Министерство образования Российской Федерации Южно-Уральский Государственный Университет Кафедра промышленной теплоэнергетики

681.3 (07)

Г 653

Горбенко В.И.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по курсу "ИНФОРМАТИКА"

Челябинск

2001

УДК 681.3(07)

Лабораторные работы по курсу “Информатика”.:– Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2001. – 27 с.

Лабораторные работы предназначены для студентов дневной и заочной формы обучения, изучающих курс “Информатика” по специальности 1007 “Промышленная теплоэнергетика”.

Приводятся рекомендации к выполнению лабораторных работ и домашних заданий.

Ил. 7, табл. 3, список лит. - 17.

Рецензент: В.С. Павлюков

П Р Е Д И С Л О В И Е

Дисциплина “ Информатика ” по учебному плану для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1007 “Промышленная теплоэнергетика” изучается на первом и втором курсах. Основная задача дисциплины - продолжение образования в области информатики и формирование информационной культуры, приобретение базовых знаний, навыков работы на ПК.

Настоящие описания лабораторных работ построены в соответствии со следующим принципом: каждое из них предполагает освоение ограниченного круга фундаментальных понятий теории алгоритмов, языковых средств программирования, которые отрабатываются путём выполнения обучаемым индивидуального задания. При выборе языка программирования допускается любая действующая версия (BASIC, FORTRAN, PASCAL, C и др.). В качестве базового языка для иллюстрации отдельных примеров используется алгоритмический язык FORTRAN, получивший широкое распространение в инженерных расчётах. Лабораторная работа соответствует двухчасовому занятию в компьютерном классе и равной ему по длительности домашней подготовке. Практические занятия проводятся в учебных аудиториях с проработкой теоретического материала, выполнением контрольных работ, подготовкой и защитой выполненных и оформленных на предыдущих занятиях лабораторных работ.

Перед выполнением лабораторных работ необходимо ознакомиться с используемыми структурами алгоритмов, понятиями типа данных, выбрать язык программирования и изучить приемы построения компьютерных программ, используя рекомендуемые учебники и дополнительную литературу.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

Построение алгоритмов с простейшей структурой

Перед выполнением лабораторной работы необходимо ознакомиться с понятиями переменной, инструкции, алгоритма, типами инструкций, элементами блок-схем алгоритмов.

1. Исходные понятия

Алгоритм — точное и полное описание метода решения задачи, составленное из инструкций — описание действий, взятых из заданного набора допустимых действий. Если описание метода составлено из инструкций, которые могут быть выполнены ЭВМ (непосредственно или после автоматической обработки описания, именуемой трансляцией и состоящей в приведении описания к исполнимому в ЭВМ виду), то оно называется программой. Устройство ЭВМ, которое выполняет инструкции программы, называется центральным процессором (ЦП); с ним непосредственно связано одно из устройств памяти ЭВМ, именуемое устройством оперативной памяти (ОП). ЦП и ОП образуют вычислительный комплекс ЭВМ, “вычислитель”. ОП состоит из элементов — ячеек памяти, каждая из которых используется для запоминания одного числа или иного цифрового кода. Ячейка памяти имеет следующие свойства:

а) в ней значение может сохраняться сколь угодно долго;

б) если в ячейку не заносилось значение, она имеет неопределенное состояние, воспринимаемое как некоторое случайное значение;

в) занесение в ячейку нового значения приводит к автоматическому стиранию прежнего;

г) хранимое в ячейке значение может многократно использоваться в вычислениях: для каждого случая использования с этого значения снимается копия, само значение продолжает храниться в ячейке.

Составим описание метода (алгоритм) вычисления площади s треугольника по формуле Герона , где p= (a+b+c), a,b,c - заданные длины сторон, в предположении, что список допустимых действий включает арифметические действия между двумя величинами, извлечение корня, ввод и вывод данных. Алгоритм показан в ле­вом столбце табл.1.1. Используемые в нем буквенные обозначения числовых данных называются переменными. Переменная может рассматриваться как имя ячейки памяти, в которой хранится значение этой переменной. Имея в виду это соответствие и указанные выше свойства ячеек памяти, легко понять принцип использования переменной. В процессе реализации алгоритма их значения заносятся в ячейки с соответствующими именами (см. пояснения правой колонке табл.1.1).

Кроме переменных, в записи вычислений могут быть использованы и явные представления чисел как числовых констант. Например, в 4-й инструкции (табл.1.1) используется константа 2. Конкретными числовыми константами должны представляться и математические константы е,  и т. д. Например, число  с достаточной для практических нужд точностью может быть представлено константой 3,1415926.

Изменение значения переменной, которое также представляется как числовая константа, может быть показано лишь одним из двух способов: указанием ее имени в инструкции ввода или слева от литеры “ := ” в инструкциях, которые называются инструкциями присваивания. Например, в процессе нахождения произведения р(р—а)(р—b)(р—с) значение переменной q изменяется инструкциями присваивания 6, 8 и 10. Поэтому говорят о текущем значении переменной. Инструкцией присваивания можно задать и исходное значение переменной, например: К := l.

Инструкция ввода также означает задание значений переменных, но эти значения поступают в процессор извне в самом процессе решения задачи, например, набираются на клавиатуре или считываются с заранее подготовленных носителей данных (файлов данных). Отсутствие в инструкции ввода явной записи числовых значений а, b, с как раз и позволяет описать не единичный процесс вычисления площади конкретного треугольника.

Приведенное в табл.1.1 описание метода является подобием рабочей (машинной) программы, т. е. программы, непосредственно выполняемой ЭВМ. Инструкции рабочих программ элементарны, но программист может использовать в инструкциях присваивания и довольно сложные выражения, имея в виду, что в ходе трансляции они будут развернуты в последовательности рассмотренного выше вида (см. табл. 1). Например, взамен инструкций 2—11 (табл.1.1) можно записать всего две инструкции

р:= (a+b+c);

ТАБЛИЦА 1.1

Описание инструкции

П о я с н е н и е к и н с т р у к ц и я м

1 ВВОД а, b, c 2 p:= a + b 3 p:= p + c 4 p:= p/2 5 q:= p - a 6 q:= pq 7 r:= p – b 8 q:= qr 9 r:= p – c 10 q:= qr 11 12 ВЫВОД s 13 ОСТАНОВ

Значения переменных а, b, с заносятся в ячейки памяти с именами а, b, с (запоминаются в них), иначе эти исходные данные не будут доступны процессору. Вычисленное процессором значение (а+b) запоминается в ячейке р; знак “ := ” следует читать как “присвоить значение”. Вычисляется и запоминается в ячейке р сумма а+b+с; роль имени р справа и слева от литеры “ := ” различна: справа оно обозначает исходное содержание ячейки р, т. е. a+b, слева — новое ее содержание. В ячейке р запоминается частное (a+b+c)/2 ; с этого момента значение р неизменно: в следующих инструкциях имя р не указано слева от литеры “ := ”. Значение (р—а) запоминается в ячейке q. Содержанием ячейки q становится значение p(p—а). Значение (р—b) запоминается в ячейке r . Содержанием ячейки q становится значение р(р—а)(р—b). Новым содержанием ячейки r становится р - с . Содержанием ячейки q становится значение р(р-а)(р-b)(р-c). Вычисляется и запоминается в ячейке s результат q. Значение s изображается на экране или печатается на бумаге или заносится на другой носитель информации, причем ячейка s продолжает хранить это значение. По этой инструкции процессор прекращает работу.

Вычисления любых промежуточных и окончательных результатов должны быть представлены в форме инструкций присваивания.

Ниже записана по правилам языка ФОРТРАН, исходная программа для вычисления площади s треугольника по формуле Герона.

Примечание: В Фортран-программах вместо символа присваивания “ := ” используется знак “ = ”.

Исходная программа:

П О Я С Н Е Н И Я

READ*, A, B, C В ФОРТРАН-программе допустимы лишь латинские буквы (заглавные или прописные); запись READ* равносильна записи ВВОД (см. табл.1.1). Знак “” означает, что числа, присваиваемые переменным А, В, С вводятся с клавиатуры и отображаются на экране дисплея.

P=(A+B+C)/2

S=SQRT(P  (P-A)  (P-B)  (P-C))

Здесь знак “” изображает умножение; запись SQRT употребляется вместо знака радикала, при этом подкоренное выражение заключается в круглые скобки. Число открытых скобок должно равнятся числу закрытых скобок.

PRINT*,S Запись PRINT* равносильна записи ВЫВОД (см. табл.1.1), в ней знак “ ” - это условный символ, обозначающий вывод значения переменной S на экран дисплея.

STOP Запись STOP представляет инструкцию ОСТАНОВА.

END Конечная строка программного модуля (граница, его записи).

Наглядным представлением алгоритма является блок-схема, в которой изображения инструкций, называемые блоками, соединены линиями потока (стрелками), указывающими порядок выполнения инструкций. Блоки ввода и вывода изображаются в виде параллелограммов, блоки присваивания — в виде прямоугольников, начало блок-схемы и блок останова — в виде овала. Номер блока обозначается в разрыве контура блока (в его верхней части, слева).

Блок-схема алгоритма вычисления площади треугольника по формуле Герона показана на рис. 1. Алгоритмы, блок-схемы которые состоят исключительно из блоков указанных выше типов, именуются линейными.