23

Введение

Вычислительная техника, использование передовых программных продуктов является необходимой и неотъемлемой частью работы современного инженера. Широкое и разнообразное использование ЭВМ выдвигает высокие требования к их программному обеспечению. В то же время процесс создания программ требует от специалиста, как проявления творчества, так и владения специальными знаниями и умениями.

Общепризнанно, что с момента разработки и до сих пор Фортран является лучшим языком для решения инженерных и научных задач, получив широкое распространение среди пользователей, занимающихся вопросами численного моделирования.

Название языка Фортран произошло от Formula Translator – переводчик формул. В истории программирования Фортран – живой классический язык. Не одно поколение программистов выросло на Фортране. Хотя многие критиковали Фортран за “примитивность”, но как оказалось, именно простота и четкость помогли ему жить и постоянно развиваться, сохраняя преемственность, совершенствуясь и проходя стандартизацию.

Это объясняется следующими причинами:

1. Существованием огромных фондов прикладных программ на Фортране, накопленных за предыдущий период.

2. Наличием эффективных трансляторов для различных типов машин. Высокой эффективностью программного кода.

3. Переносимостью на другие типы ЭВМ, работающих в различных операционных системах, что достигается наличием стандартов языка.

4. Простотой конструкций языка.

С момента создания первой системы Фортран фирмой IBM в 1950 г. по сегодняшний день было принято три стандарта языка. Все стандарты Фортран предусматривают полную совместимость "снизу-вверх". Первый стандарт Фортран 66 был принят в 1966 г., второй стандарт, Фортран 77, — в 1978 г. В 1992 г. был принят новый стандарт — Fortran 90, который и является предметом изучения. В конце 2004 года опубликован новый международный стандарт языка Фортран - Фортран 2003.

Методическое пособие предназначено для изучения дисциплины «Основы информационных технологий и программирование» студентами инженерных специальностей, а также будет полезно студентам, аспирантам, инженерам, чья профессиональная деятельность связана с проведением расчетов на компьютерах по программам собственной разработки с использованием алгоритмического языка Фортран.

Часть 1. Базовые вычислительные процессы и их реализация на языке Фортран

Тема 1. Алгоритм и его свойства. Основные понятия языка Фортран. Арифметические и логические выражения. Разработка и реализация программ с линейной структурой

1.1 Алгоритм и его свойства.

Алгоритм – это точное предписание, которое задает процесс, начинающийся с произвольного исходного данного и направленный на получение полностью определяемого этим исходным данным результата. Алгоритм есть формальное предписание (указание), однозначно определяющее содержание и последовательность операций, переводящих определенную совокупность исходных данных в искомый результат.

Процесс разработки алгоритма называется алгоритмизацией и представляет собой процедуру последовательного преобразования данных, называемых конструктивными элементам, и происходящую дискретными «шагами».

Свойства алгоритмов (требования к алгоритмам):

1. Дискретность. Процесс решения задачи должен быть разбит на последовательность отдельных шагов. Образованная структура алгоритма оказывается прерывной (дискретной): только выполнив одну команду, исполнитель сможет приступить к выполнению следующей

2. Понятность. Алгоритм должен быть понятен исполнителю, и исполнитель должен быть в состоянии выполнить его команды.

3. Детерминированность (определенность). Алгоритм не должен содержать команды, смысл которых может восприниматься неоднозначно. (Например, робот будет поставлен в тупик командой "Взять две-три ложки песка": что значит "две-три"?, какого песка?). Недопустимы ситуации, когда после выполнения очередной команды исполнителю не ясно, какую команду выполнять на следующем шаге. Нарушение этого приводит к тому, что одна и та же команда после выполнения разными исполнителями дает неодинаковый результат.

4. Результативность. При точном исполнении всех команд алгоритма процесс решения задачи должен прекратиться за конечное число шагов и при этом должен быть получен определенный постановкой задачи ответ.

5. Массовость. Необходимо разрабатывать алгоритмы, обеспечивающие решение всего класса задач данного типа. Например, если составляется алгоритм решения квадратного уравнения ах² +вх+ с= 0, он должен обеспечивать возможность решения для любых допустимых исходных значений коэффициентов а, в. с.

Алгоритм может быть представлен в текстовом или графическом виде.

Блок-схема – это графическое представление хода решения задачи на ЭВМ.

Таблица 1.1 Основные элементы блок-схем:

Название	Символ (рисунок)	Выполняемая функция (пояснение)
1. Блок вычислений		Выполняет вычислительное действие или группу действий
2. Логический блок		Выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от условия
3. Блоки ввода/вывода		Ввод или вывод данных вне зависимости от физического носителя
		Вывод данных на печатающее устройство
4. Начало/конец (вход/выход)		Начало или конец программы, вход или выход в подпрограмму
5. Предопределенный процесс		Вычисления по стандартной или пользовательской подпрограмме
6. Блок модификации		Выполнение действий, изменяющих пункты алгоритма
7. Соединитель		Указание связи между прерванными линиями в пределах одной страницы
8. Межстраничный соединитель		Указание связи между частями схемы, расположенной на разных страницах

Правила построения блок-схем:

1. Блок-схема выстраивается в одном направлении либо сверху вниз, либо слева направо

2. Все повороты соединительных линий выполняются под углом 90 градусов

Линейным называется алгоритм, в котором результат получается путем однократного выполнения заданной последовательности действий при любых значениях исходных данных. Операторы программы выполняются последовательно, один за другим, в соответствии с их расположением в программе (рис.1.1).

Рис. 1.1. Алгоритмическая структура следование