80

1.Вызвать её как подпрограмму;

2.Использовать механизм аппаратных прерываний;

3.С помощью программного прерывания.

Наличие в ОП резидентной программы никак не отражается на ходе вычислительного процесса, за исключением того, что уменьшается объём свободной памяти. Одновременно может быть загружено в ОП несколько резидентных программ.

Вопросы для самопроверки по теме 2.3

1.Перечислить уровни языков программирования.

2.Какими понятиями оперируют объектно-ориентированные языки программирования?

3.Какие компоненты входят в состав системы программирования?;

4.Назначение и функциональные возможности текстовых редакторов?

5.Назначение и типы трансляторов.

6.Что входит в состав библиотек стандартных подпрограмм?

7.Задачи, решаемые редактором связей (компоновщиком).

8.Какие действия выполняет загрузчик?

9.Какова последовательность преобразования исходного модуля в исполнительный?

10.Каково различие в моделях памяти программ типов *.СОМ и *.ЕХЕ?

Раздел 3. Технология разработки программ

Перечень тем, изучаемых в разделе:

1.Подготовка прикладных задач к решению на ЭВМ.

2.Работа в интегрированной среде программирования бейсик. Перечень практических занятий, выполняемых в разделе:

1.Практическое занятие №2.

2.Практическое занятие №3.

По завершении работы с теоретическим материалом по изучаемым темам следует ответить на вопросы для самопроверки. После изучения материала раздела необходимо выполнить тестовые задания.

81

Технология разработки (проектирования) программ – это совокупность технологических операций проектирования в их последовательности и взаимосвязи, приводящая к разработке проекта программы для исполнения на ЭВМ.

Тема 3.1. Подготовка прикладных задач к решению на ЭВМ

Процесс подготовки включает, как правило, следующие этапы:

−постановку (формулировку) задачи;

−выбор метода решения задачи (если это необходимо);

−разработку алгоритма решения задачи;

−составление программы;

−отладку программы;

−автоматическое решение задачи. Остановимся на каждом из этих этапов.

При постановке задачи формулируется цель ее решения, определяется ко-

личество и тип исходных данных, отмечается, что является результатом решения задачи, выбираются основные расчетные формулы, т. е. на данном этапе стремятся к математическому описанию задачи.

Выбор метода решения заключается в выборе способа вычисления выражений, входящих в расчетные формулы. Метод решения задачи считается выбранным тогда, когда установлены зависимости всех искомых результатов от исходных данных. Этот этап не всегда присутствует при решении задач. Он встречается в тех случаях, когда для вычисления выражения должны быть использованы различные численные методы.

Разработка алгоритма решения задачи является наиболее ответственным этапом, так как именно здесь определяется путь решения задачи. Алгоритм разрабатывается на основании метода решения задачи. Под алгоритмом понимается точное изложение последовательности преобразования исходных данных в искомый результат. Составление алгоритма - творческая задача, допускающая множество различных решений.

После того, как алгоритм решения задачи составлен, необходимо преобразовать его в форму, в которой он может быть введен в ЭВМ, т. е. составить программу. Программа представляет собой алгоритм решения задачи, записанный на языке программирования.

На этапах подготовки решения задачи на ЭВМ возможны различные ошибки. Для их выявления и устранения проводится отладка программы. При этом

82

контрольный пример рассчитывается вручную. Затем тот же пример по составленной программе рассчитывается на машине. При совпадении результатов, полученных на машине и при ручном счете, считается, что программа составлена правильно.

После отладки программы производится непосредственное решение задачи на ЭВМ.

3.1.1. Основы алгоритмизации

Алгоритмом называется понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели.

Исполнитель алгоритма – это человек или автомат (ПЭВМ), умеющий выполнять определенный набор действий. Исполнитель ничего не знает о цели алгоритма. Он выполняет все полученные команды, не задавая вопросов «почему» и «зачем».

Основные свойства алгоритмов следующие:

1.Дискретность (прерывность) – т. е. алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых шагов;

2.Определённость – каждое действие (команда) алгоритма должно быть чётким, однозначным и не оставлять повода для иного произвольного толкования;

3.Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов;

4.Массовость – алгоритм разрабатывается в общем виде, т. е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными.

Алгоритмы могут быть представлены в следующих формах: словесной,

графической и программной.

При графическом способе представления алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Такое графическое представление называется схемой алгоритма.

83

Каждому типу действий соответствует геометрическая фигура, представленная в виде блочного символа. Внутри символов указывается информация, поясняющая этапы процесса обработки данных. Для изображения символов используются различные графические символы, форма и размеры которых определены государственным стандартом. Символы соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий.

Процесс решения задачи на ЭВМ складывается из следующих этапов: ввода исходных данных в память ЭВМ, обработки данных в соответствии с условием задачи и вывода данных (результатов решения) для восприятия и использования их человеком. В соответствии с этим определяется и совокупность графических символов, используемых для описания алгоритмов.

Наиболее часто применяемые символы (ГОСТ 19.701-90) приведены в табл. 3.1.

При составлении алгоритмов рекомендуется придерживаться следующих правил и рекомендаций:

-записи в символах должны быть ясными и однозначно определять, какой этап решения задачи данным символом отражается;

-номер символа ставится слева вверху в разрыве контура символа;

Таблица 3.1.

Наименование

Графическое

Правила применения

№

символа

обозначение символа

символа и обозначений

и размеры (а:в=1:1,5)

2

Используется для описания выполнения опера-

1

а

ции или группы операции, в результате которых

Процесс

изменяется значение, форма представления или

в

расположение данных

Используется для описания выбора направления

4

2

Решение

а

выполнения алгоритма в зависимости от истин-

ности или ложности некоторых переменных ус-

в

ловий

Предопределен-

5

Применяется для описания использования ранее

3

а

созданных и отдельно написанных алгоритмов

ный процесс

в

или программ

84

Окончание табл. 3.1

Используется для описания преобразования

7

4

Ввод-вывод

а

данных в форму, пригодную для обработки

в

(ввод) или отображения ее результатов (вывод)

Используется для описания и организации цик-

9

5

Модификация

а

лических конструкций. Определяет начало вы-

в

полнения цикла

R

R=0,25а

Используется для описания начала, конца, пре-

6

Пуск-останов

рывания процесса обработки данных или вы-

0,5а

полнения программы

в

0,5а

Используется для указания связи между пре-

5

рванными линиями потока, связывающими сим-

7

Соединитель

волы. Внутри символов начала и конца обрыва

указывается идентификатор в виде буквы или

цифры – «5»

Используется для указания связи между пре-

25

0,75а

рванными линиями потока, связывающими сим-

6

Межстраничный

волы на разных листах. Первая строка в соеди-

8

0,5а

соединитель

нителе определяет номер листа «25», а вторая –

порядковый номер символа, к которому (от ко-

торого) направлена линия потока «6»

-нормальным направлением действий считается направление сверху вниз и слева направо, которое можно не обозначать стрелками, во всех других случаях обязательно указание стрелками направления действия;

-линии потока проводятся только по вертикали и горизонтали и подводятся

косевым линиям символов;

-для линии, связывающей два символа, допускается не более трех поворо-

тов;

-линии потока допускается прерывать, для указания связи между прерванными линиями используется символ "Соединитель";

-линии потока могут соединяться, отражая слияния действий; место слияния линии потока допускается обозначать точкой;

85

- при размещении схемы алгоритма на двух и более листах линии потока на разных листах соединяются с использованием символа “Межстраничный соединитель”.

3.1.2. Базовые алгоритмические структуры

Любой алгоритм можно представить как некоторую структуру, состоящую из отдельных базовых (т. е. основных) элементов.

Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: следование, ветвление, цикл.

Особенностью этих структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

1. Базовая структура следование. Образуется из последовательности однократно выполняемых действий, следующих одно за другим (рис. 3.1).

										Структурой следования изображается линейный вычисли-
		1
	Действие 1									тельный процесс, который называется линейным алгорит-
										мом.
			2
										Структура следования представляет собой один или не-
	Действие 2
										сколько последовательно соединенных символов "Про-
								. . .		цесс".
				n
										Линейный алгоритм содержит, как правило, последова-
	Действие n
										тельное выполнение этапов: ввод исходных данных в па-
	Рис.3.1									мять ЭВМ, обязательное вычисление искомых величин по
										формулам (структура следования) и вывод результатов из

памяти ЭВМ для восприятия и использования их человеком.

2. Базовая структура ветвление. Обеспечивает в зависимости от результата проверки условия (да или нет) выбор одного из альтернативных путей работы алгоритма. Каждый из путей ведет к общему выводу.

Структурой ветвления изображается разветвляющийся вычислительный процесс, который называется разветвляющимся алгоритмом.

86

Разветвляющиеся алгоритмы должны предусматривать все возможные направления (ветви) процессов, а также проверку условий, определяющих выбор той или иной ветви, т. е. должны содержать структуры выбора (рис. 3.2).

Для описания проверки усло-

а)

б)

1

нет

1

нет

вия используется символ "Реше-

Условие

Условие

ние". Результат проверки условия -

да

да

2

3

2

логическое значение "Да" (истина),

Действие

Действие 1

Действие 2

если условие выполняется, или ло-

гическое значение "Нет" (ложь), ес-

Рис. 3.2.

ли условие не выполняется. По ре-

зультатам проверки выполняется

действие 1 либо действие 2 соответственно (рис. 3.2,б). Может оказаться, что для одного из результатов проверки условия никакого действия выполнять не надо. В этом случае структура выбора может не иметь действий в одной из вет-

вей (рис. 3.2,а).

3. Базовая структура цикл. Обеспечивает многократное выполнение некоторой совокупности действий, которое называется телом цикла.

Процесс решения задачи, определенные этапы которого повторяются многократно, называется циклическим вычислительным процессом (ЦВП)- Примером ЦВП служат вычисления по одной и той же формуле ряда значений функции для заданного ряда значений аргумента. Циклический вычислительный процесс задается с помощью циклического алгоритма.

Различают простые циклы, т. е. не, содержащие внутри себя других циклов, и сложные (вложенные), содержащие один или несколько других циклов.

При организации циклов с известным числом повторений присутствуют стандартные элементы:

1)присвоение управляющей переменной, которая называется параметром цикла, начального значения (подготовка первого выполнения цикла);

2)выполнение одного или нескольких символов, которые повторяются многократно (тело цикла);

3)изменение значений параметра цикла и сравнение их с конечным значени-

ем.

87

На рис. 3.3 представлены содержимое тела цикла (а), а также типовые структуры циклических алгоритмов, рекомендуемые при программировании: «Повторять до» (б), «Повторять пока» (в) и «Повторять для» (г).

Между рассматриваемыми структурами существуют различия.

Цикл «Повторять до» выполняет тело цикла по крайней мере один раз и оканчивается, когда проверяемое условие (условие окончания) истинно.

Первая же проверка условия повторения цикла «Повторять пока» может привести сразу к выходу из цикла и оканчивается, когда проверяемое условие (условие повторения) ложно.

Цикл «Повторять для» выполняет тело цикла для всех значений некоторой

Тело

цикла

Действие 1

. . .

Действие n

а)

i=iН,iК, s

j=jН,jК, s

Тело

цикла

Рис. 3.4

Подготовка первого выполнения цикла

Тело

цикла

Подготовка следующего выполнения цикла

нет	Условие
	окончания
	да
	б)

Подготовка первого выполнения цикла

Условие	нет
повторения
да

Тело

цикла

Подготовка следующего выполнения

цикла

в)

i=iн, iк, j

Тело

цикла

г)

Рис. 3.3

переменной (параметра цикла i) в заданном диапазоне. Схема алгоритма содержит символ модификации, в котором указываются начальное значение параметра iН, конечное значение iК и шаг его изменения j.

Вычислительные процессы, содержащие два и более включенных друг в друга циклов, называются сложными циклическими процессами. Цикл, который содержит другой цикл, называется внешним; цикл,

88

который включается в другой цикл, называется внутренним (вложенным). Необходимо учитывать, что при выполнении сложного цикла за одно исполнение внешнего цикла внутренний цикл выполняется многократно. Глубина вложенных циклов может быть различной.

На рис. 3.4 приведена типовая структура циклического алгоритма, содержащего сложный цикл («цикл в цикле»).

Пусть шаг изменения параметров s=1.

Тогда внешний цикл с параметром i выполняет вложенный цикл с параметром j iК раз. В свою очередь вложенный цикл с параметром j выполняет собственно тело цикла jК раз. Таким образом, общее количество циклов N, при которых выполняется собственно тело цикла, будет определяться произведением количеств исполнения внешнего и внутреннего циклов: N= iК × jК.

Часто сложные циклические процессы организуются в алгоритмах при обработке многомерных массивов данных.

Вопросы для самопроверки по теме 3.1

1.Перечислить этапы подготовки задач к решению на ЭВМ.

2.Дать определение понятию алгоритм.

3.Перечислить свойства алгоритмов.

4.; Перечислить базовые алгоритмические структуры.

5.Какие действия предусматривает базовая структура ветвление?

6.Какие действия предусматривает базовая структура цикл?

7.Что представляет собой структура вложенных циклов?

Тема 3.2. Программирование на алгоритмическом языке бейсик

3.2.1. Основные понятия и термины алгоритмического языка

Алгоритмический язык образуют три его составные части: алфавит, синтаксис и семантика.

Алфавит – это фиксированный для данного языка набор основных символов, из которых состоит любой текст на этом языке.

89

Синтаксис – это набор правил, устанавливающих, какие комбинации символов являются осмысленными фразами и предложениями на этом языке.

Семантика – определяет смысловое содержание предложений языка. Семантика системой правил устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными фразами языка.

Каждое понятие алгоритмического языка подразумевает некоторую конструкцию и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных. Синтаксические правила показывают, как образуется данное понятие из других понятий и символов алфавита. Семантические правила определяют свойства данного понятия.

Далее при рассмотрении основных понятий и конструкций будут приводиться примеры на языке программирования бейсик.

Основными понятиями и конструкциями алгоритмического языка являются следующие.

1) Имена (идентификаторы) – применяются для обозначения различных объектов программы: переменных, констант, массивов, меток и др. Имена составляются из символов алфавита.

Примеры: ax2, summa, b5f8.

2)Метки – предназначены для отметки любого оператора программы.

Примеры: 12:, m99:, zf8:.

3)Данные – это величины, обрабатываемые программой.

Имеются три основных вида данных:

−Константы – это данные, которые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе её выполнения.

Примеры: 7.5; 12; -23 – числовые данные; False, true – логические данные; “alpha” – символьные.

−Переменные – обозначаются именами и могут менять свои значения в ходе выполнения программы. Переменные бывают целыми, вещественными, логическими и символьными.

−Массивы – это упорядоченные последовательности однотипных элементов, количество которых фиксировано и которым присвоено одно имя.

90

Массивы бывают одномерными и многомерными. Положение элемента в массиве однозначно определяется его индексами (одним или несколькими). Объявление массива выполняется оператором DIM.

Примеры: DIM М(3,8), DIM ST(10) – объявления массивов;

М(i,j), M (2,5), ST(7) – имена элементов массивов с индексами. 4) Операции – определяют действия, которые выполняются над операн-

дами (данными). Различают следующие операции:

− арифметические операции +, –, *, /, ^ и др;

−логические операции AND, OR, NOT и др;

−операции отношения <, >, =, <=, =>, <>.

5)Выражения – предназначены для выполнения необходимых вычислений. Выражения состоят из констант, переменных, указателей функций, объединенных знаками операций.

Различают следующие типы выражений:

−арифметические – 1+а/(в*Sin(x));

−логические – (f<d) OR (a=b).

6)Функции и процедуры – это именованные подпрограммы, состоящие из логически законченных операторов (действий), которые можно вызывать для выполнения любое количество раз из любой части программы.

Примеры стандартных функций: Sin(x), Abs(y), log(x), tan(x).

7)Операторы – это наиболее содержательное понятие языка. Каждый оператор представляет собой законченную фразу языка и определяет некоторый завершенный этап обработки данных.

Всостав операторов входят: ключевые слова, данные и выражения. Операторы подразделяются на исполняемые и неисполняемые, простые и составные.

Неисполняемые операторы предназначены для описания данных и структуры программы.

Исполняемые операторы предназначены для выполнения различных действий.

Простой оператор – это оператор, не содержащий другие операторы.

91

Составной оператор – это любая совокупность простых операторов. Примеры: DIM M(7) – неисполняемый оператор описания массива; Х= 3*а+в - исполняемый оператор присваивания.

Комментарии – выполняют чисто информационную функцию и служат для описания назначения отдельных частей программы. Они не влияют на работу программы. Назначаются оператором REM или одиночным апострофом (‘).

Примеры: REM определяем числовые переменные; ‘определяем числовые переменные.

Основные составные операторы языка:

1.Оператор цикла FOR … NEXT – управляющий оператор, повторяющий выполнение нескольких операторов указанное число раз.

2.Условный оператор IF … THEN … ELSE – управляющий оператор, осуществляющий условное ветвление по условию заданного логического выражения.

3.2.2. Разработка программы на алгоритмическом языке бейсик

Рассмотрим на конкретном примере процесс разработки программы как последовательности выполнения этапов, рассмотренных ранее.

1) Постановка (формулировка) задачи.

Задача. Вычислить значение переменной Y по следующему выражению:

	2
Y =	6
(∑Zi
	i=1

x2 + Sin(x) , если 0 < x ≤5; 3 x

) /(2 x ), в противномслучае.

Число х вводится с клавиатуры пользователем с ограничением х≠0. Переменные Zi (i=1,…,6) являются случайными числами с равномерным законом распределения в диапазоне от 0 до 10. Переменная Y вычисляется по одному из выражений в зависимости от значения вводимого числа х.

2) Выбор метода решения задачи.

При решении задачи целесообразно использовать стандартные функции вычисления синуса Sin(x) и абсолютного значения Abs(x) вводимого числа х. Слу-

				92
	чайные числа рекомендуется формировать с применением функции RND, про-
	граммно выполняющей роль генератора случайных чисел. Суммирование слу-
	чайных чисел организуется циклическим участком программы.
		3) Разработка алгоритма решения задачи.
	Схема разработанного алгоритма представлена на рис. 3.5.
	Посимвольное описание алгоритма:
	Символ 1. Вывод на экран заголовка программы.
					Символ 2. Описание одно-
					мерного массива Zi, состоящего
				7	из 6 элементов.
	1			S=0	Символ 3. Инициализация ге-
	Вывод				нератора случайных чисел с по-
	заголовка
	программы			8	мощью					оператора
	2			i=1, 6, 1	RANDOMIZE.
	Описание			9	Символ 4. Ввод с клавиатуры
	массива Z (i)				числа Х.
				Zi=]rnd*10[
	3				Символ 5.			Проверка условия
	Инициализа-				по	значению		введенного числа
	ция ГСЧ			10
					Х.
				Вывод
					Символ 6. Вычисление значе-
	4			числа Zi
					ния результата Y, если условие
	Ввод			11
	числа Х				истинно.
				S=S+Zi
					Символ 7. Начало выполне-
	5 0<X>=5			нет	ния	действий,			если	условие
					ложно. Присвоение					исходного
	6		да	12	значения сумме – S=0.
		2		Вывод	Символ 8.			Организация цик-
	Y = 2x		+ Sin(x)	суммы S
					лического участка программы с
			3x	13
					параметром i. Начальное значе-
	14
				Y = S	ние	параметра			iН=1,	конечное
	Вывод
	числа Y			2 X	значение - iК=6, шаг изменения
					параметра – 1.
					Символ		9.		Формирование
					случайного числа Z(i).
				Рис. 3.5	Символ 10. Вывод на экран
					случайного числа Z(i).

	93
Символ 11.	Добавление очередного случайного числа к сумме S.
Символ 12.	Вывод на экран значения суммы S.
Символ 13.	Вычисление значения результата Y, если условие ложно.
Символ 14.	Вывод на экран полученного результата Y.

4) Составление программы.

Текст программы, написанной на языке бейсик, с соответствующими комментариями представлен ниже в виде листинга.

Листинг программы:

PRINT "Пример программы" 'Вывод на экран заголовка программы

DIM Z(6)	'Описание одномерного массива Z
RANDOMIZE TIMER	'Инициализация генератора случайных чисел
PRINT "Введите число Х"	'Вывод на экран сообщения
INPUT X	'Ввод числа Х
IF (X > 0) AND (X <= 5) THEN 'Начало условного оператора
Y = (2 * X ^ 2 + SIN(X)) / (3 * X) 'Вычисление Y при выполнении условия
ELSE	'Выполнение операторов в противном случае
S = 0	'Присвоение сумме начального значения 0
FOR i = 1 TO 6 STEP 1	'Начало выполнения цикла по i
Z(i) = INT(RND * 10)	'Формирование случайного числа Z(i)
PRINT "Z("; i; ")="; Z(i)	'Вывод на экран случайного числа Z(i)
S = S + Z(i)	'Вычисление суммы чисел
NEXT i	'Завершение выполнения цикла
PRINT "S="; S	'Вывод на экран суммы S
Y = S / (2 * ABS(X))	'Вычисление Y при невыполнении условия
END IF	'Завершение условного оператора
PRINT "Результат Y="; Y	'Вывод на экран результата Y
END	'Завершение программы

5) Отладка программы.

Реализуется при выполнении программы на ПК. Начинается с момента обнаружения фактов ошибочной работы программы и завершается устранением причин их возникновения.

На этом процесс разработки программы завершается.