程序与工具软件用户计算机应用系统的层次构成如图本讲稿第五页，共六十一页软件系统的发展过程软件系统的发展过程软件系统的发展大致经历了三个阶段：软件系统的发展大致经历了三个阶段：n程序设计时代n软件（程序系统）时代n软件工程学时代软件危机软件危机n定义定义：软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题。n包括两方面问题包括两方面问题:如何开发软件，满足对软件的日
3、益增长的需求如何维护数量不断膨胀的已有软件本讲稿第六页，共六十一页软件系统的发展过程软件系统的发展过程n n软件工程软件工程(software engineering)(software engineering)n背景背景1968年，北大西洋公约组织的学术会议第一次创造了“软件工程”这个词 n定义定义IEEEIEEE：软件工程是开发、运行、维护和修复软件的系统方法。n应用实例应用实例纽约时报情报库系统 空间实验室的飞行模拟系统 本讲稿第七页，共六十一页1.2 操作系统操作系统(Operating System，OS)本讲稿第八页，共六十一页操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 操作系统的目
4、标操作系统的目标 方便性方便性 有效性有效性 可扩充性可扩充性 开放性开放性 操作系统的作用操作系统的作用 nOSOS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口nOSOS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者 nOSOS用作扩充机器用作扩充机器 本讲稿第九页，共六十一页操作系统的功能操作系统的功能 1.1.处理机管理功能处理机管理功能 创建和撤消进程（线程）对诸进程（线程）的运行进行协调实现进程（线程）之间的信息交换按照一定的算法把处理机分配给进程（线程）本讲稿第十页，共六十一页处理机管理功能处理机管理功能 n进程：进程：可以和其它程序并发执行的一次程序
5、执行，用于描述系统中的各种并发活动。一个进程可以由零个、一个或多个线程构成n基本特征：基本特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构性n三种状态：三种状态：运行态、等待态、就绪态本讲稿第十一页，共六十一页处理机管理功能处理机管理功能1.1.进程控制进程控制n作业作业(Job)(Job)：用户在一次计算过程中要求计算机系统所做工作的集合。2.2.进程同步进程同步n两种协调方式：两种协调方式：(1)进程互斥方式 (2)进程同步方式 1.1.进程通信进程通信n直接通信方式直接通信方式 4.4.调度调度n作业调度作业调度&进程调度进程调度 本讲稿第十二页，共六十一页处理机管理功能处理机管理功能作业的三
6、种状态作业的三种状态 ：n后备状态 收容n执行状态 运行n完成状态 完成终止作业作业注册作业调度进程调度I/O请求中断I/O完成中断后备状态完成状态输出等待就绪运行执行状态本讲稿第十三页，共六十一页操作系统的功能操作系统的功能2.2.存储器管理功能存储器管理功能主要任务主要任务:n为多道程序的运行提供良好的环境为多道程序的运行提供良好的环境n方便用户使用存储器方便用户使用存储器n提高存储器的利用率提高存储器的利用率n从逻辑上扩充内存从逻辑上扩充内存 本讲稿第十四页，共六十一页存储器管理功能存储器管理功能内存分配内存分配 n静态或动态分配方式n内存分配数据结构 n内存分配功能 n内存回收功能 内
7、存保护内存保护n设置上界和下界两个界限寄存器本讲稿第十五页，共六十一页存储器管理功能存储器管理功能地址映射地址映射 n地址空间逻辑地址/相对地址 n内存空间物理地址 内存扩充内存扩充n虚拟(virtual)存储技术 n请求调入功能 n转换功能本讲稿第十六页，共六十一页操作系统的功能操作系统的功能1.1.设备管理功能设备管理功能 主要任务:n完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配其所需的I/O设备n提高CPU和I/O设备的利用率n提高I/O速度n方便用户使用I/O设备本讲稿第十七页，共六十一页设备管理功能设备管理功能缓冲(buffer)管理 n单缓冲机制、双缓冲机制、公用缓冲机制 设备分配
8、 设备处理 虚拟设备通过假脱机(spooling)技术将原来独享的设备改造成能为若干个用户共享的设备，即把一台物理设备改造成若干台相同的虚拟设备。如打印机的共享 本讲稿第十八页，共六十一页操作系统的功能操作系统的功能4.4.文件管理功能文件管理功能主要任务：n对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用n保证文件的安全性 文件存储空间的管理n离散分配方式 n以盘块为基本分配单位 目录管理 文件的读/写管理文件的共享与保护 本讲稿第十九页，共六十一页操作系统的功能操作系统的功能5.5.用户接口用户接口 命令接口 n联机用户接口 n脱机用户接口（批处理用户接口）程序接口 图形接口 本讲稿第二十页，
9、共六十一页操作系统分类操作系统分类单用户操作系统批处理操作系统n单道批处理n多道批处理实时操作系统分时操作系统网络操作系统分布式操作系统本讲稿第二十一页，共六十一页微机上的典型操作系统微机上的典型操作系统1.DOS操作系统2.Windows操作系统1.UNIX 操作系统4.Linux操作系统5.OS/2操作系统本讲稿第二十二页，共六十一页微机上的典型操作系统微机上的典型操作系统PC DOS&MS DOSPC DOS&MS DOS（单用户操作系统）（单用户操作系统）UNIXUNIX（多用户多任务交互式操作系统）（多用户多任务交互式操作系统）LinuxLinux（多用户多任务交互式操作系统（多用户
10、多任务交互式操作系统)WindowsWindows（图形窗口式操作系统）（图形窗口式操作系统）OS/2 OS/2（多任务、图形用户界面操作系统（多任务、图形用户界面操作系统)NetwareNetware（网络操作系统）（网络操作系统）本讲稿第二十三页，共六十一页1.1 语言及语言处理系统语言及语言处理系统本讲稿第二十四页，共六十一页程序设计语言程序设计语言 语言代语言代出现年代出现年代语言类别语言类别第一代语言1946-1950机器语言第二代语言1950-1960汇编语言第三代语言1960-1980过程化编程语言第四代语言1980-1995非过程化高级语言第五代语言1995应用程序开发用专家系
11、统注意：注意：语言的发展不是高一代取代低一代，而是多代共存。本讲稿第二十五页，共六十一页程序设计语言程序设计语言 机器语言机器语言(低级语言低级语言低级语言低级语言)机器指令：机器指令：由0，1组成并且能被计算机直接理解执行的代码机器语言：机器语言：机器指令的集合，即计算机可以直接接收、理解的语言特点特点:直观性差、编写效率低、易出错、可读性差它是它是面向机器面向机器的第一代语言的第一代语言 计算机计算机唯一唯一能识别的语言是能识别的语言是机器语言机器语言本讲稿第二十六页，共六十一页程序设计语言程序设计语言 汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言(低级语言低级语言低级语言低级语言)机器语言的符号表示
12、机器语言的符号表示机器语言的符号表示机器语言的符号表示 定义：定义：用助记符、符号地址、标号等符号来编写程序的语言，也被称为符号语言。特点：特点：易于理解与记忆、占用存储空间少、执行速度快注意：注意：不能在计算机上直接运行，必须先翻译成机器语言 它是它是面向机器面向机器的第二代语言的第二代语言本讲稿第二十七页，共六十一页 高级程序设计语言高级程序设计语言高级程序设计语言高级程序设计语言(高级语言高级语言高级语言高级语言)n n面向过程面向过程面向过程面向过程的的第三代第三代第三代第三代语言语言语言处理程序语言处理程序用于把人们编制的汇编语言和高级语言源程序转换为机器能够理解的目标程序高级语言源
13、程序需经解释或编译后，转换为计算机能直接执行的目标程序。例如：FORTRAN、Pascal、BASIC、Cn n面向对象的语言面向对象的语言面向对象的语言面向对象的语言第四代第四代第四代第四代例如：C+、Java、Delphi程序设计语言程序设计语言本讲稿第二十八页，共六十一页程序设计语言程序设计语言1.FORTRAN语言2.ALGOL语言1.Java语言4.C语言和C+语言本讲稿第二十九页，共六十一页汇编程序汇编程序汇编程序汇编程序(assembler)(assembler)汇编汇编将汇编语言程序(源程序源程序)翻译加工成机器语言程序(目标程序目标程序)的过程，由汇编程序汇编程序完成语言处理
14、系统语言处理系统 源程序目标程序汇编程序汇编语言程序机器语言程序本讲稿第三十页，共六十一页语言处理系统语言处理系统解释程序解释程序解释程序解释程序(interpreter)(interpreter)将高级程序设计语言编写的源程序按动态的运行顺序逐句进行逐句进行翻译并执行。编译程序编译程序编译程序编译程序(compiler)(compiler)将高级程序设计语言编写的源程序源程序翻译成用汇编语言或机器语言表示的目标程序目标程序。n五个阶段五个阶段：词法分析、语法分析、中间代码生成、代码优化和目标代码 本讲稿第三十一页，共六十一页n汇编程序和编译程序都产生目标程序，但解释程序不产生目标程序；n解释
15、程序提供人机对话的工作方式，但源程序执行速度比较慢；n编译程序对源程序进行编译产生目标程序，将来执行的速度较快。编译系统的工作过程：编译系统的工作过程：语言处理系统语言处理系统编译编译编译编译 连接连接连接连接 装配装配装配装配高级语言 源 程 序目标程序 模 块可执行的目标程序程序库本讲稿第三十二页，共六十一页1.4 数据库管理系统数据库管理系统(Data Base Management System，DBMS)本讲稿第三十三页，共六十一页数据管理的进展数据管理的进展 数据管理：数据管理：数据管理：数据管理：指对数据的组织、编目、存储、检索、维护等，它是数据处理的中心问题。经历三个阶段：经历
16、三个阶段：经历三个阶段：经历三个阶段：n人工管理阶段n文件系统阶段n数据库系统阶段本讲稿第三十四页，共六十一页数据库的特点数据库的特点数据结构化数据结构化数据库系统与文件系统的根本区别根本区别数据冗余度小数据冗余度小数据具有独立性数据具有独立性即数据和应用程序之间不存在依赖关系n物理的独立性 n逻辑的独立性 加强了对数据的保护加强了对数据的保护n安全性控制：保密性 n完整性控制：正确性、有效性、相容性 n并发控制n故障的发现与恢复本讲稿第三十五页，共六十一页数据库系统数据库系统数据库系统构成图数据库系统构成图应用1应用2应用n数据库(DB)数据库管理员(DBA)数据库管理系统(DBMS)数据库
17、系统数据库系统由应用程序应用程序、DBMSDBMS、DBADBA和DBDB构成本讲稿第三十六页，共六十一页 DBMS DBMS 是一组软件的集合，用来定义数据库，帮助和控制用户为增加、删除、修改和检索数据时对数据库的访问和使用，提供数据独立性、完整性和安全性的保障，它是数据库系统的核心。n三种类型三种类型：n层次模型：层次模型：IMS n网状模型：网状模型：IDMS，IMAG n关系模型：关系模型：FoxBASE，FoxPro，Access，Paradox Oracle、Sybase、Informix等等 应用程序必须通过应用程序必须通过DBMS才能访问数据库才能访问数据库数据库管理系统数据库
18、管理系统本讲稿第三十七页，共六十一页1.5 通用应用软件通用应用软件本讲稿第三十八页，共六十一页应用软件应用软件在计算机硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件。是一些具有一定功能并满足一定要求的应用程序的组合。软件包软件包(package)(package)解决某类典型问题的应用程序组合。如财务管理软件包、统计软件包、运筹学软件包等。通用应用软件通用应用软件 本讲稿第三十九页，共六十一页常用的应用软件常用的应用软件文字处理软件(WPS、Word)电子表格软件(Excel、Lotus 1-2-1)图形、图像软件(AutoCAD、Photoshop)网络通信软件(Outlook、FT
19、P、IE)简报软件(PowerPoint)统计软件(SPSS、SAS)本讲稿第四十页，共六十一页1.6 软件开发软件开发 本讲稿第四十一页，共六十一页程序设计发展过程程序设计发展过程 高级语言阶段高级语言阶段结构程序设计阶段结构程序设计阶段 n程序的正确性n程序的三种基本结构：顺序、选择和循环nGOTO语句 n程序设计方法论 n由顶向下法：由顶向下、逐步细化 n自底向上的方法：强调程序设计的模块化 n软件生产管理 本讲稿第四十二页，共六十一页程序设计发展过程程序设计发展过程自动程序设计阶段自动程序设计阶段 n软件工程支撑环境CASE(computer aided software engine
20、ering)n程序设计基本方法的进一步改进n快速原型法 n甚高级语言法/非过程化语言 n软件可重用法 本讲稿第四十三页，共六十一页软件工程的基本概念软件工程的基本概念 软件生命周期软件生命周期（software life cycle）定义定义一个软件从定义到开发,使用和维护,直到最终被弃用,需要一个漫长的时期,通常把软件经历的这个漫长的时期称为生命周期。可分为二个时期、五个阶段可分为二个时期、五个阶段n二个时期：二个时期：开发期开发期、运行期、运行期 n五个阶段：五个阶段：分析、设计、编写、分析、设计、编写、测试、运行测试、运行 本讲稿第四十四页，共六十一页软件生命周期软件生命周期阶段阶段关键
21、问题关键问题需求分析系统必须做什么?软件设计概括地说,应该如何解决这个问题 编码和调试正确的程序模块软件测试符合要求的软件软件维护持久地满足用户需要的软件本讲稿第四十五页，共六十一页n焦点焦点：做什么（WhatWhat）怎么做（HowHow）n目的：目的：理解待解决的问题 完整获取用户的需求n参与者：参与者：用户、系统分析员 n文档：文档：软件需求规格说明书 软件规格说明书 需求分析需求分析本讲稿第四十六页，共六十一页软件设计软件设计n概要设计（总体设计或结构设计）概要设计（总体设计或结构设计）决定模块间的接口决定模块间的接口 模块说明书n 详细设计（过程设计或模块设计）详细设计（过程设计或模
22、块设计）决定每个模块内部的具体算法决定每个模块内部的具体算法 详细设计说明书n任务任务：从软件需求规格说明书出发，形成软件的具体设计方案HowHowWhatWhat本讲稿第四十七页，共六十一页软件测试软件测试在整个软件开发中，测试工作量一般占在整个软件开发中，测试工作量一般占10%10%40%40%，甚至，甚至50%50%。测试目的：测试目的：发现未发现的错误三种层次：三种层次：n模块测试模块测试单个程序模块n集成测试集成测试模块间的接口n验收测试验收测试对软件质量最全面的考核 文档：文档：测试报告本讲稿第四十八页，共六十一页各类维护活动的根本目的：各类维护活动的根本目的：延长软件生存期延长软
23、件生存期其它维护其它维护 4%4%软件软件生命生命周期周期软件诞生软件诞生分分析析设设计计编编写写测测试试运行和维护运行和维护(简称维护简称维护)改善期改善期 稳定期稳定期 陈旧期陈旧期1 1年年-10-10年年2 2个月个月-2-2年年重构重构软件维护软件维护改正性维护改正性维护2020完善性维护完善性维护5050适应性维护适应性维护2525预防性维护预防性维护5 5本讲稿第四十九页，共六十一页开开开开发发发发期期期期运行期运行期需求分析需求分析 总体设计总体设计详细设计详细设计编码与调试编码与调试软件测试软件测试 软件维护软件维护 文档编制文档编制用户文档用户文档开发文档开发文档管理文档管
24、理文档项目管理本讲稿第五十页，共六十一页软件质量软件质量评价的几个指标:易维护性可靠性 1.正确性 2.健壮性效率易理解性 1.系统的内部结构清晰 2.系统的人机界面简明清晰KISSKeep It Simple and Stupid本讲稿第五十一页，共六十一页1.7 计算机安全及病毒防治计算机安全及病毒防治 本讲稿第五十二页，共六十一页计算机软件的法律保护计算机软件的法律保护 计算机软件的著作权（版权）计算机软件的著作权（版权）2001 eCourseWare 与计算机软件相关的发明的专利权与计算机软件相关的发明的专利权有关计算机软件中商业秘密的不正当竞争行为的制止有关计算机软件中商业秘密的不
25、正当竞争行为的制止计算机软件名称标识的商标权计算机软件名称标识的商标权 IBM Unix本讲稿第五十三页，共六十一页信息安全信息安全 计算机的安全性计算机的安全性指不因人为疏漏和蓄谋作案而使信息泄露、篡改或破坏。中心目标：中心目标：反泄密、反篡改和反破坏。保护系统的安全措施保护系统的安全措施n安全立法安全立法n安全管理安全管理n实体安全实体安全n通信网络安全通信网络安全n软件安全软件安全n信息安全（数据库安全）信息安全（数据库安全）本讲稿第五十四页，共六十一页信息安全信息安全1985年，美国国防部公布“可信计算机系统评估标准”，计算机安全级别分为4类7级：D，C1，C2，B1，B2，B1，A
26、为什么要等级保护 等级保护是什么n等级保护概念n为什么要实行等级保护？等级保护做什么 本讲稿第五十五页，共六十一页计算机病毒计算机病毒 计算机病毒是计算机安全中的一个特殊问题计算机病毒是一些人蓄意编制的计算机程序。它能在计算机系统中生存，通过自我复制来传播，在一定条件下被激活，从而给计算机系统造成一定损害，甚至严重破坏本讲稿第五十六页，共六十一页计算机病毒的特点计算机病毒的特点 计算机病毒的特点计算机病毒的特点n隐蔽性 病毒想方设法隐藏自身n潜伏性 病毒传染合法的程序和系统后不立即发作n传染性 自我复制迅速传播n激发性 在一定条件下实施攻击 n破坏性 病毒设计者的真正意图 病毒程序病毒程序安装
27、模块安装模块激发模块激发模块传染模块传染模块本讲稿第五十七页，共六十一页感染病毒后的常见症状感染病毒后的常见症状 屏幕显示出现异常情况 系统运行异常 磁盘存储异常 文件异常 打印机异常 蜂鸣器无故发声等 本讲稿第五十八页，共六十一页 病毒的一般防治一、防一、防二、二、治治治治本讲稿第五十九页，共六十一页以预防为主，养成良好用机习惯以预防为主，养成良好用机习惯预防微机病毒的方法n尽可能使用硬盘中无毒的操作系统启动 n尽量不要使用外来盘或拷贝其他人的软件 n禁止玩计算机游戏 n禁止用户使用自带的软盘或光盘启动系统 n使用一些驻留微机内存的防病毒软件包或个人防火墙 n采用硬盘写保护软件锁或硬件锁 n使用防病毒卡 n对身份不明的电子邮件最好不要打开 本讲稿第六十页，共六十一页系统已经感染病毒，应如何清除系统已经感染病毒，应如何清除用备份文件恢复硬盘分区表和磁盘引导区 用消毒程序检查和消除磁盘上的病毒 删除带病毒文件，然后通过复制恢复相应的备份文件 注意事项：n不能在带毒系统下进行病毒清除工作，必须使用磁盘版的杀毒软件启动计算机系统，或者使用无毒的系统软盘启动机器，然后运行杀毒软件进行病毒清除工作。n先升级病毒库再杀毒n用一张干净的系统引导盘启动机器后，在DOS状态下杀毒（最好的杀毒环境）本讲稿第六十一页，共六十一页