108

УДК 004 (076)

ББК З97я73

Циммерман Г.А., Циммерман О.В. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Інформатика і програмування та інформаційна культура студента» (для студентів 1 курсу напряму підготовки 6.080100 - математика). Частина 2. Основи алгоритмізації та технології програмування. - Запоріжжя: ЗНУ, 2011. - 108 с.

Програмування - це один з напрямів інформатики, вивчення яких забезпечує вдосконалення власного досвіду з алгоритмізації, оволодіння багатьма базовими теоретичними знаннями, а набуття цих знань спирається насамперед на придбання стійких навичок практичного розв’язування задач шляхами застосування вже існуючих професійно розроблених програм або розробки власних комп’ютерних програм з використанням певної мови програмування.

Методичні вказівки призначені для вивчення та практичного застосування методів складання алгоритмів та розробки програм студентами математичних спеціальностей.

Рекомендовано для організації лабораторних занять зі студентами початкових курсів, також може бути використаний як підручник для навчання алгоритмізації та програмуванню.

Укладачі	Г.А. Циммерман, ст. викладач кафедри інформаційних технологій ЗНУ, О.В. Циммерман, викладач інформатики Економіко-правничого коледжу ЗНУ
Рецензент	С.Ю. Борю, к.т.н., доцент, зав.кафедрою ІТ ЗНУ
Відп. за випуск	Г.А. Циммерман

Загальні рекомендації

Методичні вказівки містять навчальний матеріал, що охоплює основні теми розділу «Основи алгоритмізації і програмування» дисципліни «Інформатика і програмування та інформаційна культура студента», яка вивчається за навчальним планом підготовки студентів напряму «Математика»:

• Засоби розробки програм (мови програмування, системи програмування, технології програмування),

• Основні поняття алгоритмізації,

• Етапи розв’язування прикладних задач з використанням ЕОМ,

• Практикум з програмування (на базі мови Turbo Pascal) - тематично скомпоновані теоретичні відомості, варіанти завдань для закріплення практичних навичок самостійного програмування, запитання для контролю та самоконтролю.

У Практикумі тематичний матеріал розміщений за зростанням складності. Таким чином, рекомендується переходити до вивчення більш складних тем засвоївши попередні теми.

Схема використання посібника досить прозора:

1. Ознайомлення з теоретичним матеріалом за вказаною темою (що вивчається згідно навчальної програми), що викладений у посібнику та у рекомендованій навчальній і спеціальній літературі (у кінці посібника).

2. Розв’язування індивідуального варіанта завдання, користуючись прикладом (вони розглянуті у кожній темі Практикуму).

3. Підготовка до захисту виконаної роботи, самоперевірка за допомогою контрольних запитань (у кінці кожної теми) та оформлення письмового звіту про виконану роботу (для виконання звіту необхідне використання програм для підготовки сучасних документів, наприклад, MS Word).

4. Реалізація разом з викладачем процесу захисту виконаної роботи, де студент пояснює основні етапи вирішення навчального завдання, демонструє володіння матеріалом і навички роботи з комп’ютером в якості користувача та розробника програмного забезпечення, аналізує здобуті результати.

. Огляд засобів розробки програм

1 Загальні поняття

Комп'ютерні програми створюють програмісти - люди, навчені процесу їх складання - програмуванню. Програма - це логічно впорядкована послідовність команд, необхідних для управління комп'ютером, виконання їм конкретних операцій, для вирішення певного завдання.

Команди, що поступають в процесор по його шинах, насправді є електричними сигналами, які можна представити як сукупності нулів і одиниць, тобто числами. Різним командам відповідають різні числа (комбінації нулів і одиниць). Тому програма, з якою працює процесор, є послідовністю чисел, яку називають машинним кодом.

Управляти комп'ютером потрібно відповідно до певного алгоритму. Алгоритм - це точно визначений опис способу вирішення задачі у вигляді кінцевої послідовності дій. Такий опис ще називається формальним. Для представлення алгоритму у вигляді, зрозумілому комп'ютеру, служать мови програмування. Спочатку завжди розробляється алгоритм дій, а потім він записується на одній з таких мов. У результаті виходить текст програми - повний, закінчений і детальний опис алгоритму на мові програмування. Потім цей текст програми перекладається в машинний код спеціальними програмами, які називаються трансляторами.

Мови програмування - штучні мови. Від природних вони відрізняються обмеженим числом службових слів, значення яких зрозуміло транслятору, і дуже строгими правилами запису команд (операторів). Сукупність таких вимог утворює синтаксис мови програмування, а сенс кожної команди і інших конструкцій мови - його семантику. Порушення форми запису програми призводить до того, що транслятор не може зрозуміти призначення оператора і видає повідомлення про синтаксичну помилку, а правильно написане, але не відповідне алгоритму використання команд мови, приводить до семантичних (логічних) помилок.

Процес пошуку помилок у програмі називається тестуванням, процес усунення помилок - відладкою.

За допомогою мови програмування створюється не готова програма, а тільки її текст, що описує раніше розроблений алгоритм. Щоб одержати працюючу програму треба цей текст

• або автоматично перевести в машинний код (для цього служать програми-компілятори) і потім використовувати окремо від початкового тексту

• або відразу виконувати команди мови, вказані в тексті програми (цим займаються програми-інтерпретатори).

Інтерпретатор бере черговий оператор мови з тексту програми, аналізує його структуру, після аналізу оператор транслюється в деякий проміжний стан або навіть машинний код для ефективнішого подальшого виконання і потім відразу виконується. Тільки після того, як поточний оператор успішно виконаний, інтерпретатор перейде до наступного. При цьому якщо один і той же оператор повинен виконуватися в програмі багато разів, інтерпретатор кожного разу виконуватиме його так, як ніби зустрів вперше. Внаслідок цього, програми, в яких потрібно здійснити великий об'єм обчислень, що повторюються, можуть працювати повільно. Крім того, для виконання такої програми на іншому комп'ютері там також повинен бути встановлений інтерпретатор - адже без нього текст програми є просто набором символів.

Компілятори повністю обробляють весь текст програми (його часто називають початковим кодом). Вони проглядають його у пошуках синтаксичних помилок, виконують смисловий аналіз і потім автоматично перекладають (транслюють) на машинну мову - генерують машинний код. Часто в процесі трансляції виконується оптимізація програми за допомогою набору методів, що дозволяють підвищити швидкодію програми (наприклад, за допомогою інструкцій, орієнтованих на конкретний процесор, а також шляхом виключення непотрібних команд, проміжних обчислень та ін.). В результаті закінчена програма виходить компактною і ефективною, працює швидше за програму, що виконується за допомогою інтерпретатора, і може бути перенесена на інші комп'ютери з процесором, що підтримує відповідний машинний код.

Основний недолік компіляторів - трудомісткість трансляції мов програмування, орієнтованих на обробку даних складної структури, часто наперед невідомої або динамічно змінюваної під час роботи програми. Тоді в машинний код доводиться вставляти багато додаткових перевірок, аналізувати наявність ресурсів операційної системи, динамічно їх захоплювати і звільняти, формувати і обробляти в пам'яті комп'ютера складні об'єкти. А це на рівні жорстко заданих машинних інструкцій здійснити досить важко, а для ряду завдань практично неможливо.

За допомогою інтерпретатора, навпаки, допустимо у будь-який момент зупинити роботу програми, дослідити вміст пам'яті, організувати діалог з користувачем, виконати скільки завгодно складні перетворення даних і при цьому постійно контролювати стан навколишнього програмно-апаратного середовища, завдяки чому досягається висока надійність роботи. Інтерпретатор при виконанні кожного оператора перевіряє безліч характеристик операційної системи і при необхідності максимально детально інформує розробника про виникаючі проблеми. Крім того, інтерпретатор дуже зручний для використання як інструмент вивчення програмування, оскільки дозволяє зрозуміти принципи роботи будь-якого окремого оператора мови.