Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы программирования для студентов технологического профиля. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Е.А. Харитонов, А.К.Сафиуллина
ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2014
2
УДК 681.3.06
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. КГЭУ
В. Н. Шарифуллин
зав. лабораторией технологии
нефтегазопереработки ВНИУС
канд. техн. наук, cт. науч. cотр.
Б. Н. Матюшко
ISBN 978-5-7882-1558-7
© Харитонов Е.А., Сафиуллина А.К., 2014
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2014
ББК 32.973-01
X20
Харитонов Е.А.
Основы программирования для студентов технологического
профиля : учебное пособие / Е.А.Харитонов, А.К.Сафиуллина, М-во
образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Издво КНИТУ, 2014.– 152 с.
ISBN 978-5-7882-1558-7
Содержит учебный материал по дисциплине
«Информатика». Включает краткий обзор основных понятий
информатики, основные приемы программирования в двух средах:
Qbasic и MathCad. Приведены многочисленные примеры
составления простейших программ в указанных средах.
Предназначено для студентов технологического профиля,
изучающих дисциплину «Информатика».
Подготовлены на кафедре химической кибернетики.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического
университета.
3
ВВЕДЕ Н ИЕ
В учебном пособии рассмотрены основы современного
программирования в рамках дисциплины «Информатика». Эта
цель достигается изучением основ программирования и
параллельной работой в двух программных средах: MathCad и
QBasic.
Выбор этих сред неслучаен. Система MathCad – мощная
универсальная среда, позволяющая быстро решать сложнейшие
вычислительные задачи. Простота этой системы, возможность
представлять данные в текстовом и графическом форматах,
моментально пересчитывать результаты вычислений,
несомненно, очень удобна для подготовки разнообразных
документов, связанных с вычислительной работой: курсовых
проектов, магистерских диссертаций и научных отчетов.
Система программирования QBasic многим кажется
устаревшей системой, однако является простой для изучения
основ современного программирования и достаточно мощной,
для того чтобы решить любую нетиповую вычислительную
задачу.
Совместное изучение перечисленных выше двух
программных сред позволяет студенту получить хорошие
знания о том, как современный компьютер обрабатывает
информацию, овладеть основами современного
программирования и технологиями простейших вычислений.
Другая цель учебного пособия заключалась в том, чтобы
дать студенту минимальный учебный материал, позволяющий
ему самостоятельно осваивать теоретические и практические
вопросы, которые рассматриваются при изучении дисциплины
«Информатика» в рамках стандартов нового (третьего)
поколения.
4
1 ОБ Щ И Е ВОПР О СЫ ИН Ф ОР МАТИКИ
1.1 Информатика как наука
Термин и н ф о р м а т и к а возник в 60–х гг. во Франции
для названия области человеческой деятельности, связанной с
автоматизированной обработкой информации с помощью
электронных вычислительных машин.
Информатика появилась благодаря развитию
компьютерной техники, базируется на ней и совершенно
немыслима без нее.
Информатику в узком смысле слова можно представить
состоящую из трех взаимосвязанных частей:
технических средств (hardware);
программных средств (software);
алгоритмических средств (brainware).
Задача информатики – создавать и н ф ор м а ц и о н н ы е
технологии (information technology-IT) для решения проблем в
различных областях.
Информационная технология – процесс, использующий
методы сбора, обработки и передачи данных, основанный на
использовании средств вычислительной техники, для получения
информации нового качества.
Исключительно бурное развитие информационных
технологии началось в 60-х годах прошлого века в связи с
развитием вычислительной техники.
Информационные технологии условно можно разбить на
две большие группы:
- о б щ и е и нф о р м а ц и о н н ы е т е х н о л о г и и - это такие,
которыми должен владеть современный образованный
(культурный) человек. Сюда можно отнести Windows, Internet,
Microsoft Word, Microsoft Excel и т.д.;
- и н ж е н е р н ы е и нф о р м а ц и о н н ы е т е х н о л о г и и - это
т а к и е , которыми должен владеть современный
квалифицированный специалист: алгоритмический язык
высокого уровня, например, Basic, математический пакет -
MathCad и т.д.
5
Современные информационные технологии позволяют
качественно преобразовать труд человека. Сегодня очевидно,
что информатизация – это главный катализатор научнотехнического и социального развития общества.
Существует множество определений информатики, что
связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств
и методов. Вот некоторые из них:
И н ф о р м а т и к а - это область человеческой
деятельности, связанная с процессами преобразования
информации с помощью компьютеров.
И н ф о р м а т и к а – это наука, которая изучает структуру и
общие свойства информации, а также вопросы, связанные со
сбором, хранением, поиском, переработкой и распространением
информации.
Развитие общества определяется пятью ведущими
дисциплинами: математикой, химией, биологией, физикой,
информатикой.
Раньше часто говорили: математика–царица наук. Теперь с
уверенностью можно сказать, что царицей наук является
информатика. Информатика является как бы
междисциплинарным языком, без которого не может
развиваться ни одна наука. Сегодня все без исключения науки
используют вычислительную технику.
Н о в е йш и е и н ф о р ма ц и о н н ы е т ех н о л о г и и - это
технологии, основанные на использовании современной
вычислительной техники, качественно преобразующие труд
человека. Как правило, такие технологии основаны на
диалоговом (интерактивном) режиме работы с компьютером, на
интегрированности (взаимосвязи) с другими программными
продуктами, гибкости процесса перенастройки системы
(программы).
Существует различные виды информационных
технологий:
информационные технологии обработки данных (сбор
данных, группирование, сортировка, агрегирование,
вычисление, создание отчетов);
6
информационные технологии управления (оценка
состояния объекта, оценка отклонений от
планируемого состояния, анализ возможных решений и
действий);
автоматизация офиса (автоматизация секретарской
работы). Такие технологии повышают
производительность труда секретарей и кабинетных
работников. Обычно для автоматизации труда
используется текстовый процессор, электронная почта,
табличный процессор и др. программы;
информационные технологии принятия решений. Такие
технологии основаны на взаимодействии человека и
компьютера;
информационные технологии экспертных систем,
основанных на использовании искусственного
интеллекта, т.е. способности компьютерных систем
принимать решения подобные решениям человека.
1.2 Понятие информации
И н ф о р м а ц и я (information – разъяснение, изложение) -
сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их
параметрах, свойствах.
Под информацией понимаются образы, несущие
смысловую нагрузку. Образы могут быть самых разных форм:
звуковые, световые, магнитные (радиоволны), в виде знаков и
цифр. Значение информации в жизни человека очень велико.
Можно сказать так: жизнь – есть переработка (осмысление)
информации.
При работе с информацией всегда имеется ее источник и
потребитель. Процессы и пути, обеспечивающие передачу
сообщений от источника информации к ее потребителю,
называются и н фо р м а ц и о н н ы ми к о м м у н и к ац и я м и .
Информация характеризуется многими понятиями, например,
содержательность, достаточность, своевременность,
достоверность, устойчивость и т.д.
7
1.3 Отличительные черты современного компьютера
Техническими средствами информатики являются
к о м п ь ю т е р ы (computer) или электронные вычислительные
машины (ЭВМ).
Компьютер – это программно-управляемое электронное
устройство (система), способная выполнить заданную чётко
определённую последовательность команд (операций). Такая
последовательность операций задается программой.
Отличительные черты современного компьютера:
высокая надёжность, т.е. способность аппаратуры
выполнять требуемые функции в течение длительного
времени без каких либо сбоев;
высокое быстродействие (производительность), т.е.
способность центрального процессора выполнить
определенное число команд за единицу времени;
большой объем оперативной и дисковой памяти, что
позволяет хранить необходимое количество
информации;
способность вести диалог с пользователем. Никакой
другой электронный прибор не способен это сделать.
1.4 Упрощенная классификация компьютеров по
размерам и стоимости
Существуют различные системы классификации ЭВМ.
Рассмотрим простейшую классификацию ЭВМ по размеру и
стоимости:
супер–ЭВМ – сверхбыстродействующие ЭВМ с
производительностью более 100 MIPS (мегафлоп) (100
миллионов операций в секунду). Это очень мощные
(уникальные) вычислительные машины,
предназначенные для решения военных и научных
задач с производительностью до несколько десятков
миллиардов операций в секунду. По своим параметрам
намного превосходят все остальные ЭВМ. Наибольшее
число супер-ЭВМ имеет США. Россия (по данным на
ноябрь 2012) занимает 9 место в ТОП-500 -
8
специальном проекте-рейтинге, который отслеживает
самые мощные общественно известные компьютерные
системы мира. Стоимость таких ЭВМ более 10 млн.
долларов.
универсальные (большие ЭВМ или Мainframe). Это
мощные вычислительные машины с
производительностью не менее 10 мегафлоп. Такие
машины способны хранить огромный объем
информации и выполнять множество заданий
одновременно (м н о го п о л ь з о в а т ел ь с к и й
режим). Стоимость таких машин колеблется от 100
тыс. до 10 млн. долларов. Предназначены для решения
сложнейших задач и работать в непрерывном режиме
(24 часа в сутки, 365 дней в году);
мини-ЭВМ. Эти машины существенно уступают
универсальным ЭВМ, хотя они способны хранит
большой объем информации и выполнять десятки
заданий одновременно. Стоимость этих машин
колеблется от 10 тыс. до 100 тыс. долларов. На базе
мини-ЭВМ чаще всего создаются управляющие
вычислительные комплексы;
микро - ЭВМ. Это ЭВМ достаточно малых размеров. К
этим машинам относятся персональные компьютеры.
Они предназначены в основном для решения одной
задачи (хотя и может быть достаточно сложной) и
имеют большую оперативную и дисковую память. Их
стоимость колеблется от 500 до 10 тыс. долларов.
Персональные компьютеры не требуют наличия
обслуживающего персонала, специального
вычислительного зала с мощным кондиционером и
электропитанием. К микро-ЭВМ относят также
настольные, блокнотные, карманные и встраиваемые (в
какое-либо оборудование) вычислительные машины.
9
1.5 Краткая история вычислительной техники
Электронные вычислительные машины – одно из самых
удивительных творений человечества, изменивших нашу жизнь
во многих ее проявлениях. Вычислительная техника
превратилась в один из основных рычагов, обеспечивающих
развитие и достижения научно-технического прогресса.
Примерно 4000 лет назад были изобретены довольно
сложные системы счисления, в частности, десятичная.
Одно из первых вычислительных устройств - с ч е т ы были
изобретены более 1500 лет назад в странах Средиземноморья.
Этот нехитрый, но очень нужный инструмент дожил до наших
дней. Вплоть до 17 века счеты как вычислительный инструмент
оставались вне конкуренции.
В 17 веке многие изобретатели были увлечены идеей
создания счетных устройств. Один из них - шотландец Джон
Непер (теолог, математик, изобретатель «оружия смерти»,
мечтавший сконструировать систему зеркал и линз, которая
поражала бы цель смертельным солнечным лучом). Он оставил
свой след в истории вычислительной техники тем, что изобрел
логарифмы (1614 год). А уже в 1620 г. (после смерти Непера)
была изобретена логарифмическая линейка, которая до конца 60
годов 20 века была основным инструментом инженера.
Изобретателем первого вычислительного механического
устройства был гениальный француз Блез Паскаль. Наблюдая за
бесконечными и утомительными расчетами своего отца -
сборщика налогов, он в 1642 г. стал работать над созданием
суммирующей машины (Паскалина). Это был ящик с
многочисленными шестеренками, который позволял складывать
числа. За десять лет Паскаль создал более пятидесяти различных
вариантов машины. В честь Паскаля назван один из
современных языков программирования - Pascal.
Механическая машина, позволяющая выполнять сложение,
умножение, деление и вычитание была создана в 1673 году
гениальным математиком, основателем дифференциального и
интегрального вычислений Готфрид Вильгельмом-Лейбницем.
Еще ребенком (в шесть лет) он проводил все время в отцовской
10
библиотеке. В пятнадцать лет он поступил в Лейпцигский
университет и по своей эрудиции не уступал многим
профессорам. В возрасте двадцати лет ему предложили
должность профессора в Нюрнбергском университете, но он
предпочел дипломатическую карьеру. Познакомившись с
голландским математиком и астрономом Христианом
Гюйгенсом, и наблюдая, как много ему приходится делать
вычислений, он изготовил механический калькулятор.
Другая заслуга Лейбница состоит также в том, что он
заложил основы двоичной системы счисления, которая позднее
нашла применение в ЭВМ. Однако при всей своей гениальности
Лейбниц так и не смог найти полезного применения двоичной
системе счисления. Он наделял двоичную систему мистическим
смыслом: цифра 1 ассоциировалась у него с богом, а нуль
обозначал пустоту-вселенную до того, как в ней появились иные
существа, кроме бога.
Ближе всего к созданию компьютера подошел англичанин
Чарлз Бэббидж.
У него был очень живой, острый ум. В тринадцать лет этот
гений заведовал кафедрой Кембриджского университета,
принимая участие в разработке различных устройств, например,
тахометра, предохранительной решетки паровоза. Главной его
страстью была борьба за безукоризненную математическую
точность.
Целое десятилетие (1822-1823) он потратил на создание
Разностной вычислительной машины, работающей на новых
принципах. Машина предназначалась для построения сложных
математических таблиц. Эта машина по мере разработки
становилась все сложнее. Было потрачено около 17000 фунтов
стерлингов и значительная часть собственных средств, но
вычислительная машина так и не была построена. Работая над
идеей Разностной машины, Бэббидж пришел к идее построения
еще более сложной (Аналитической) машины, которая могла бы
выполнять операции в соответствии с инструкциями, т.е. по
программе. Инструкции по замыслу автора должны были
вводиться с перфокарт. В своем окончательном варианте
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]