Ф
едеральное
агенство по образованию Российской
Федерации
Московская государственная технологическая академия
Кафедра информационных технологий
Методические указания
по дисциплине
ИНФОРМАТИКА
(введение в алгоритмические языки)
для студентов заочной формы обучения
всех специальностей
Пермь, 2007
Ц
елью
изучения дисциплины «Информатика»
является обучение студентов методике
постановки и решения задач на ЭВМ. Это
необходимо как для подготовки выпускника
к работе в условиях современного
производства, насыщенного вычислительной
техникой, так и для использования ЭВМ
в учебном процессе в течение всего
периода обучения, включая дипломное
проектирование.
В процессе обучения студент должен освоить полный цикл работы с компьютером, то есть осуществить постановку задачи, составить алгоритм её решения и программу для ЭВМ, выполнить отладку программы и уметь правильно интерпретировать результаты счета.
Перечень изучаемых тем:
Принцип действия и основные характеристики ЭВМ. Историческая справка.
Устройство и работа ЭВМ. Этапы решения на ЭВМ типовой задачи. Взаимодействие устройств ЭВМ. Процессор. Память. Внешние устройства.
Основы алгоритмизации задач. Блок схемы и их построение.
Программирование на алгоритмическом языке Паскаль. Элементы языка. Операторы присваивания, вывода-ввода, условного перехода. Программирование ветвящихся алгоритмов.
Программирование циклических процессов. Оператор цикла.
Работа с массивами.
Программирование некоторых отраслевых задач.
Развитие средств вычислительной техники. Простейшие вычислительные приспособления были известны с давних времен. Первое вычислительное устройство, которое могло выполнять четыре арифметические операции, было построено великим немецким математиком Лейбницем в 1674 году. Им же была введена двоичная система счисления. По-видимому, следует считать, что первая ЭВМ была создана немецким ученым Конрадом Цузе в 1936г. Она была построена на электромагнитных реле. Аналогичные работы велись так же в Англии, США и СССР. В последствии, в компьютерах стали применять электронные лампы, а затем транзисторы. В настоящее время используются не отдельные транзисторы. А так называемые микросхемы, - электронные устройства, где в одном кристалле полупроводникового материала размещены десятки тысяч и даже миллионы транзисторов.
В настоящее время, вследствие создания микропроцессоров, сформировался новый класс ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Они появились на рабочем столе каждого научного работника, руководителя любого уровня, в торговле, образовании, производстве и т.п.
Практическим стандартом ПК стало устройство, разработанное американской фирмой IBM в 1978 – IBM PC. С тех пор было выпущено несколько поколений таких машин. Существует много разновидностей IBM – совместимых компьютеров и еще больше возможных сочетаний параметров, установленных устройств.
Важнейшей характеристикой процессора и компьютера является разрядность его арифметического устройства – чем она больше, тем быстрее происходит обработка данных. Другой скоростной характеристикой является тактовая частота внутреннего генератора процессора. Любая ЭВМ должна обладать следующими характеристиками:
комплектация всех составляющих всех составляющих аппаратных ресурсов, необходимых для решения требуемых задач;
наличие устройств ввода и вывода информации(клавиатура, манипулятор, монитор, принтер и т.п.)
высокая совместимость с другими устройствами приема и передачи информации.
Конструктивно ПК минимальной конфигурации должен состоять из трех компонентов: системного блока, дисплея и клавиатуры.
Системный блок – это устройство, содержащее в своей структуре все основные технические компоненты ПК:
микропроцессор, выполняющий управление работой машины и операциями над данными;
оперативная память, осуществляющая хранение информации, непосредственно участвующей в работе и является энергозависимой;
постоянное запоминающее устройство, предназначенное для хранения некогда записанной в него информации, не нарушаемой при отключении, необходимой для работы компьютера и является энергонезависимой;
адаптеры и контроллеры, необходимые для управления и контроля периферийных устройств;
коммуникационные поры, необходимые для подключения различных устройств к ПК;
накопитель на жестком диске (винчестер);
накопитель на гибких дисках (дисковод);
накопитель на компакт-дисках(CD-ROM);
Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения вводимой и выводимой информации.
Клавиатура используется для ввода данных. Кроме перечисленных устройств к компьютеру могут подключаться и другие. Некоторые из них приведены ниже.
Принтер – печатающее устройство вывода информации, организовывающий печать текстов, таблиц и графических изображений на бумаге.
Сканер – устройство ввода в ПК графической и текстовой информации с готовых форм.
Плоттер – устройство для получения на бумаге векторно-штриховых изображений большого формата.
Дигитайзер – кодирующий планшет, позволяющий профессионально рисовать, чертить на компьютере.
Алгоритмизация и программирование.
Алгоритм – это строго определенная последовательность действий, необходимая для решения данной задачи.
Свойства алгоритма:
Дискретность. Это свойство означает, что решение задачи, записанное в виде алгоритма, разбито на отдельные простейшие команды, которые расположены в порядке их выполнения .
Определенность. Это свойство означает, что каждая команда алгоритма должна быть понятна исполнителю, не оставлять места для ее неоднозначного толкования и неопределенного исполнения .
Результативность. Свойство алгоритма, состоящее в том, что он всегда приводит к результату через конечное число шагов.
Массовость. Это свойство заключается в том, что каждый алгоритм, разработанный ля решения некоторой задачи, должен быть применим для решения задач этого типа при всех допустимых значениях исходных данных.
Составленный алгоритм решения задачи следует перевести на язык, понятный ЭВМ. Такие языки называются языками программирования, запись алгоритма называется программой. В качестве обучающего будем использовать язык программирования Pascal. Программа – это упорядоченный список команд, необходимых для решения некоторой задачи.
Алфавит языка Турбо Паскаль (ТП) включает буквы, цифры, специальные символы, пробелы и зарезервированные слова.
Буквы – это буквы латинского языка (буквы кириллицы могут использоваться только в константах), а так же знак подчеркивания. ТП не различает прописные и строчные буквы, если только они не используются в качестве данных программы.
Цифры – арабские от 0 до 9.
Пробелы в ТП являются разделителями.
Специальные символы: + - * / ^ < > = ( ) <> ’ ’ : ;
Идентификаторы – это имена констант, переменных, меток, типов, объектов, процедур, модулей, функций и других конструкций языка. Идентификатор может быть произвольной длины (значимые считаются первые 63 символа),состоит из любых букв латинского алфавита, не может начинаться с цифры, не должен совпадать ни с одним зарезервированным словом. В качестве констант в ТП могут использоваться целые вещественные и шестнадцатеричные числа, логические константы, символы, строки символов.
Переменные можно сравнить с устройством, способным хранить элемент информации, например, число. Во время выполнения программы содержимое этого устройства может меняться.
Операция присваивания. В результате присваивания переменная получает конкретное значение. Значок «:=» - оператор присваивания.
<имя переменной> := <выражение>
Выполнение инструкций присваивания состоит в следующем:
вычисляется результат выражения, находящегося справа от символа «:=»
вычисленное значение записывается в переменную, имя которой стоит слева от символа «:=»
Выражение состоит из операндов и операторов. Операторы находятся между операндами. Операндами выражений могут быть числа (константы) и переменные. Операторы обозначают действия над операндами. При вычислении значений выражений важен порядок выполнения операторов. Вычисления реализуются слева на право в последовательности:
возведение в степень,
умножение – деление,
сложение – вычитание.