计算机软件系统概述

计算机软件系统概述操作系统基础知识数据输入、数据处理和数据输出等任务。软件可保证硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供良好的工作环境。本章按照网络管理员考试大纲的要求，首先简述计算机软件系统和软件技术的发展，再重点介绍操作系统的基本原理，以及几个常用的操作系统。计算机软件系统概述软件系统是指为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。程序是完成某一任务的指令或语句的有序集合；数据是程序处理的对象和处理的结果；文档是描述程序操作及使用的相关资料。计算机的软件是计算机硬件与用户之间的一座桥梁。计算机软件按其功能分为应用软件和系统软件两大类。用户与计算机系统各层次之间的关系如图3-1所示。图3-1用户与计算机系统各层次之间的关系1．系统软件系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。其功能是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。系统软件具有两大特点：一是通用性，其算法和功能不依赖特定的用户，无论哪个应用领域都可以使用；二是基础性，其他软件都是在系统软件的支持下开发和运行的。系统软件是构成计算机系统必备的软件，系统软件通常包括以下几种。1）操作系统操作系统（OperatingSystem，OS）是管理计算机的各种资源、自动调度用户的各种作业程序、处理各种中断的软件。它是计算机硬件的第一级扩充，是用户与计算机之间的桥梁，是软件中最基础和最核心的部分。它的作用是管理计算机中的硬件、软件和数据信息，支持其他软件的开发和运行，使计算机能够自动、协调、高效地工作。操作系统多种多样，目前常用的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、Linux、NetWare、Windows2000、WindowsXP/Vista、WindowsNT、Windows2003和Windows2008等。2）程序设计语言人们要使用计算机，就必须与计算机进行交流，要交流就必须使用计算机语言。目前，程序设计语言可分为4类：机器语言、汇编语言、高级语言及第四代高级语言。机器语言是计算机硬件系统能够直接识别的、不需翻译的计算机语言。机器语言中的每一条语句实际上是一条二进制数形式的指令代码，由操作码和操作数组成。操作码指出进行什么操作；操作数指出参与操作的数或在内存中的地址。用机器语言编写程序时工作量大、难于使用，但执行速度快。它的指令二进制代码通常随CPU型号的不同而不同，不能通用，因而说它是面向机器的一种低级语言。通常不用机器语言直接编写程序。汇编语言是为特定计算机或计算机系列设计的。汇编语言用助记符代替操作码，用地址符号代替操作数。由于这种符号化的做法，因而汇编语言也称为符号语言。用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序。汇编语言程序比机器语言程序易读、易检查、易修改，同时又保持了机器语言执行速度快、占用存储空间少的优点。汇编语言也是面向机器的一种低级语言，不具备通用性和可移植性。高级语言是由各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则组成的，它更容易阅读、理解和修改，编程效率高。高级语言不是面向机器的，而是面向问题，与具体机器无关，具有很强的通用性和可移植性。高级语言的种类很多，有面向过程的语言，例如FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等；有面向对象的语言，例如，C++、VisualBasic、Java等。不同的高级语言有不同的特点和应用范围。FORTRAN语言是1954年提出的，是出现最早的一种高级语言，适用于科学和工程计算；BASIC语言是初学者的语言，简单易学，人机对话功能强；PASCAL语言是结构化程序语言，适用于教学、科学计算、数据处理和系统软件开发，目前逐步被C语言所取代；C语言程序简练、功能强，适用于系统软件、数值计算和数据处理等，已成为目前高级语言中使用最多的语言之一；C++、VisualBasic等面向对象的程序设计语言，给非计算机专业的用户在Windows环境下开发软件带来了方便；Java语言是一种基于C++的跨平台分布式程序设计语言。40余年来，高级语言发生了巨大的变化，但从根本上说，上述的通用语言仍是过程化语言。编码的时候，要详细描述问题求解的过程，告诉计算机每一步应该怎样做。为了把程序员从繁重的编码中解放出来，还需寻求进一步提高编码效率的新语言，这就是第四代高级语言（4GL）产生的背景。对于4GL语言，迄今仍没有统一的定义。一般认为，3GL是过程化的语言，目的在于高效地实现各种算法；4GL则是非过程化的语言，目的在于直接实现各类应用系统。前者面向过程，需要描述怎样做；后者面向应用，只需说明做什么。3）语言处理程序将计算机不能直接执行的非机器语言源程序，翻译成能直接执行的机器语言的语言翻译程序，总称为语言处理程序。各种高级语言和汇编语言均配有语言处理程序，它们将高级语言和汇编语言编写的程序（源程序）翻译为机器所能理解的机器语言程序（目标程序）。翻译的方法有两种：解释方式和编译方式。前者是对源程序的每个语句边解释边执行，这种方式灵活方便，但效率较低；后者则是把全部源程序一次性翻译处理后，产生一个等价的目标程序，然后再去执行。这种方式效率较高，但不够灵活。早期的高级语言要么是解释方式，要么是编译方式。近年来新发展的语言常常是一个集成环境，既有解释方式的灵活性，又有编译方式的高效性，如Turbo系列的PASCAL、C、BASIC和Visual系列的C、BASIC、PASCAL、FoxPro等。4）数据库管理系统利用数据库系统可以有效地保存和管理数据，并利用这些数据得到各种有用的信息。数据库系统主要包括数据库和数据库管理系统。数据库是按一定方式组织起来的数据集合。数据库管理系统具有建立、维护和使用数据库的功能；具有使用方便、高效的数据库编程语言的功能；并能提供数据共享和安全性保障。数据库管理系统按数据模型的不同，分为层次型、网状型和关系型3种类型。其中关系型数据库使用最为广泛，例如，SQLServer、FoxPro、Oracle、Access、Sybase、MySQL等都是常用的关系型数据库管理系统。5）工具软件工具软件又称为服务性程序，是在系统开发和系统维护时使用的工具，完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务，包括编辑程序、链接程序、计算机测试和诊断程序等。这种程序需要操作系统的支持，而它们又支持软件的开发和维护。测试工具是指测试软件正确性的工具。测试工具主要有两种类型的工具，一类是调试工具，用来帮助软件设计人员排除软件错误，如汇编调试工具Debug，面向源代码的调试工具TurboDebugger、CodeView等；另一类是测试工具，用来检验软件的正确性和可靠性。常用的工具软件有PC工具箱（PCTools）、诊断测试软件（DIAG）、调试软件（Debug）、链接软件（LINK）、处理病毒软件（金山毒霸、瑞星、江民、卡巴斯基）和软件开发工具（Delphi、PowerBuilder）等。2．应用软件软件公司或用户为解决某类应用问题而专门研制的软件称为应用软件。它包括应用软件包和面向问题的应用软件。一些应用软件经过标准化、模块化，逐步形成了解决某些典型问题的应用程序组合，称为软件包（Package）。例如，AutoCAD绘图软件包、通用财务管理软件包、Office软件包等。面向问题的应用软件是指计算机用户利用计算机的软硬件资源为某一专门的目的而开发的软件。例如，科学计算、工程设计、数据处理及事务管理等方面的程序。随着计算机的广泛应用，应用软件的种类及数量将越来越多、越来越庞大。常见的应用软件有文字处理软件、工程设计绘图软件、办公事务管理软件、图书情报检索软件、医用诊断软件、辅助教学软件、辅助设计软件、网络管理软件和实时控制软件等。