1. Представление о программировании: язык программирования (на примере одного из языков высокого уровня); примеры несложных программ с линейной, ветвящейся и циклической структурой.

             Алгоритмизация и программированиевого материала.

Сегодня мы с вами приступаем к изучению самого интересного, хотя и самого трудного раздела информатики – программирования.

Прежде чем рассматривать язык программирования Turbo-Pascal 7.00,  следует рассмотреть общие принципы алгоритмизации  и программирования , неизменные для всех языков.

Работа всех  электронно-вычислительных  систем ,  включая  персональный компьютер, заключается в преобразовании информации по заданному пользователем закону. Таким образом, всякая задача ,  реализуемая с помощью программирования сводится к получению некоторого  количества новой информации на основе имеющейся. Это условие и  определяет круг задач, допускающих решение при помощи электронно-вычислительных машин.

Закон, обеспечивающий преобразование исходных данных в  конечный результат, и порядок их реализации называется  алгоритмом.  Алгоритм должен быть однозначным и понятным исполнителю описанием последовательности элементарных действий, точное исполнение  которых приводит к искомому результату. Элементарные действия считаются  известными, хотя могут иметь довольно сложную внутреннюю структуру, то есть являться вспомогательными алгоритмами.

Элементарные действия можно классифицировать на две группы : функции и  операторы.  Функции  вырабатывают в качестве результата новое значение на основе анализа  некоторого множества исходных данных. В отличие от функций, операторы не  вырабатывают определенного значения в качестве результата, их  действия ограничиваются  преобразованиями информации внутри  исходного  множества данных. Следует заметить, что функции, как правило ,  не  изменяют значения исходного множества величин, называемых  аргументами , хотя такая возможность не запрещается общими принципами программирования.

Информатика изучает технологию сбора, хранения и переработки информации. Реализация этих технологий производится с помощью ЭВМ. Главная способность ЭВМ – способность к имитации объектов, явлений, механизмов, даже таких, которые не существуют в природе.  Эта способность, сочетающаяся с быстродействием – до миллиардов операций в секунду – основа эффективности ЭВМ.

Жизненные задачи обычно не являются четко сформулированными. Поэтому, прежде чем обратиться к ЭВМ для решения задачи, задачу нужно четко сформулировать. Четкая формулировка задачи всегда основана на некоторых упрощающих предположениях, которые позволяют построить модель задачи, то есть определить, что будет исходными данными - аргументами, а что – результатом решения задачи, и какова связь между аргументами и результатами.

Для одной и той же задачи могут быть созданы разные модели, в зависимости от того, какие средства используются для ее создания, и какие предположения положены в ее основу.

Выбор исходных данных, описание результатов и соотношений в модели задачи зависят также от возможностей того, кто будет ее решать. Если решать задачу будет ЭВМ, «умеющая», например, только вычислять, то исходные данные и результаты должны быть представлены числами, а связи между ними – математическими соотношениями. Иначе говоря, нужно построить математическую модель задачи. Это означает – выделить предположения, на которых будет построена математическая модель; что считать исходными данными и результатами; записать математические соотношения (формулы, уравнения, неравенства и т.д.), связывающие результаты с исходными данными.

Если задача заменена ее моделью, то и ответ относится к модели и лишь опосредованно к исходной задаче. Созданием математической модели завершается первый этап решения задачи с помощью компьютера. Второй этап – составление алгоритма – четкой инструкции, строго и однозначно указывающей необходимую последовательность действий.

ЭВМ могут выполнять алгоритмы без участия человека, автоматически. Но для этого нужно составить программу, то есть алгоритм, записанный на одном из языков программирования.

Модель всегда основана на тех или иных упрощениях. Поэтому, проведя вычисления на ЭВМ, необходимо сопоставить результаты с экспериментальными фактами, теоретическими воззрениями и другой информацией об изучаемом объекте. При этом может возникнуть необходимость уточнить математическую модель, полнее учитывая особенности изучаемого объекта. Уточнив модель, снова составляют алгоритм, проводят расчеты на ЭВМ и анализируют результаты, и так до тех пор, пока анализ результатов не покажет их приемлемое соответствие знаниям об изучаемом объекте. Проведение расчетов на ЭВМ  и анализ результатов называется вычислительным экспериментом. Таким образом, в третий этап решения задачи с помощью компьютера помимо написания программы, входит вычислительный эксперимент.

Перевод задач на язык математики позволяет подключить для их решения мощные математические вычислительные методы. Так, очень часто возникает задача изучения некоторой функции. Один из методов изучения функции с помощью ЭВМ – разбиение ее области определения на маленькие промежутки. При этом предполагают, что на каждом из отрезков функция постоянна и меняется мгновенно в конце каждого промежутка. Как правило, при измельчении отрезков разбиения нужная информация о функции может быть получена с любой точностью. Достоинство этого метода – в том, что вместо функции рассматривается конечное множество чисел.

В своей жизни каждый человек постоянно выполняет различные алгоритмы. Обычно нет необходимости думать о том, какие действия и в какой последовательности они при этом совершаются. Если же алгоритм необходимо объяснить исполнителю (человеку или машине), ранее с ним не знакомому, то алгоритм необходимо представить в виде четкой последовательности простейших действий. При этом важен не только набор действий, но и их порядок. Если в алгоритме изменить порядок действий, то он может оказаться не только непригодным для решения исходной задачи, но и вообще невыполнимым.

Чтобы подчеркнуть порядок действий в алгоритме, их обычно записывают в столбик одно под другим. От исполнителя требуется лишь четкое выполнение каждого действия, входящего в алгоритм. Мы не должны объяснять ему, для каких целей предназначается алгоритм.

Возможности любого исполнителя всегда ограничены. Поэтому, прежде чем составлять алгоритм решения задачи, нужно узнать, какие действия алгоритм может выполнить. Эти действия называются элементарными действиями, или допустимыми действиями исполнителя. При составлении алгоритмов только их и можно использовать. Для решения одних и тех же задач исполнители с более бедным набором элементарных действий требуют более сложных и подробных алгоритмов.

Таким образом, алгоритм – это организованная последовательность инструкций, соответствующих допустимым действиям некоторого исполнителя.

Программой называется алгоритм,  предназначенный  для  исполнения машиной. Поэтому, программа должна  быть  написана  на синтаксически точном алгоритмическом языке, элементы которого могут  распознаваться операционной системой во время исполнения. Вся информация ,  как  известно, представляется в двоичной форме. Совокупность всех  возможных двоичных команд составляет машинный язык. Очевидно, пользоваться  машинным языком неудобно, так как порядок работы ЭВМ  не  соответствует человеческому мышлению и система команд машинного языка  содержит  десятки тысяч действий, знание которых не только трудноосуществимо, но и бесполезно для пользователя ( поднять/опустить головку  дисковода , включить/выключить мотор винчестера и т.п. ). Естественно,  возникает идея избежать таких неприятных условий,  предоставив  эти  полномочия самой машине.

Для этой цели разработаны и используются языки программирования  - специальные. средства, позволяющие писать программы на языке, понятном человеку с последующим распознаванием и переводом текста  программы в машинный язык ( трансляция )для исполнения.  По принципу  работы языки программирования делятся на компиляторы и интерпретаторы. Компилятор транслирует текст программы целиком, создавая исполняемый  файл на диске или в оперативной памяти.  Интерпретатор  транслирует  каждую команду программы в процессе исполнения. При этом исполняемый файл  не создается, исполнение программы занимает больше времени, но допустимо внесение изменений в программу, находящуюся в  состоянии  исполнения.

По системе используемых элементарных действий языки  программирования классифицируются на языки высокого уровня и языки низкого уровня. Языки низкого уровня открывают программисту прямой доступ к  электронному оборудованию и архитектуре персонального компьютера ,  которые необходимо знать. В отличие от них ,  языки  высокого  уровня  не предполагают от программиста знания внутреннего устройства  электронно-вычислительных систем, а логика системы  команд  стремится  в  довольно упрощенном виде копировать логику человеческого  мышления ,  а все остальное за Вас сделает компилятор. По этой причине  языки  программирования высокого уровня обладают большой популярностью и  получили широкое распространение  во  многих  сферах  интеллектуальной  деятельности. К языкам высокого уровня относится и  Turbo-Pascal 7.00, который Вы сейчас начинаете изучать.

Основные сведения о языке программирования Turbo-Pascal 7.00

Основными элементами алфавита языка Turbo-Pascal 7.00 являются буквы латинского алфавита

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z _

, арабские цифры

0  1  2  3  4  5  6  7  8  9

и специальные знаки - символы

+  -  *  /  \  ^  <  =  > . ,  ;  '  ? (  )  [  ]  {  }

, а также пробел - символ, не имеющий графического начертания.      С помощью символов алфавита  языка  строятся  все  конструктивные элементы языка и любые объекты, среди которых знаки операций  отношения, знаки операций, данные, идентификаторы операторов, констант, переменных, типов ,  процедур  и  функций.  Идентификаторами  называются синтаксические единицы языка, используемые для определения данных , структурных элементов и прочих объектов. Идентификатор уникален : один и тот же идентификатор не может быть использован для обозначения  двух или более различных объектов программы.

В качестве идентификаторов  разрешается  использовать  последовательность латинских букв и цифр, начинающуюся с буквы. Длина идентификатора может быть от 1 до 40 символов ( Знак подчеркивания  считается буквой). Прописные и строчные буквы являются эквивалентными (взаимозаменяемыми ). Использование в составе идентификаторов  других  символов регулируется особыми правилами, обсуждаемыми ниже. В качестве идентификаторов запрещено использовать имена команд, операторов и функций.

Символы, не вошедшие в алфавит языка, в программе разрешено использовать только в символьных константах и комментариях.

Интегрированная среда программирования - набор средств, позволяющих обеспечить удобный интерфейс программисту при разработке программ, особенно полезный и необходимый для начинающих программистов. Интегрированная среда представляет собой собственно многооконный  экранный редактор, совмещенный со  специальными  средствами  обработки  текста программ, их редактирования, отладки, исполнения, а также отслеживания возможных ошибок. Среда  содержит  средства для управления программой,  позволяет  создавать многомодульные программы, а также снабжена обширной   интегрированной  (контекстной) системой помощи.

Работы по созданию программ начинаются  с  вызова  интегрированной среды, для чего необходимо запустить из  MS-DOS  программу TURBO.EXE  в следующем виде :

TURBO  имя

где имя - имя программного файла главного модуля программы.  Если  имя не задано, то система входит в режим редактирования  нового файла , которому условно приписывается имя NONAME00.PAS, в противном случае включается режим редактирования файла имя.  Основу интегрированной  среды составляет экранный текстовый редактор. Технология редактирования традиционна, за исключением некоторых особенностей, которые будут выяснены экспериментально.

Управление средой осуществляется с помощью меню,  которое  аналогично меню текстового редактора EDITOR. Вход в меню осуществляется при помощи мыши или клавиши ALT.

Запись текста программы в файл на диске осуществляется клавишей F2.

Загрузка текста программы из файла на диске осуществляется клавишей F3.

Компиляция программы без исполнения может быть произведена нажатием клавиши F9. Для компиляции программы с последующим исполнением можно воспользоваться комбинацией клавиши Control+F9.

При необходимости просмотра окна вывода (терминала) можно воспользоваться комбинацией клавиш Alt+F5. Для выхода из интегрированной среды используется комбинация клавиш Alt+X.

Структура программы на языке Turbo-Pascal 7.00 содержит следующие разделы:

·         Заголовок;

·         USES – часть;

·         Раздел описаний;

·         Исполнительная часть.