Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику

Подождите немного. Документ загружается.

в целом о цели данного пособия, то кроме непосредственных задач обучения

программированию авторы стремились показать становление информатики не

как нечто «данное свыше», а как борьбу идей, которые выдвигали и отстаивали

живые и несомненно чрезвычайно талантливые люди.

Конечно, ряд глав покажется при первом прочтении достаточно сложными

для начинающих. На первых порах их можно пропустить и перейти

непосредственно к теме, освещающей особенности языка Турбо Паскаль. Но,

возвращаясь снова и снова к не во всём понятным главам, Вы убедитесь, что

многие вещи не так трудны, как это кажется на первый взгляд.

Поскольку учебное пособие не монография, ссылки на литературу в тексте

не приводились, а сам список литературы разбит по главам. За небольшим

исключением, в большинстве своём, это любимые книги авторов, которые

хочется перечитывать неоднократно. Несмотря на относительную молодость

информатики как науки, в ней уже имеются свои классики. Их книги написаны

живым и образным языком, полны реальных программистских историй,

которые составляют фольклор профессии. Без этого фольклора бывает трудно

понять многие тонкости ремесла программиста. Надеемся, что они вызовут и у

читателей соответствующий интерес. Учитывая широту «разброса»

освещаемых вопросов и достаточно высокий уровень абстракций, заключённых

в некоторых представлениях, в таких случаях ссылки на соответствующие

источники и понятия даются непосредственно в сносках к тексту.

Предлагаемое учебное

пособие начинается главой о

рождении персонального

компьютера по нескольким

причинам (рис.9). Во-первых,

мы считаем её весьма

увлекательной и полезной для

вхождения в атмосферу

стремительного развития

компьютерных технологий,

где раздел о процессе

включения ПК служит

мостиком к пониманию

сложности решённых при

этом задач и поводом

углубиться в фундаменталь-

ные вопросы обработки

данных и командной основы

работы компьютера. Во-

вторых, акцент везде делается на фокусирование Вашего внимания на точные

формулировки в сфере существующего многообразия в определении многих

терминов, обилие которых вызвало появления множества компьютерных

словарей и Web-сайтов, толкующих многочисленные неологизмы, которые

возникают лавинообразно…

Рис. 9. Один из первых персональных

компьютеров, созданный и выпускаемый в

виде чемодана компанией Osborne

Computers (США). Вес в собранном виде

10 кг (1981 г.).

1997

1998

1999

2001

2002

(ут верждён OMG)

<<доку мент >>

UML 1.1

Редакт ирование без

су щест венных

т ех нических изменений

<<доку мент >>

UML 1.2

<<доку мент >>

UML 1.3

<<доку мент >>

UML 1.4

<<доку мент >>

UML 2.0

Инфраст ру кту ра

<<доку мент

UML 2.0

Су перструктура

<<доку мент >>

UML 2.0

Включающ ее

от ношение

(целое-част ь)

от ношения

зависимости

<<доку мент

UML 2.0 OCL

Рис. 10. Диаграмма,

описывающая развитие языка

UML с 1997 г. по 2002 г.,

выполненная на самом языке

UML

Знание и представление значений постоянно возникающих терминов

нужно в первую очередь потому, что как заявил руководитель японских

программистов на одной из конференций в 1977 г.: «Наиболее важным языком,

который нужно знать про

граммисту, является не JCL или ПЛ/1, а японс

кий

язык». Комментарии, как говорится, излишни! (Хотя знания, в том числе и

языка UML отнюдь не помешают (рис.10).

Во второй главе описываются основные тенденции в развитии

информационных технологий и в относящихся к ним фундаментальных

представлениях. Вам предлагается погрузиться в глубины разнообразия

понятия интерфейса и рассмотреть, как он менялся от DOS к Windows…

Другая тема, которая заставит Вас по

новому взглянуть на изучение Турбо

Паскаля, это развитие языков

программирования: какие из них и где

применяются и в чём их принципиальное

отличие, сколько их нужно знать и т.п.

Разрабатывая свои первые программы на

ТП, Вы должны уметь увидеть перспективы

развития своих усилий в области

разработки программных систем. Другой,

на наш взгляд редко освещаемой темой,

является проблема разнообразия типов

приложений и компьютерных архитектур, в

рамках которых они будут

функционировать после создания. А раздел

о языке UML нацелит Вас на освоение

представлений этого важного средства

моделирования процесса разработки

программных систем, опирающегося на

объектно-ориентированные представления

реального мира для организации своего

мышления и деятельности в области

проектирования и разработки ПО.

В главах, посвящённых особенностям языка Турбо Паскаль и

программирования на нём, основное внимание было сосредоточено:

–на понимании абстракций, заключённых в представлениях разных типов

чисел, не имеющих аналогов в других сферах деятельности человека (к

примеру, где в окружающей жизни можно встретить такое число: -2.34е-12);

–на взаимодействии уровней абстракций при использовании логических:

значений, переменных, операций, выражений и т.д.

–на алгоритмических особенностях конструирования программ

вычисления бесконечных рядов и произведений;

–на уникальных возможностях исследования функционирования программ

и их фрагментов средствами дебаггера среды Турбо Паскаль;

–на особенностях практического применения в программах сложных типов

данных: массивов, записей, файлов, множеств, очередей и ряда других.

В конце каждой главы для закрепления знаний по основным вопросам и

самоконтроля приводятся вопросы и задания. На наш взгляд, полезно

выполнение не только заданий, но и примеров из глав, посвящённых языку

Турбо Паскаль, поскольку в программировании важно не только созерцать

фрагменты кода, а проделывать всё «своими руками». Конечно, на первых

порах, не всё у Вас будет получаться, но программист мужает именно в борьбе

с компилятором…

Несколько слов о Приложениях. Сюда вынесены вопросы преобразования

чисел из десятичной системы в двоичную, восьмеричную, шестнадцатиричную

и обратно. Здесь также располагается таблица характеристик всех наиболее

известных языков программирования. Отдельно приводятся определения

названий сетей разных уровней, которые повсеместно применяются, но в таком

сочетании в известных авторам источниках не объединялись. Несколько частей

приложений отведены для справочных сведений о характеристиках системы

Турбо Паскаль (сочетаниях клавиш и типах применяемых данных), а также

таблица кодов ASCII.

Особо следует выделить глоссарий,

являющийся одним из главных компонентов

пособия. Собранный по крупицам из

материалов различных и многочисленных

отечественных и зарубежных источников, он

может также служить самостоятельным

инструментом по оказанию помощи

начинающим по проникновению в мир

стремительно развивающихся информацион-

ных технологий. Кроме того, в нём собран ряд

редких и/или многозначных терминов, что

углубляет представления о компьютерном

мире. Более глубокое знакомство с глоссарием

кроме всего прочего, позволит лишний раз

убедиться в глубоком проникновении

англоязычных фундаментальных информа-

ционных терминов не только в наш язык, но и

в наши абстрактные представления об

окружающем нас мире и его проявлениях (о

чём заявляют даже продвинутые специалисты)

Завершая введение, хочется вспомнить слова архитектора и руководителя

разработки одной из крупнейших программных систем – операционной

системы OS/360 – профессора университета Северной Каролины (США)

Terminology, and naming things in general, is always difficult. Web Services Architecture Working Group

(http://www.w3.org/2002/ws/arch/). Дословно: «Создание терминологии и именование сущностей вообще и

всегда протекают чрезвычайно трудно», Документ Рабочей группы Архитектуры Web-сервисов организации

W3C, 2002 г.

Рис. 11.

Фредерик П. Брукс

Фредерика П. Брукса (рис. 11), автора произведения, ставшего классикой, под

названием «Мифический человеко-месяц или как создаются программные

комплексы

»: «Почему программирование доставляет удовольствие? Как

вознаграждаются все усилия профессионала?».

Потому, пишет Ф.П. Брукс, что это удовольствие работать с очень гибким

материалом. Программист, как и поэт, работает почти исключительно головой.

Он строит свои зáмки в воздухе и из воздуха только силой своего воображения.

Очень редко материал для творчества допускает такую гибкость, такую

возможность столь частых улучшений и переделок и такими простыми

средствами позволяет осуществлять громадные замыслы.

Материал поэта – слова, и результат – те же слова; но в отличие от

стихотворца, программист создаёт программный продукт, реальный в том

смысле, что сам программист движется и работает, производя видимый

результат, отличный от него самого. Он печатает результаты, чертит рисунки,

производит звуки, управляет движением руки. Волшебство мифов и легенд

стало явью в наши дни. Вы печатаете на клавиатуре заклинание, и вот экран

дисплея оживает, показывая объекты, которых не было и могло не быть

никогда!

Программирование доставляет нам радость. потому что позволяет

удовлетворить стремление к творчеству, глубоко заложенное в каждом из нас, и

разделить это чувство радости с другими».

Поскольку это учебное пособие является практическим руководством, в

нём содержится множество примеров с пошаговыми инструкциями и

подробными указаниями. При этом используются следующие соглашения.

Слова, на которых мы хотим акцентировать Ваше внимание, будут

выделяться жирным курсивом.

Если необходимо нажать клавишу

Ctrl или Alt одновременно с какой-либо

клавишей, названия этих клавиш в тексте объединяются знаком «плюс».

Например, «Компилируйте и запускайте свою программу, используя

Ctrl+F9».

Такой же шрифт используется для выделения элементов интерфейса

интегрированной среды разработки Турбо Паскаль, например, «

Save file as».

Фрагменты кода программ и идентификаторы в учебном пособии

напечатаны моноширинным шрифтом, например «Program MyFirst;».

Литература к Введению

1. Рекомендации по преподаванию информатики в университетах: Пер. с

англ. –СПб.: 2002. –372с. (Русский перевод образовательного стандарта

«IEEE/ACM Computing Curricula 2001: Computer Science»: WEB-сайт

(Электронн. ресурс) / Способ доступа: URL: http://se.math.spbu.ru/cc2001/)

2. Преподавание информатики: потерянная дорога. Никлаус Вирт.

Приветствие на открытии Международной конференции по преподаванию

Только в Росси эта книга выдержала девять (!) изданий с 1979 г. по 1999г..

информатики ITiCSE. г. Аархус (Дания), 24 июня 2002 г. WEB-сайт

(Электронн. Ресурс) / Способ доступа: URL:

http://www.inr.ac.ru/~info21/greetings/wirth_doklad_rus.htm

3. О человеческом и эстетическом факторах в программировании.

Академик А.П. Ершов. Статья написана на основе речи автора, произнесенной

на Объединенной вычислительной конференции Американской федерации

обществ по обработке информации (Атлантик-Сити, США, 16-18 мая 1972 г.).

WEB-сайт (Электронн. Ресурс) / Способ доступа: URL:

http://www.uriit.ru/portal/jsp/Pages/RUSSIAN/Structure/centr/cpress/pages/inform/5.

htm

4. А.П.Ершов «Программирование – вторая грамотность». Брошюра

(Препринт № 293). Дата: 01.04.81. Ротапринт ВЦ СО АН СССР, Новосибирск

90. -19с.

5. Böhm C., Jacoipini G. Flow Diagrams, Turing Machines, and Languages with

Only Two Formulation Rules. Communications of the ACM, May 1966.

6. Йенсен К., Вирт Н. Паскаль. Руководство для пользователя и описание

языка: Пер. с англ. – М.: Финансы и статистика, 1982. – 151 с.

7. Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы: Пер. с англ.. –

М.: Мир, 1985. – 406 с.

8. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. / Марченко А.И.,

Марченко Л.А. / Под ред. В.П. Тарасенко: – 5-е изд. перераб. и доп. – К.: ВЕК+,

1999. –464 с.

9. Фокс Дж. Программное обеспечение и его разработка: Пер. с англ.. – М.:

Мир, 1985. – 368 с.

10. Страуструп Б. Язык программирования С++, спец. изд.: Пер. с англ.. –

М.; СПб.: «Издательство БИНОМ» – «Невский Диалект», 2002. – 1099 с.

11. Фредерик Брукс. Мифический человеко-месяц или как создаются

программные комплексы.: Пер. с англ. — СПб.: Символ-Плюс, 1999, – 304 с.

12. Йодан Э. Структурное проектирование и конструирование программ:

Пер. с англ. – М.: Мир, 1979. – 415 с.

13. Громов Г.Р. Национальные информационные ресурсы: проблемы

промышленной эксплуатации. – М.: Наука, 1984. – 240 с.

14. Виноградова Н.В. Русский компьютерный сленг. // Энергия, 2003, №9.

–С.65-68.

15. Дал О., Дийкстра Э., Хоор К. Структурное программирование: Пер. с

англ. –М.: Мир, 1975. –256 с.

16. Дийкстра Э. Дисциплина программирования: Пер. с англ. / Под ред.

Э.З. Любимского. –М.: Мир, 1978. –278 с.

17. Лингер Р., Миллс Х., Уитт Б. Теория и практика структурного

программирования: Пер. с англ.. –М.: Мир, 1982. –406 с.

Бесполезны такие произведения,

которые не возбуждают стремление к

подражанию: доблестными делами люди

не только восхищаются, но и желают

подражать тем, кто их совершает.

Плутарх (46 – 120 р.н.е.)

1. ДОЛГИЙ ПУТЬ К ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМПЬЮТЕРУ

1.1 Источники "информационного взрыва"

За точку отсчета развития человеческой цивилизации обычно принимают

время, когда люди начали создавать предметы труда и охоты. Тайна

"похищения огня" теряется в веках, но вся последующая история технического

прогресса от овладения огнём до открытия ядерной энергии - это история

последовательного подчинения человеку всё более могущественных сил

природы: тягловые животные, ветряные и водяные двигатели, тепловые

двигатели, атомная энергетика. Стоящая перед человеком задача была

предельно проста: умножать различными инструментами и машинами

мускульную силу человека. В то же время попытки создания инструментов,

усиливающих природные возможности человека по обработке информации,

начиная с камешков абака и до механической машины Беббиджа измерялись

отдельными всплесками человеческих судеб, фактов, музейных механизмов и

устройств, настойчиво предвещавших невиданное

развитие этой отрасли вознесения человека на новые

вершины знаний.

На самых ранних этапах формирования трудовых

коллективов для синхронизации выполняемых

действий человеку потребовались кодированные

сигналы общения, сложность которых быстро

возрастала с повышением сложности трудового

процесса. Эту задачу человеческий мозг решал

эволюционно без каких-либо искусственно созданных

инструментов: просто развивалась и постоянно

совершенствовалась человеческая речь.

Речь и оказалась первым носителем человеческих

знаний, накапливающихся в устных рассказах и

преданиях, передававшихся из поколения в поколение.

Первой технологической поддержкой этого важного

процесса явилось создание письменности. Начатый

тогда процесс поиска и совершенствования носителей

информации (а также инструментов для её

регистрации) продолжается до сих пор: камень, кость,

дерево, глина (рис.1.1), папирус, шёлк, бумага,

Рис. 1.1.

Клинопись на

глиняной

табличке

люминофор, магнитные и оптические носители информации и т.д.

Одновременно с розвитием процесса накопления знаний в человеческом

обществе шёл процесс формирования обособленной профессиональной группы,

для которой сначала основным, а потом и единственным "служебным

занятием" становится работа с информацией. Этот

живой барьер начал разрушаться только после

изобретения книгопечатания и овладения обществом

новой технологией - грамотностью. В середине XV в.

почти одновременно И. Гутенберг (рис.1.2) в Германии

и И. Фёдоров в России изобрели печатный станок,

который ускорил темпы накопления профессиональных

знаний.

По подсчетам науковедов, общая сумма

человеческих знаний изменялась раньше очень

медленно: в 1800 г. она удваивалась каждые 50 лет, к

1950 г. удваивалась каждые 10 лет, а к 1970 г. - каждые

5 лет. Это явление, получившее название

"информационный взрыв", указывается среди

симптомов, свидетельствующих о начале века

информатизации и включающих:

 быстрое сокращение времени удвоения объема

накопленных научных знаний;

 превышение материальными затратами на

хранение, передачу и переработку информации

аналогичных расходов на энергетику.

И если в начале XX века экономическая мощь государств измерялась

материальными ресурсами, то в его конце впервые в истории человечества

основным предметом труда в промышленно розвитых странах стоновится

ИНФОРМАЦИЯ

Инструментом для работы с новым предметом труда и стал

персональный компьютер, положивший начало освоения обществом новой

технологии – компьютерной грамотности

1.2. Компьютер: от идеи – до реализации

Существует множество версий истории появления персонального

компьютера. Иначе и быть не могло. Ведь путь к нему вместил в себя массу

поисков и открытий на протяжении многих веков. И всё же, попытаемся кратко

остановиться на некоторых вехах зарождения компьютера.

Из всех изобретателей счетных машин прошлого, наверное, ближе всего к

формулировке основных принципов построения и организации

вычислительного процесса в компьютере в современном его понимании

подошел англичанин Чарльз Бэббидж (рис. 1.3). В своё время он прославился

не только остротой ума, но и своими чудачествами. Бэббидж был одним из

основателей Королевского астрономического общества, автором всевозможных

сочинений на самые различные темы – от политики и математики до

Рис. 1.2.

Изобретатель

первого печатного

станка

И. Гутенберг

(1397-1468)

Рис. 3 Первая

женщина-

программист, графиня

Лавлейс

Рис. 1.4. Первая женщина-

программист, графиня Ада

Лавлейс

технологии производства. В течении 13 лет этот эксцентричный гений

заведовал кафедрой математики Кембриджского университета, хотя ни разу не

появился в нём и не прочитал там ни одной лекции.

Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа была

разработка принципов действия и устройства

компьютера, за целое столетие до того, как появилась

техническая возможность его реализации. Один из

создателей первого американского компьютера "Марк-1"

молодой гарвардский математик Говард Эйкен говорил в

1943 году, что для него описания Аналитической

машины, оставленного самим Бэббиджем, оказалось

более чем достаточно. "Если бы Бэббидж жил на 75 лет

позже, – заявил он, – я бы остался без работы".

Энергия, авторитет и умение убеждать позволили

Чарльзу Бэббиджу добиться в 1822 году

государственного финансирования разработки и

создания «Разностной машины», предназначенной для расчетов и печати

больших математических таблиц. Осуществлению этого проекта все свои

незаурядные математические и литературные способности посвящала

урожденная Огаста Ада Байрон графиня Лавлейс (рис. 1.4).

Говоря об «Аналитической машине»,

Бэббидж отмечал: "…графиня Лавлейс, по-

видимому, понимает её лучше меня, а уж

объясняет её устройство во много-много раз

лучше". Графиня Лавлейс помогала Бэббиджу

прояснять его собственные идеи,

воодушевляла его, глубоко интересуясь его

работой и заражая своим энтузиазмом. Она

прекрасно поняла революционную сущность

разрабатываемой машины и то, что это

действительно был «математический станок»,

изначально как-бы бесмысленный, но

способный выполнить любую программу,

переведенную на язык перфокарт. Именно

поэтому, в её честь был назван один из

известнейших и поныне языков

программирования реального времени ADA.

Несмотря на то, что результат не был

достигнут, в процессе работы Ч. Бэббидж

пришел к идее создания еще более мощной

машины. Его новое детище– «Аналитическая

машина», в отличие от своей

предшественницы, должна была не просто решать математические задачи

определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в

соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. По замыслу это была

Рис. 1.3.

Чарльз Беббидж

(1791-1871 р.)

Рис. 1.5.

Электронная

лампа

"машина самого универсального характера" – в действительности не что иное,

как первый универсальный программируемый компьютер. К тому времени,

когда в 1833 году расходы на постройку «Разностной машины» достигли 17 000

фунтов стерлингов, терпение британских чиновников иссякло и

государственное финансирование было прекращено. Ведь если «Разностная

машина» имела сомнительные шансы на успех, то «Аналитическая» – и вовсе

выглядела фантастикой. Размером с железнодорожный локомотив, конструкция

представляла собой внушительное нагромождение стальных, медных и

деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым

двигателем. Малейшая нестабильность какой-нибудь крошечной детали

приводила бы к стократно усиленным нарушениям в других частях механизма,

что делало нереальным этот проект. Ведь, как известно, для реализации научно-

технической идеи требуется выполнение по крайней мере трех основных

условий:

1. Идея не должна противоречить известным законам науки.

2. В её реализации должна быть остро заинтересована значительная часть

общества (иными словами, должен "созреть" социальный заказ).

3. Должен быть достигнут тот уровень технологии и общественного

производства, который обеспечивает эффективную реализацию не только

конкретных элементов, но и других заложенных в идею технических

принципов..

Лишь к середине XIX в. появляются открытия и изобретения,

приближающие рождение компьютера. Уильям Остин Барт первым в Америке

(1829 г.) получает патент на неуклюжую, но работоспособную пишущую

машинку, не вызвавшую тогда интереса у промышленников. А знакомая сейчас

любому пользователю компьютерная клавиатура с раскладкой QWERTY (так

на ней расположены первые шесть латинских букв), появилась лишь в 1874

году. Но именно с нее началось победное шествие этого

шумного орудия труда по столам секретарш малых и

крупных организаций. Кстати, клавишу Shift, для

переключения верхнего и нижнего регистров, добавили к

пишущим машинкам только в 1878 году, а до того времени

заглавные буквы располагались на клавиатуре отдельно.

Экспериментируя с электрической лампой в 1883 г.,

Эдисон вводит в вакуумный баллон дополнительный

платиновый электрод, подает напряжение и, к своему

удивлению, обнаруживает, что между электродом и

угольной нитью протекает ток. Поскольку в тот момент

главной целью Эдисона было продление срока службы

лампы накаливания, этот результат его заинтересовал мало,

но патент предприимчивый американец все-таки получил.

Явление, известное нам как термоэлектронная эмиссия,

тогда получило название "эффект Эдисона" и на какое-то время забылось. В

электронную лампу его идея материализовалась позднее (рис. 1.5).

Социальный заказ на компьютеры созрел в разгар второй мировой войны –

Рис. 1.8.

Перфолента

Рис. 1.6. Машина "Марк-1"

требовались сложные артиллерийские баллистические расчеты. И вот, с

благословения командования военно-морского флота США, при финансовой и

технической поддержке фирмы IBM, началась разработка вычислительной

машины, в основу которой легли непроверенные идеи XIX в. и надежные

технологии XX в.

В начале

1943 года начало

свою работу

творение Говарда

Эйкена –

вычислительная

машина "Марк-1"

(рис. 1.6),

достигавшая в

длину почти 17 м

и в высоту более

2,5 м, содержащая 750 000 деталей, соединенных проводами общей

протяженностью около 800 км. "Марк-1" мог "перемалывать" числа длиной до

23 разрядов (рис. 1.7). На операции сложения и вычитания тратилось 0,3 с, а на

умножение 3 с. За день машина выполняла вычисления, на которые раньше

уходило полгода (!). В ней, как и

в ее предшественницах,

использовались простые элек-

тромеханические переключатели

(реле), широко применяемые в

то время в телефонной связи, а

команды машине в виде

программ набивались на

перфоленте (рис. 1.8).

Война продолжалась,

военные разработки требовали ускорения и за дело взялись сотрудники

вычислительного центра Пенсильванского университета Джон У. Мочли и

Джон Преспер Экерт. Их усилия не остались незамеченными и 9 апреля 1943

года армия США заключила с университетом, где они работали, контракт на

сумму в 400 000 долл., предусматривающий создание лампового компьютера

"Эниак" (рис. 1.9).

В конце 1945 года 30-тонный гигант был собран и

продемонстрирован представителям прессы. По своим

размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) этот

компьютер более чем вдвое превосходил по

быстродействию "Марк-1" Говарда Эйкена и стоил

500 000 долл. Одновременно работавшие 17 000

электронных ламп увеличили его быстродействие в

1 000 раз! Это был прорыв.

24.712946369421639419437

Рис. 1.7. Двадцатитрёхразрядное др

обное

десятичное число (т.е. число, которое

содержит двадцать три десятичных

цифры)