1、 大學計算機基礎第三章計算機軟件系統第三章計算機軟件系統微機軟件系統的基本組成操作系統功能掌握本章學理解習目標了解應用軟件第三章 計算機軟件系統第三章計算機軟件系統v 本章內容3.1軟件性質及發展史3.2計算機的操作系統3.3應用軟件第三章 計算機軟件系統3.1 軟件的性質及發展史本節內容3.1.1軟件的基本概念3.1.2軟件的性質3.1.3軟件技術進化史3.1.4軟件系統分層結構第三章 計算機軟件系統3.1.1 軟件的基本概念計算機軟件是在計算機上運行的各種程序、要處理的各類數據以及相關文檔的總稱計算機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稱為硬件計算機或“裸機”軟件公式表

2、示：軟件=程序+數據+文檔第三章 計算機軟件系統3.1.2 軟件的性質本質以數字方式存在軟件復雜性、規模不斷增加表現形式不同維護方式不同生產方式不同第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史1968年以后， 采用工程方 法。著重研 究軟件新技 術；注重軟 件理論研究。19461956年：科學計算；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：高級語言出現以后到軟件工程出現以前。非數值數據（計算量小但輸入輸出量較大），出現大容量存儲器，出現操作系統，出現軟件一詞。由個體工作方式逐步轉向合作方式。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史1.初

3、期（20世紀5070年代）20世紀50年代前后“石器時代”機器語言010 1 1000110代碼第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史1.初期（20世紀5070年代）20世紀60中期70末結構化軟件技術高級語言關系數據庫管理系統COBOLC第三章 計算機軟件系統Pascal3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史1.初期（20世紀5070年代）20世紀60中期70末數據庫技術20世紀60年代之前： 文件系統經歷層次結構網狀結構關系結構第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史2.中期（20世紀80年代）圖形用戶界面（GUI）20世紀80年代 圖形技術有了迅

4、速的發展，圖形用戶界面（GUI）的迅速普及與流行，成為計算機軟件領域人機界面革命的最耀眼亮點。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史2.中期（20世紀80年代）圖形用戶界面（GUI）20世紀80年代 1985年微軟發行了Windows1.0，是第一次對PC平臺GUI的嘗試。 另一方面，當時的Unix系統上的圖形界面XWindow也蓬勃地發展起來。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀90年代） 隨著WWW普及，軟件架構再次發生了新變革從客戶機/服務器模式(C/S)向瀏覽器/服務器（B/S）模式轉變。第三章 計算機軟件系統3.1.

5、3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀90年代）過渡B/S模式C/S模式第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀90年代） B/S模式具備了C/S架構所具有的一切優點：用戶端無需專用的軟件當企業對網絡進行升級時，只需更新服務器端軟件減輕了系統維護與升級的成本與工作量。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀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，開創了自由軟件或開放源代碼軟件的新時代。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算

6、（20世紀90年代）u Android（在中國大陸一般稱為“安卓”）：是以Linux為基礎的開放源碼操作系統是Google公司另一個主要軟件產品。主要應用于3G手機與平板電腦。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀90年代）統一建模語言UMLu 1995年，三位杰出的軟件科學家：JacobsonBoochR-umbaugh多年研究成果： 統一建模語言UML誕生了。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史軟件的發展史3.網絡計算（20世紀90年代）統一軟件開發過程UDPu 1997，三位科學家又提出了：統一的軟件開發過程UDP（TheUnite

7、dSoftwareDevelopmentProcess）。第三章 計算機軟件系統3.1.3 軟件技術發展史發展的主要特點網絡化服務化融合化第三章 計算機軟件系統3.1.4 軟件的分層結構按照計算機軟件分類與代碼的國家標準v 系統軟件：是在計算機系統中最靠近硬件的一層，其它軟件一般都是通過系統軟件來發揮作用。如編譯程序、操作系統等。v 支撐軟件：是支撐軟件的開發和維護的軟件，支撐軟件包括各種軟件開發工具、評測工具、界面工具、轉換工具和管理工具，也包括各種數據庫管理系統、網絡支撐軟件和其它支撐軟件。v 應用軟件：是為特定應用領域開發的專用軟件，它們處于整個計算機系統的最頂層。第三章 計算機軟件系統

8、3.1.4 軟件的分層結構應用軟件層實用軟件層操作系統層計算機硬件層第三章 計算機軟件系統裸機WindowsXP、Window2000等QBASICC語言字（表格）處理軟件、財務軟件3.2 計算機的操作系統本節內容3.2.1操作系統的任務與功能3.2.2處理機(CPU)管理3.2.3存儲器的管理3.2.4文件管理3.2.5人機接口管理3.2.6操作系統分類3.2.7嵌入式系統與嵌入式軟件第三章 計算機軟件系統3.2.1操作系統的任務與功能什么是操作系統？應軟件開發工具操用用作系硬件戶軟統件操作系統與用戶的關系第三章 計算機軟件系統操作系統（Operating System，簡稱OS）是一種系統

9、軟件，是程序模塊的集合。這些模塊管理和控制計算機系統軟、硬件資源，合理地組織計算機工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強、使用方便的工作環境。3.2.1操作系統的任務與功能操作系統的任務及功能CPU管理存儲器管理存儲管理指的是對內存中用戶區進行管理，主要是對內存空間進行分配、保護和擴充，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，并進行磁盤空間整理等， 以提高內存空間的利用率并方便用戶使用。CPU管理的任務就是解決如何把CPU合理、動態地分配給多道程序系統， 從而使得多個處理任務同時運行而互不干擾， 極大地發揮CPU的工作效率。第三章 計算機軟件系統3.2.1操

10、作系統的任務與功能操作系統的任務及功能文件管理作業管理作業管理是對用戶提交的諸多作業進行管理，包括作業的組織、控制和調度等。設備管理設備管理是指對所有外部設備進行管理，是操作系統中用戶和外部設備之間的接口。文件管理是指對數據信息資源的管理。其實就是對外存儲器的管理。第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理1.中斷處理所謂中斷是指CPU對系統發生的某個做出的一種反應： CPU暫停正在執行的程序 保護現場（CPU當前的狀態） 自動轉去執行相應的處理程序 處理完畢后返回斷點，繼續執行斷”的程序體。第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理1.中斷處理保護現場原來程序中斷

11、(斷點)執行程序繼續執行轉移完畢返回處理故障第三章 計算機軟件系統系統發生故障3.2.2處理機(CPU )的管理2.處理器調度 在多道程序或多用戶的情況下，組織多個作業或任務執行時，就要解決處理器的調度、分配和回收等問題。第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理2.處理器調度 為了實現處理器調度的功能，操作系統引入了進程（process）的概念 處理器的分配和執行都是以進程為基本單位。第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理3.進程與狀態程序與進程概念是不可分的只要運行一個程序，相應的一個進程或多個進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、機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理3.進程與狀態進程是一個最基本的概念，是將一個程序與執行該程序的活動區分開來。進程是機器在某個時刻的快照，在一個程序的執行期間的不同時刻，將觀察到不同的快照。第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理3.進程與狀態三種狀態執行132就緒等待4第三章 計算機軟件系統3.2.2處理機(CPU )的管理3.進程與狀態進程調度與管理操作系統通過進程控制塊PCB來調度、管理進程的。第三章 計算機軟件系統線程（thread）是進程中執行運算的最小單位，亦即執行處理機調度的基本單位。 線程可以在處理器上獨立調度執行，這樣，在多處理器環境下就允許幾個進

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

14、在特定的時間內執行更多任務。第三章 計算機軟件系統定義存儲管理存儲管理是指存儲器資源（主要指內存和外存的管理。3.2.3存儲管理）第三章 計算機軟件系統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存儲擴充第三章 計算機軟件系統3.2.3存儲管理存儲管理多級存儲管理計算機系統提供多級存儲結構，操作系統可以對不同存儲類型進行管理。第三章 計算機軟件系統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運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾。CPU運算速度要比內存讀寫速度快很多，這樣會使CPU浪費長時間等待數據到來或把數據寫入內存。引入緩沖的主要目的：緩和CPU與I

15、/O設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 計算機軟件系統3.2.3存儲管理存儲管理(2)RAM管理隨機存儲器RAM：CPU能夠直接訪問的存儲器。第三章 計算機軟件系統虛擬存儲器(Virtual Memory)：由操作系統提供的一個假象的特大存儲器。虛擬存儲器不是物理上擴大內存空間，而是邏輯上擴充了內存容量用戶可以使用到比實際物理內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 計算機軟件系統3.2.4設備管理設備管理輸入/輸出設備終端設備管理外存儲器設備第三章 計算機軟件系統（1）選擇和分配輸入/輸出設備以便進行數據傳輸操作；（2）控

16、制輸入/輸出設備和CPU(或內存)之間交換數據；（3）為用戶提供一個友好的透明接口，把用戶和設備硬件特性分開，使得用戶不必考慮設備的硬件差異；（4）提高設備和設備之間、CPU和設備之間的并行性器。3.2.4設備管理設備管理管理任務第三章 計算機軟件系統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 計算機軟件系統3.2.5文件管理文件管理什么是文件系統建立文件系統讀/寫文件修改文件共享保護第三章 計算機軟件系統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 計算機軟件系統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據時采用的組織方式、所見到的文件組織形式，稱為文件的邏輯組織。第三章 計算機軟件系統3.2.5文件管理文件管理物理組織方式文件在存儲設備上的存儲組織形式稱為文件的物理組織。第三章 計算機軟件系統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構，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 計算機軟件系統3.2.6 人機接口管理接口管理人機接口管理任務控制有關設備的運行和理解，并執行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。第三章 計算機軟件系統3.2.6 人機接口管理接口管理人機接口管理任務對操作系統的更高要求：實現智能人機接口，以建立

18、和諧的人機交互環境，改善人機交互的友和易用性，使人與計算機之間的交互更加自然、方便查找。第三章 計算機軟件系統3.2.7 操作系統分類操作系統分布式操作系統網絡操作系統操作系統的分類PC操作系統嵌入式操作系統第三章 計算機軟件系統3.3.7 操作系統分類操作系統個人機(PC)操作系統主要供個人使用功能強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、學習、游戲等方面的需求。第三章 計算機軟件系統3.3.7 操作系統分類操作系統個人機(PC)操作系統主要： 蘋果公司：Mac 平板電腦：IOSOS 微軟公司：Windows第三章 計算機軟件系統嵌入式操作系統(EmSystem):運行在嵌入

19、式系統對整個嵌入式系統各種部件裝置等資指揮和控制的系統效地運行。bedded Operating境及它所操作、控制的進行統一協調、調度件，使整個系統能高3.2.7 操作系統分類操作系統嵌入式操作系統(EOS)環以源軟、第三章 計算機軟件系統3.2.7 操作系統分類操作系統網絡操作系統負責管理整個網絡資源和方便網絡用戶的軟件的集合。網絡操作系統除了一般操作系統的五大功能之外，還應具有網絡管理模塊。第三章 計算機軟件系統3.2.7 操作系統分類操作系統網絡操作系統三大主流： Unix NetWare WindowsNT第三章 計算機軟件系統。3.2.7 操作系統分類操作系統分布式操作系統以計算機網絡為基礎，主要是功能和任務的分布 其所有任務均可以在任何一臺處理器中運行 自動實現全系統范圍內的任務分配、自動調度各處理器的工作負載。第三章 計算機軟件系統3.2.8 嵌入式系統與嵌入式軟件嵌入式系統什么是嵌入式系統計算機的一種應用形式，通常指埋藏在宿主設備中的微處理機系統。第三章 計算機軟件系統3.2.8 嵌入式系統與嵌入式軟件嵌入式系統嵌入式系統應用領域廣泛應用于網絡交換機路由器Modem構建CIMS所需的機器