Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

Таким образом, чтобы получить число в дополнительном коде, его преобразуют в обратный код, а затем к младшему разряду по­лученного числа прибавляют единицу. Например, представим числа Ai = 0,1111 и А₂ = —0,1111 в прямом, обратном и допол­нительном кодах:

[•^llnp ⁼ l-^l]o6p ⁼

М₂1_пр = 1,1111;

WaloCp ⁼ 1.0000;

Ь4₂1_Доп = 1,0001.

Дополнительный код, как и обратный, используется для за­мены операции вычитания сложением.

Модифицированный код с точки зрения конструкции арифме­тического устройства удобен для выявления переполнения раз­рядной сетки, которое может получиться при сложении чисел. Модифицированные коды отличается от простых кодов тем, что на изображение знака отводится два разряда: плюс изображается двумя нулями, а минус — двумя единицами. Преобразование двоичных чисел в модифицированные прямой, обратный и допол­нительный коды производится по правилам, рассмотренным выше.

4. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Процесс подготовки и решения задачи на ЭВМ склады­вается из разработки алгоритма решения задачи и программиро­вания.

Алгоритмом называется точная инструкция, определяющая пос­ледовательность элементарных операций над исходными данными, выполнение которых обеспечивает решение поставленной задачи.

Существуют две формы описания алгоритма: описание на ес­тественном языке и представление в структурной схеме.

Описание на естественном языке представляет собой разверну­тую форму записи всех операций. Поясним представление алго­ритма в такой форме на примере вычисления К = (4.Х® —6)/(ЗХ + 6) при X = 3.

На естественном языке алгоритм будет выглядеть следующим образом:

1. Возвести X в степень 2.

2. Результат действия 1 (X²) умножить на 4.

3. От результата действия 2 (4Х^а) отнять число 6.

4. Умножить X на число 3.

5. К результату действия 4 (ЗХ) прибавить число 6.

6. Результат действия 3 разделить на результат действия 5.

В практике программирования вместо развернутой записи

используют его описание в виде структурной схемы, которая запи­сывается графическими обозначениями (рис. 152).

Поясним представление алгоритма в форме структурной схемы на примере составления программы вычисления корней квадрат­ного уравнения Х^а + ЬХ 4- с = 0. Кор ни этого уравнения находят по формуле

: 2 = (—Ь/2) ± V (Ь^а/4) — с.

Порядок вычислений зависит от знака подкоренного выраже­ния I).

43- 49

-ЕЬ 49

=ЕЬ 49

^-04 ж 49

—СИ 50

Рис. 152. Графическое обозначение блоков программы:

Рис.. 153. Структурная схема вычисле­ния корней квадратного уравнения

Процесс решения задачи мо­жно расчленить на четыре этапа:

1. Вычисление £=(6²/4)— с.

2. Проверка условий О^>0 или D < 0.

3. Вычисление действитель­ных корней, если О

4. Вычисление мнимых кор­ней, если И < 0.

В рассмотренном примере возникает необходимость вести вычисления по различным формулам в зависимости от получающихся промежуточных результатов. Такие вычисли­тельные процессы называют разветвляющимися. При их описании используются поня­тия условного и безусловного переходов.

Условный переход — измене­ние порядка выполнения про­граммы в зависимости от результата проверки логического усло­вия. В алгоритме, проведенном на рис. 153, переход от логического блока к арифметическим блокам является условным, а переход от одного блока к другому без проверки каких-либо условий — безусловным.

Следующий шаг подготовки — перевод разработанного ал­горитма на язык машины. Для достижения взаимодействия между ЭВМ и пользователем (оператором) и решения поставленных за­дач требуется знание обеими сторонами общего для них языка:

Первые вычислительные машины располагали только машин­ными языками. Они были удобны для ЭВМ, но требовали специ­альной подготовки программистов (составителей программ). В на­стоящее время наблюдается тенденция приближения языков программирования и обычной человеческой речи, что объясняется бурным развитием вычислительной техники.

Все известные языки программирования условно можно разде­лить на четыре уровня.

Первый уровень — машинные коды. Это внутренний язык команд конкретной ЭВМ. Он содержит полный перечень опе­раций, выполняемых ЭВМ с их числовыми кодами.

Второй уровень — автокоды и мнемокоды. В них некоторые простейшие часто используемые последовательности машинных команд объединяются в микрокоманды. Основное от­личие автокодов и мнемокодов от машинных языков состоит в том, что вместо двоичного кода операции пишется его мнемоническое обозначение, а вместо двоичного представления адреса ячейки употребляется буквенное (символьное) имя (идентификатор). Языки этого уровня называют также языками ассемблера.

При использовании мнемокода не требуется распределять па­мять машин для конкретной задачи. Для задания формата вводи­мых и выводимых данных в языках второго уровня имеются спе­циальные средства. Все это облегчает работу программистов и поз­воляет записывать решение задач в сокращенной форме.

Третий уровень — алгоритмические языки. Эти языки ориентированы не на типы ЭВМ, а на определенные процессы задач. Программы, составленные на таком языке, могут решаться на любой машине, для которой имеется специальная программа перевода текста на язык этой машины.

Чтобы алгоритмический язык был удобен для практического применения, он должен быть единым для широкого круга спе­циалистов, достаточно гибким (чтобы запись команды на этом языке была компактна и наглядна), простым и удобным для пуб­ликаций.

Перевод программы на язык машины осуществляется с по­мощью специальной программы — транслятора, которая при­вязана к конкретной машине. Трансляция заключается в замене символов и синтаксиса исходного языка символами и синтакси­сом входного языка с сохранением содержания переводимых выражений.

Четвертый уровень — языки, максимально при­ближенные к человеческому языку. Эти языки дают возможность непосредственного общения человека с ЭВМ без какой-либо спе­циальной подготовки. Они очень удобны, но программы, состав­ленные на них, неэкономично используют память ЭВМ и возмож­ности самих машин.

При разработке систем математического обеспечения автомати­ческая система управления производством (технологическими про­цессами) часто используются международные алгоритмические и проблемно-ориентировочные языки АЛГОЛ-бО, КОБОЛ, ФОРТРАН, РЬ/1 и др.

АЛГОЛ-бО — алгоритмический язык предназначен для описа­ния вычислительных процессов в форме, используемой в научно-тех­нических расчетах. АЛГОЛ-бО характеризуется значительным сходством с математическим языком.

КОБОЛ— проблемно-оперативный язык, разработанный в США как средство программирования для обработки данных в коммер­ческих задачах, связанных с обработкой больших массивов и ин­формации, а также для обработки информации при последовательно повторяющихся операциях. В словарном запасе этого языка много слов, собственно бесполезных для программирования, но облегчающих чтение программы.

ФОРТРАН — один из наиболее простых и широко применяв* мых алгоритмических языков. Язык разработан для использова­ния в области научных и технических исследований. Он успешно применяется и для решения информационно-логических и эконо­мических задач. ФОРТРАН используется во многих типах машин.

PL/1 — универсальный язык программирования научно-тех­нических, коммерческих задач и задач управления производством. PL/1 объединяет возможности языков высшего уровня, таких как АЛГОЛ, КОБОЛ, ФОРТРАН, причем возможности этих языков еще больше расширены. Язык построен по блочной струк­туре, поэтому для различных применений могут быть образованы его подмножества. Он является многоцелевым и достаточно слож­ным. Однако программисту не обязательно все знать о нем, т. е. для программирования отдельных задач используется только часть средств языка.

Программное обеспечение мнкроЭВМ по многим характери­стикам напоминает программное обеспечение обычных ЭВМ и мини-ЭВМ, но имеет специфические особенности, которые обуслов­лены их архитектурой.

Программирование можно осуществить на машинном языке, языке ассемблера и языке высокого уровня.

Для небольших задач используется ручное программирование в машинных командах.

Программирование на языке ассемблера применяется для про­граммирования на уровне команд. К достоинствам программи­рования на языке ассемблера можно отнести то, что символические коды легче воспринимаются и в них легко вносить изменения, а к недостаткам — то, что требуется специальная аппаратура проек­тирования, терминал и знание языка ассемблера.

Программирование на языке высокого уровня применяется для крупных программ. Такой язык легко адаптируется к различным ЭВМ.

Ца базе языка PL/1 для микроЭВМ разработан специальный язык PL/М, представляющий собой проблемно-ориентированный язык для описания прикладных задач и программирования микро­процессоров.

Контрольные вопросы и задания

1. Чем отличаются позиционные системы счисления от непозициоиных?

2. Дайте сравнительную оценку систем счисления, применяемых в ЭВМ.

3. Какие достоинства и недостатки характерны для двоичной системы счисления?

4. Перечислите общие правила перевода чисел из одной системы счисления в другую.

5. Преобразуйте число 135ю по схеме (135)₁₀ -» (135)_а -» (135)_g -*■ (135)_lg -*■ -*■ (135)₁₀.

6. Дайте сравнительную оценку естественной и нормальной формам пред­ставления чисел.

7. Как производится нормализация числа?

8. Представьте десятично число 99 в двоичной системе счисления в прямом, обратном и дополнительном кодах.

9. Что называется алгоритмом решения задачи? Расскажите о формах записи алгоритмов.

10. Дайте сравнительную оценку уровней различия языков программиро­вания.

11. Перечислите основные современные проблемно-ориентированные языки и дайте им характеристики.

12. На каких языках осуществляется программирование микроЭВМ?

13. Какие языки используют для программирования управляющих ЭВМ?