计算机系统中运行的程序

计算机系统中运行的程序、数据及相应的文档的集合称为软件系统。 *** 作系统用于管理计算机的资源和控制程序的运行。语言处理系统是用于处理软件语言等的软件，如编译程序等。数据库系统是用于支持数据管理和存取的软件，它包括数据库、数据库管理系统等。数据库常驻在计算机系统内的一组数据，它们之间的关系用数据模式来定义，并用数据定义语言来描述；数据库管理系统是使用户可以把数据作为轴象项进行存取、使用和修改的软件。分布式软件系统包括分布式 *** 作系统、分布式程序设计系统、分布式文件系统、分布式数据库系统等。人机交互系统是提供用户与计算机系统之间按照一定的约定进行信息交互的软件系统，可为用户提供一个友善的人机界面。 *** 作系统的功能包括处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理，其主要研究内容包括 *** 作系统的结构、进程(任务)调度、同步机制、死锁防止、内存分配、设备分配、并行机制、容错和恢复机制等。

用户使用计算机系统算题的一般流程如图2。

①通过系统 *** 作员建立帐号，取得使用权。帐号既用于识别并保护用户的文件（程序和数据）,也用于系统自动统计用户使用资源的情况(记帐,付款)。

②根据要解决的问题，研究算法，选用合适的语言，编写源程序，同时提供需处理的数据和有关控制信息。

③把②的结果在脱机的专用设备上放入软磁盘，建立用户文件（也可在联机终端上进行，直接在辅助存储器中建立文件，此时第四步省去）。

④借助软盘机把软盘上用户文件输入计算机，经加工处理，作为一个作业，登记并存入辅助存储器。

⑤是要求编译。 *** 作系统把该作业调入主存储器,并调用所选语言的编译程序,进行编译和连接（含所调用的子程序），产生机器可执行的目标程序，存入辅助存储器。

⑥要求运算处理。 *** 作系统把目标程序调入主存储器，由中央处理器运算处理，结果再存入辅助存储器。

⑦运算结果由 *** 作系统按用户要求的格式送外部设备输出。

计算机内部工作（④～⑦）是在 *** 作系统控制下的一个复杂过程。通常，一台计算机中有多个用户作业同时输入，它们由 *** 作系统统一调度，交错运行。但这种调度对用户是透明的，一般用户无需了解其内部细节。

用户可用一台终端,交互式的控制③～⑦的进行(分时方式)；也可委托 *** 作员完成③～⑦,其中④～⑦是计算机自动进行的（批处理方式）。批处理方式的自动化程度高，但用户不直观，无中间干预。分时方式用户直观控制，可随时干预纠错，但自动化程度低。现代计算机系统大多提供两种方式，由用户选用。

不论何种计算机，它们都是由硬件和软件所组成。

硬件计算机系统中所使用的电子线路和物理设备，是看得见、摸得着的实体，如中央处理器（ CPU ）、存储器、外部设备（输入输出设备、I／O设备）及总线等。

①存储器。主要功能是存放程序和数据，程序是计算机 *** 作的依据，数据是计算机 *** 作的对象。存储器是由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储器） 。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。

②中央处理器的主要功能是按存在存储器内的程序 ，逐条地执行程序所指定的 *** 作。中央处理器的主要组成部分是：数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、算术逻辑部件、 *** 作控制器、程序计数器（指令地址计数器 )、地址寄存器等。

③外部设备是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等）输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

软件对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的 ，它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并不是指这些物理介质，而是指那些看不见、摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄，有效的软件如同一个人的聪颖思维。

计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。计算机软件系统包括：

① *** 作系统 :系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。

②数据库管理系统:负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。

③编译系统:负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。

④网络系统:负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。

⑤标准程序库:按标准格式所编写的一些程序的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。

⑥服务性程序:也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序 ，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。为了使计算机能算得快和准、记得多和牢，数十年来，对提高单机中的中央处理器的处理速度和精度，对提高存储器的存取速度和容量作了许多改进，如：增加运算器的基本字长和提高运算器的精度；增加新的数据类型，或对数据进行自定义，使数据带有标志符，用以区别指令和数，及说明数据类型；在 CPU 内增设通用寄存器、采用变址寄存器、增加间接寻址功能和增设高速缓冲存储器和采用堆栈技术；采用存储器交叉存取技术及虚拟存储器技术；采用指令流水线和运算流水线；采用多个功能部件和增设协处理器等。

充分发掘了单个处理器的潜力后，人们转向发展并行处理技术。开始时（1952年）是在运算器中设计了并行的算术运算逻辑，继而开始采用多功能部件，即在中央处理器中设立相互独立、而又可能同时工作的功能部件。经过30年的发展，用单处理器构成的计算机系统，性能已达到相当高的水平，向量巨型计算机就是这时期的技术的结晶。

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