【文章內(nèi)容簡介】 戶和計算機的接口。比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成復雜的功能，這就是操作系統(tǒng)幫助的結果；二是統(tǒng)一管理計算機系統(tǒng)的全部資源，合理組織計算機工作流程，以便充分、合理地發(fā)揮計算機的效率。操作系統(tǒng)通常應包括下列五大功能模塊： （ 1）處理器管理。當多個程序同時運行時，解決處理器 (CPU)時間的分配問題。 （ 2）作業(yè)管理。完成某個獨立任務的程序及其所需的數(shù)據(jù)組成一個作業(yè)。作業(yè)管理的任務主要是為用戶提供一個使用計算機的界面使其方便地運行自己的作業(yè)，并對所有進入系統(tǒng)的作業(yè)進行調(diào)度和控制，盡可能高效地利用整個系統(tǒng)的資源。 （ 3）存儲器管理。為各個程序及其使用的數(shù)據(jù)分配存儲空間，并保證它們互不干擾。 14 （ 4）設備管理。根據(jù)用戶提出使用設備的請求進行設備分配，同時還能隨時接收設備的請求（稱為中斷），如要求輸入信息。 （ 5）文件管理。主要負責文件的存儲、檢索、共享和保護，為用戶提供文件操作的 方便。 操作系統(tǒng)的種類繁多，依其功能和特性分為批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)等；依同時管理用戶數(shù)的多少分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)；適合管理計算機網(wǎng)絡環(huán)境的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。按其發(fā)展前后過程，通常分成以下六類： （ 1）單用戶操作系統(tǒng) (Single User Operating System) 單用戶操作系統(tǒng)的主要特征是計算機系統(tǒng)內(nèi)一次只能支持運行一個用戶程序。這類系統(tǒng)的最大缺點是計算機系統(tǒng)的資源不能充分利用。微型機的 DOS、 Windows操作系統(tǒng)屬于這一類。 （ 2）批處理操作系統(tǒng) (Batch Processing Operating System) 批處理操作系統(tǒng)是 20 世紀 70 年代運行于大、中型計算機上的操作系統(tǒng)。當時由于單用戶單任務操作系統(tǒng)的 CPU 使用效率低， I/O 設備資源未充分利用，因而產(chǎn)生了多道批處理系統(tǒng)，它主要運行在大中型機上。多道是指多個程序或多個作業(yè) (MultiPrograms or Multi Jobs)同時存在和運行，故也稱為多任務操作系統(tǒng)。 IBM 的 DOS/VSE 就是這類系統(tǒng)。 （ 3）分時操作系統(tǒng) (TimeSharing Operating System) 分時 系統(tǒng)是一種具有如下特征的操作系統(tǒng)：在一臺計算機周圍掛上若干臺近程或遠程終端，每個用戶可以在各自的終端上以交互的方式控制作業(yè)運行。 在分時系統(tǒng)管理下，雖然各用戶使用的是同一臺計算機，但卻能給用戶一種 “獨占計算機 ”的感覺。實際上是分時操作系統(tǒng)將 CPU 時間資源劃分成極小的時間片（毫秒量級），輪流分給每個終端用戶使用，當一個用戶的時間片用完后， CPU 就轉(zhuǎn)給另一個用戶，前一個用戶只能等待下一次輪到。由于人的思考、反應和鍵入的速度通常比 cpu 的速度慢得多，所以只要同時上機的用戶不超過一定數(shù)量，人們不會有延遲的感覺，好 像每個用戶都獨占著計算機。分時系統(tǒng)的優(yōu)點是：第一，經(jīng)濟實惠，可充分利用計算機資源；第二，由于采用交互會話方式控制作業(yè)，用戶可以坐在終端前邊思考、邊調(diào)整、邊修改，從而大大縮短了解題周期；第三，分時系統(tǒng)的多個用戶間可以通過文件系統(tǒng)彼此交流數(shù)據(jù)和共享各種文件，在各自的終端上協(xié)同完成共同的任務。分時操作系統(tǒng)是多用戶多任務操作系統(tǒng)， UNIX是國際上最流行的分時操作系統(tǒng)。此外， UNIX具有網(wǎng)絡通信與網(wǎng)絡服務的功能，也是廣泛使用的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。 （ 4）實時操作系統(tǒng) (RealTime Operating System) 在某些應用領域，要求計算機對數(shù)據(jù)能進行迅速處理。例如，在自動駕駛儀控制下飛行的飛機、導彈的自動控制系統(tǒng)中，計算機必須對測量系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)及時、快速地進行處理和反應，以便達到控制的目的，否則就會失去戰(zhàn)機。這種有響應時間要求的快速處理過程叫做實時處理過程，當然，響應的時間要求可長可短，可以是秒、毫秒或微秒級的。對于這類實時處理過程，批處理系統(tǒng)或分時系統(tǒng)均無能為力了，因此產(chǎn)生了另一類操作系統(tǒng) ——實時操作系統(tǒng)。配置實時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)稱為實時系統(tǒng)。實時系統(tǒng)按其使用方式可分成兩類：一類是廣泛用于鋼鐵、煉油、化 工生產(chǎn)過程控制，武器制導等各個領域中的實時控制系統(tǒng)；另一類是廣泛用于自動訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)、銀行業(yè)務系統(tǒng)、超級市場銷售系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 （ 5）網(wǎng)絡操作系統(tǒng) (Network Operating System) 計算機網(wǎng)絡是通過通信線路將地理上分散且獨立的計算機聯(lián)結起來的一種網(wǎng)絡，有了計算機網(wǎng)絡之后，用戶可以突破地理條件的限制，方便地使用遠處的計算機資源。提供網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡資源共享功能的操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。 （ 6）微機操作系統(tǒng) 微機操作系統(tǒng)隨著微機硬件技術的發(fā)展而發(fā)展，從簡單到復雜。 Microsoft 公司開發(fā)的 DOS 15 是一單用戶單任務系統(tǒng)，而 Windows 操作系統(tǒng)則是一單用戶多任務系統(tǒng)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已從 Windows 發(fā)展到目前的 Windows NT、 Windows 2020 和 Windows XP，它是當前微機中廣泛使用的操作系統(tǒng)之一。 Linux是一個原碼公開的操作系統(tǒng)，目前已被越來越多的用戶所采用，是 Windows 操作系統(tǒng)強有力的競爭對手。 2）語言處理系統(tǒng)（翻譯程序） 如前所述，機器語言是計算機唯一能直接識別和執(zhí)行的程序語言。如果要在計算機上運行高級語言程序就必須配備 程序語言翻譯程序（下簡稱翻譯程序）。翻譯程序本身是一組程序，不同的高級語言都有相應的翻譯程序。 對于高級語言來說，翻譯的方法有兩種： 一種稱為 “解釋 ”。早期的 BASIC 源程序的執(zhí)行都采用這種方式。它調(diào)用機器配備的 BASIC“解釋程序 ”，在運行 BASIC 源程序時，逐條把 BASIC 的源程序語句進行解釋和執(zhí)行，它不保留目標程序代碼，即不產(chǎn)生可執(zhí)行文件。這種方式速度較慢，每次運行都要經(jīng)過 “解釋 ”，邊解釋邊執(zhí)行。 另一種稱為 “編譯 ”，它調(diào)用相應語言的編譯程序，把源程序變成目標程序（以 .OBJ 為擴展名），然后再用 連接程序，把目標程序與庫文件相連接形成可執(zhí)行文件。盡管編譯的過程復雜一些，但它形成的可執(zhí)行文件（以 .exe 為擴展名）可以反復執(zhí)行，速度較快。運行程序時只要鍵入可執(zhí)行程序的文件名，再按 Enter 鍵即可。 對源程序進行解釋和編譯任務的程序，分別叫做編譯程序和解釋程序。如 FORTRAN、COBOL、 PASCAL 和 C 等高級語言，使用時需有相應的編譯程序； BASIC、 LISP 等高級語言，使用時需用相應的解釋程序。 3）服務程序 服務程序能夠提供一些常用的服務性功能，它們?yōu)橛脩糸_發(fā)程序和使用計算機提供了方便，像微 機上經(jīng)常使用的診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序均屬此類。 4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 在信息社會里，社會和生產(chǎn)活動產(chǎn)生的信息很多，使人工管理難以應付，人們希望借助計算機對信息進行搜集、存儲、處理和使用。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) (Data Base System, DBS)就是在這種需求背景下產(chǎn)生和發(fā)展的。 數(shù)據(jù)庫是指按照一定聯(lián)系存儲的數(shù)據(jù)集合，可為多種應用共享。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (Data Base Management System, DBMS)則是能夠?qū)?shù)據(jù)庫進行加工、管理的系統(tǒng)軟件。其主要功能是建立、消除、維護數(shù)據(jù)庫及對庫中 數(shù)據(jù)進行各種操作。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫 (DB)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS)以及相應的應用程序組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不但能夠存放大量的數(shù)據(jù)，更重要的是能迅速、自動地對數(shù)據(jù)進行檢索、修改、統(tǒng)計、排序、合并等操作，以得到所需的信息。這一點是傳統(tǒng)的文件柜無法做到的。 數(shù)據(jù)庫技術是計算機技術中發(fā)展最快、應用最廣的一個分支。可以說，在今后的計算機應用開發(fā)中大都離不開數(shù)據(jù)庫。因此，了解數(shù)據(jù)庫技術尤其是微機環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫應用是非常必要的。 2 應用軟件 為解決各類實際問題而設計的程序系統(tǒng)稱為應用軟件。從其服務對象的角度，又 可分為通用軟件和專用軟件兩類。 1）通用軟件 這類軟件通常是為解決某一類問題而設計的，而這類問題是很多人都要遇到和解決的。例如：文字處理、表格處理、電子演示等。 2）專用軟件 在市場上可以買到通用軟件，但有些具有特殊功能和需求的軟件是無法買到的。比如某個用 16 戶希望有一個程序能自動控制車床，同時也能將各種事務性工作集成起來統(tǒng)一管理。因為它對于一般用戶是太特殊了，所以只能組織人力開發(fā)。當然開發(fā)出來的這種軟件也只能專用于這種情況。 五、軟件基礎知識；程度設計語言的基本概念 程序 設計語言，通常簡稱為 編程語言 ，是一組用來定義 計算機程序 的語法規(guī)則。它是一種被標準化的交流技巧，用來向 計算機 發(fā)出指令。一種計算機語言讓程序員能夠準確地定義計算機所需要使用的數(shù)據(jù)，并精確地定義在不同情況下所應當采取的行動。 程序設計語言原本是被設計成專門使用在計算機上的，但它們也可以用來定義算法或者數(shù)據(jù)結構。正是因為如此，程序員才會試圖使程序代碼更容易閱讀。 設計語言往往使程序員能夠比使用機器語言更準確地表達他們所想表達的目的。對那些從事計算機科學的人來說，懂得程序設計語言是十分重要的，因為在當今所有的計算都需 要程序設計語言才能完成。 在過去的幾十年間，大量的程序設計語言被發(fā)明、被取代、被修改或組合在一起。盡管人們多次試圖創(chuàng)造一種通用的程序設計語言，卻沒有一次嘗試是成功的。之所以有那么多種不同的編程語言存在的原因是，編寫程序的初衷其實也各不相同；新手與老手之間技術的差距非常大，而有許多語言并對新手來說太難學；還有，不同程序之間的運行成本（ runtime cost）各不相同。 有許多用于特殊用途的語言，只在特殊情況下使用。例如， PHP 專門用來顯示網(wǎng)頁； Perl 更適合文本處理； C 語言被廣泛用于操作系統(tǒng)和編譯器 的開發(fā)（所謂的系統(tǒng)編程）。 高級程序設計語言（也稱高級語言）的出現(xiàn)使得計算機程序設計語言不再過度地倚賴某種特定的機器或環(huán)境。這是因為高級語言在不同的平臺上會被編譯成不同的機器語言，而不是直接被機器執(zhí)行。最早出現(xiàn)的編程語言之一 FORTRAN 的一個主要目標，就是實現(xiàn)平臺獨立。 雖然大多數(shù)的語言可以既可被編譯（ piled）又可被解譯（ interpreted），但大多數(shù)只在一種情況下能夠良好運行。在一些編程系統(tǒng)中，程序要經(jīng)過幾個階段的編譯，一般而言，后階段的編譯往往更接近機器語言。這種常用的使用技巧最 早在 1960年代末用于 BCPL，編譯程序先編譯一個叫做 “0代碼 ”的轉(zhuǎn)換程序（ representation），然后再使用虛擬器轉(zhuǎn)換到可以運行于機器上的真實代碼。這種成功的技巧之后又用于Pascal 和 Pcode，以及 Smalltalk 和二進制碼，雖然在很多時候，中間過渡的代碼往往是解譯，而不是編譯的。 如果所使用的翻譯的機制是將所要翻譯的程序代碼作為一個整體翻譯，并之后運行內(nèi)部格式，那么這個翻譯過程就稱為編譯。因此，一個編譯器是一個將可閱讀的程 17 序文本（叫做源代碼）作為輸入的數(shù)據(jù)，然后輸出可執(zhí)行文件（ object code）。所輸出的可執(zhí)行文件可以是機器語言，由計算機的中央處理器直接運行，或者是某種模擬器的二進制代碼。 發(fā)展趨勢 程序設計語言是軟件的重要方面。它的發(fā)展趨勢是模塊化、簡明性和形式化。 ① 模塊化。不僅語言具有模塊成分，程序由模塊組成，而且語言本身的結構也是模塊化的。 ② 簡明性。涉及的基本概念不多，成分簡單，結構清晰，易學易用。 ③ 形式化。發(fā)展合適的形式體系，以描述語言的語法、語義、語用。 第二章 多媒體技術 多媒體概念 多媒體是電腦和信息界里一個新的應用領域，許多人注意到了多媒體的巨大的市場潛力和廣闊的應用前景，但對于多媒體的定義和界定的范圍可謂是眾說紛紛莫衷一是。究竟何謂多媒體呢？ 所謂 “ 多媒體 ” （ Multimedia），可簡單地理解為：一種以交互方式將文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息， 經(jīng)過計算機設備的獲取、操作、編輯、存儲等綜合處理后，以單獨或合成的形態(tài)表現(xiàn)出來的技術和方法。特別是，它將圖形、圖像和聲音結合起來表達客觀事物，在方式上非常生動、直觀、易被人們接受。 人們熟悉的報紙、雜志、電影、電視、廣播等，都是以它們各自的媒體進行信息傳播。有些是以文字作媒體，有些是以聲音作媒體，有些是以圖像作媒體，有些是以圖、文、聲、像作媒體。 以電視為例， 雖然它也是以圖、文、聲、像作媒體，但它與多媒體系統(tǒng)存在明顯的區(qū)別：第一，電視觀賞的全過程均是被動的，而多媒體系統(tǒng)為用戶提供了交互特性，極大地調(diào)動了人的 18 積極性和主動性。第二，人們過去熟悉的圖、文、聲、像等 媒體幾乎都是以模擬量進行存儲和傳播的，而多媒體是以數(shù)字量的形式進行存儲和傳播的。 多媒體具有多樣化、交互性和集成性三個關鍵特性。多樣化指的是信息媒體的多樣化；交互性是指提供人們多種交互控制能力；集成性指不同媒體信息、不同視聽設備及軟、硬件的有機結合。多媒體以其豐富多彩的媒體表現(xiàn)形式、高超的交互能力、高度的集成性、靈活多變的適應性得到了廣泛的應用，并形成了新的行業(yè)。 20世紀 90 年代是多媒體發(fā)展和普及的年代，是我國科技躍身國際高科技的機會。 多媒體技術 要進一步推動多媒體技術的應用，加快多媒體 產(chǎn)品的實用化、產(chǎn)業(yè)化和商品化的步伐，首先就要研究多媒體的關鍵技術，其中主要包括數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮、媒體同步、多