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對計算機硬件和軟件的認識

科技 更新时间:2024-09-12 16:22:09

系統軟件是在硬件基礎上對硬件功能的擴充與完善,其功能主要是控制和管理計算機的硬件資源、軟件資源和數據資源,提高計算機的使用效率,發揮和擴大計算機的功能,為用戶使用計算機系統提供方便。系統軟件有兩個主要特點:一是通用性,無論是哪個應用領域的用戶都要用到它;二是基礎性,它是應用軟件運行的基礎,應用軟件的開發和運行要有系統軟件的支持。

對計算機硬件和軟件的認識(計算機系統軟件)1

(1) 操作系統

操作系統(Operating System,OS)是為了控制和管理計算機的各種資源,以充分發揮計算機系統的工作效率和方便用戶使用計算機而配置的一種系統軟件。操作系統是直接運行在計算機上的最基本的系統軟件,是系統軟件的核心,任何計算機都必須配置操作系統。

操作系統是管理和控制計算機系統軟件、硬件和系統資源的大型程序,是用戶和計算機之間的接口。操作系統的主要作用是提高系統資源的利用率,為用戶提供方便友好的用戶界面和軟件開發與運行環境。

(2) 語言處理程序

程序設計語言是人們為了描述解題步驟(即編程序)而設計的一種具有語法語義描述的記号。按其發展分為機器語言、彙編語言和高級語言。機器語言程序能被計算機直接識别并執行,但用彙編語言或高級語言編寫的程序要經過翻譯以後才能被計算機執行,這種翻譯程序稱為語言處理程序,包括彙編程序、解釋程序和編譯程序。

機器語言(Machine language):機器語言是以計算機能直接識别的0或1二進制代碼組成的一系列指令,每條指令實質上是一組二進制數。送入計算機後,存放在存儲器中,運行後,一條一條指令從存儲器中取出,經過譯碼,使計算機内各部件根據指令的要求完成規定的操作。

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用機器語言編寫的程序叫機器語言程序。它是計算機唯一可直接理解的語言,但由于機器指令是繁瑣冗長的二進制代碼,所以利用機器語言編寫程序,要求程序設計人員熟記計算機的全部指令,工作量大、容易出錯又不容易修改,同時各種計算機系統的機器指令也不一定相同,所編制的程序隻适用于特定的計算機系統。因此,利用機器語言編寫程序對非計算機專業人員是比較困難的。為此,人們研究了一種彙編語言。

彙編語言(Assembly language):由于機器語言編寫程序困難很大,出現了用符号來表示二進制指令代碼的符号語言,稱為彙編語言。彙編語言用容易記憶的英文單詞縮寫代替約定的指令,例如用MOV表示數據的傳送指令,用ADD表示加法指令,SUB表示減法指令等等。彙編語言的出現使得程序的編寫方便了許多,并且編寫的程序便于檢查和修改。用彙編語言編寫的程序,稱為彙編語言源程序,常簡稱為彙編語言程序。

計算機隻能夠執行機器語言表示的指令系統,因此利用彙編語言編寫的程序,必須經過翻譯,轉化為機器語言代碼才能在計算機上運行,這個過程是通過一個翻譯程序自動完成的。将彙編語言程序翻譯成機器語言程序的程序通常稱為彙編程序。翻譯的過程,叫做彙編。

彙編語言仍然是面向機器的程序設計語言,與具體的計算機硬件有着密切的關系,彙編語言指令與機器語言指令基本上是一一對應的,利用彙編語言編寫程序必須對計算機的硬件資源有一定的了解,如計算機系統的累加器、各種寄存器、存儲單元等等。因此,彙編程序的編寫、閱讀對非計算機專業人員來說,依然存在着較大的障礙。為了克服這些不足之處,人們進一步研制出了高級語言。

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高級語言(Higher-level language):高級語言是用更接近自然語言和數學表達式的一種語言,它由表達不同意義的“關鍵字”和“表達式”按照一定的語法語義規則組成,不依賴具體機器。用高級語言編寫的程序易讀易記,也便于修改、調試,大大提高了編制程序的效率,也大大提高了程序的通用性,便于推廣交流,從而極大地推動了計算機的普及應用。

用高級語言編寫的程序叫做源程序(Source program)。源程序必須經過翻譯處理,成為計算機能夠識别的機器指令,計算機才能執行。這種翻譯,通常有兩種做法,即解釋方式和編譯方式。

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① 解釋方式是通過解釋程序(Interpreter)對源程序進行逐句翻譯,翻譯一句執行一句,翻譯過程中并不生成可執行文件。這和平時的“同聲翻譯”的過程差不多,問題是如果需要重新執行這個程序的話,就必須重新翻譯。因為解釋程序每次翻譯的語句少,所以對計算機的硬件環境如内存儲器要求不高,特别是早期的計算機硬件資源較少的背景下,解釋系統被廣泛使用。當然,因為是逐句翻譯,兩條語句執行之間需要等待翻譯過程,因此程序運行速度較慢,同時系統一般不提供任何程序分析和代碼優化。這種系統有特定的時代印記,現在主要使用在一些專用系統中。

② 編譯方式是利用編譯程序(Compiler)把高級語言源程序文件翻譯成用機器指令表示的目标程序(Object Program)文件,再将目标程序文件通過連接程序生成可執行文件,最後運行可執行文件,得到計算結果,整個過程可以用圖1-4表示。生成的可執行文件就可以脫離翻譯程序單獨執行。

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圖1-4 高級語言程序的編譯執行過程

編譯系統由于可進行代碼優化(有的編譯程序可作多次優化),目标碼效率很高,是目前高級語言實現的主要方式。常見的程序設計語言,如C/C 、FORTRAN等都是編譯型語言。用這些語言編寫的源程序,都需要進行編譯、連接,才能生成可執行程序。

随着高級語言的發展,出現了高級語言各自的集成化開發環境(Integrated D.velopment Environment,IDE)。所謂集成化開發環境就是将源程序文件的編輯、翻譯(解釋或編譯)、連接、運行及調試等操作集成在一個環境中,各種操作設計成菜單命令。除了關于程序執行的主要操作命令外,還設計了關于文件操作的命令(如文件打開、存盤、關閉等)、程序調試命令(如分步操作、跟蹤、環境設置等)等等,這樣,方便了程序的編寫、調試和運行。

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(3) 數據庫管理系統

數據庫(Databases,DB)是指長期保存在計算機的存儲設備上、并按照某種數據模型組織起來的、可以被各種用戶或應用共享的數據的集合。數據庫管理系統(Database Management System,DBMS)是指提供各種數據管理服務的計算機軟件系統,這種服務包括數據對象定義、數據存儲與備份、數據訪問與更新、數據統計與分析、數據安全保護、數據庫運行管理以及數據庫建立和維護等。由于企業信息化的目的就是要以現代信息技術為手段,對伴随着企業生産和經營過程而産生的數據進行收集、加工、管理和利用,以改善企業生産經營的整體效率,增強企業的競争力。所以,數據庫是企業信息化不可缺少的工具,是絕大部分企業信息系統的核心。

(4) 支撐軟件

支撐軟件是用于支持軟件開發、調試和維護的軟件,可幫助程序員快速、準确、有效地進行軟件研發、管理和評測。如編輯程序、連接程序和調試程序等。編輯程序為程序員提供了一個書寫環境,用來建立、編輯修改源程序文件。連接程序用來将若幹個目标程序模塊和相應高級語言的庫程序連接在一起,産生可執行程序文件。調試程序可以跟蹤程序的執行,幫助發現程序中的錯誤,以便于修改。

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