52

НИТУ МИСиС

Смирнов А.П.

Информатика

От проблемы к программе

Учебное пособие для направлений

230100, 230400, 230700

Москва 2011

Введение

Современные компьютерные технологии нередко слишком сложны для начинающих программистов. Поэтому на начальном этапе изучения программирования целесообразно использовать относительно простые языки программирования, поскольку обычно сложным является переход от текстового описания проблемы к алгоритму, то есть к ее описанию на языке некоторых элементарных операций. Переход от алгоритма к программе наиболее прост на алгоритмическом языке серии Basic.

В качестве инструмента для реализации алгоритмов в виде программ выбран язык Visual Basic, операционная среда которого является достаточно простой для работы, предоставляя в то же время широкие возможности для пользователя. Примеры программ, приведенные в учебном пособии, должны способствовать развитию алгоритмического мышления, необходимого для овладения дисциплинами направлений: «Прикладная информатика», «Информационные системы и технологии», «Информатика и вычислительная техника».

Лекция 1.

1. Особенности вычислительного процесса в компьютере

1.1. Двоичная система счисления

Компьютер является вычислительной машиной, которая работает в двоичной системе счисления. Форма представления числа зависит от основания системы. В привычной для нас десятичной системе счисления основанием является число 10. Любое число в десятичной системе счисления представляется последовательностью цифр от 0 до 9. Они располагаются по так называемым разрядам, каждый из которых соответствует определенной степени основания. Например, десятичное число 271 означает следующую сумму:

271 = 2*10² + 7*10¹ + 1*10⁰

Здесь звездочкой отмечена операция умножения.

В двоичной системе счисления основанием является 2. Соответственно число в этой системе изображается последовательностью цифр 0 или 1. Например, то же самое число 271 в двоичной системе представляется следующей суммой:

271 = 1*2⁸ + 0*2⁷ + 0*2⁶ + 0*2⁵ + 0*2⁴ + 1*2³ + 1*2² + 1*2¹ + 1*2⁰

Таким образом, в позиционной форме это число имеет следующий вид:

100001111

Преобразование из десятичной системы счисления в двоичную систему, как это видно из примера, делается следующим образом. Сначала определяется максимальная степень числа 2, результат возведения в которую меньше заданного десятичного числа. Эта степень определяет номер максимального разряда двоичного числа, в который записывается цифра 1. Затем число 2 возводится в эту степень. Полученное десятичное число вычитается из заданного числа. После этого опять вычисляется максимальная степень числа 2, результат возведения в которую меньше полученного остатка. В разряд, равный этой степени записывается 1. Все остальные разряды до него заполняются нулями. Процедура продолжается до тех пор, пока остаток не станет равным 0. Тогда и все последние разряды (включая нулевой разряд) заполняются нулями. В частном случае (см. пример) остаток может стать равным нулю только при записи единицы в нулевой разряд.

Двоичная система счисления в компьютере выбрана исходя из возможности электронной реализации представления чисел и элементарных операций. Представьте себе, что нужно реализовать десятичную систему счисления. Тогда, по крайней мере, нужно иметь электронную схему, которая может находиться в одном из десяти устойчивых состояний

(каждое состояние соответствует одной цифре). Такую схему в принципе можно придумать. Но она не будет технологичной и ее размер не позволит создать компактный компьютер даже при современном состоянии электронной техники. Зато устройство с двумя устойчивыми состояниями известно очень давно. Это электромагнитное реле. Первая вычислительная машина была реализована именно на электромагнитных реле. Произошло это еще до внедрения в технику электронной лампы. С появлением электронных ламп было изобретен так называемый триггер - электронная схема с двумя лампами, имеющая два устойчивых состояния. Переход из одного состояния в другое в этой схеме происходил под воздействием электрического импульса на сетке одной из ламп. С развитием электроники сначала лампы были заменены полупроводниковыми приборами, а в конце концов появились интегральные схемы, включающие в себе современную модификацию триггеров.