計算機基礎 - 系統軟體

如您所知，系統軟體充當底層硬體系統的介面。在這裡，我們將詳細討論一些重要的系統軟體。

作業系統

作業系統 (OS) 是計算機的命脈。您連線所有基本裝置，例如CPU、顯示器、鍵盤和滑鼠；插入電源並開啟它，您認為一切都已就緒。但是，除非計算機安裝了作業系統，否則計算機不會啟動或執行，因為作業系統：

• 使所有硬體部件處於準備就緒狀態，以遵循使用者指令
• 協調不同裝置之間的工作
• 根據優先順序排程多項任務
• 為每個任務分配資源
• 使計算機能夠訪問網路
• 使使用者能夠訪問和使用應用程式軟體

除了初始啟動之外，以下是一些作業系統的功能：

• 管理計算機資源，例如硬體、軟體、共享資源等。
• 分配資源
• 防止軟體使用過程中出現錯誤
• 控制計算機的不當使用

最早的作業系統之一是MS-DOS，由微軟為IBM PC開發。它是一個命令列介面 (CLI) 作業系統，徹底改變了PC市場。由於其介面，DOS難以使用。使用者需要記住指令才能完成任務。為了使計算機更容易訪問和使用，微軟開發了基於圖形使用者介面 (GUI) 的作業系統Windows，它改變了人們使用計算機的方式。

彙編程式

彙編程式是一種系統軟體，它將彙編級程式轉換為機器級程式碼。

以下是彙編級程式設計提供的優勢：

• 提高程式設計師的效率，因為記住助記符更容易
• 提高生產力，因為錯誤數量減少，從而減少除錯時間
• 程式設計師可以訪問硬體資源，因此在編寫針對特定計算機定製的程式方面具有靈活性

直譯器

組合語言的主要優點是能夠最佳化記憶體使用和硬體利用率。然而，隨著技術的進步，計算機擁有更多記憶體和更好的硬體元件。因此，編寫程式的簡易性比最佳化記憶體和其他硬體資源更重要。

此外，人們感到需要將程式設計從少數受過訓練的科學家和計算機程式設計師手中解放出來，以便計算機可以用於更多領域。這導致了高階語言的開發，由於命令類似於英語，因此易於理解。

用於將高階語言原始碼逐行翻譯成機器語言目的碼的系統軟體稱為直譯器。直譯器獲取每一行程式碼，將其轉換為機器程式碼，並將其儲存到目標檔案中。

使用直譯器的優點是它們非常容易編寫，並且不需要很大的記憶體空間。但是，使用直譯器有一個主要的缺點，即解釋程式執行時間很長。為了克服這個缺點，特別是對於大型程式，編譯器被開發出來。

編譯器

儲存完整的程式、掃描它、將完整的程式翻譯成目的碼然後建立可執行程式碼的系統軟體稱為編譯器。從表面上看，編譯器與直譯器相比處於劣勢，因為它們：

• 比直譯器更復雜
• 需要更多記憶體空間
• 編譯原始碼需要更多時間

但是，編譯後的程式在計算機上執行速度非常快。下圖顯示了原始碼如何逐步轉換為可執行程式碼的過程：

將原始碼編譯成可執行程式碼的步驟：

• 預處理 - 在此階段，解釋預處理器指令，通常由C和C++等語言使用，即轉換為組合語言。

• 詞法分析 - 此處所有指令都轉換為詞法單元，例如常量、變數、算術符號等。

• 語法分析 - 此處檢查所有指令是否符合該語言的語法規則。如果存在錯誤，編譯器將要求您在繼續之前修復它們。

• 編譯 - 在此階段，原始碼被轉換為目的碼。

• 連結 - 如果有任何外部檔案或庫的連結，則它們的執行地址將新增到程式中。此外，如果需要重新排列程式碼以進行實際執行，則將重新排列它們。最終輸出是可執行程式碼，可以隨時執行。