第1章计算机系统概论讲解课件.ppt

1、1计算机系统概论计算机系统概论第第1 1章章2l 本章论述基本知识和基本概念，包括本章论述基本知识和基本概念，包括:1.1 1.1 计算机系统发展简史计算机系统发展简史1.2 1.2 计算机硬件的主要组成部分计算机硬件的主要组成部分1.3 1.3 计算机系统的主要技术指标计算机系统的主要技术指标1.4 1.4 软件概述软件概述1.5 1.5 计算机系统层次结构计算机系统层次结构1.6 1.6 计算机的应用计算机的应用l 需要需要重点重点讲解的是讲解的是计算机硬件的主要组成部分、计算机系统的主要技术指标和和计算机系统层次结构3 3部分内容。部分内容。第1章 计算机系统概论31.1 计算机系统发展

2、简史1.1.1 1.1.1 计算机计算机古代的计算工具古代的计算工具机械式和机电式计算机机械式和机电式计算机现代电子计算机现代电子计算机41.古代的计算工具 我国最早出现的计算工具是我国最早出现的计算工具是“算筹算筹”，采用，采用十进制计数法可进行加、减、乘、除等运算。十进制计数法可进行加、减、乘、除等运算。5古代的计算工具 替代算筹的新的计算工具替代算筹的新的计算工具“算盘算盘”，还创造了一整套，还创造了一整套珠算口诀，珠算口诀，运算速度快捷运算速度快捷，以，以后还传到日本、韩国等东亚各后还传到日本、韩国等东亚各国以及欧州，一直延续到现代。国以及欧州，一直延续到现代。62.机械式和机电式计算

3、机l 17世纪开始，欧州一些数学家设计制造出一些机械式或机电式的计算工具数字运算机。l 1642年，法国数学家帕斯卡（BPascal）制成第一台机械加法器十进制加法器l l 1944年，美国人霍华德艾肯（HAiken）制成了自动程序控制计算机马克1号。73.现代电子计算机技术基础技术基础电子元器件的发明、应用电子元器件的发明、应用和电子技术的迅速发展和电子技术的迅速发展理论基础理论基础二进制计数制和布尔代数二进制计数制和布尔代数社会基础社会基础第二次世界大战对先进的、第二次世界大战对先进的、高速的计算工具的迫切需求高速的计算工具的迫切需求8技术基础技术基础l 1883年，发明白炽灯的美国科学家

4、爱迪生在白炽灯泡中加入第二个电极，发现电极与灯丝之间有电流飞渡这就是爱迪生效应。l 1897年，物理学家汤姆逊用实验证实了真空管（电子管）中导电的粒子电子是从阴极逸出的。汤姆逊因发现电子而获得诺贝尔物理学奖。l 1904年，英国科学家弗莱明（Fleming）发明了真空二极管。l 1906年，福莱斯特（Forrester）发明了具有电信号放大作用的真空三极管。9理论基础理论基础l 1847年，英国数学家乔治布尔认为逻辑中各种命题能够使用数学符号来表示，这些符号能依据固定的规则推导出适当的结论。他设计了一套表示逻辑理论中基本概念的符号，建立了应用这些符号进行运算的法则，从而把形式逻辑归结为一种代数

5、建立了逻辑代数（布尔代数）两种逻辑值“真”与“假”三种逻辑关系“与”、“或”和“非”10 理论基础理论基础l 1938年，美国数学家香农在其硕士论文中提出，可以用二进制系统来表示布尔代数中的逻辑关系：用“1”表示“真”用“0”表示“假”二进制计算的引入对电子计算机的诞生具有极其重要的意义。采用二进制数码进行的计算只有“1”和“0”两个状态，任何一个物理状态都可以表示为“有”和“无”，比如：电信号电压或电流的有无（高、低）磁信号磁性的有无实现二种状态的机电元器件也容易制造。若采用十进制数时要用10个不同状态表示09十个数，而要找到同时具有10个不同稳定状态的机电元器件是极困难的11理论基础 英国

6、24岁的青年数学家阿兰图灵在其论文中，严格地描述了计算机的逻辑结构，首次提出了计算机的通用模型图灵机，为近代电子数字计算机的发展奠定了理论基础。12社会基础社会基础l 19391939年年9 9月，第二次世界大战爆发，月，第二次世界大战爆发，19411941年，年，太平洋战争爆发，美国对日宣战。军事上的迫太平洋战争爆发，美国对日宣战。军事上的迫切需要加速了电子计算机研制的步伐。切需要加速了电子计算机研制的步伐。l 宾夕法尼亚大学莫尔学院和美国陆军军械部签宾夕法尼亚大学莫尔学院和美国陆军军械部签署了合作项目署了合作项目“弹道表弹道表”的计算工作。的计算工作。13 社会基础l 1945年年底第一台

7、年年底第一台实用的通用电子数字计算机实用的通用电子数字计算机“埃尼阿克埃尼阿克”（ENIAC，Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数，电子数字积分器和计算器）字积分器和计算器）l 1946年年2月月15日日ENIAC计算机在宾夕法尼亚大学正式投入运行计算机在宾夕法尼亚大学正式投入运行14社会基础l 制作成本高达1000万美元l 共用18800个电子管l 1500个继电器l 重达30吨，占地170平方米，耗电150千瓦l 运算速度为：每秒钟能进行5000次加法运算（或330次乘法运算或100次除法运算），用来进行弹道计算，几分钟能完成一条

8、弹道的计算。15现代电子计算机的奠基人冯诺依曼l 冯诺依曼生于匈牙利，苏黎士大学数学博士，1930年赴美，1933年与爱因斯坦一起受聘为普林斯顿大学终身教授。l 1944年底1945年初他参加ENIAC计算机研制小组，成为研制小组的顾问l 研制成笫一台实用的通用电子数字计算机16“冯诺依曼机”l 计算机的主要改进有：l 采用二进制计数；l 采用延时线作内部存储器，容量为1024字节；l 提出了“存储程序”的概念，l 程序设计者按计算要求编制好程序，将程序和运行程序中所用的数据以二进制代码的形式存入计算机的存储器中，由计算机自动执行程序。l 使电子计算机有了通用性，只要能写出正确的指令，计算机执

9、行时就无须人工干预。l 按此方案构成的计算机称为“冯诺依曼机”。171.1.2 电子计算机1.1.电子计算机电子计算机2.2.4 4代电子计算机代电子计算机3.3.电子数字计算机分类电子数字计算机分类4.4.我国计算机事业发展概况我国计算机事业发展概况18电子计算机l 电子计算机（电子计算机（electronic computerelectronic computer）能自动）能自动地、高速地进行大量运算的电子设备，地、高速地进行大量运算的电子设备，l 能通过对输入的数据进行指定的数值运算和逻能通过对输入的数据进行指定的数值运算和逻辑运算来求解各种算题，辑运算来求解各种算题，l 也能用来处理各

10、种数据和事务，也能用来处理各种数据和事务，l 是一种自动化信息处理工具，是一种自动化信息处理工具，l 当它与一定的机电设备或仪器设备相结合时，当它与一定的机电设备或仪器设备相结合时，能实现对生产过程和实验过程的控制。能实现对生产过程和实验过程的控制。192.4代电子计算机l第一代第一代电子管计算机：电子管计算机：从1946年第一台计算机研制成功开始到50年代后期，以电子管为基本器件，运算速度为每秒几千次运算。特点是精度低、存储容量小、稳定性差以及体积庞大等。其主要应用于军事及国防领域。20 4代电子计算机l第二代第二代晶体管计算机：晶体管计算机：从20世纪50年代中期到60年代后期，以晶体管为

11、基本器件，开始使用磁芯存储器，运算速度在每秒几万次运算以上后期的晶体管计算机已达每秒千万次运算其特点是精度较高、存储容量较大、稳定性较好以及体积较小等。应用领域已扩大到工程设计和科学研究。21 4代电子计算机l第三代第三代集成电路计算机：集成电路计算机：从20世纪60年代中期到70年代前期采用小规模或中规模集成电路为基本器件，后期开始使用半导体存储器，运算速度在每秒几十万次运算以上，后期的集成电路计算机速度已达每秒千万次运算，其特点是功耗、体积和价格等进一步下降，而速度及可靠性相应地提高22 4代电子计算机l第四代第四代大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路计算机：计算机：从20世纪

12、70年代中期开始采用大规模集成电路和超大规模集成电路器件，高密度、高速度的处理器芯片和存储器芯片。运算速度可达每秒几千万次上亿次。特点：精度更高、存储容量更大、稳定性更好、体积更小（在实现相同功能的条件下）等。233.电子数字计算机分类l 巨型机巨型机l 大型机大型机l 小型机小型机l 微型机微型机l 工程工作站工程工作站24（1）小型机l 规模小、结构简单、设计试制周期短规模小、结构简单、设计试制周期短l 具有硬件和软件成本低、操作和维护容易以及具有硬件和软件成本低、操作和维护容易以及可靠性高等特点，可靠性高等特点，l 管理机器和编制程序都比较简单，管理机器和编制程序都比较简单，l 便于计算

13、机的普及和推广便于计算机的普及和推广l 使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算等工作等工作l 可使小型机的应用领域扩展到控制领域。可使小型机的应用领域扩展到控制领域。25（2）大型机l 具有高可靠性、高吞吐能力、高安全性、高可具有高可靠性、高吞吐能力、高安全性、高可扩展能力以及防病毒和防黑客能力。扩展能力以及防病毒和防黑客能力。l 它用作一个安全的、开放的大型服务器，作为它用作一个安全的、开放的大型服务器，作为企业的计算平台。企业的计算平台。l 大型机软件开发成本很高，为了减少研发的软大型机软件开发成本很高，为了减少研发的软件开发成本，大型机一般具有系

14、列化的特点件开发成本，大型机一般具有系列化的特点l IBMIBM公司于公司于19981998年推出的年推出的IBM S/390IBM S/390系列的第系列的第5 5代产品，其主机速度为每秒代产品，其主机速度为每秒1010亿次。亿次。26（3）巨型机l 需要有很高的运算速度、很大存储容量的计算需要有很高的运算速度、很大存储容量的计算机机l 以以Cray-1Cray-1计算机为例，针对天气预报、飞行器计算机为例，针对天气预报、飞行器设计和核物理研究中存在大量向量运算的特点，设计和核物理研究中存在大量向量运算的特点，Cray-1Cray-1计算机的向量运算速度达每秒计算机的向量运算速度达每秒800

15、08000万次，万次，并兼顾了一般的标量运算。并兼顾了一般的标量运算。l 19831983年研制成功的年研制成功的Cray X-MPCray X-MP机向量运算速度机向量运算速度达每秒达每秒4 4亿次。亿次。27（4）微型机l 产生于产生于2020世纪世纪6060年代末至年代末至7070年初年初l 由于集成电路工艺和计算机技术的发展，袖珍由于集成电路工艺和计算机技术的发展，袖珍计算器得到了普遍的应用。计算器得到了普遍的应用。l 19711971年年1010月，美国月，美国IntelIntel公司首先推出公司首先推出Intel Intel 40044004微处理器微处理器l 实现实现4 4位并行

16、运算的单片处理器位并行运算的单片处理器l 构成运算器和控制器的所有元件都集成在一片构成运算器和控制器的所有元件都集成在一片大规模集成电路芯片上，是第一片微处理器。大规模集成电路芯片上，是第一片微处理器。28微型机l 微型机（微型机（MicrocomputerMicrocomputer，微型计算机），微型计算机）l 是指以微处理器为基础，配以内存储器以及输是指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入入/输出接口电路和相应的辅助电路而构成的输出接口电路和相应的辅助电路而构成的计算机。计算机。l 微型机的出现与发展，掀起了计算机普及的大微型机的出现与发展，掀起了计算机普及的大浪潮。浪潮。29 个人计算

17、机PCl 2020世纪世纪7070年代后期，出现了一种通用微机系年代后期，出现了一种通用微机系统统个人计算机个人计算机(Personal Computer(Personal Computer，PC)PC)。l 最早的、在个人计算机发展史中有重大影响的最早的、在个人计算机发展史中有重大影响的是是19771977年年AppleApple公司推出的公司推出的Apple IIApple II型微机，型微机，l 19811981年年8 8月月1212日日IBMIBM公司推出了公司推出了IBM PCIBM PC机，机，l 后来又推出后来又推出IBM PC/XTIBM PC/XT机（扩充型机（扩充型PCPC

18、），），IBM IBM PC/ATPC/AT机（先进型机（先进型PCPC）。）。30 个人计算机PCl 具有设计先进、软件丰富、功能齐全、价格低廉等特具有设计先进、软件丰富、功能齐全、价格低廉等特点，成为微型机市场主流。点，成为微型机市场主流。l 国内外许多计算机厂家相继生产了与国内外许多计算机厂家相继生产了与IBM PCIBM PC兼容的个兼容的个人计算机。人计算机。l 个人计算机是一类通用计算机，个人计算机是一类通用计算机，l 可应用于多种领域，可应用于多种领域，l 低档的个人计算机可供家庭娱乐和业余爱好者使用，低档的个人计算机可供家庭娱乐和业余爱好者使用，l 高档的个人计算机用于经营管理

19、、科学计算以及教育高档的个人计算机用于经营管理、科学计算以及教育等方面。等方面。31（5）工程工作站l 工程工作站工程工作站EWSEWS（Engineering Work StationEngineering Work Station）简称工）简称工作站，作站，l 一种微型化的功能强的计算机系统。一种微型化的功能强的计算机系统。l 速度快、内存大、图像处理能力强、联网速度快、内存大、图像处理能力强、联网l 适合于进行较复杂的科学和工程计算。适合于进行较复杂的科学和工程计算。l 由高性能主机（包括高性能处理器和大容量内存）、由高性能主机（包括高性能处理器和大容量内存）、高分辨率显示器、高速高分辨

20、率显示器、高速I/OI/O设备以及其他必要的仪器设设备以及其他必要的仪器设备组合而成。它置于终端台上，并可通过网络连接起备组合而成。它置于终端台上，并可通过网络连接起来。来。l 本身可作为一台计算机使用，能完成工程业务、技术本身可作为一台计算机使用，能完成工程业务、技术业务和管理业务，并能作为一个工作站加入网络中。业务和管理业务，并能作为一个工作站加入网络中。32我国电子计算机事业发展的三个阶段：l 第一阶段：第一阶段：1956195619701970年年 主要应用于国防、军事和科研单位，用来进行高速计算。主要应用于国防、军事和科研单位，用来进行高速计算。l 第二阶段：第二阶段：1971197

21、119801980年年 应用开始扩展到经济领域，并开始从国外引进电子计算机。应用开始扩展到经济领域，并开始从国外引进电子计算机。l 第三阶段：从第三阶段：从19811981年开始年开始 主要是面向应用，使计算机应用覆盖到各个领域。主要是面向应用，使计算机应用覆盖到各个领域。5.我国计算机事业发展概况33计算机系统的组成 硬硬 件件软软 件件34计算机系统的组成计算机系统的组成 输入设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备输出设备：显示器、打印机 外外 存存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件

22、硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器 操作系统：Windows、Unix、Linux办公软件包、数据库管理系统 351.2电子计算机硬件的主要组成部分1.2.1 1.2.1 运算器运算器1.2.2 1.2.2 控制器控制器1.2.3 1.2.3 存储器存储器1.2.4 1.2.4 输入设备输入设备1.2.5 1.2.5 输出设备输出设备36硬件的主要组成部分电子计算机硬件由电子计算机硬件由运算器、运算器、控制器、控制器、存储器、存储器、输入设备输入设备输出设备输出设备五部分组成五部分组成37电子计算机的组成部分

23、l其中运算器和控制器合称中央处理器其中运算器和控制器合称中央处理器（Central Processing Unit，CPU），），lCPU与存储器与存储器(内存储器内存储器)合称为合称为主机主机l而输入设备和输出设备合称为而输入设备和输出设备合称为外部设备外部设备381.2.1 运算器l运算器是直接完成各种算术、逻辑运算运算器是直接完成各种算术、逻辑运算的部件，的部件，l主要部件是主要部件是ALUALU（算术逻辑部件）。（算术逻辑部件）。l算术运算算术运算就是加、减、乘、除等运算。就是加、减、乘、除等运算。l逻辑运算逻辑运算是按照逻辑代数规律进行的运是按照逻辑代数规律进行的运算，如逻辑与、逻辑

24、或等。算，如逻辑与、逻辑或等。391.2.2 控制器l控制器是整个计算机的指挥系统。控制器是整个计算机的指挥系统。l对所要操作的程序中的每一条指令对所要操作的程序中的每一条指令进行分析和判断。进行分析和判断。l向机器各部件发出控制信号来指挥向机器各部件发出控制信号来指挥整个机器自动地、协调地进行工作。整个机器自动地、协调地进行工作。40 控制器的主要功能l在控制器的控制下，将程序和原始数据在控制器的控制下，将程序和原始数据送入内存；送入内存；l控制运算器和内存等部件实现自动计算控制运算器和内存等部件实现自动计算和处理，并将结果送到输出设备；和处理，并将结果送到输出设备；l控制内存与外存之间的信

25、息交换；控制内存与外存之间的信息交换；l控制随机事件的处理。控制随机事件的处理。411.2.3 存储器l 计算机之所以能够自动地、高速地进行各种复计算机之所以能够自动地、高速地进行各种复杂的运算，杂的运算，l 其原因之一是它能把算题所需的各种数据和程其原因之一是它能把算题所需的各种数据和程序事先存放在一个记忆装置中，这个记忆装置序事先存放在一个记忆装置中，这个记忆装置就是存储器。就是存储器。l 存储器的职能是存储程序、数据以及中间结果，存储器的职能是存储程序、数据以及中间结果，而在运算和处理过程中由存储器快速地提供给而在运算和处理过程中由存储器快速地提供给运算器进行加工处理，这就是运算器进行加

26、工处理，这就是“程序存储程序存储”的的工作方式。工作方式。42存储器l 存储器通常分为内存储器（简称存储器通常分为内存储器（简称“内存内存”）和外存储器）和外存储器（简称（简称“外存外存”）两类。）两类。l 内存设置在内存设置在主机内部主机内部，用来存放当前运行所需要的，用来存放当前运行所需要的程序程序和数据和数据，以便向中央处理机高速传送信息。，以便向中央处理机高速传送信息。内存一般内存一般容量较小容量较小，但存取，但存取速度较高速度较高，它由半导体存储器组成。，它由半导体存储器组成。内存储器又称为主存储器（内存储器又称为主存储器（简称简称“主存主存”）l 外存设置在外存设置在主机外部主机外

27、部，用来存放当前暂时，用来存放当前暂时不参加运算的不参加运算的程序和大量数据程序和大量数据，在需要时可与内存成批交换数据。，在需要时可与内存成批交换数据。外存外存容量较大容量较大，但存取，但存取速度较低速度较低。常用的外存储器有磁盘机（包括硬磁盘机和软磁盘机）、磁带常用的外存储器有磁盘机（包括硬磁盘机和软磁盘机）、磁带机和光盘机等。机和光盘机等。外存储器又称为辅助存储器（外存储器又称为辅助存储器（简称简称“辅存辅存”）。）。431.2.4 输入设备l向主机送入信息（数据、程序以及各种向主机送入信息（数据、程序以及各种字符信息）的设备，字符信息）的设备，l是人机联系的主要设备。是人机联系的主要设

28、备。l人的意图、原始数据等通过输入设备进人的意图、原始数据等通过输入设备进入计算机，入计算机，l常用的输入设备有常用的输入设备有键盘、鼠标器、数字键盘、鼠标器、数字化仪、光笔、扫描仪以及触摸屏化仪、光笔、扫描仪以及触摸屏等。等。441.2.5 输出设备l接受主机输出的信息（机器工作的中间接受主机输出的信息（机器工作的中间结果或最终结果），并把它显示出来的结果或最终结果），并把它显示出来的设备。设备。l常用的输出设备有常用的输出设备有打印机、打印机、CRTCRT终端终端（视（视频数据终端）、频数据终端）、自动绘图机自动绘图机等。等。451.3 电子计算机系统的主要技术指标l1.3.1 1.3.1

29、 字长字长l1.3.2 1.3.2 运算速度运算速度l1.3.3 1.3.3 存储容量存储容量l1.3.4 1.3.4 主频主频461.3.1 字长 指指CPUCPU中中ALUALU一次能处理二进制数据的位数，一次能处理二进制数据的位数，或者或者CPUCPU与输入与输入/输出设备和存储器之间一输出设备和存储器之间一次传送二进制数据的位数，次传送二进制数据的位数，通常通常CPUCPU的数据总线以及运算器的位数同计的数据总线以及运算器的位数同计算机的字长一致。算机的字长一致。计算机的字长同处理能力和计算精度有关。计算机的字长同处理能力和计算精度有关。字长越长，计算精度就越高，处理能力也字长越长，计

30、算精度就越高，处理能力也就越强就越强47字长高档微型计算机字长为高档微型计算机字长为3232位和位和6464位。对于字长位。对于字长短的计算机，为了提高计算精度，采用多字短的计算机，为了提高计算精度，采用多字节的数据结构，用多个字节表示一个数。节的数据结构，用多个字节表示一个数。例如，对例如，对1616位计算机，可以采用位计算机，可以采用3232位精度字进位精度字进行操作。行操作。481.3.2 运算速度l 以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。计算机运算的快慢程度。l 由于计算机对不同指令的执行时间不同，有的甚由于计算机对不

31、同指令的执行时间不同，有的甚至相差极大，因此需要作进一步的规定。至相差极大，因此需要作进一步的规定。l 最初是以定点加法指令为标准，以后又以加法、最初是以定点加法指令为标准，以后又以加法、乘法、除法指令的平均时间为标准。乘法、除法指令的平均时间为标准。491.3.3 存储容量l存储容量是衡量计算机系统中存储器存储容量是衡量计算机系统中存储器存储能力的一个指标，包括内存（主存储能力的一个指标，包括内存（主存）容量和外存（辅存）容量。存）容量和外存（辅存）容量。l内存容量以字节为单位，分装机容量内存容量以字节为单位，分装机容量（实际容量）和最大容量。（实际容量）和最大容量。50 存储容量l外存容量

32、是指磁盘、磁带和光盘外存容量是指磁盘、磁带和光盘等容量，应根据实际需要来配置。等容量，应根据实际需要来配置。l目前高档微机系统中采用的硬磁目前高档微机系统中采用的硬磁盘的容量为盘的容量为500GB,1T500GB,1T等，光盘的等，光盘的容量也为容量也为GBGB级。级。511.3.4 主频l 指计算机工作时指计算机工作时CPUCPU的时钟频率，的时钟频率，l 其单位为其单位为MHzMHz（兆赫，（兆赫，10106 6赫兹）和赫兹）和GHz(GHz(千兆赫，千兆赫，10109 9赫兹赫兹)，l 是计算机工作的时间基准，用来协调整机的操作。是计算机工作的时间基准，用来协调整机的操作。l 主频的高低

33、在很大程度上决定了计算机的运算速度。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。l 高档微机的主频都在高档微机的主频都在1GHz1GHz以上，在新以上，在新Pentium 4Pentium 4芯芯片的主频高达片的主频高达3.8GHz3.8GHz。521.4 软件概述l1.4.1 1.4.1 软件及其分类软件及其分类l1.4.2 1.4.2 对对“软件软件”的完整理解的完整理解l1.4.3 1.4.3 语言处理程序语言处理程序531.4.1 软件及其分类l 计算机软件是计算机程序、程序所使用的数据以及计算机软件是计算机程序、程序所使用的数据以及有关的文档资料的集合。有关的文档资料的集合。l 软

34、件是计算机系统的软件是计算机系统的“灵魂灵魂”，l 硬件是计算机系统的硬件是计算机系统的“实体实体”，l 硬件只是提供了计算机应用的物质基础，仅有硬件硬件只是提供了计算机应用的物质基础，仅有硬件的计算机称为的计算机称为“裸机裸机”，l 裸机必须配上必要的软件，才能使计算机系统具有裸机必须配上必要的软件，才能使计算机系统具有特定的功能，并得到实际的应用。特定的功能，并得到实际的应用。l 硬件和软件结合构成一个完整的计算机系统。硬件和软件结合构成一个完整的计算机系统。54软件及其分类l 从用户角度来看，从用户角度来看，l 软件是用户与硬件之间的使用界面，软件能使软件是用户与硬件之间的使用界面，软件

35、能使用户更方便、更有效地利用计算机硬件资源。用户更方便、更有效地利用计算机硬件资源。l 根据软件的功能及其所面向的工作对象，根据软件的功能及其所面向的工作对象，l 软件可分为软件可分为系统软件、系统软件、支撑软件、支撑软件、应用软件。应用软件。551.系统软件l 系统软件是一种为了使用和管理计算机系统，系统软件是一种为了使用和管理计算机系统，直接控制和协调计算机、通信设备以及其他外直接控制和协调计算机、通信设备以及其他外部设备，使之发生作用并方便用户使用的软件。部设备，使之发生作用并方便用户使用的软件。l 系统软件最靠近硬件，其他软件都要通过它发系统软件最靠近硬件，其他软件都要通过它发挥作用。

36、挥作用。l 系统软件一般由计算机生产厂家和软件厂商提系统软件一般由计算机生产厂家和软件厂商提供，它与具体应用领域无关，是在系统一级提供，它与具体应用领域无关，是在系统一级提供服务。供服务。56二类系统软件l1 1）面向计算机本身的软件，）面向计算机本身的软件，操作系统操作系统故障处理程序。故障处理程序。l2 2）面向用户的软件，）面向用户的软件，语言处理程序语言处理程序辅助加工软件。辅助加工软件。57语言处理程序l 用来把各种程序设计语言所编写的源程序翻译为用来把各种程序设计语言所编写的源程序翻译为计算机能直接处理的用机器代码所表示的目标程计算机能直接处理的用机器代码所表示的目标程序序如各种高

37、级语言的如各种高级语言的l编译程序编译程序l解释程序解释程序l汇编程序。汇编程序。58辅助加工程序l 主要用来为用户编辑和修改源程序、装配和连接目标主要用来为用户编辑和修改源程序、装配和连接目标程序如程序如l 文本编辑程序文本编辑程序l 屏幕编辑程序屏幕编辑程序l 字处理程序字处理程序l 连接程序连接程序l 各种专用和通用计算程序各种专用和通用计算程序l 常用数学库程序和软件包等。常用数学库程序和软件包等。592.支撑软件l 支撑软件是开发与维护的软件，支撑软件是开发与维护的软件，l 2020世纪世纪7070年代中后期发展起来的软件开发环境可看成年代中后期发展起来的软件开发环境可看成现代支撑软

38、件的代表，主要包括现代支撑软件的代表，主要包括 环境数据库环境数据库 各种接口软件各种接口软件 工具组（例如，面向计算机维护人员的软件：主要有诊断调工具组（例如，面向计算机维护人员的软件：主要有诊断调试程序、自动纠错程序和测试程序）试程序、自动纠错程序和测试程序）数据库管理系统和网络系统等也可算作支撑软件。数据库管理系统和网络系统等也可算作支撑软件。603.应用软件l 特定应用领域的专用软件，一种直接完成某种特定应用领域的专用软件，一种直接完成某种具体应用、供最终用户使用的软件。具体应用、供最终用户使用的软件。l 具有通用性的应用软件具有通用性的应用软件l 必须指出的是，必须指出的是，系统软件

39、和应用软件之间没有系统软件和应用软件之间没有一个很严格的界限，一个很严格的界限，l 例如各种标准程序库，可以看成是应用软件，例如各种标准程序库，可以看成是应用软件，也可以看作计算机生产厂家提供的系统软件。也可以看作计算机生产厂家提供的系统软件。611.4.2 对“软件”的完整理解l 按按“软件工程软件工程”的观点，软件是程序以及开发、的观点，软件是程序以及开发、使用和维护程序所需的相关文档资料的完整集合。使用和维护程序所需的相关文档资料的完整集合。l 计算机系统软件的完整配置包括四部分计算机系统软件的完整配置包括四部分l 为解决各种特定问题而编制的应用程序；为解决各种特定问题而编制的应用程序；

40、l 为支持各种应用程序运行的系统程序；为支持各种应用程序运行的系统程序；l 有关应用程序的设计和开发过程的文档资料；有关应用程序的设计和开发过程的文档资料；l 面向最终用户的有关使用和维护应用程序的文面向最终用户的有关使用和维护应用程序的文档资料。档资料。l 可归纳为可归纳为“程序程序”和和“软件文档软件文档”两大部分。两大部分。621.程序l 程序是使计算机执行特定任务的指令序列。指程序是使计算机执行特定任务的指令序列。指令的有序集合。令的有序集合。l 在初级语言中，它是一组指令和数据；在初级语言中，它是一组指令和数据；l 在高级语言中，它是一组语句和说明。在高级语言中，它是一组语句和说明。

41、l 把用任何一种不同于机器语言的其他程序设计把用任何一种不同于机器语言的其他程序设计语言所编写的程序称为源程序。语言所编写的程序称为源程序。l 计算机不能直接执行源程序，必须经过语言加计算机不能直接执行源程序，必须经过语言加工程序，如汇编程序或编译程序翻译成计算机工程序，如汇编程序或编译程序翻译成计算机能识别的用机器代码所表示的目标程序，计算能识别的用机器代码所表示的目标程序，计算机才能执行。机才能执行。63程序设计主要步骤：l 1)1)分析问题，明确任务。分析问题，明确任务。l 2 2）建立数学模型，把实际问题转化为一个计）建立数学模型，把实际问题转化为一个计算机能求解的问题。算机能求解的问

42、题。l 3 3）建立算法。）建立算法。l 4 4）设计程序流程图。）设计程序流程图。l 5 5）按流程图编制程序。）按流程图编制程序。l 6 6）上机调试、修改，直到能正常运行达到设）上机调试、修改，直到能正常运行达到设计要求为止。计要求为止。642.软件文档l软件文档（软件文档（DocumentDocument）是用自然语）是用自然语言或形式化语言所编写的，用来描言或形式化语言所编写的，用来描述程序的内容、组成、设计、功能述程序的内容、组成、设计、功能规格、开发情况、测试结果以及使规格、开发情况、测试结果以及使用方法的文字资料和图表。用方法的文字资料和图表。65软件文档l 软件文档是软件开发

43、、使用、维护和管理中的软件文档是软件开发、使用、维护和管理中的必备资料，高质量的文档对提高软件开发效率、必备资料，高质量的文档对提高软件开发效率、保障软件的正确、有效的使用和维护，以及保保障软件的正确、有效的使用和维护，以及保证软件质量是十分重要的。因此从软件的开发证软件质量是十分重要的。因此从软件的开发开始一直到软件的使用和维护都必须十分重视开始一直到软件的使用和维护都必须十分重视文档的作用。文档的作用。661.4.3 语言处理程序l计算机能直接接受和执行的是用机器代计算机能直接接受和执行的是用机器代码（二进制代码）编制的目标程序。码（二进制代码）编制的目标程序。l用其他程序设计语言所编制的

44、源程序用其他程序设计语言所编制的源程序l把源程序翻译成目标程序。这种翻译程把源程序翻译成目标程序。这种翻译程序的翻译程序即为语言处理程序，包括序的翻译程序即为语言处理程序，包括l汇编程序汇编程序l编译程序编译程序l解释程序。解释程序。671.汇编语言与汇编程序l（1 1）机器语言与汇编语言）机器语言与汇编语言l 机器语言是一种完全面向机器的程序设计语言，由二机器语言是一种完全面向机器的程序设计语言，由二进制代码表示的一组指令集合组成，进制代码表示的一组指令集合组成，l 每条指令指挥计算机执行一个基本动作，每条指令指挥计算机执行一个基本动作，l 是计算机硬件能直接执行的语言。是计算机硬件能直接执

45、行的语言。l 用机器语言编制的程序具有计算机能直接识别和执行、用机器语言编制的程序具有计算机能直接识别和执行、程序紧凑、占用内存空间少和执行速度快等优点，程序紧凑、占用内存空间少和执行速度快等优点，l 能充分发挥和有效利用计算机的硬件资源和功能。缺能充分发挥和有效利用计算机的硬件资源和功能。缺点是机器指令难记、程序难写、难读和难调试，不利点是机器指令难记、程序难写、难读和难调试，不利于计算机的推广使用。于计算机的推广使用。68汇编语言l汇编语言是一种符号语言，汇编语言是一种符号语言，l其特点是用符号形式表示机器指令，其特点是用符号形式表示机器指令，l用指令助记符代替机器的操作码、用指令助记符代

46、替机器的操作码、l用标识符代替地址码。用标识符代替地址码。l一种面向具体计算机的语言。一种面向具体计算机的语言。l汇编语言与机器语言相比，除保留了机汇编语言与机器语言相比，除保留了机器语言的优点外，还具有易懂、易写、器语言的优点外，还具有易懂、易写、易记、易调试和易修改等优点。与高级易记、易调试和易修改等优点。与高级语言相比，具有执行速度快、节省内存语言相比，具有执行速度快、节省内存和控制精确等优点。和控制精确等优点。l不同的不同的CPUCPU有不同的汇编语言。有不同的汇编语言。69（2）汇编语言源程序l用汇编语言编制的程序称为汇编语言源用汇编语言编制的程序称为汇编语言源程序，程序，l其基本单

47、位是汇编语句行。其基本单位是汇编语句行。l完整的汇编语言源程序应包括完整的汇编语言源程序应包括l基本指令语句、基本指令语句、l伪指令语句（又称指示性语句）伪指令语句（又称指示性语句）l宏指令语句。宏指令语句。l基本指令语句和机器指令有着一一对应基本指令语句和机器指令有着一一对应的关系。的关系。70基本指令语句格式l标号：操作码标号：操作码 操作数；操作数；注注释释l其中标号是指令的符号地址，当程序被其中标号是指令的符号地址，当程序被汇编时，被赋予指令在内存中存放单元汇编时，被赋予指令在内存中存放单元的物理地址。通常程序分支指令的目标的物理地址。通常程序分支指令的目标指令前需要加上标号。指令前需

48、要加上标号。l操作码用来指明该指令的性质。操作码用来指明该指令的性质。l操作数用来指出操作的对象。操作数用来指出操作的对象。l注释用来说明该指令在程序中的功能，注释用来说明该指令在程序中的功能，为程序员和用户阅读程序提供说明，增为程序员和用户阅读程序提供说明，增加程序的可读性。加程序的可读性。71（3）汇编程序l由于汇编语言是一种符号语言，由于汇编语言是一种符号语言，计算机不能直接接受和执行，把计算机不能直接接受和执行，把汇编语言源程序翻译成二进制编汇编语言源程序翻译成二进制编码的机器语言所表示的目标程序码的机器语言所表示的目标程序的一种语言加工程序，称为的一种语言加工程序，称为l“汇编程序汇

49、编程序”。l在操作系统的支持下，汇编程序在操作系统的支持下，汇编程序对汇编语言源程序进行两遍扫描。对汇编语言源程序进行两遍扫描。72汇编程序的主要功能l 1 1）将汇编语言源程序翻译成机器语言的目标）将汇编语言源程序翻译成机器语言的目标程序。程序。l 2 2）按用户指定自动分配存储区域（程序区、）按用户指定自动分配存储区域（程序区、数据区和暂存区等）。数据区和暂存区等）。l 3 3）自动地把各种进位制数转换成二进制数。）自动地把各种进位制数转换成二进制数。l 4 4）把字符转换成）把字符转换成ASC IIASC II码。码。l 5 5）计算表达式值。）计算表达式值。l 6 6）自动地对源程序进

50、行检查，若有错误给出）自动地对源程序进行检查，若有错误给出出错信息出错信息73汇编程序l PCPC系列机上能够运行的汇编程序主要有系列机上能够运行的汇编程序主要有ASMASM、MASMMASM和和TASMTASM等，等，l 其调试程序是其调试程序是DEBUGDEBUG。l 存放汇编语言源程序的盘文件应取存放汇编语言源程序的盘文件应取.ASM.ASM的扩展名，的扩展名，l 经汇编后可以有选择地产生扩展名为经汇编后可以有选择地产生扩展名为.LST.LST的源程序请的源程序请单（即列表文件）单（即列表文件）l 以及扩展名为以及扩展名为.OBJ.OBJ的浮动二进制文件，的浮动二进制文件，l 经过连接后