Файл: Основы программирования на языке QBasic.pdf

Современный человек постоянно во всех сферах своей жизни взаимодействует с компьютерами и микропроцессорной техникой. Сегодня даже маленькие дети ловко управляются с планшетами и мобильными телефонами. Согласно статистическим данным, в октябре 2016 года количество подключений к сайтам с мобильных устройств по всему миру впервые превысило использование интернета со стационарных компьютеров и ноутбуков, составив 51,3% от общего использования интернета.

Активно развивается под девизом «Все, что может быть подключено к компьютеру, будет подключено» интернет вещей - сеть устройств, которые подключены к интернету, управляются через него и могут обмениваться данными друг с другом. К интернету вещей относится и пользовательская электроника — гаджеты (фитнес - браслеты), и домашние устройства (веб-камеры, голосовые помощники, холодильники, кофеварки и стиральные машины), и промышленная — роботы, датчики и сенсоры.

Такое положение дел обязывает любого современного человека хорошо понимать, как устроена компьютерная техника, разбираться в принципах ее работы и уметь налаживать диалог с компьютером.

Лучше всего понять логику работы электронно-вычислительных машин можно в процессе изучения основ программирования и разработки программ для компьютера. Человек, владеющий навыками программирования, сможет более эффективно строить диалог с компьютером и в среде операционной системы, и при использовании прикладного программного обеспечения.

Языки программирования за недолгую историю своего существования прошли большой путь развития. От машинно-зависимых языков, программы на которых писались двоичным кодом с использованием команд конкретного процессора до языков программирования высокого уровня, которыми программисты пользуются сегодня, сменилось несколько поколений языков программирования.

Языки программирования высокого уровня, которые в настоящее время являются основными в практике разработки программного обеспечения, очень многообразны. Есть универсальные языки программирования высокого уровня – такие, как C/ C++, Pascal, Basic. С их помощью можно решать задачи из любых предметных областей. Есть специальные языки программирования высокого уровня, которые оснащены специальными функциями и средствами решения задач из конкретных сфер человеческой деятельности.

Актуальность курсовой работы состоит в полезности изучения универсального языка программирования высокого уровня QBasic, понимание которого может стать основной понимания и других алгоритмических языков программировния.

Объектом исследования курсовой работы является язык программирования высокого уровня QBasic.

Предметом исследования курсовой работы являются основные алгоритмические структуры и структуры данных языка программирования QBasic, их реализация на примере решения учебных задач.

Цель курсовой работы – изучение теоретических и практических основ программирования на языке QBascic.

Задачи курсовой работы:

изучить структуру программы и способы реализации основных алгоритмических конструкций в языке программирования QBasic;
изучить типы данных и структуры данных языка программирования QBasic;
исследовать алгоритмические возможности языка QBasic;
реализовать решение учебных задач на QBasic;
проанализировать результаты выполнения курсовой работы.

1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

1.1 Эволюция вычислительной техники

История развития языков программирования тесно связана с историей развития вычислительной техники.

Люди всегда старались автоматизировать процесс вычислений, тем самым сняв с себя обязанность по выполнению рутинных операций. Кроме того, поручение счета различным устройствам минимизирует возможность возникновения ошибки и исключает фактор субъективизма. [14]

Специалисты считают, что первым устройством автоматизации вычислений были счеты. История и место их появления точно неизвестны, но предполагается, что счеты были изобретены шумерами (народность южной Месопотамии) около 5000 лет назад. Такое примитивное устройство как счеты (рисунок 1) позволило проводить достаточно сложные вычисления гораздо быстрее, чем это мог бы сделать человек.

Рисунок 1 – Современные счеты

В течение длительного времени счетных возможностей таких простых устройств, как счеты, абак, логарифмическая линейка было достаточно для реализации вычислительных задач, решаемых людьми. Но с развитием цивилизации потребовалось выполнение гораздо более сложных расчетов. В действие вступили механические устройства.

Начало механического этапа развития вычислительной техники датируют серединой 17 века, окончание – концом 19 века. Одним из самых заметных изобретений этого периода считается разностная машина Чарльза Беббиджа (рисунок 2).

Рисунок 2 – Чарльз Беббидж

Машина, изобретенная и построенная Беббиджем, автоматизировала вычисления путем аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Эту машину считают универсальным вычислительным прибором, так как она имеет встроенную возможность приближённого представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций.[1]

На рисунке 3 представлена копия машины Беббиджа, которая выставлена в лондонском музее науки.

Рисунок 3 – Копия разностной машины Бэббиджа

Позже, между 1833 и 1842 годами, Чарльз Бэббидж спроектировал и делал попытки построить аналитическую машину. Хотя она так и не была им построена, именно ее считают первым прообразом компьютера. По замыслу Бэббиджа данное устройство должно было быть запрограммировано на производство любых вычислений. Вычислительная машина для ввода данных и указания порядка необходимых вычислений использовала перфокарты.[13]

Первым программистом мира считают дочь английского поэта лорда Байрона графиню Аду Августу Лавлейс (рисунок 4). Именно она описала три первые в мире вычислительные программы, составленные для машины Бэббиджа. [14] В описании были введены понятия, и сегодня не потерявшие своей актуальности - понятие рабочих ячеек (рабочих переменных) и идея последовательного изменения их содержания, идея цикла - одной из фундаментальных конструкций структурного программирования. В своей работе Лавлейс высказала также догадку о том, что вычислительные операции могут выполняться не только с числами, но и с другими объектами

Рисунок 4 – Ада Лавлейс

Следующий этап развития вычислительной техники – электромеханический, он длился всего лишь 60 лет. Это отрезок времени между изобретением в 1887 году первого табулятора до 1946 года, когда возникла самая первая электронно-вычислительная машина. Новые машины, действие которых основывалось на электроприводе и электрическом реле, позволяли производить вычисления со значительно большей скоростью и точностью, однако процессом счёта по-прежнему должен был управлять человек.

Типичный пример электромеханического вычислительного устройства – компьютеры серии Z, изобретение немецкого инженера Конрада Цузе. Эти машины были разработаны на основе двоичной логики, имели память и возможность программирования, хотя и ограниченную. В компьютерах Z был представлен ряд новшеств – например, реализована арифметика с плавающей запятой. Замена сложной в реализации десятичной системы на двоичную сделала машины Цузе более надёжными.[5] На рисунке 5 представлен компьютер Z3 и его разработчик Конрад Цузе.

Рисунок 5 – Конрад Цузе и компьютер Z3

История электронно-вычислительных машин, которые сегодня называют компьютерами, ведет свой отсчет с 1946 года, с появления машины ENIAC (рисунок 6).

Рисунок 6 – Первая ЭВМ – ENIAC

ENIAC содержал 18 тысяч вакуумных ламп, занимал площадь 167 квадратных метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт.[1]

На сегодняшний день выделяют 5 (иногда – 4, объединяя 4 и 5 поколения) поколений электронно-вычислительных машин, различающихся по элементной базе, объему оперативной памяти, быстродействию и способам программирования. [2] Классификация компьютеров по поколениям представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Поколения ЭВМ

Из рисунка видно, что на разных этапах развития компьютерной техники использовались и разные языки программирования.

1.2 Эволюция языков программирования

Язык программирования — совокупность ключевых слов (словарь) и система правил (грамматических и синтаксических) для конструирования операторов, состоящих из групп или строк чисел, букв, знаков препинания и других символов, с помощью которых пользователи передают компьютеру набор команд.[17]

Язык программирования представляет собой правила представления данных и записи алгоритмов их обработки для автоматического исполнения их компьютером. Иначе говоря, язык программирования - это средство создания программных моделей объектов и явлений внешнего мира.

Программой называется алгоритм, записанный на языке программирования. Программа предназначается для выполнения компьютером.

Алгоритм - это формальное описание способа решения задачи в виде конечной последовательности действий, входящих в систему команд исполнителя.[4]

В качестве движущих сил развития языков программирования можно выделить:

стремление программистов к разработке все более совершенного программного обеспечения;
стремление разработчиков к повышению эффективности процесса производства программного обеспечения;
увеличение разнообразия и повышение сложности задач, ориентированных на проблемную область, решаемых с помощью компьютеров;
необходимость создания языков, максимально реализующих новые аппаратные возможности компьютеров;
язык программирования должен обеспечивать продолжительный жизненный цикл программы.

Выделяют следующие уровни языков программирования:

Языки программирования низкого уровня.
Языки программирования высокого уровня.[13]

Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. Это означает, что операторы близки к машинному коду и ориентированы на конкретный тип процессора. Языками самого низкого уровня являются язык машинных кодов и язык Ассемблера, который представляет каждую машинную команду в виде символьных условных обозначений.

Языки программирования высокого уровня максимально приближены к естественному языку человека. В программах, написанных на языках высокого уровня, особенности компьютерных систем не учитываются, поэтому легко осуществляется перенос программ на уровне исходных текстов на другие платформы. Программы на языках программирования высокого уровня проще разрабатывать и отлаживать.[16]

Подробная классификация языков программирования представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Классификация языков программирования

В следующей главе рассмотрены основные алгоритмические структуры и их реализация на языке программирования высокого уровня QBasic.

2 ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ

2.1 Общие принципы построения алгоритмов

Специалисты в области теории алгоритмов и языков программирования считают, что форма алгоритма зависит от языка программирования – чем выше уровень языка, тем более сложные операции могут быть содержанием алгоритма. В то же время выделяют некоторые общие принципы построения алгоритмов, практически не зависящие от языка программирования - принципы описания элементов алгоритма и его основных структур

Алгоритмом называется точное описание последовательности действий, адресованная определенному исполнителю.

Исполнитель - это устройство управления, которое выполняет алгоритм. Возможные функции, которые может выполнять исполнитель, ограничены системой его команд.

Каждый исполнитель оснащен специальным устройством управления, которое принимает алгоритмы и осуществляет их исполнение. Все устройства управления ориентированы на «понимание» основных алгоритмических структур - последовательное выполнение действий, ветвления и циклы.[12]