3. Алгоритм і його властивості

Розв’язування задач на комп'ютері засноване на понятті алгоритму. Алгоритм – це точне і однозначне розпорядження, що визначає обчислювальний процес, який веде від варійованих початкових даних до вихідного результату.

Алгоритм означає точний опис деякого процесу, інструкцію по його виконанню. Розробка алгоритму є складним і трудомістким процесом. Алгоритмізація – це техніка розробки (складання) алгоритму для вирішення завдань на ЕОМ.

Засоби для опису алгоритму

Для запису алгоритму рішення задачі застосовуються наступні способи їх зображення:

· Словесно - формульне описання

· Блок-схема (схема графічних символів)

· Алгоритмічні мови

· Операторні схеми

· Псевдокод

Для запису алгоритму існує загальна методика:

· Кожен алгоритм повинен мати ім'я, яке розкриває його зміст.

· Необхідно позначити початок і кінець алгоритму.

· Необхідно описати вхідні і вихідні дані.

· Вказати команди, які дозволяють виконувати певні дії над виділеними даними.

Загальний вигляд алгоритму

Назва алгоритму

Опис даних

Початок

Команди

Кінець

Формульно-словесний спосіб запису алгоритму характеризується тим, що опис здійснюється за допомогою слів і формул. Зміст послідовності етапів виконання алгоритмів записується на природній професійній мові предметної області в довільній формі.

Графічний спосіб опису алгоритму (блок - схема) набув найширшого поширення. Для графічного опису алгоритмів використовуються схеми алгоритмів або блочні символи (блоки), які з'єднуються між собою лініями зв'язку.

Кожен етап обчислювального процесу  представляється геометричними фігурами (блоками). Вони діляться на арифметичні або обчислювальні (прямокутник), логічні (ромб) і блоки введення-виведення даних (паралелограм).

Схеми алгоритмів:

Порядок виконання етапів вказується стрілками, що з'єднують блоки. Геометричні фігури розміщуються зверху вниз і зліва направо. Нумерація блоків проводиться в порядку їх розміщення в схемі.

Алгоритмічні мови - це спеціальний засіб, призначений для запису алгоритмів в аналітичному вигляді. Алгоритмічні мови близькі до математичних виразів і до природних мов. Кожна алгоритмічна мова має свій словник. Алгоритм, записаний на алгоритмічній мові, виконується за строгими правилами цієї конкретної мови.

Операторні схеми алгоритмів. Суть цього способу опису алгоритму полягає в тому, що кожен оператор позначається літерою (наприклад, А – арифметичний оператор, Р – логічний оператор і так далі). Оператори записуються зліва направо в послідовності їх виконання, причому, кожен оператор має індекс, що вказуює порядковий номер оператора. Алгоритм записується в один рядок у вигляді послідовності операторів.

Псевдокод – система команд абстрактної машини. Цей спосіб запису алгоритму за допомогою операторів близький до алгоритмічних мов.

4. Принципи розробки алгоритмів і програм. Поняття про мови програмування

Типи алгоритмічних процесів.

За структурою виконання алгоритми і програми діляться на три види:

· Лінійні

· Розгалужені

· Циклічні

Лінійний алгоритм (лінійна структура) – це такий алгоритм, в якому всі дії виконуються послідовно один за одним і лише один раз. Схема є послідовністю блоків, які розташовуються зверху вниз в порядку їх виконання. Початкові та проміжні дані не впливають на напрям процесу обчислення.

Розгалужені структури на практиці часто зустрічаються в задачах, в яких залежно від початкових умов або проміжних результатів необхідно виконати обчислення за тими чи іншими формулами.

Такі задачі можна описати за допомогою алгоритмів розгалуженої структури. У таких алгоритмах вибір напряму продовження обчислення здійснюється за підсумками перевірки заданої умови. Розгалужені процеси описуються за допомогою оператора IF (умовного оператора).

Циклічні обчислювальні процеси

Для вирішення багатьох задач характерні багатократні повторення окремих ділянок обчислень. В таких випадках застосовуються алгоритми циклічної структури (циклічні алгоритми). Цикл – послідовність команд, яка повторюється до тих пір, поки не буде виконано задану умову. Циклічний опис багато разів повторюваних процесів значно знижує трудомісткість написання програм.

Існують дві схеми циклічних обчислювальних процесів.

Особливістю першої схеми є те, що перевірка умови виходу з циклу проводиться до виконання тіла циклу. В тому випадку, якщо умова виходу з циклу виконується, тіло циклу не виконується більше жодного разу.

Особливістю другої  схеми є те, що цикл виконується хоча б один раз, оскільки перша перевірка умови виходу з циклу здійснюється після того, як тіло циклу виконане.

Існують цикли з відомим числом повторень і ітераційні цикли. При ітераційному циклі вихід з тіла циклу, як правило, відбувається при досягненні заданої точності обчислення.

Мови програмування – це штучні мови запису алгоритмів для виконання їх на ЕОМ. Програмування (кодування) - складання програми за заданим алгоритмом.

Класифікація мов програмування.

Загалом, мови програмування діляться на дві групи: операторні і функціональні. До функціональних відносяться ЛІСП, ПРОЛОГ і т.д. Операторні мови діляться на процедурні і непроцедурні (Smalltalk, QBE). Процедурні діляться на машинно - орієнтовані і машинно – незалежні.

До машинно – орієнтованих мов відносяться: машинні мови, автокоди, мови символічного кодування, асемблери.

До машинно – незалежних мов відносяться:

· Процедурно – орієнтовані (Паскаль, Фортран і ін.)

· Проблемно – орієнтовані (ЛІСП і ін.)

· Об'єктно-орієнтовані (Сі++, Visual Basic, Java та ін.) ­

Тема 3:

Системне забезпечення інформаційних процесів

(3 год.)

Лекції 3 - 4 (3 год.)

1. Структура програмного забезпечення ПК.

2. Файлові системи.

3. Класифікація операційних систем.

4. Операційна система MS-DOS.

5. Операційна система Windows XP.

6. Сервісні програмні засоби (стандартні і службові програми, архівація даних).

7. Вступ до Microsoft Office 2003.

1. Структура програмного забезпечення ПК

Програмне забезпечення

Сукупність програм, призначена для вирішення завдань на ПК, називається програмним забезпеченням. Склад  програмного забезпечення ПК називають програмною конфігурацією.

Програмне забезпечення можна умовно розділити на три категорії:

• системне ПЗ (програми загального користування), що виконують різні допоміжні функції, наприклад створення копій використовуваної інформації, видачу довідковій інформації про комп'ютер, перевірку працездатності пристроїв комп'ютера і так далі

• прикладне ПЗ забезпечує виконання необхідних робіт на ПК: редагування текстових документів, створення малюнків або картинок, обробка інформаційних масивів і так далі

• інструментальне ПЗ (системи програмування), забезпечуюче розробку  нових програм для комп'ютера на мові програмування.

Системне ПЗ

Це програми загального користування, не пов'язані з конкретним застосуванням | ПК і виконують традиційні функції: планування і управління завданнями, управління введенням - виведенням і так далі

Іншими словами, системні програми виконують різні допоміжні функції, наприклад, створення копій використовуваної інформації, видачу довідкової інформації про комп'ютер, перевірку працездатності пристроїв комп'ютера і т.п.

До системного ПЗ відносяться:

• операційні системи (ця програма завантажується в ОЗП при включенні комп'ютера)

• програми – оболонки (забезпечують зручніший і наочніший спосіб спілкування з комп'ютером, ніж за допомогою командного рядка DOS, наприклад, Norton Commander)

• операційні оболонки – інтерфейсні системи, які використовуються для створення графічних інтерфейсів, мультипрограмування тощо.

• Драйвери (програми, призначені для управління портами периферійних пристроїв, зазвичай завантажуються в оперативну пам'ять при запуску комп'ютера)

• утиліти (допоміжні або службові програми, які надають користувачеві ряд додаткових послуг)

До утиліт відносяться:

• диспетчери файлів або файлові менеджери

• засоби динамічного стискування даних (дозволяють збільшити кількість інформації на диску за рахунок її динамічного стискування)

• засоби перегляду і відтворення

• засоби діагностики; засоби контролю дозволяють перевірити конфігурацію комп'ютера і перевірити працездатність пристроїв комп'ютера,передусім жорстких дисків

• засоби комунікацій (комунікаційні програми) призначені для організації обміну інформацією між комп'ютерами

• засоби забезпечення комп'ютерної безпеки (резервне копіювання, антивірусне ПЗ).

Необхідно відзначити, що частина утиліт входить до складу операційної системи, а інша частина функціонує автономно. Велика частина загального (системного) ПЗ входить до складу ОС. Частина загального ПЗ входить до складу самого комп'ютера (частина програм ОС і контролюючих тестів записана в ПЗП або ППЗП, встановлених на системній платі). Частина загального ПЗ відноситься до автономними програмам і поставляється окремо.

Прикладне ПЗ

Прикладні програми можуть використовуватися  автономно або у складі програмних комплексів або пакетів. Прикладне ПЗ – програми,  що безпосередньо забезпечують виконання необхідних робіт на ПК: редагування текстових документів, створення малюнків або картинок, створення електронних таблиць і т.д.

Пакети прикладних програм – це система програм, які по сфері застосування діляться на проблемно – орієнтовані, пакети загального призначення і інтегровані пакети. Сучасні інтегровані пакети містять до п'яти функціональних компонентів: тестовий і табличний процесор, СКБД, графічний редактор, телекомунікаційні засоби.

До прикладного ПО, наприклад, відносяться:

• Комплект офісних застосувань MS OFFICE

• Бухгалтерські системи

• Фінансові аналітичні системи

• Інтегровані пакети діловодства

• CAD – системи (системи автоматизованого проектування)

• Редактори HTML або Web – редактори

• Браузери – засоби проглядання Web - сторінок

• Графічні редактори

• Експертні системи

Інструментальне ПЗ

Інструментальне ПЗ або системи програмування  - це системи для автоматизації розробки нових програм на мові програмування.

У найзагальнішому випадку для створення програми на вибраній мові програмування (мові системного програмування) потрібно мати наступні компоненти:

1.  Текстовий редактор для створення файлу з початковим (вихідним) текстом програми.

2.  Компілятор або інтерпретатор. Початковий текст за допомогою програми-компілятора перекладається в проміжний об'єктний код. Початковий текст великої програми складається з декількох модулів (файлів з початковими текстами). Кожен модуль компілюється в окремий файл з об'єктним кодом, які потім треба об'єднати в одне ціле.

3.  Редактор зв'язків або складальник, який виконує зв'язування об'єктних модулів і формує на виході працездатне застосування – здійснимий код.

Здійснимий код – це закінчена програма, яку можна запустити на будь-якому комп'ютері, де встановлена операційна система, для якої ця програма створювалася. Як правило, підсумковий файл має розширення .ЕХЕ або .СОМ.

4.  Останнім часом набули поширення візуальний методи програмування (за допомогою мов опису сценаріїв), орієнтовані на створення Windows-додатків. Цей процес автоматизований в середовищі швидкого проектування. При цьому використовуються готові візуальні компоненти, які налаштовують за допомогою спеціальних редакторів.

Найбільш популярні редактори (системи програмування програм з використанням візуальних засобів) візуального проектування:

• Borland Delphi - призначений для вирішення практично будь-яких завдань прикладного програмування

• Borland C++ Builder – засіб для розробки DOS і Windows застосувань

• Microsoft Visual Basic – популярний інструмент для створення Windows-програм

• Microsoft Visual C++ - дозволяє розробляти будь-які застосування, що виконуються в середовищі ОС типу Microsoft Windows