Программирование Лекция 1

I. История развития вычислительной техники Чарльз Бэббидж ( ) 1.Разностная машина (1822, ) Вычисление логарифмических и тригонометрических таблиц разностными методами. 2.Аналитическая машина ( ) Фактически построена в 1941 инженерами IBM

I.2 Вычислительные машины Бэббиджа Малая вычислительная машина Большая вычислительная машина Аналитическая машина. Mark-I Перфокарта. Изобретена Жаккаром в 1808 году

I.3 Ада Байрон-Лавлайс Ада Лавлайс ( ) Первый программист! Программы для аналитической машины Бэббиджа Описаны основные программные конструкции которые используются по сей день. В материалах Бэббиджа и комментариях Лавлейс намечены такие понятия, как подпрограмма и библиотека подпрограмм, модификация команд и регистр, которые стали употребляться только в 1950-х годах

I.4 Джон фон Нейман Джон фон Нейман ( ) Машина фон Неймана Принцип использования двоичной системы счисления для представления данных и команд. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности. Принцип однородности памяти. Как программы, так и данные хранятся в одной и той же. Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Принцип последовательного программного управления Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой. Принцип условного перехода. Принцип изначально предложенный Адой Лавлайс

Особенности: Электронные лампы, ЭЛТ, магнитные барабаны и ленты II. Первое поколение вычислительных машин UNIVAC - 1 Магнитный барабан БЭСМ - 1

Особенности: Полупроводники и магнитные элементы. Блочный принцип построения. Первые дисплеи (1964). Внешние накопители на жестких и гибких дисках Второе поколение вычислительных машин БЭСМ-6PDP-1 Внешние накопители

Особенности: Интегральные схемы, ферритовые элементы хранения данных, графические интерфейсы, первые персональные компьютеры (Apple I, 1976) Третье поколение вычислительных машин Интегральные схемыXerox Alto, первый граф. интерфейс Первый суперкомпьютер Cray-1

Особенности: Большие интегральные схемы, развитие персональных компьютеров Четвертое поколение вычислительных машин ZX SpectrumIBM 5150Macintosh 128K

Особенности: Повышение производительности, параллелизм, развитие сетей, программного обеспечения и интерфейсов Пятое поколение вычислительных машин 1990-наше время

III. Языки Программирования Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Классификации языков: Машинно-ориентированные Низкоуровневые Высокоуровневые Сверхвысокоуровневые Специализированные Классификации языков: Машинно-ориентированные Низкоуровневые Высокоуровневые Сверхвысокоуровневые Специализированные Интерпретируемые Компилируемые Смешанные Интерпретируемые Компилируемые Смешанные

IV. Пакет символьных вычислений Maple Программный пакет, система компьютерной алгебры. Является продуктом компании Waterloo Maple Inc., которая с 1982 года выпускает и продвигает на рынке программные продукты, ориентированные на сложные математические вычисления, визуализацию данных и моделирование. Система Maple предназначена для символьных вычислений, хотя имеет ряд средств и для численного решения дифференциальных уравнений и нахождения интегралов. Обладает развитыми графическими средствами. Имеет собственный язык программирования. Две среды разработки в одном пакете

IV.1 Пользовательский интерфейс Основная рабочая область Главное меню Управление вводом команд Управление процессом выполнения Панель инструментов Представление текста

IV.2 Встроенная справочная система В Maple встроенная справочная система содержит описание и примеры для всех команд и функций. Вызов может осуществляться: Через меню Help в Главном Меню С помощью горячих клавиш Ctrl+F1 (Ctrl+F2, в поздних версиях) – контекстная справка. Помощь по команде на которой стоит курсор F1 – Меню поиска в подсистема помощи F2 – Быстрая справка

IV.3 Основные объекты и типы данных Основные объекты: Числа (1, 2.5, 10e2) Константы (π, I, infinity,…) Строки (string, name) Имена (A, B1, func, arr) Типы данных: Выражения x^2 cos(x)+sin(x)^2 Уравнения/неравенства x^2+2*x+1 = 0 y > -2 Диапазоны/интервалы A.. K Списки,множества,последовательности [[1,2,3],[4,5,6]]; {1,2,cos(x),456}

IV.4 Среда Maple как научный калькулятор Каждая команда завершается символами «;» (точка с запятой) или «:» (двоеточие) Точка с запятой показывает результат выполнения команды сразу после нее Двоеточие выполняет команду, но не выводит результат на экран Операции: Сложение (+): a+b; Вычитание (-): b-c; Умножение (*): x*y; Деление (/): 1/x; Возведение в степень (^): x^2; Остаток от деления (mod): 10 mod 3; Присваивание (:=): a:=1;

Операции. Примеры

IV.6 Переменные и правила именования Переменная в языке программирования поименованная либо адресуемая иным способом область памяти, имя или адрес которой можно использовать для осуществления доступа к данным, находящимся в переменной (по данному адресу). В Maple переменная это строка символов (имя) начинающееся с буквы. Требования к имени переменной: Первым символом должны быть буква Больше и маленькие буквы различаются: Переменная a не одно и тоже что переменная A В имени переменной допускаются: латинский буквы, цифры и символ подчеркивания (_) Не должно совпадать с каким-либо ключевым словом или именем команды Значение в переменную записывается с помощью операции присваивания

Переменные. Примеры

IV.7 Функции, команды и библиотеки Для решения задач в языках программирования используются различные управляющее конструкции и функции (команды). Под функцией понимается именованная подпрограмма выполняющая какие-либо операции. Как и в математике, в функции могут быть переданы входные параметры. Каждая функция возвращает значение(я). Синтаксис вызова стандартной команды следующий: Имя_функции(пар_1, пар_2,...,пар_n); Здесь имя_функции это имя вызываемой функции, а пар_1, …, пар_n – передаваемые параметры. Параметры могут быть значениями, именами переменных, выражениями, списками и т.д. Количество параметров зависит от конкретной функции. Параметры бывают обязательные и дополнительные Т.к. функций в Maple очень много. Для удобства использования они разбиты на библиотеки. Библиотеки подключаются с помощью команды with( )

Функции. Примеры.

В. Говорухин, Б. Цибулин КОМПЬЮТЕР В МАТЕМАТИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ. Часть I А.В.Матросов MAPLE 6. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКИ И МЕХАНИКИ Сайт: Литература