Файл: Алгоритмизация как обязательный этап разработки компьютерной программы..pdf

1.3 Виды алгоритмов.

Основными видами алгоритмических конструкций являются: линейная, разветвляющаяся, алгоритмическая конструкция «Цикл».

Рассмотрим основные характеристики данных конструкций.

1. Линейная алгоритмическая конструкция

Линейным принято называть вычислительный процесс, в котором операции выполняются последовательно, в порядке их записи. Каждая операция является самостоятельной, независимой от каких-либо условий. На схеме блоки, отображающие эти операции, располагаются в линейной последовательности.

Линейные вычислительные процессы имеют место, например, при вычислении арифметических выражений, когда имеются конкретные числовые данные и над ними выполняются соответствующие условию задачи действия. Изобразим пример линейного алгоритма, определяющего процесс вычисления арифметического выражения  (Рисунок 9).

Рисунок 9.

1. Разветвляющаяся алгоритмическая конструкция.

Разветвляющейся (или ветвящейся) называется алгоритмическая конструкция, обеспечивающая выбор между двумя альтернативами в зависимости от значения входных данных. При каждом конкретном наборе входных данных разветвляющийся алгоритм сводится к линейному. Различают неполное (если — то) и полное (если — то — иначе) ветвления. Полное ветвление позволяет организовать две ветви в алгоритме (то или иначе), каждая из которых ведет к общей точке их слияния, так что выполнение алгоритма продолжается независимо от того, какой путь был выбран (Ложь/Истина) (Рисунок 10).

Рисунок 10.

Неполное ветвление предполагает наличие некоторых действий алгоритма только на одной ветви (то), вторая ветвь отсутствует, т.е. для одного из результатов проверки никаких действий выполнять не надо, управление сразу переходит к точке слияния (Истина/Ложь) (Рисунок 11).

Рисунок 11.

В зависимости от типа и числа проверяемых условий различают:

- ветвление с простым условием (условие - выражение отношения);

- ветвление с составным условием (условие - логическое выражение);

- сложное ветвление (несколько условий).

Вариант вычислений, определяемый в результате проверки условия, называется ветвью.

---

1. Алгоритмическая конструкция «Цикл».

Циклическим называется процесс многократного повторения некоторого участка вычислений при изменении хотя бы одной из входящих в него величин.

Повторяющийся участок вычисления называется циклом. Цикл организуют по определенным правилам. Циклический алгоритм состоит из подготовки цикла, тела цикла, условия продолжения цикла. В подготовку цикла входят действия, связанные с заданием исходных значений для параметра цикла (начальное и конечное значения, шаг параметра цикла). Иногда при подготовке цикла задаются начальные значения и другим величинам, использующимся в цикле.

Операции, осуществляемые в цикле, составляют тело цикла. В тело цикла входят многократно повторяющиеся действия для вычисления искомых величин; подготовка следующего значения параметра цикла; подготовка других значений, необходимых для повторного выполнения действий в теле цикла.

В условии продолжения цикла определяется необходимость дальнейшего выполнения повторяющихся действий (тела цикла). Если параметр цикла превысил конечное значение, то выполнение цикла должно быть прекращено.

При разработке алгоритма циклической структуры выделяют следующие понятия: параметр цикла – величина, с изменением которой связано многократное выполнение цикла; начальное и конечное значения параметров цикла; шаг цикла – значение, на которое изменяется параметр цикла при каждом повторении. Зависимость, связывающая текущее и предыдущее значения параметра цикла, определяет закон изменения параметра цикла.

Зависимость, предписывающая повторение цикла, либо выход из него, называется условием повторения цикла.

Все циклические процессы по признаку определения количества повторений разделяются на два класса.

Арифметическим называется циклический процесс, число повторений в котором может быть определено заранее, т.е. не зависит от результатов счёта в теле цикла.

Итерационным является циклический процесс, число повторений в котором зависит от результатов вычислений в теле цикла и не может быть определено заранее. Приведем примеры циклических процессов: блок схема цикла с предусловием (Рисунок 12), блок-схема цикла с постусловием (Рисунок 13).

Рисунок 12.

Рисунок 13.

Таким образом, мы рассмотрели основные понятия алгоритма и алгоритмизации. Определили их свойства и конструкции представления. На основе данного нами узкого определения понятия алгоритмизации следует, что в прикладном смысле алгоритмизация используется для решения разнообразных задач путем построения программ для ЭВМ.

---

Глава 2. Компьютерная программа. Понятие, виды и этапы разработки.

2.1. Виды компьютерных программ.

В широком смысле определение программы заключается в наборе нескольких инструкций (алгоритмов), представленных в цифровом, кодовом, схематичном или словесном виде. Все эти элементы выражаются в форме, подходящей для считывания вычислительной техникой. Они приводят компьютер в действие, чтобы достичь конкретного результата.

Каждый программный продукт имеет два основных свойства:

1. Является комплектом шагов, которые должен сделать компьютер;
2. Каждая отдельная инструкция управляет частью данных или информации.

Таким образом, компьютерная программа представляет собой совокупность задач, которые выполняются последовательно, по порядку вычислительной техникой. В конечном итоге пользователь получает нужный ему результат.

Выделим основные виды компьютерных программ.

1. Системные компьютерные программы.

Все программное обеспечение разделяется по разным признакам, основным из которых является назначение. В соответствии с ними и производится классификации. Одной из наиболее важных подгрупп являются системные компьютерные программы. Если они не установлены, то взаимодействие с другими элементами затрудняется, а то и вовсе невозможно.

Системное программное обеспечение (СПО) – это программы, управляющие работой компьютера и выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др. Они предназначены для всех категорий пользователей, используются для эффективной работы компьютера и пользователя, а также эффективного выполнения прикладных программ.  

Центральное место среди системных программ занимают операционные системы.

Операционная система (ОС) – это комплекс программ, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, т.е. управления работой ПЭВМ с момента включения до момента выключения питания. Она загружается автоматически при включении компьютера, ведет диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, дисковым пространством и т.д.), запускает другие программы на выполнение и обеспечивает пользователю и программам удобный способ общения – интерфейс – с устройствами компьютера. Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям.

---

ОС определяет производительность системы, степень защиты данных, выбор программ, с которыми можно работать на компьютере, требования к аппаратным средствам. Примерами ОС являются MS DOS, OS/2, Unix, Windows 9х, Windows XP.

Сервисные системы расширяют возможности ОС по обслуживанию системы, обеспечивают удобство работы пользователя. К этой категории относят системы технического обслуживания, программные оболочки и среды ОС, а также служебные программы.

Системы технического обслуживания – это совокупность программно-аппаратных средств ПК, которые выполняют контроль, тестирование и диагностику и используются для проверки функционирования устройств компьютера и обнаружения неисправностей в процессе работы компьютера. Они являются инструментом специалистов по эксплуатации и ремонту технических средств компьютера.

Для организации более удобного и наглядного интерфейса пользователя с компьютером используются программные оболочки операционных систем – программы, которые позволяют пользователю отличными от предоставляемых ОС средствами (более понятными и эффективными) осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера.

Служебные программы  – это вспомогательные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг по реализации часто выполняемых работ или же повышающие удобство и комфортность работы. К ним относятся:

• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют более плотно записывать информацию на дисках, а также объединять копии нескольких файлов в один, так называемый, архивный файл (архив);
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения;
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
• программы для записи компакт-дисков;
•  драйверы - программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению устройствами ввода/вывода, оперативной памятью и т.д. При подключении к компьютеру новых устройств необходимо установить соответствующие драйверы;
•  коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами и др.

1. Обучающие программы.

Обучающие программы - это программное средство, предназначенное для решения определенных педагогических задач, имеющее предметное содержание и ориентированное на взаимодействие с обучаемым. Приведенное определение фиксирует то, что компьютерная обучающая программа является средством, специально созданным для решения педагогических задач, т.е. использование в учебном процессе - его главное назначение.

---

1. Инструментальные программы.

Инструментальное программное обеспечение 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;
• Генераторы документации;
• Комплект средств разработки (SDK);
• Системы управления версиями;
• Системы программирования и интегрированные среды разработки программ;
• Системы автоматизации программирования (CASE).

Кратко опишем некоторые из данных программ. 

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 – трансляторы, ассемблеры и 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. Понятие ассемблера зачастую связывается непосредственно с машинно-ориентированным языком. Поэтому этот термин иногда 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. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку программы, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т. д. 

---