VI. Контрольно-оцінювальний етап Запитання для узагальнення

1. Що таке програма?

2. Які ви знаєте мови програмування?

3. Які етапи розв’язування задачі за допомогою ПК ви знаєте?

4. З чого складається тестування програм?

5. Опишіть метод «покрокової деталізації». В чому його суть?

6. * Складіть алгоритм та програму мовою АЛГО визначення оцінки в ВУЗах за к-стю балів і рейтинговою системою: якщо сумарний бал не менше 90% від максимального то ставиться 5, якщо не менше 75% то ставиться 4, якщо не менше 60%, то ставиться 3, а якщо нижче за 60% то ставиться 2.

VII.Домашнє завдання

Вивчити терміни, конспект § 4 пит.1-7 на с. 51 + пит.. 1 с. 52(самос)

Транслятор, компилятор, интерпретатор

Транслятор — обслуживающая программа, преобразующая исходную программу, предоставленную на входном языке программирования, в рабочую программу, представленную на объектном языке.

Приведенное определение относится ко всем разновидностям транслирующих программ. Однако у каждой из таких программ могут иметься свои особенности по организации процесса трансляции. В настоящее время трансляторы разделяются на три основные группы: ассемблеры, компиляторы и интерпретаторы.

Ассемблер—системная обслуживающая программа, которая преобразует символические конструкции в команды машинного языка. Специфической чертой ассемблеров является то, что они осуществляют дословную трансляцию одной символической команды в одну машинную. Таким образом, язык ассемблера (еще называется автокодом) предназначен для облегчения восприятия системы команд компьютера и ускорения программирования в этой системе команд. Программисту гораздо легче запомнить мнемоническое обозначение машинных команд, чем их двоичный код. Поэтому, основной выигрыш достигается не за счет увеличения мощности отдельных команд, а за счет повышения эффективности их восприятия.

Вместе с тем, язык ассемблера, кроме аналогов машинных команд, содержит множество дополнительных директив, облегчающих, в частности, управление ресурсами компьютера, написание повторяющихся фрагментов, построение многомодульных программ. Поэтому выразительность языка намного богаче, чем просто языка символического кодирования, что значительно повышает эффективность программирования.

Компилятор—это обслуживающая программа, выполняющая трансляцию на машинный язык программы, записанной на исходном языке программирования. Также как и ассемблер, компилятор обеспечивает преобразование программы с одного языка на другой (чаще всего, в язык конкретного компьютера). Вместе с тем, команды исходного языка значительно отличаются по организации и мощности от команд машинного языка. Существуют языки, в которых одна команда исходного языка транслируется в 7-10 машинных команд. Однако есть и такие языки, в которых каждой команде может соответствовать 100 и более машинных команд (например, Пролог). Кроме того, в исходных языках достаточно часто используется строгая типизация данных, осуществляемая через их предварительное описание. Программирование может опираться не на кодирование алгоритма, а на тщательное обдумывание структур данных или классов. Процесс трансляции с таких языков обычно называется компиляцией, а исходные языки обычно относятся к языкам программирования высокого уровня (или высокоуровневым языкам). Абстрагирование языка программирования от системы команд компьютера привело к независимому созданию самых разнообразных языков, ориентированных на решение конкретных задач. Появились языки для научных расчетов, экономических расчетов, доступа к базам данных и другие.

Интерпретатор -программа или устройство, осуществляющее пооператорную трансляцию и выполнение исходной программы. В отличие от компилятора, интерпретатор не порождает на выходе программу на машинном языке. Распознав команду исходного языка, он тут же выполняет ее. Как в компиляторах, так и в интерпретаторах используются одинаковые методы анализа исходного текста программы. Но интерпретатор позволяет начать обработку данных после написания даже одной команды. Это делает процесс разработки и отладки программ более гибким. Кроме того, отсутствие выходного машинного кода позволяет не «захламлять» внешние устройства дополнительными файлами, а сам интерпретатор можно достаточно легко адаптировать к любым машинным архитектурам, разработав его только один раз на широко распространенном языке программирования. Поэтому, интерпретируемые языки, типа Java Script, VB Script, получили широкое распространение. Недостатком интерпретаторов является низкая скорость выполнения программ. Обычно интерпретируемые программы выполняются в 50-100 раз медленнее программ, написанных в машинных кодах.

Эмулятор—программа или программно-техническое средство, обеспечивающее возможность без перепрограммирования выполнять на данной ЭВМ программу, использующую коды или способы выполнения операция, отличные от данной ЭВМ. Эмулятор похож на интерпретатор тем, что непосредственно исполняет программу, написанную на некотором языке. Однако, чаще всего это машинный язык или промежуточный код. И тот и другой представляют команды в двоичном коде, которые могут сразу исполняться после распознавания кода операций. В отличие от текстовых программ, не требуется распознавать структуру программы, выделять операнды.

Эмуляторы используются достаточно часто в самых различных целях. Например, при разработке новых вычислительных систем, сначала создается эмулятор, выполняющий программы, разрабатываемые для еще несуществующих компьютеров. Это позволяет оценить систему команд и наработать базовое программное обеспечение еще до того, как будет создано соответствующее оборудование.

Очень часто эмулятор используется для выполнения старых программ на новых вычислительных машинах. Обычно новые компьютеры обладают более высоким быстродействием и имеют более качественное периферийное оборудование. Это позволяет эмулировать старые программы более эффективно по сравнению с их выполнением на старых компьютерах. Примером такого подхода является разработка эмуляторов домашнего компьютера ZX Spectrum с микропроцессором Z80. До сих пор находятся любители поиграть на эмуляторе в устаревшие, но все еще не утратившие былой привлекательности, игровые программы. Эмулятор может также использоваться как более дешевый аналог современных компьютерных систем, обеспечивая при этом приемлемую производительность, эквивалентную младшим моделям некоторого семейства архитектур. В качестве примера можно привести эмуляторы IBM PC совместимых компьютеров, реализованные на более мощных компьютерах фирмы Apple. Ряд эмуляторов, написанных для IBM PC, с успехом заменяют различные игровые приставки.

Эмулятор промежуточного представления, как и интерпретатор, могут легко переноситься с одной компьютерной архитектуры на другую, что позволяет создавать мобильное программное обеспечение. Именно это свойство предопределило успех языка программирования Java, с которого программа транслируется в промежуточный код. Исполняющая этот код виртуальная Java машина, является ни чем иным как эмулятором, работающим под управлением любой современной операционной системы.

Перекодировщик—программа или программное устройство, переводящие программы, написанные на машинном языке одной ЭВМ в программы на машинном языке другой ЭВМ. Если эмулятор является менее интеллектуальным аналогом интерпретатора, то перекодировщик выступает в том же качестве по отношению к компилятору. Точно также исходный (и обычно двоичный) машинный код или промежуточное представление преобразуются в другой аналогичный код по одной команде и без какого-либо общего анализа структуры исходной программы. Перекодировщики бывают полезны при переносе программ с одних компьютерных архитектур на другие. Они могут также использоваться для восстановления текста программы на языке высокого уровня по имеющемуся двоичному коду.

Макропроцессор—программа, обеспечивающая замену одной последовательности символов другой . Это разновидность компилятора. Он осуществляет генерацию выходного текста путем обработки специальных вставок, располагаемых в исходном тексте. Эти вставки оформляются специальным образом и принадлежат конструкциям языка, называемого макроязыком. Макропроцессоры часто используются как надстройки над языками программирования, увеличивая функциональные возможности систем программирования. Практически любой ассемблер содержит макропроцессор, что повышает эффективность разработки машинных программ. Такие системы программирования обычно называются макроассемблерами.

Макропроцессоры используются и с языками высокого уровня. Они увеличивают функциональные возможности таких языков как PL/1, C, C++. Особенно широко макропроцессоры применяются в C и C++, позволяя упростить написание программ. Примером широкого использования макропроцессоров является библиотека классов Microsoft Foundation Classes (MFC). Через макровставки в ней реализованы карты сообщений и другие программные объекты. При этом, макропроцессоры повышают эффективность программирования без изменения синтаксиса и семантики языка.

Синтаксис—совокупность правил некоторого языка, определяющих формирование его элементов. Иначе говоря, этосовокупность правил образования семантически значимых последовательностей символов в данном языке. Синтаксис задается с помощью правил, которые описывают понятия некоторого языка. Примерами понятий являются: переменная, выражение, оператор, процедура. Последовательность понятий и их допустимое использование в правилах определяет синтаксически правильные структуры, образующие программы. Именно иерархия объектов, а не то, как они взаимодействуют между собой, определяются через синтаксис. Например, оператор может встречаться только в процедуре, а выражение в операторе, переменная может состоять из имени и необязательных индексов и т.д. Синтаксис не связан с такими явлениями в программе как «переход на несуществующую метку» или «переменная с данным именем не определена». Этим занимается семантика.

Семантика—правила и условия, определяющие соотношения между элементами языка и их смысловыми значениями, а также интерпретацию содержательного значения синтаксических конструкций языка. Объекты языка программирования не только размещаются в тексте в соответствии с некоторой иерархией, но и дополнительно связаны между собой посредством других понятий, образующих разнообразные ассоциации. Например, переменная, для которой синтаксис определяет допустимое местоположение только в описаниях и некоторых операторах, обладает определенным типом, может использоваться с ограниченным множеством операций, имеет адрес, размер и должна быть описана до того, как будет использоваться в программе.

Синтаксический анализатор—компонента компилятора, осуществляющая проверку исходных операторов на соответствие синтаксическим правилам и семантике данного языка программирования. Несмотря на название, анализатор занимается проверкой и синтаксиса, и семантики. Он состоит из нескольких блоков, каждый из которых решает свои задачи. Более подробно будет рассмотрен при описании структуры транслятора.

Тема уроку: Основні етапи розв'язування задачі з використанням комп'ютера.

Мета уроку:Дати поняття про основні етапи розв'язування задачі з використанням комп'ютера.

Тип уроку:Лекційний.

Теоретичний матеріал:Зараз важко уявити собі життя людини без комп'ютера. Люди використовують його для розв'язання найрізноманітніших задач: від виконання важких обчислень до виконання кропіткої домашньої роботи (прання білизни, приготування їжі, миття посуду і, навіть, домашній секретар). Персональний комп'ютер зараз є майже в кожному будинку і без нього неможлива обробка такого величезного потоку інформації, який зараз буквально "наринув" на людину. Оформлення складної документації, створення та обробка графічних зображень, отримання даних з будь-якого питання з баз даних та світової мережі Інтернет, табличні розрахунки, розв'язування математичних задач, навчання. Ось далеко не повний перелік всіх можливостей нашого помічника - комп'ютера. Для розв'язання цих задач в розпорядженні користувача є велика кількість різноманітного програмного забезпечення, яке поділяється на чотири великі категорій:

операційні системи - програми, що забезпечують працездатність комп'ютера;

системні утиліти - програми, що оптимізують роботу з комп'ютером (архіватори, антивірусні засоби, програми роботи з дисками і таке інше);

інструментальні засоби - системи програмування, що дозволяють створювати інші програми;

прикладне програмне забезпечення - програми, призначені для розв'язання певного класу задач.

Отримавши задачу, користувач, виходячи з її умови, вирішує, яким програмним засобом можна скористатися для її розв'язання. Якщо в складі програмного забезпечення є програма, придатна для цього, то користувач вибирає її як інструмент, якщо ж ні, то доводиться створювати нову спеціальну програму, виконання якої призведе до очікуваного результату. Наприклад, нам необхідно оформити газету, присвячену якійсь події. Вочевидь, що для розв'язування цієї задачі будь-який комп'ютер має необхідні програми, що дозволяють оформити тексти та графічні зображення різної складності (це текстові та графічні редактори, настільні видавницькі системи тощо). Інший приклад: необхідно побудувати графік заданої функції. І для розв'язування цієї задачі комп'ютер має необхідне програмне забезпечення - електронні таблиці.

Примітка: можна запропонувати дітям дати свої приклади задач для комп'ютера. Однак є величезна категорія задач, для розв'язку яких не існує відповідного програмного забезпечення, або існуюче програмне забезпечення з деяких причин нас не влаштовує. В цьому випадку ми повинні самостійно написати програму для виконання поставленої мети. Розглянемо технологію розв'язання прикладної задачі на ЕОМ (зверніть увагу, що задачі будуть нескладні і тому можна було б скористатися і наявним програмним забезпечення для їх розв'язання, але з навчальною метою ми прослідкуємо етап створення самостійного програмного продукту). Розв'язування будь-якої задачі починається з її постановки. На цьому етапі треба чітко з'ясувати, що дано і що треба знайти. Тобто треба добре уявити, в чому полягає дана задача, які необхідні початкові дані для її розв'язання, та що можна вважати за очікуваний результат. Наприклад, батьки вирішили зробити ремонт вашої кімнати. Вочевидь, що безпосередньо зробити ремонт персональний комп'ютер не може. Але він може допомогти у виконання розрахунків на витратні матеріали, оплату виконаних робіт тощо. (Більш серйозні програмні засоби можуть допомогти, навіть, у виборі оптимального набору витратних матеріалів з урахуванням вартості безпосередньо матеріалів та вартості перевезень з пошуком найдешевших варіантів, але ми задачу спрощуємо.) В нашому випадку вхідними даними повинні бути: розміри кімнати, що підлягає ремонту, набір необхідних витратних матеріалів (можна тільки поклеїти шпалери та виконати фарбувальні роботи, а можна замінити двері, вікна та меблі), ціни на витратні матеріали, вартість виконуваних робіт тощо. Результатом роботи програми повинна бути необхідна сума коштів на виконання ремонтних робіт з урахуванням витратних матеріалів. Другим етапом розв'язування задач є побудова математичної моделі. Це дуже відповідальний етап, тому що не завжди в умові задачі міститься формула, придатна для застосування в програмі. Для цього створюється інформаційна математична модель об'єкта. В нашому випадку математичною моделлю нашої задачі буде:

по-перше, розрахунок площі поверхні, що підлягає ремонту (для спрощення ми будемо тільки наклеювати шпалери);

по-друге, розрахунок необхідних витратних матеріалів з урахуванням площі шпалер, що знаходяться в рулоні, та проценту додаткових шпалер для співпадання малюнків;

по-третє, розрахунок вартості витратних матеріалів та виконаних робіт.

Примітка: ці формули отримати неважко і тому за бажанням можна дати це завдання учням безпосередньо на уроці або вдома. Наступним етапом є розробка алгоритму на основі побудованої математичної моделі. Для цього можна використати вже відомі методи та способи розв'язування отриманих математичних співвідношень, причому при наявності кількох методів розв'язання необхідно вибрати оптимальний, провівши їх оцінку та аналіз. Якщо серед існуючих методів розв'язання необхідний відсутній, треба розробити власний. Під час створення складних алгоритмів застосовується метод покрокової деталізації, який полягає в тому, що складний алгоритм розбивається на прості підзадачі, кожна з яких в свою чергу може розбиватися на ще простіші. Такий підхід дозволяє також розбити алгоритм на окремі частини - модулі, реалізацію кожного з яких доручити окремому програмісту. В цьому випадку програміст концентрується на розв'язанні окремої підзадачі, використовуючи для цього свої методи. Останнім етапом у методі покрокової розробки є об'єднання окремих модулів у єдине ціле. Для цього між всіма модулями повинні бути встановлені зв'язки, тобто узгоджена передача інформації від одних модулів до інших. Це дуже важка робота і від оптимальності вибору вхідних та вихідних параметрів окремих модулів кінець кінцем залежить оптимальність роботі всієї програми. Алгоритм, призначений для комп'ютерної реалізації, має бути записаний однією з мов програмування. На даному етапі розвитку комп'ютерної техніки різноманітність існуючих мов програмування дає програмісту можливість вибрати оптимальний варіант для отримання бажаного результату. А враховуючи можливість розбиття алгоритму на окремі модулі, реалізацію кожної підзадачі взагалі можна виконати різними засобами. Написану вибраною мовою програмування програму необхідно тепер налагодити та протестувати. Під налагоджуванням програми розуміється процес випробування роботи програми з виправленням виявлених при цьому помилок. Виправити помилки, пов'язані з правилами написання програм, вам допомагає середовище програмування, а ось логічні помилки виправити набагато важче. В цьому вам можуть допомогти правильно підібрані тести. Останній етап - це використання програми для отримання шуканих результатів. На цьому етапі обов'язково ще раз перевірити правильність очікуваних результатів. Якщо отримані результати являються помилковими, необхідно повернутися до одного з попередніх етапів (іноді, навіть, до найпершого - постановки задачі) і ще раз перевірити правильність зроблених робіт. Можливо, що на деяких етапах буде необхідно доопрацювати або повністю переробити весь етап. Тепер програму можна експлуатувати і, навіть, пропонувати іншим користувачам, доповнивши її необхідною документацією. Отже, основними етапами розв'язку задачі за допомогою ЕОМ є наступні:

постановка задачі;

побудова математичної моделі;

розробка алгоритму;

опис алгоритму мовою програмування;

тестування та налагоджування програм;

експлуатація програми.

Домашнє завдання:

прочитати сторінки 21 - 24 запропонованого підручника; вивчити означення, що прочитані на лекції (етапи розв'язку задачі за допомогою ЕОМ); придумати задачу, що може бути розв'язана за допомогою ЕОМ, та розбити її розв'язок на етапи; створити математичну модель задачі підрахунку кількості необхідного матеріалу для фарбування заданої поверхні (вид поверхні - квадрат, прямокутник, шар тощо задається вчителем), якщо відома норма витрат фарби на квадратний метр поверхні.

Інформатика

Основи програмування

Поняття про мови програмування

Мова — це система знаків (символів, жестів, міміки, положень перемикача і т. д.) для представлення, обміну інформацією. Це загальне визначення включає в себе і природні, і штучні (формальні) мови. До штучних мов належать мови, створені людьми для розв’язання специфічних задач. Це мова математичних формул, нотна грамота, мови програмування тощо. Алгоритмічна мова — це мова, призначена для представлення алгоритму у вигляді послідовності вказівок для виконання їх виконавцем алгоритму. Алгоритмічна мова, як і кожна інша, має свій словник. Основу цього словника складають слова, що використовуються для запису команд, які входять у систему команд виконавця. Мови програмування — це алгоритмічні мови, призначені для опису алгоритмів, що орієнтовані для виконання на комп’ютері, або система позначень для точного опису алгоритму, який треба виконати за допомогою комп’ютера. Мова програмування, як і будь-яка інша мова, являє собою набір символів (алфавіт), систему правил складання базових конструкцій мови (синтаксис) та правила тлумачення мовних конструкцій (семантика). Ця система позначень і правил призначена для одноманітного і точного запису алгоритму. Алфавіт, синтаксис і семантика — три основні складові мов програмування. Програма — це алгоритм, записаний мовою програмування. Трансляція (від англ. translation — переклад) — програма, яка перетворює команди мови програмування на машинну мову. Існує два способи трансляції: інтерпретація та компіляція. Інтерпретація (від англ. interpretation) — спосіб трансляції, при якому кожна інструкція програми перекладається в машинні коди та виконується, і тільки після виконання одного фрагмента програми процесор переходить до обробки іншого фрагмента. Це гнучка система перекладу, яка реалізовується нескладно. Вона використовується в тих випадках, коли потрібна простота трансляції (Basic), або там, де інший спосіб перекладу дуже складний або навіть неможливий (Lisp). Компіляція (від англ. compile — збирати) — спосіб трансляції, при якому здійснюється переклад усього тексту програми, збір перед її виконанням та запис у пам’ять комп’ютера. При перегляді програми компілятор виділяє місце в пам’яті для кожної змінної.

Класифікація мов програмування

Мови програмування високого і низького рівнів. Програми для перших ЕОМ складалися машинною мовою, вельми далекою від понять, якими оперує людина. Алфавіт машинної мови складається тільки з двох символів {0, 1}. Для складання програм на такій мові була потрібна досить висока кваліфікація. Програмісти, зацікавлені в полегшенні своєї праці, і виробники ЕОМ зацікавлені в розширенні ринку, стали шукати вихід. Першим кроком на шляху створення мов, що містять поняття, близькі поняттям людини, стали мови, що перекладають символічні імена в машинні коди (асемблер). До мов програмування низького рівня належать мови асемблера — машинно-залежні мови, що описують дії в термінах команд процесора. Для кожного типу процесора існує своя мова асемблера, тому для перенесення програми на асемблері на іншу апаратну платформу її потрібно майже повністю переписати. Пізніше були створені програми, що транслюють арифметичні вирази (автокоди), і, нарешті, у 1958 році вступив у дію транслятор Фортрана — першої мови високого рівня (МВР). Мови високого рівня наближені до природних понять. Ці мови є машинно-незалежними. Із розвитком і поширенням комп’ютерів намітився двоякий процес: поява спеціальних (Пролог) та універсальних (Паскаль, Сі) мов. Процедурні і непроцедурні мови. Програма, написана процедурною мовою, описує, як розв’язувати, використовуючи при цьому такі основні поняття, як слідування, розгалуження, цикл. Програма, написана непроцедурною мовою, описує, що робити, використовуючи такі поняття, як підстановка, галуження, рекурсія. Системи програмування. Для зручності створення програм створюються інтегровані середовища програмування — системи, які об’єднують редактор текстів програм, транслятор, налагоджувач (наприклад Turbo Pascal, Turbo С, Turbo Basic). Отримали поширення системи візуального програмування — засоби, за допомогою яких можна швидко створювати програми шляхом візуального проектування макета в графічному вигляді (наприклад, Visual Basic, Visual С, Delphi). 

<< попередня ЗМIСТ наступна >>