Компьютер, его механические и математические первоисточники

Введение

Компьютер, его механические и математические первоисточники.

Отличительный признак – электронный. Известны механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически. … Некоторые называют древним предшественником компьютера механическое счетное устройство абак (это заблуждение, так как…

Механические первоисточники.

1642: Блез Паскаль (Pascal, 1623-1662) – французский религиозный философ, писатель, математик и физик – разработал более компактное суммирующее… Важнейшим элементом в машинах Паскаля был автоматический перенос единицы в… 1673: Лейбниц (Leibniz) Готфрид Вильгельм (1 июля 1646 — 14 ноября 1716), немецкий философ-идеалист, математик, физик…

Математические первоисточники.

Двоичная система Лейбница. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации положений элементов конструкции, а о регистрации… Возможность представления любых чисел (и не только чисел) двоичными цифрами… Лейбниц впервые высказал мысль о возможности машинного моделирования человеческих функций; ввёл термин «модель».

Кодирование текстовых данных

8 разрядов – 256 символов: английские и русские буквы строчные и прописные, знаки препинания, арифметических действий и некоторые общепринятые… Для того, чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые… Для английского языка противоречия уже сняты.

Кодирование графических данных. Векторная и растровая графика. Кодирование цвета.

Растровая графика. Растр, или растровый массив (bitmap), представляет совокупность битов,…  

Структура алгоритмов

– следование – последовательное выполнение действий; в программе реализуется последовательным размещением операторов;   – разветвление (ветвление) – в зависимости от заданного условия нужно выполнить либо одно, либо другое действие

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Технология программирования и основные этапы ее развития

Практически все программы создаются с помощью языков программирования. Теоретически программу можно написать и средствами обычного человеческого… Языки программирования – искусственные языки. Отличие их от естественных:

Компиляторы и интерпретаторы

Интерпретатор берет очередной оператор из текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (оператор транслируется в… Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы. Они просматривают его… В реальных системах программирования имеют место и компиляции и интерпретации. В процессе отладки программа может…

Уровни языков программирования

Язык самого низкого уровня – язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных… С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные… Недостатки:

Обзор языков программирования высокого уровня

Cobol (Кобол). Компилируемый язык, для применения в экономической об-ласти и решения бизнес-задач, начало 60-х гг. Отличается большой… Algol (Алгол). Компилируемый язык, создан в 1960 г. Был призван заменить… Pascal (Паскаль). Компилируемый, создан основоположником множества идей современного программирования Никлаусом…

Языки программирования баз данных

Система управления базой данных (СУБД) – совокупность программных средств, с помощью которых осуществляется управление базой данных и доступ к… Для работы с базами данных используются специальные языки баз данных. Чаще… – язык определения данных (ЯОД) – служит для определения логической структуры БД;

Языки программирования для Интернета

HTML. Общеизвестный язык для оформления документов. Очень прост, содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания… VRML. 1994 г., для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в…

Средства создания программ.

1. Текстовый редактор. Так как текст программы записывается с помощью ключевых слов, обычно… Лучше использовать специализированные редакторы, которые ориентированы на конкретный язык программирования и позволяют…

Первые языки программирования

К языку FORTRAN предъявлялись требования cоздания высокоэффективного кода. Поэтому многие конструкции языка первоначально разрабатывались с учетом… Как альтернатива языку FORTRAN, первоначально ориентированному на архитектуру… Языки FORTRAN и ALGOL были первыми языками, ориентированными на программирование вычислений.

Области применения языков программирования

· научные вычисления (языки C++, FORTRAN, Java); · системное программирование (языки C++, Java); · обработка информации (языки C++, COBOL, Java);

Парадигмы программирования

Семантика языка взаимосвязана с используемой вычислительной моделью. В настоящее время языки программирования в зависимости от применяемой… · Процедурные языки, которые представляют собой последовательность… оperator1; operator2; operator3;

Стандартизация языков программирования

Как правило, при создании языка выпускается частный стандарт, определяемый разработчиками языка. Если язык получает широкое распространение, то со… Язык Java, ставший в последнее время весьма распространенным, постепенно был… В процессе развития языка некоторые его конструкции и функции устаревают. Однако с целью обратной совместимости новые…

Среда проектирования

Компилятор языка программирования выступает как составная часть среды проектирования. Сама программа наряду с конструкциями, предусмотренными… Интегрированная среда проектирования VisualStudio.NET позволяет создавать и… Для проектирования приложений на языке Object Pascal используется интегрированная среда проектирования Delphi. …

Редактор Visual Basic

– в меню Сервис - Макрос выбрать редактор Visual Basic; – или нажать клавиши <Alt> + <F11>. Рис. 1. Открытие редактора VBA в Excel

Создание первой программы

1. В редакторе VBA добавьте в проект стандартный модуль, выбрав команду Insert – Module. В окне Project Explorer появится модуль… 2. В окне редактора кода (рис. 3) напечатайте следующий программный код: Sub Программа1 ( )

Алфавит языка

Алфавит языка – это упорядоченное множество букв, цифр и специальных знаков. Алфавит включает в себя: ─ прописные и строчные латинские буквы от A до Z , буквы кириллицы от А… ─ десятичные цифры от 0 до 9;

Типы данных

─ числовые, ─ строковые (символьные): ─ дата и время (Data – от 01.01.100 до 31.12.9999):

Формы записи вещественных чисел в программе

– основная (естественная) форма записи с фиксированной точкой. Десятичная точка отделяет целую часть от дробной. Знак плюс и нулевую целую часть… – экспоненциальная (показательная) форма записи числа с плавающей точкой в… ±mE±p,

Переменные

Переменная характеризуется именем (идентификатором), типом и значением. Имя переменной состоит из комбинации букв и цифр длиной не более 255 символов.… Alfa, X, I, SUMMA, B23, KOD1_3, V, S.

Константы

Константы бывают числовые и строковые (символьные). В программе константы объявляются в разделе констант. Записывается ключевое… CONST g = 9.81, pi = 3.1415926, Rmin = 0.1

Встроенные функции

─ математические функции; ─ функции обработки строк; ─ функции проверки, определения и преобразования типов данных;

Выражения

Арифметические выражения соответствуют общепринятым алгебраическим выражениям. Результатом вычисления является число. Операции в сложном выражении… Логические выражения. Примером является отношение, которое применяется для… Примеры записи арифметических и логических выражений приведены соответственно в таблицах 4, 5

Структура программы

SUB имя_процедуры (список аргументов) последовательность инструкций (операторов) END SUB

Оператор присваивания

Оператор присваивания служит для вычисления значения выражения и присваивания этого значения переменной.

Формат оператора:

Имя_переменной = выражение

Примеры:

A=2.1

SUMMA = X + COS(X) ^2

Следует различать оператор присваивания и алгебраическое равенство. Оператор Y = A + B означает для ЭВМ: сложить содержимое ячеек памяти, отведенных для размещения значений переменных А и В, и поместить результат в ячейку памяти, отведенную для значения переменной Y. Широко используется конструкция оператора присваивания типа I = I + 1. К заданному значению переменной I прибавляется 1, и результат помещается в ту же ячейку, заменив бывшую там информацию на новую. С точки зрения математики равенство i = i+1 не имеет смысла.

При присвоении переменным строковых значений их необходимо заключать в кавычки:

T = «Параметр 1»,

а значения датывремени заключать в символы # («решетка»):

D = #11/29/2006#

Операторы (процедуры) ввода данных

Для работы практически любой программы необходимы исходные данные. Передать их в программу можно несколькими способами.

1. Использование оператора присваивания.

Примеры: A = 3 TOK = 480 I = 1. Этот способ используется, если исходные данные не изменяются при нескольких исполнениях программы.

2. При работе с электронными таблицами применяют считывание данных из ячеек листа рабочей книги Excel. Для этого используется инструкция Сells(i, j), которая в данном случае выступает как функция ввода данных. Формат использования:

Имя_переменной = Сells(i, j),

где i, j соответственно номер строки и номер столбца, на пересечении которых находится ячейка с данными, т.е. адрес ячейки.

Пример:

А = Сells(1, 2)

После выполнения этой строки переменной А присвоится значение, которое хранится в ячейке, находящейся в первой строке (первая цифра) и во втором столбце (вторая цифра), т.е. в ячейке B1 электронной таблицы.

3. Ввод данных непосредственно в ходе выполнения программы, т.е. в диалоговом режиме, выполняется с помощью диалогового окна ввода информации, реализуемого функцией InputBox.

Формат использования (в простейшем случае):

Имя_переменной = InputBox(“Сообщение”).

В ходе работы программы при выполнении указанной функции на экране монитора появляется диалоговое окно, содержащее текст, указанный в «Сообщении», а также поле ввода. Выполнение программы приостанавливается, устанавливается режим ожидания ввода информации пользователем и нажатия одной из кнопок. После ввода информации и нажатия на кнопку ОК переменной присваивается значение типа String (строковый тип данных), содержащее текст, введенный в поле ввода.

Пример:

d = InputBox (“Введите значение диаметра”)

На экране (рис. 5)появится диалоговое окно:

Рис. 5. Окно ввода

В примере переменной d будет присвоено значение строки “23”, а не числа 23.

Для преобразования строкового типа данных в числовой тип используется функцияVal(Строка), которая возвращает число, содержащееся в строке, как числовое значение соответствующего типа.

При записи в коде программы

d = Val(InputBox (“Введите значение диаметра”))

и вводе в поле ввода цифр 23 переменной d присвоится число 23.

Операторы (процедуры) вывода данных

Вывод информации на экран монитора осуществляется двумя способами.

1. С помощью процедуры вывода

MsgBox (Сообщение)

Эта процедура выводит на экран диалоговое окно, содержащее сообщение, устанавливает режим ожидания нажатия пользователем кнопки (выполнение программы приостанавливается). После нажатия кнопки выполнение программы продолжается

Пример:

MsgBox (“Значение диаметра =” & d)

Сообщение может содержать комментарий, заключенный в кавычки, а также имя переменной, значение которой необходимо вывести в окне. Символ “&” означает слияние в одну строку всех символов, записанных в скобках.

В результате на экране (рис. 6) появится диалоговое окно.

Рис. 6. Окно сообщения

2. Вывод данных на лист рабочей книги Excel с использованием инструкции Сells(i, j). В этом случае в отличие от ранее рассмотренного она выступает как процедура вывода:

Cells(i,j)= «результат»,

где «результат»–значение переменной, которое помещается в ячейку с адресом, определяемым номером строки i и номером столбца j.

Линейный вычислительный процесс

1) описания данных; 2) ввода исходных данных; 3) вычисления требуемых значений;

Программирование разветвляющихся вычислительных процессов

В большинстве задач не удается представить алгоритм в виде линейной структуры, т.к. задачи обычно содержат различные условия, требующие выбора… Для того чтобы на основании одного условия программа выбирала между двумя… Синтаксис однострочной формы записи оператора:

Else

(операторы, выполняющиеся, когда условие = False (ложно))

End If.

Если структура If. . .Then должна выполнить только один оператор, когда условие принимает значение True, всю структуру можно уместить в одну строку.… If Цена > 20 Then(операторы, выполняющиеся, когда условие = True). Часто, прежде чем принять решение о действиях, которые должна выполнить программа, приходится проверять два или даже…

End If

П р и м е р. Необходимо вычислить значение функции при любых значениях a и b. На первый взгляд решение этой задачи можно описать алгоритмом линейной структуры, но при ab = 0 задача не может быть решена, т.к. деление на нуль невозможно. Для корректного решения задачи необходимо предусмотреть вывод сообщения, если вычисление y невозможно. Тогда вычислительный процесс можно описать следующим образом: вычислить y, если ab ≠ 0 или вывести сообщение, если ab = 0

В ГСА (рис. 3.1) решения этой задачи используется блок проверки условия, имеющий один вход и два выхода по выполнению проверяемого условия – «да» и «нет». В примере это блок 2, в котором проверяется условие ab = 0. В зависимости от результата проверки условия возможны два пути продолжения решения задачи. Каждый из путей называется ветвью, а алгоритм – разветвляющимся.

 

 

Как и во всех разветвляющихся алгоритмах в данной задаче нарушается естественный порядок следования блоков. Так, за блоком 2 может выполняться блок 3, образуя ветвь 1, а может и блок 5, образуя ветвь 2; за блоком 4 всегда выполняется блок 6.

Любое изменение естественной (линейной) последовательности выполнения блоков называется переходом. Переходы бывают двух типов: условные и безусловные. Условный переход реализуются с помощью оператора условия (условного оператора).

 

Для рассматриваемого примера оператор условия для блочной структуры можно записать в следующем виде:

Программный код

Sub V ( )

Dim a As single, b As single, y As single

a=val(inputBox(“a=”))

b=val(inputBox(“b=”))

If a*b=0 Then

MsgBox (“ab=0”)

Else y=1/ (a*b)

MsgBox (“y=”& y)

End If

Если условие выполняется, т.е. ab=0, в окне вывода на экран монитора оператором MsgBox выводится сообщение “ab=0”, в противном случае, когда произведение a и b не равно нулю, вычисляется значение y по формуле y=1/(a*b)и это значение выводится в стандартном окне вывода.

Вариант программы с линейной формой записи оператора:

Option Explicit

Sub V ( )

Dim a As single, b As single, y As single

a=val(inputBox(“a=”))

b=val(inputBox(“b=”))

IF a*b=0 THEN MsgBox(“ab=0”) ELSE y=1/(a*b): MsgBox (“y=”& y) ‘вывод результата

End Sub

 

 

3.3.2. Приемы обеспечения технологичности программных продуктов. Модули, их свойства, «структурное» и неструктурное программирование.

 

При разработке программного модуля целесообразно придерживаться следующего порядка [8.1]:

· изучение и проверка спецификации модуля, выбор языка

программирования;

· выбор алгоритма и структуры данных;

· программирование модуля;

· шлифовка текста модуля;

· проверка модуля;

· компиляция модуля.

Первый шаг разработки программного модуля в значительной степени представляет собой смежный контроль структуры программы снизу: изучая спецификацию модуля, разработчик должен убедиться, что она ему понятна и достаточна для разработки этого модуля. В завершении этого шага выбирается язык программирования: хотя язык программирования может быть уже предопределен для всего ПС, все же в ряде случаев (если система программирования это допускает) может быть выбран другой язык, более подходящий для реализации данного модуля (например, язык ассемблера).

На втором шаге разработки программного модуля необходимо выяснить, не известны ли уже какие-либо алгоритмы для решения поставленной и или близкой к ней задачи. И если найдется подходящий алгоритм, то целесообразно им воспользоваться. Выбор подходящих структур данных, которые будут использоваться при выполнении модулем своих функций, в значительной степени предопределяет логику и качественные показатели разрабатываемого модуля, поэтому его следует рассматривать как весьма ответственное решение.

На третьем шаге осуществляется построение текста модуля на выбранном языке программирования. Обилие всевозможных деталей, которые должны быть учтены при реализации функций, указанных в спецификации модуля, легко могут привести к созданию весьма запутанного текста, содержащего массу ошибок и неточностей. Искать ошибки в таком модуле и вносить в него требуемые изменения может оказаться весьма трудоемкой задачей. Поэтому весьма важно для построения текста модуля пользоваться технологически обоснованной и практически проверенной дисциплиной программирования. Впервые на это обратил внимание Дейкстра [8.2], сформулировав и обосновав основные принципы структурного программирования. На этих принципах базируются многие дисциплины программирования, широко применяемые на практике [8.3-8.6]. Наиболее распространенной является дисциплина пошаговой детализации [8.3], которая подробно обсуждается в разделах 8.2 и 8.3.

Следующий шаг разработки модуля связан с приведением текста модуля к завершенному виду в соответствии со спецификацией качества ПС. При программировании модуля разработчик основное внимание уделяет правильности реализации функций модуля, оставляя недоработанными комментарии и допуская некоторые нарушения требований к стилю программы. При шлифовке текста модуля он должен отредактировать имеющиеся в тексте комментарии и, возможно, включить в него дополнительные комментарии с целью обеспечить требуемые примитивы качества [8.1]. С этой же целью производится редактирование текста программы для выполнения стилистических требований.

Шаг проверки модуля представляет собой ручную проверку внутренней логики модуля до начала его отладки (использующей выполнение его на компьютере), реализует общий принцип, сформулированный для обсуждаемой технологии программирования, о необходимости контроля принимаемых решений на каждом этапе разработки ПС (см. лекцию 3). Методы проверки модуля обсуждаются разделе 8.4.

И, наконец, последний шаг разработки модуля означает завершение проверки модуля (с помощью компилятора) и переход к процессу отладки модуля.

Структурное программирование.

Основными конструкциями структурного программирования являются: следование, разветвление и повторение (см. Рис. 8.1). Компонентами этих конструкций… обобщенного оператора может быть либо простой оператор используемого языка… Весьма важно также, что эти конструкции являются уже математическими объектами (что, по-существу, и объясняет причину…

Пошаговая детализация и понятие о псевдокоде.

В качестве основного метода построения текста модуля современная технология программирования рекомендует пошаговую детализацию [8.1, 8.3, 8.5].… биении процесса разработки текста модуля на ряд шагов. На первом шаге описывается общая схема работы модуля в обозримой линейной текстовой форме (т.е. с использованием очень крупных…

Контроль программного модуля.

· статическая проверка текста модуля; · сквозное прослеживание; · доказательство свойств программного модуля.

История структурного программирования и проектирования программ

Наиболее сильной критике со стороны разработчиков структурного подхода к программирования подвергся оператор GOTO (оператор безусловного перехода),… Следование принципам структурного программирования и проектирования сделало… Методология структурного проектирования и разработки программного обеспечения была признана «самой сильной…

Экспертные системы в управлении энергетическими системами

Современное состояние объектов топливно-энергетического комплекса и химической технологии кратко можно определить как опасное для окружающей среды в… Более того, при возникновении аварийной ситуации вероятность того, что человек… Применение таких систем в химической технологии позволит избегать возникновения аварийных ситуаций за счет…

Поиск решений с помощью оптимизационных методов

Оптимизация – процесс выбора наилучшего варианта из множества возможных или процесс приведения системы в наилучшее состояние. Понятие «наилучший»… Значение целевой функции зависит от параметров или переменных, изменение… Примеры задач оптимизации в электроэнергетике: выбор конфигурации электрической сети, числа цепей, напряжений, сечений…