Информатика Синергия. информатика. Литература по теме Тема Алгоритмы и программы Вопрос Понятие алгоритма
 Скачать 7.74 Mb.
|
|
Часть алгоритма от слова алг до слова нач называется заголовком, а часть, заключенная между словами нач и кон, — телом алгоритма. В предложении алг после названия алгоритма в круглых скобках указываются характеристики (арг, рез) и тип значения (цел, вещ, сим, лит или лог) всех входных (аргументы) и выходных (результаты) переменных. При описании массивов (таблиц) используется служебное слово таб, дополненное граничными парами по каждому индексу элементов массива. Примеры предложений алг: алг Объем и площадь цилиндра (арг вещ R, H, рез вещ V, S) алг Корни КвУр (арг вещ а, b, c, рез вещ x1, x2, рез лит t) алг Исключить элемент (арг цел N, арг рез вещ таб А[1:N]) алг Диагональ (арг цел N, арг цел таб A[1:N, 1:N], рез лит Otvet) Вопрос 3. Свойства и типы алгоритмов. Если вычислительный процесс заканчивается получением результатов, то говорят, что соответствующий алгоритм применим к рассматриваемой совокупности исходных данных. В противном случае говорят, что алгоритм неприменим к совокупности исходных данных. Любой применимый алгоритм обладает следующими основными свойствами: а) дискретностью; б) определенностью; в) результативностью; г) массовостью. Дискретность – последовательное выполнение простых или ранее определённых (подпрограммы) шагов. Преобразование исходных данных в результат осуществляется дискретно во времени. Определенность состоит в совпадении получаемых результатов независимо от пользователя и применяемых технических средств (однозначность толкования инструкций). Результативность означает возможность получения результата после выполнения конечного количества операций. Массовость заключается в возможности применения алгоритма к целому классу однотипных задач, различающихся конкретными значениями исходных данных (разработка в общем виде). Существуют три основные структуры алгоритмов: 1. Линейная. 2. Разветвляющаяся. 3. Циклическая. В алгоритмах линейной структуры все действия выполняются последовательно (рис. 6).  Рис. 6. Линейная структура алгоритма Рассмотрим пример. Заданы две стороны (катеты) прямоугольного треугольника – а и в. Требуется составить алгоритм вычисления гипотенузы по формуле:  Результат решения представлен на рисунке 7.  Рис. 7. Блок-схема алгоритма расчета длины гипотенузы В алгоритмах разветвляющейся структуры переход к следующей операции зависит от результата проверки некоторого заданного условия (рис. 8).  Рис. 8. Разветвляющаяся структура алгоритма Рассмотрим пример. Требуется напечатать четные цифры в интервале от 0 до 10 красным цветом, а нечетные – черным. Решение: 1. Ввод Х = 0, 1, 2, …, 10. 2. Проверка условия Х – чётно или нечётно? 3. Если чётно: печатаем Х красным. 4. Если нечётно: печатаем Х черным. Блок-схема алгоритма приведена на рисунке 9.  Рис. 9. Блок-схема алгоритма В алгоритмах циклической структуры отдельные операции могут циклически повторяться в зависимости от результата проверки заданного условия (рис. 10).  Рис. 10. Циклическая структура алгоритма В реальных условиях алгоритмы содержат большое число фрагментов различных структур. Алгоритм всегда рассчитан на конкретного исполнителя. В нашем случае таким исполнителем является ЭВМ. Для обеспечения возможности реализации на ЭВМ алгоритм должен быть описан на языке, понятном компьютеру, то есть на языке программирования. Вопрос 4. Программы. Рассмотренные ранее способы описания алгоритмов «грешат» существенным недостатком: записи предписаний не могут непосредственно восприниматься машиной и в дальнейшем выполняться. Поэтому они используются только для предварительной работы с алгоритмом в расчете на то, что существуют средства описания алгоритмов, применяя которые можно ввести символы алгоритма в память ЭВМ и затем выполнить заданные предписания для получения искомых результатов. Средствами такого описания алгоритмов являются языки программирования, позволяющие на основе строго определенных правил формировать последовательность предписаний, однозначно отражающих смысл и содержание частей алгоритма с целью их последующего исполнения на ЭВМ. Понятия алгоритма и программы разграничены не очень чётко. Обычно программой называют окончательный вариант алгоритма решения задачи, ориентированный на конкретного пользователя. Таким образом, можно дать следующее определение программы для ЭВМ: Программа – это описание алгоритма и данных на некотором языке программирования, предназначенное для последующего выполнения на компьютере. Язык программирования – это формальный, искусственный язык, предназначенный для представления алгоритмов в виде, пригодном для выполнения ЭВМ. Различают языки программирования низкого уровня (ассемблеры) и высокого уровня (Бейсик, Паскаль и др.). Языки низкого уровня близки к языку машинных команд, а языки высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека. Вот пример фрагмента программы на языке Бейсик: 1. program имя (ввод, вывод); 2. program echo (input, output); 3. описания; var n: integer; BEGIN; 4. BEGIN оператор; 5. write('число?');оператор;read(n);операторwrite(n)END. Каждый язык программирования, равно как и «естественный язык» (русский, английский и т.д.), имеет алфавит, словарный запас, свои грамматику и синтаксис, а также семантику. Алфавит – фиксированный для данного языка набор основных символов, допускаемых для составления текста программы на этом языке. Синтаксис – система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования. Семантика – система правил однозначного толкования отдельных языковых конструкций, позволяющих воспроизвести процесс обработки данных. Вопросы для самопроверки: 1. Что называется алгоритмом решения задачи? 2. Каково происхождение термина «алгоритм»? 3. Назовите свойства алгоритмов. 4. Перечислите способы представления алгоритмов. 5. Что представляет собой алгоритмический язык? 6. Назовите виды структур алгоритмов. 7. В чем состоит суть разветвляющегося алгоритма? 8. В чем заключается суть циклического алгоритма? 9. Что такое компьютерная программа? 10. Назовите примеры языков программирования высокого уровня. 11. Назовите составляющие языка высокого уровня. 12. Что такое семантика языка? Литература по теме: 1. Гуриков С.Р. Информатика: учеб. – М.: Форум, Инфра-М, 2017 г. – 464 с. 2. Сергеева И.И., Музалевская А.А., Тарасова Н.В. Информатика. – 2 изд. – М: Инфра-М, Форум, 2017. – 384 с. 3. Трофимов В.В. Информатика: учеб. – в 2-х т. – СПб.: Юрайт, 2016. – 406 с. Интернет-ресурсы: 1. Официальный сайт компании Microsoft. – Режим доступа: http://www.microsoft.com 2. Портал Информационно-коммуникационные технологии в образовании. – Режим доступа: http://www.ict.edu.ru 3. Федеральный портал «Единое окно доступа к образовательным ресурсам». – Режим доступа: http://window.edu.ru Тема 5. Программное обеспечение компьютера Цель и задачи: рассмотреть понятие программного обеспечения (ПО) компьютера, основные виды ПО и их назначение. Познакомиться с примерами популярных компьютерных программ. Вопросы темы: 1. Понятие программного обеспечения компьютера. 2. Системное программное обеспечение. 3. Прикладное программное обеспечение. 4. Инструментальное программное обеспечение. Вопрос 1. Понятие программного обеспечения компьютера. Вся совокупность существующих компьютерных программ называется программным обеспечением (ПО). Она содержит три больших класса: системное, прикладное и инструментальное ПО (рис. 11).  Рис. 11. Классы программного обеспечения Системное ПО состоит из программ, обеспечивающих работу всех частей компьютера и подключаемых к нему периферийных устройств. Прикладное ПО содержит программы, используемые для решения конкретных (прикладных) задач пользователя. В него входят текстовые и графические редакторы, табличные процессоры, расчетные программы, а также сложные программные системы. Инструментальное ПО предназначено для создания самих компьютерных программ. Оно включает языки и системы программирования, например, языки Бейсик, Pascal, Java, средства и системы программирования Delphi, Visual Studio, C++Builder и др. Вопрос 2. Системное программное обеспечение. Системное ПО современных компьютеров содержит разнообразные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например: · управление различными устройствами и ресурсами компьютера; · проверка работоспособности (тестирование) устройств компьютера; · поиск и исправление проблем; · создание архивных копий используемых файлов; · выдача справочной информации о компьютере и др. Так, например, известная и популярная программа Everest, впоследствии переименованная в AIDA64, позволяет за несколько минут протестировать компьютер и получить полную информацию о характеристиках и состоянии всех его устройств. Системные программы часто называют системными утилитами. Центральное место в системном ПО занимают операционные системы (ОС). Основное назначение операционной системы, установленной на компьютер, является обеспечение согласованной работы всех внутренних и внешних устройств компьютера, а также организация взаимодействия пользователя и компьютера. ОС предоставляет доступ к управлению компьютером, а также упорядочивает и хранит информацию во внешней памяти компьютера. При этом ОС скрывает от пользователя подробности взаимодействия различных программ с устройствами компьютера и не требует обязательного знания языков машинных команд и программирования. Как правило ОС хранится на жестком диске и загружается в оперативную память при включении компьютера. При необходимости ОС также может храниться и на компакт-диске и загружаться с него. Установленные на компьютер программы, а также файлы и папки (в том числе созданные на компьютере пользователем), образуют в запоминающем устройстве определённую структуру, называемую файловой системой компьютера. Операционная система позволяет пользователю формировать файловую систему путём установки (инсталляции) на компьютер необходимых программ, создания файлов и папок, а также их переименования, перемещения, копирования и удаления. Другие функции ОС обеспечивают: · распределение имеющихся ресурсов памяти; · обмен c устройствами ввода-вывода; · реакцию системы на ошибки и аварийные ситуации; · осуществление диалога в общении с пользователем. Перечислим основные программные составляющие операционной системы: · Модуль управления файловой системой позволяет управлять хранением информации на дисках долговременной (жесткий диск) и внешней памяти (CD, DVD, флэшки и др. накопители). · Командный процессор – это специальная программа, которая выполняет вводимые команды пользователя и программ. · Драйверы устройств – это служебные системные программы для работы с устройствами компьютера. К каждому устройству (например, принтеру, сканеру, web-камере и пр.) прилагается компьютерная программа-инструкция (драйвер), в которой прописано, как с ним должна работать ОС. Как правило, ОС уже содержит в себе большинство драйверов периферийных устройств, выпущенных до выхода используемой версии ОС. Однако, если устройство и его драйвер были выпушены уже после выпуска данной версии ОС, при первом подключении нового устройства придется установить и его драйвер. Обычно этот драйвер находится на компакт-диске (часто, мини-диске), который поставляется (или продается) вместе с новым устройством. · Графический интерфейс – это программная составляющая ОС, определяющая вид главного окна программы. Благодаря графическому интерфейсу, содержащему экранные значки и систему меню, пользователь, вводит любые команды управления компьютером и имеющимися программами с помощью (щелчка) мыши. · Сервисные программы – это программы-утилиты, позволяющие обслуживать диски, выполнять операции с файлами, работать в сетях и т.д. · Справочная система позволяет получать необходимую информацию как о функционировании ОС в целом, так по работе ее отдельных модулей. Специальный раздел справочной системы посвящен устранению различных неисправностей компьютера, периферийных устройств и их взаимодействия. В настоящее время для работы на персональном компьютере используются разные операционные системы: Unix, Linux, MacOS, FreeBSD, Ubuntu и др. Наибольшую популярность получили операционные системы семейства Windows – разработки американской корпорации Microsoft (MS). Вопрос 3. Прикладное программное обеспечение. Прикладное ПО – это самый обширный класс компьютерных программ. В него входят популярные программы для решения самых разнообразных задач, как деловой сферы, так и сферы широкой пользовательской аудитории. Как правило, подобные программы составляют целые комплексы, называемые пакетами прикладных программ (ППП). Наиболее популярными пакетами являются так называемые офисные пакеты, предназначенные для решения большинства «офисных» задач: · подготовки текстовых и табличных документов; · оформления графических и презентационных материалов; · создания баз данных; · подготовки публикаций; · разработки веб-страниц; · работы с источниками всемирной компьютерной сети Интернет и пр. В настоящее время используются различные офисные пакеты, самые известные среди них: Apache OpenOffice (ранее известный как OpenOffice.org), Corel Office, WPS Office, LibreOffice, Microsoft Office и Google Docs. Наибольшее распространение в нашей стране получил программный пакет MS Office, разработанный американской компанией Microsoft (основатель компании Билл Гейтс). Этот пакет включает: · текстовый процессор MS Word; · табличный процессор MS Excel; · систему управления базами данных MS Access; · редактор компьютерных презентаций MS PowerPoint; · графический редактор деловых иллюстраций MS Visio, а также ряд других приложений (MS Project, MS Publisher, MS SharePoint Designer и пр.). В каждой профессиональной области используются свои типовые или уникальные прикладные программы. Так, программы класса Translation memory (переводческая память) позволяют переводить тексты с одних языков на другие. Включают программы Trados, Deja Vu, OmegaT, Wordfast и целый ряд других. А программа CatsCradle предназначена для перевода web-сайтов. Существуют также программы – электронные словари для профессионального использования: · ABBYY Lingvo (позволяет переводить с 15 языков). · Мультитран (13 языков). · Promt. · Slovoed (13 языков) и др. Программы для распознавания текста, например, ABBYY FineReader или CuneiForm, позволяют распознавать текст на фотографиях, сканах, PDF-документах. Первая из приведенных программ распознает текст на 190 языках, а для 48 из них делает проверку орфографии. Сохранить полученный текст можно практически во всех популярных форматах (Word, Excel, PowerPoint, PDF, html и др.). А программа AfterScan предназначена для автоматической проверки и коррекции распознанного текста. Обнаруживает и исправляет опечатки, ошибки, отсутствующие пробелы и ошибки при распознавании текста. Для подготовки текстов к публикации используются настольные издательские системы: комплекс программных средств, служащих для предпечатной подготовки оригинал-макетов печатной продукции (книг, газет, журналов, буклетов и т. п.). Обеспечивают набор текстов и формул, встраивание рисунков, проверку орфографии и проверку качества печатной продукции. Наиболее распространены настольные издательские системы: · Corel Ventura. · Adobe PageMaker. · QuarkXPress. Для проведения математических расчетов предназначены специальные программные пакеты, например, Mathematica, MatLab, MathCAD, Maxima и др. А мощный математический пакет Scilab предназначен для построения 2D и 3D графиков, решения задач линейной алгебры и других математических задач. Большой класс компьютерных программ разработан для решения кадровых, экономических, финансовых и бухгалтерских задач (см. таблицу 2). Таблица 2.
Существует целый ряд компьютерных программ для статистической обработки результатов естественнонаучных и социологических исследований, например, программы «Статистика», STADIA, Vortex, IP Sociologist и др. Особенно популярна программа SPSS Statistics (от англ. «Statistical Package for the Social Sciences» – «статистический пакет для социальных наук») – компьютерная программа для статистической обработки данных, один из лидеров рынка в области коммерческих статистических продуктов, предназначенных для проведения прикладных исследований в социальных науках. В деловой сфере широко используются справочно-правовые системы («Консультант плюс, «Гарант», «Кодекс» и др.), позволяющие быстро находить электронные копии практически любых нормативных актов (законов, указов, постановлений, распоряжений и других правовых документов). Вопрос 4. Инструментальное программное обеспечение. Инструментальное ПО предназначено для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения компьютерных программ. К инструментальному ПО можно отнести следующие виды программ: · Компиляторы (трансляторы, ассемблеры, интерпретаторы). · Компоновщики. · Отладчики. · Средства автоматизированного тестирования программ. · Системы программирования и интегрированные среды разработки программ. · Системы автоматизации программирования (CASE). Компилятор – это программное средство для перевода программ, написанных на каком-либо языке программирования, в программы, представленные в двоичных машинных кодах. Компиляторы делятся на три вида: 1) трансляторы; 2) ассемблеры; 3) интерпретаторы. Транслятор – это компилятор, который полностью переводит программы на каком-либо языке программирования в машинные коды или в так называемый объектный код. Полученная программа в машинных кодах может быть позже преобразована в исполнимый модуль, загружена в оперативную память и запущена на выполнение процессором. Разновидностью транслятора считается ассемблер – программа, которая переводит текст программы, написанный на машинно-ориентированном языке («мнемокоде» или «языке ассемблера») в двоичный код. Часто этот термин используется в значении – язык программирования машинного уровня. Интерпретатор – это компилятор, который построчно (или по одной команде) переводит исходную программу на языке программирования в двоичные коды и тут же передает этот двоичный код процессору на выполнение. Компоновщик – программа, которая производит компоновку исполняемого или загрузочного кода – принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним один исполнимый модуль, который может быть загружен в память и запущен на выполнение процессором. Отладчик, как правило, является частью среды разработки программного обеспечения или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Интегрированная среда разработки (ИСР) (англ. Integrated development environment, IDE) – система программных средств, используемая для разработки программного обеспечения. Обычно среда разработки включает в себя текстовый редактор, компилятор и/или интерпретатор, средства автоматизации сборки и отладчик. Хотя и существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков (Eclipse, NetBeans, Embarcadero RAD Studio или Microsoft Visual Studio), обычно среда разработки предназначается для одного определённого языка программирования, например, Visual Basic, Delphi, Dev-C++. Системы автоматизации программирования (англ. Computer-Aided System Engineering, CASE) – программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки, кодирования, отладки и сопровождения сложных программных систем. Основное достоинство CASE-технологии – это поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной и глобальной сети разработчиков, экспорта (импорта) любых фрагментов проекта, организованного управления программами. Как правило, CASE-системы поддерживают автоматическую генерацию кода программ – создание каркаса программной системы и создание полного продукта с системной документацией. Вопросы для самопроверки: 1. Что называется программным обеспечением компьютера (ПО)? 2. Какие существуют классы программного обеспечения? 3. Каково назначение системного ПО? 4. Какой тип программ составляет основу системного ПО? 5. Что такое драйвер устройства? 6. В чем назначение прикладного ПО? 7. Приведите примеры программ прикладного ПО. 8. Какие программы входят в пакет MS Office? 9. Какой тип программ широко используется в деловой сфере для решения правовых вопросов? 10. В чем назначение инструментального ПО? 11. В чем разница между компилятором и транслятором? 12. В чем назначение компоновщика и отладчика программ? 13. Что такое интегрированная среда разработки? 14. Что такое CASE-технологии и CASE-системы? 15. К какому классу ПО относится программа MS Windows? Литература по теме: 1. Гуриков С.Р. Информатика: учеб. – М.: Форум, Инфра-М, 2017 г. – 464 с. 2. Сергеева И.И., Музалевская А.А., Тарасова Н.В. Информатика. – 2 изд. – М: Инфра-М, Форум, 2017. – 384 с. 3. Трофимов В.В. Информатика: учеб. – в 2-х т. – СПб.: Юрайт, 2016. – 406 с. Интернет-ресурсы: 1. Федеральный портал «Единое окно доступа к образовательным ресурсам«. – Режим доступа: http://window.edu.ru 2. Официальный сайт компании Microsoft. – Режим доступа: http://www.microsoft.com Тема 6. Операционная система MS Windows Цель и задачи: ознакомиться с понятием операционной системы, её назначением и составом, приобрести навыки работы с операционной системой Windows 10. Вопросы темы: 1. Операционная система персонального компьютера. 2. Пользовательский интерфейс ОС Windows 10. 3. Формирование структуры файловой системы компьютера. 4. Создание папок пользователя. Вопрос 1. Операционная система персонального компьютера. Как было отмечено в материале предыдущей темы ОС занимают центральное место в системном ПО. Основное назначение ОС, установленной на компьютер, является обеспечение согласованной работы всех внутренних и внешних устройств компьютера, а также организация взаимодействия пользователя и компьютера. Установленные на компьютер программы, а также файлы и папки (в том числе созданные на компьютере пользователем), образуют в запоминающем устройстве определённую структуру, называемую файловой системой компьютера. ОС позволяет пользователю формировать файловую систему путём установки (инсталляции) на компьютер необходимых программ, создания файлов и папок, а также их переименования, перемещения, копирования и удаления. ОС обычно хранится на жестком диске компьютера и при его включении загружается в оперативную память, после чего компьютер готов к работе, о чем свидетельствует появление на экране компьютера главного окна ОС, называемого интерфейсом. ОС Windows обладает графическим пользовательским интерфейсом. Это означает, что все элементы интерфейса представляются своими графическими образами. В настоящее время существует большое число различных операционных систем, предназначенных для разных типов компьютеров и их сетей: Unix, Linux, MacOS, Android и др. Наибольшей популярностью во всем мире пользуются операционные системы семейства Windows, разработанные корпорацией Microsoft. Впервые операционная система MS Windows появилась в 1985 г., она называлась Windows 1.0 и была разработана в США компанией Microsoft под руководством Билла Гейтса. Эта версия была несовершенной и представляла собой некоторую графическую оболочку (надстройку) для популярной в те годы операционной системы MS DOS. В виде подобных оболочек были и версии Windows 2 и Windows 3.1. В 1995 г. компания Microsoft выпустила операционную систему, названную Windows 95. Это была первая полноценная ОС. И графический интерфейс, и основные возможности системы были на должном уровне для того времени. Впоследствии в результате постоянных усовершенствований эту операционную систему сменила Windows 98, затем Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1 и, наконец, Windows 10. То есть образовалось целое семейство операционных систем Windows. Основные принципы работы с операционными системами Windows сохраняются для всех современных ОС рассматриваемого семейства. Вопрос 2. Пользовательский интерфейс ОС Windows 10. Графический пользовательский интерфейс ОС Windows 10 содержит: 1. Рабочий стол, занимающий основную часть экрана, на котором размещаются значки и ярлыки файлов, папок и программ. Кроме того, на рабочем столе могут быть размещены окна запущенных программ, открытых папок и файлов. На рис. 12 показан общий вид пользовательского интерфейса с открытым окном папки Система. |