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計算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ),第1章 概述,本章簡介,計算機(jī)軟件技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)的一個重要組成部分，是計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中最為活躍的領(lǐng)域之一，是衡量計算機(jī)技術(shù)發(fā)展階段的重要標(biāo)志。 計算機(jī)軟件技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。目前，在我們的日常生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂等領(lǐng)域中，處處都可以看到計算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用。 登錄網(wǎng)站、瀏覽各種信息，網(wǎng)站就是一種計算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用；去銀行辦理業(yè)務(wù)，離不開計算機(jī)程序的支持；寫年終工作報告、給客戶發(fā)送電子郵件，同樣離不開計算機(jī)軟件工具。 本章將對計算機(jī)軟件技術(shù)的概念、類型、體系架構(gòu)等內(nèi)容進(jìn)行概述。,本章提要,1.1 什么是計算機(jī)軟件技術(shù)？ 1.2 軟件的分類 1.3 軟件架構(gòu),1.1 什么是計算機(jī)軟件技術(shù)？,1.1 什么是計算機(jī)軟件技術(shù)？,為了理解什么是計算機(jī)軟件技術(shù)，給出計算機(jī)軟件技術(shù)的定義，本節(jié)將研究以下幾個問題： 什么是計算機(jī)軟件， 什么是計算機(jī)程序， 計算機(jī)軟件和計算機(jī)程序的關(guān)系， 計算機(jī)軟件和計算機(jī)硬件的關(guān)系。,軟件的一般定義,由商務(wù)印書館出版的現(xiàn)代漢語詞典中，對軟件的解釋如下： ①計算機(jī)系統(tǒng)的組成部分，是指揮計算機(jī)進(jìn)行計算、判斷、處理信息的程序系統(tǒng)或設(shè)備。包括匯編程序、操作系統(tǒng)、編譯程序、診斷程序、控制程序、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。 ②借指生產(chǎn)、科研、經(jīng)營等過程中的人員素質(zhì)、管理水平、服務(wù)質(zhì)量等。 在這個定義中，軟件不僅僅是指計算機(jī)軟件，還包括其他廣義上的含義。,計算機(jī)軟件,在計算機(jī)領(lǐng)域中，計算機(jī)軟件(computer software)，簡稱為軟件，是指在計算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行特定任務(wù)的計算機(jī)程序、算法和文檔的集合。 本書中的軟件，如果沒有特別強(qiáng)調(diào)，均指計算機(jī)軟件。,程序,軟件包含了程序。 計算機(jī)程序(computer programs)，簡稱程序，是指計算機(jī)的指令序列。 計算機(jī)工作時離不開程序，當(dāng)計算機(jī)的中央處理器執(zhí)行計算機(jī)指令時，就是程序在運(yùn)行。 程序通常分為源代碼和可執(zhí)行程序兩大類。 源代碼是指以程序設(shè)計語言編寫的、可讀的語句和聲明的集合，程序設(shè)計人員的工作就是使用程序設(shè)計語言編寫源代碼，源代碼經(jīng)過編譯后轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)可以執(zhí)行的程序； 可執(zhí)行程序是指包含了計算機(jī)可以直接執(zhí)行的指令的文件。為了與源代碼相區(qū)別，可執(zhí)行程序又被稱為二進(jìn)制代碼。,算法,軟件也離不開算法。 算法(algorithm)是數(shù)學(xué)、計算機(jī)等學(xué)科領(lǐng)域中的一個重要概念，是指一種有限指令的序列，是解決特定問題的明確的詳細(xì)步驟，通常用于計算和數(shù)據(jù)處理。 軟件的目的就是完成特定的任務(wù)，由程序和算法具體來承擔(dān)。,軟件文檔,文檔也是軟件的重要內(nèi)容。 軟件文檔是指伴隨軟件存在的文本文檔，用于解釋軟件的工作原理、使用方法、技術(shù)特點(diǎn)等內(nèi)容。 在軟件的設(shè)計、開發(fā)和使用過程中，常見的文檔包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、算法描述、用戶手冊、技術(shù)服務(wù)、市場推廣計劃等。,軟件和硬件,計算機(jī)軟件與計算機(jī)硬件是相互協(xié)同工作的。 計算機(jī)硬件指計算機(jī)系統(tǒng)的物理部分，包括主板、顯視器、CPU、RAM內(nèi)存、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)、電源等，用于存儲和運(yùn)行計算機(jī)軟件。 如果缺少了計算機(jī)軟件，計算機(jī)硬件是毫無用途的。 從計算視角來看，計算機(jī)軟件的有序指令可以按照某種順序改變計算機(jī)硬件的狀態(tài)，實現(xiàn)用戶的需要。 從形狀上來看，計算機(jī)硬件是指有形的、可觸摸的實際物體，而計算機(jī)軟件則是無形的、不可觸摸的抽象實體。,計算機(jī)軟件技術(shù),軟件是一種產(chǎn)品，涉及到像操作系統(tǒng)、程序設(shè)計語言、算法等許多不同的技術(shù)。 計算機(jī)軟件技術(shù)是與軟件的設(shè)計、實施和使用相關(guān)的多種技術(shù)的統(tǒng)稱。 軟件的設(shè)計與實施涉及到程序設(shè)計語言、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、多媒體、軟件工程等技術(shù) 軟件的使用涉及到質(zhì)量、可靠性、專利、知識產(chǎn)權(quán)、道德、法律等管理和技術(shù)。,1.2 軟件的分類,1.2 軟件的分類,對軟件進(jìn)行分類是深入認(rèn)識和理解軟件的一種方式。 軟件的分類方式有很多種，例如，可以根據(jù)軟件的功能進(jìn)行分類，也可以根據(jù)軟件的不同開發(fā)方式進(jìn)行劃分，還可以從軟件的使用方式進(jìn)行分類。 根據(jù)軟件的功能來劃分是一種主要的分類方式，可以把軟件分為系統(tǒng)軟件、編程軟件和應(yīng)用軟件3大類型。 下面，我們將詳細(xì)分析這些軟件類型的特點(diǎn)，最后再討論一下其他分類方式的軟件類型的特點(diǎn)。,1.2.1 系統(tǒng)軟件,系統(tǒng)軟件(system software)指管理和控制計算機(jī)硬件、使計算機(jī)工作的軟件。 系統(tǒng)軟件是一種非常重要的軟件類型，它為用戶提供了一種操作計算機(jī)硬件的便捷方法，為其他程序提供了運(yùn)行的基礎(chǔ)。 對應(yīng)用程序編程人員來講，系統(tǒng)軟件可以屏蔽計算機(jī)硬件例如打印機(jī)、顯示器、鍵盤的訪問細(xì)節(jié)，減輕編程人員的工作負(fù)擔(dān)。 另外，系統(tǒng)軟件還可以增強(qiáng)計算機(jī)內(nèi)存管理、處理器管理的安全性和穩(wěn)定性等。 根據(jù)系統(tǒng)軟件的功能特點(diǎn)，可以繼續(xù)劃分為操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、實用工具以及其他系統(tǒng)軟件。,操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)(operating system，OS)是位于計算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件之間的接口，負(fù)責(zé)管理和協(xié)調(diào)計算機(jī)硬件的操作和計算機(jī)有限資源的共享。 各種應(yīng)用程序都是通過宿主在操作系統(tǒng)中在計算機(jī)上運(yùn)行。,操作系統(tǒng)的主要功能,操作系統(tǒng)可以完成程序的執(zhí)行，其主要功能包括 進(jìn)程管理、內(nèi)存管理 設(shè)備管理、文件管理 網(wǎng)絡(luò)支持、安全管理等。,主要的操作系統(tǒng),當(dāng)前，主要的操作系統(tǒng)包括 微軟公司的Windows系列操作系統(tǒng) Unix和類Unix操作系統(tǒng) 蘋果公司的Mac OS X操作系統(tǒng) Linux操作系統(tǒng)等。,Unix操作系統(tǒng),Unix最早是由AT&T貝爾實驗室于1969年開發(fā)出來的，主要開發(fā)人員包括Ken Thompson、Dennis Ritchie、Douglas McIlroy等人。 Unix最初是用匯編語言編寫的。 1973年，Ken Thompson等人用C語言重新編寫了Unix，使得Unix的可移植性大大增強(qiáng)。 Unix是一個可移植的、多任務(wù)、多用戶的操作系統(tǒng)。Unix操作系統(tǒng)有許多特點(diǎn)，例如采用純文本存儲數(shù)據(jù)、層次性文件系統(tǒng)、把設(shè)備看作是文件、包含了許多軟件工具等。 目前，Unix操作系統(tǒng)有許多不同的系列，主要包括Free BSD、Net BSD、Sun OS、AIX、OpenServer、Solaris、HP/UX等。,設(shè)備驅(qū)動程序,設(shè)備驅(qū)動程序(device driver)是一個允許高級計算機(jī)軟件與硬件進(jìn)行交互的程序。 高級計算機(jī)軟件一般獨(dú)立于特定的計算機(jī)硬件，只是具備與硬件交互的功能框架。 每種特定的設(shè)備例如打印機(jī)、網(wǎng)卡，都有具備功能框架要求的操作該設(shè)備的具體命令，這些具體的命令稱為設(shè)備驅(qū)動程序。 設(shè)備驅(qū)動程序從高級計算機(jī)軟件處接受一般的命令，然后把這些命令分解成一系列低級的、與特定設(shè)備相關(guān)的命令，從而驅(qū)動該設(shè)備的運(yùn)行。,實用工具,實用工具(utility software)是一種計算機(jī)系統(tǒng)軟件，其作用是在執(zhí)行計算任務(wù)的過程中有助于管理和優(yōu)化計算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件。 目前，許多實用工具都已經(jīng)被整合到操作系統(tǒng)中了。 典型的實用工具包括磁盤存儲管理工具、系統(tǒng)配置和診斷工具、反病毒軟件、文本編輯器、加密和解密工具、應(yīng)用程式啟動器、注冊表優(yōu)化工具、網(wǎng)絡(luò)管理程序等。,其他工具,除了操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序和實用工具之外，系統(tǒng)軟件還包括服務(wù)器、窗口化系統(tǒng)等。 服務(wù)器(server)是指向客戶端提供服務(wù)的計算機(jī)硬件或服務(wù)器軟件或是他們的組合。有時，服務(wù)器是指運(yùn)行了服務(wù)器操作系統(tǒng)的計算機(jī)硬件；有時，服務(wù)器是指能夠提供服務(wù)的軟件程序。 窗口化系統(tǒng)(windowing system)是圖形化用戶界面(graphical user interface，GUI)的組成部分，支持窗口管理器，并且為圖形化硬件、定位設(shè)備(例如鼠標(biāo))、鍵盤提供基本的支持。,1.2.2 編程軟件,編程軟件(programming software)又稱為編程工具(programming tool)或軟件開發(fā)工具(software development tool)，是一種軟件開發(fā)人員用于創(chuàng)建、調(diào)試、維護(hù)其他程序和應(yīng)用軟件的軟件工具。 一般地，這些軟件工具包括程序設(shè)計語言以及編譯程序、調(diào)試程序、解釋程序、鏈接程序、文本編輯程序等。 這些軟件工具的集合稱為集成開發(fā)環(huán)境(integrated development environment，IDE),編譯程序,編譯程序(compiler)是一種把用某種計算機(jī)語言編寫的源代碼程序轉(zhuǎn)變成另一種計算機(jī)語言(目標(biāo)語言，通常是二進(jìn)制形式，被稱為目標(biāo)代碼)的計算機(jī)程序。 這種編譯的目的是使得源代碼成為一種可執(zhí)行的程序。,調(diào)試程序,調(diào)試程序(debugger)是一種測試和診斷其他程序的計算機(jī)程序。 在集成開發(fā)環(huán)境中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)了程序的錯誤時，對于源代碼級的錯誤，調(diào)試程序?qū)@示出錯誤在源代碼中的位置。 如果是針對低級語言或機(jī)器語言的調(diào)試，則錯誤位置會以反匯編的形式顯示出來。 另外，調(diào)試程序還有其他一些功能，例如逐步運(yùn)行程序、在設(shè)置的斷點(diǎn)處中止程序的執(zhí)行、跟蹤特定變量的值等。,解釋程序,一般地，解釋程序(interpreter)是指執(zhí)行某種編程語言編寫的指令的計算機(jī)程序。 解釋和編譯是程序設(shè)計語言實現(xiàn)計算的兩種主要方式。 但是，這兩種計算方式并非是絕對不同的，原因是大多數(shù)的解釋程序也像編譯程序一樣執(zhí)行一些翻譯工作。,鏈接程序,鏈接程序(linker)是指把一個或多個由編譯程序生成的對象合并成為一個可執(zhí)行程序的計算機(jī)程序。 計算機(jī)程序通常由多個部分或模塊組成。這些并不包含在一個對象文件中的部分或模塊也被稱為符號。 一般地，對象文件包含3種符號：已定義的符號、未定義的符號和本地符號。已定義的符號允許其他模塊調(diào)用，未定義的符號可以調(diào)用其他已定義的符號，本地符號則是指對象文件內(nèi)部使用的重定位符號。 當(dāng)程序由多個對象文件組成時，鏈接程序把這些文件合并成一個統(tǒng)一的可執(zhí)行程序，實現(xiàn)符號之間的調(diào)用。,文本編輯程序,文本編輯程序(text editor)也稱為文本編輯器，是用于編輯純文本文件的計算機(jī)程序。 很多情況下，文本編輯程序由操作系統(tǒng)或軟件開發(fā)環(huán)境提供，用于對配置文件、源代碼進(jìn)行編輯和修改。 例如，Unix操作系統(tǒng)中的vi就是一個文本編輯器，微軟的Windows系列操作系統(tǒng)中的記事本也是文本編輯器。 文本編輯程序的一般功能包括：搜索、替換功能；剪切、復(fù)制、粘貼功能；文本格式化功能；撤銷、重做功能；導(dǎo)入其他功能；過濾等。,IDE,IDE是一種為計算機(jī)編程人員提供的、具備軟件開發(fā)需要的編輯、編譯、調(diào)試、鏈接以及自動化工具的多種功能的計算機(jī)軟件。 IDE也被稱為集成設(shè)計環(huán)境、集成調(diào)試環(huán)境等。有時，版本控制系統(tǒng)和工具也被集成到IDE中。 目前，許多IDE還有類瀏覽器、對象審查器、類圖等面向?qū)ο筌浖_發(fā)功能。,1.2.3 應(yīng)用軟件,應(yīng)用軟件(application software)是指在計算機(jī)上運(yùn)行的、支持或改進(jìn)軟件用戶工作的計算機(jī)程序。 或者說，應(yīng)用軟件可以直接完成終端用戶的工作。 從某種意義上來講，系統(tǒng)軟件和編程軟件都是為應(yīng)用軟件服務(wù)的，應(yīng)用軟件才是真正直接提高用戶工作的。 從目前的計算機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀來看，有各種各樣的應(yīng)用軟件，許多專家也從不同的角度提出了多種不同的應(yīng)用軟件分類方式。 一般地，常見的應(yīng)用軟件類型包括：工業(yè)自動化軟件、業(yè)務(wù)軟件、內(nèi)容訪問軟件、教育軟件、仿真軟件、多媒體開發(fā)軟件、產(chǎn)品工程軟件等。,工業(yè)自動化軟件,工業(yè)自動化(industrial automation)是指對工業(yè)生產(chǎn)線、工藝過程、機(jī)器進(jìn)行控制以便減少人工干預(yù)的控制系統(tǒng)。 工業(yè)自動化軟件是指用于工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，包括數(shù)字化控制、可編程邏輯控制器以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)等。,業(yè)務(wù)軟件,業(yè)務(wù)軟件(business software)是有助于提高業(yè)務(wù)生產(chǎn)效率或者度量業(yè)務(wù)生產(chǎn)效率的應(yīng)用軟件。 業(yè)務(wù)軟件又可以細(xì)分成多種類型，包括企業(yè)軟件、企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施軟件、信息工作者軟件等。 需要指出的是，各種類型的軟件之間的界限并不是很清晰，有時某種業(yè)務(wù)軟件可能同時屬于多種不同的類型。,企業(yè)軟件,企業(yè)軟件(enterprise software)是指解決分布式環(huán)境中企業(yè)級管理流程和數(shù)據(jù)流程需求的軟件。 常見的企業(yè)軟件包括財務(wù)管理軟件(financial management，F(xiàn)M)、企業(yè)資源計劃(enterprise resource planning，ERP)、客戶關(guān)系管理(customer relationship management，CRM)、供應(yīng)鏈管理(supply chain management，SCM)、執(zhí)行信息系統(tǒng)(executive information system，EIS)、管理駕駛艙(dashboard)等。 與此相對的是部門軟件。部門軟件是企業(yè)軟件的子類，主要用于解決小型組織或大型組織的業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)管理需求，例如差旅費(fèi)管理、呼叫中心管理等。,企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施軟件,企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施軟件(enterprise infrastructure software)是指具有支持企業(yè)軟件運(yùn)行的通用功能的應(yīng)用軟件。 常見的企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施軟件包括 業(yè)務(wù)流程軟件(business workflow software)、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(database management system，DBMS)、 數(shù)字資產(chǎn)管理(digital asset management，DAM)、 內(nèi)容管理系統(tǒng)(content management system，CMS)、 文檔管理系統(tǒng)(document management system)、 地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)等。,信息工作者軟件,信息工作者軟件(information worker software)是一種滿足部門內(nèi)單個人創(chuàng)建和管理信息需要的應(yīng)用軟件。 這些軟件又可以分為時間管理、資源管理、數(shù)據(jù)管理、文檔、分析、協(xié)同工作軟件、預(yù)訂系統(tǒng)、金融軟件等。,內(nèi)容訪問軟件,內(nèi)容訪問軟件(content access software)是一種用于訪問內(nèi)容而不是編輯內(nèi)容的計算機(jī)軟件。 但是，也有些內(nèi)容訪問軟件允許用戶對內(nèi)容進(jìn)行編輯。這種軟件主要是滿足對數(shù)字化娛樂、出版產(chǎn)品的消費(fèi)需求。 例如，Web瀏覽器、媒體播放器、數(shù)字寵物、屏幕保護(hù)程序、視頻游戲等都是典型的內(nèi)容訪問軟件。,教育軟件,教育軟件(educational software)是一種用于教學(xué)或自學(xué)的計算機(jī)軟件 主要包括兒童學(xué)習(xí)軟件、居家學(xué)習(xí)軟件、教學(xué)課件、教學(xué)管理軟件、娛樂教育軟件、教育參考軟件、教育軟件定制平臺、公司培訓(xùn)軟件以及特殊教育軟件等。,仿真軟件,仿真軟件(simulation software)是一種以研究分析、操作培訓(xùn)、娛樂等為目的，模仿真實情景的物理仿真系統(tǒng)或數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)的計算機(jī)軟件。 仿真軟件又可以分為科學(xué)仿真、社會仿真、戰(zhàn)場仿真、應(yīng)急響應(yīng)仿真、飛行駕駛仿真、汽車駕駛仿真、仿真游戲等。,多媒體開發(fā)軟件,多媒體開發(fā)軟件(media development software)是指用于圖形、圖像、音頻、視頻等多媒體開發(fā)的計算機(jī)軟件。 多媒體開發(fā)軟件又可以分為三維計算機(jī)圖像軟件、計算機(jī)動畫、圖形藝術(shù)軟件、光柵圖形編輯軟件、矢量圖型編輯軟件、視頻編輯軟件、音頻編輯軟件、音樂生成器、Web超媒體開發(fā)軟件等。,產(chǎn)品工程軟件,產(chǎn)品工程軟件(product engineering software)是指輔助相關(guān)制造產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)、裝配的計算機(jī)軟件。 產(chǎn)品工程的主要活動包括成本活動、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品性能、可靠性、可服務(wù)性、用戶特征等。 產(chǎn)品工程軟件主要包括計算機(jī)輔助設(shè)計(computer-aided design，CAD)、計算機(jī)輔助工程(computer-aided engineering，CAE)、測試工具、游戲創(chuàng)建軟件、許可管理程序等。,1.3 軟件架構(gòu),1.3 軟件架構(gòu),軟件架構(gòu)(software architecture)有時也稱為軟件體系結(jié)構(gòu)，是對軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的抽象表示，主要描述軟件系統(tǒng)的組件、組件的接口特征以及這些組件之間的關(guān)系。 軟件架構(gòu)的研究內(nèi)容主要包括軟件架構(gòu)設(shè)計模式、軟件架構(gòu)描述語言、軟件架構(gòu)文檔以及形式化方法。 ANSI/IEEE 1471-2000是描述軟件架構(gòu)的第一個標(biāo)準(zhǔn)，2007年該標(biāo)準(zhǔn)被ISO采納為ISO/IEC 42010:2007標(biāo)準(zhǔn)。 下面介紹ANSI/IEEE 1471-2000標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。,ANSI/IEEE 1471-2000標(biāo)準(zhǔn),本章提要,1.1 什么是計算機(jī)軟件技術(shù)？ 1.2 軟件的分類 1.3 軟件架構(gòu),思考題,1. 收集微軟公司的資料，討論微軟公司提供了哪些類型的軟件產(chǎn)品。 2. 分組討論，你每天接觸到哪些計算機(jī)軟件？ 3. 收集資料，討論Unix和類Unix操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。 4. 收集資料，研討Linux操作系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？ 5. 收集資料，討論企業(yè)軟件的主要類型和典型產(chǎn)品的特點(diǎn)。,