Введение. Учебное пособие содержит информационный материал, необходимый студентам очной формы обучения специальности 230100 “Вычислительные машины

Учебное пособие содержит информационный материал, необходимый студентам очной формы обучения специальности 230100 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” для выполнения контрольных и лабораторных работ, а также курсового проекта по дисциплине “Программирование на языках высокого уровня”. Приводятся необходимые теоретические материалы, методические указания к выполнению работ и варианты индивидуальных заданий.

В пособие включен перечень тем, составляющих содержание теоретического курса по этой дисциплине с указанием объема лекций в часах. Приведен список вопросов, вошедших в экзаменационные билеты.

Кроме того, в пособии содержится подробный перечень основной и дополнительной литературы по этой дисциплине, а также перечень действующих Государственных стандартов, которые требуется соблюдать при выполнении обязательных работ в течение семестра и экзаменационной сессии.

В приложении приведены формы титульных листов лабораторных работ, а также пояснительной записки к курсовому проекту, которые должны быть выполнены на стандартных листах бумаги формата А4.

Распределение фонда учебного времени по семестрам и видам занятий, формы контроля

Цели и задачи дисциплины

Дисциплина служит для формирования у студентов представлений о современном состоянии алгоритмизации и программирования, о методах разработки алгоритмов и программ, о современном программном обеспечении, операционных системах и средствах для разработки программ различного уровня сложности. Задачей дисциплины является развитие практических навыков разработки алгоритмов и программ с использованием любых языков программирования и сред для разработки программ.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать

основные принципы разработки, написания и отладки программ разной степени сложности на языках программирования с использованием современных инструментальных средств;

-уметь

для сформулированной задачи разработать алгоритм, написать программу на языке (Turbo Pascal, Object Pascal, C++ или другом языке) высокого уровня, отладить программу и получить ее решение в заданной инструментальной среде;

- иметь представление

о современном состоянии средств разработки программ, тенденциях развития средств и систем для проектирования программ.

Содержание дисциплины

Теоретический курс включает следующие темы:

Тема 1. Этапы решения задач на ЭВМ

Постановка задачи и спецификация программы. Формализация задачи. Алгоритмизация. Программирование. Тестирование и отладка. Документирование. Сопровождение программы. Алгоритмы. Свойства и способы записи алгоритма: естественные языки, схемы, структурограммы, псевдоязыки, языки программирования. Основные правила разработки алгоритмов. Базовые алгоритмические структуры: следование, развилка, повторение. Способы их изображения. Типы алгоритмов. Пошаговая детализация как метод проектирования алгоритмов.

Тема 2. Современные языки программирования

Понятие языка программирования. Этапы развития языков программирования. Современные тенденции в области языков программирования. Сравнение развития языков в представлении данных и способах реализации алгоритмов. Сравнительная характеристика языков программирования высокого уровня. Синтаксис и семантика. Способы описания синтаксиса: лингвистические формулы и синтаксические диаграммы. Структура языка программирования. Базовые элементы языка: алфавит, лексемы, выражения. Предложения языка: описания и операторы. Программа на языке высокого уровня: состав и структура. Критерии качества программы. Жизненный цикл программы.

Тема 3. Средства реализации основных типов алгоритмов

Описательные предложения языка программирования высокого уровня. Описание используемых библиотек, модулей, меток, констант, типов, переменных. Области действия описаний. Исполнительные предложения языка высокого уровня. Представление основных управляющих структур программирования.Средства реализации линейных алгоритмов: операторы присваивания, вызова функции, составной, пустой. Средства реализации разветвляющихся алгоритмов: условный оператор, операторы выбора, перехода. Средства реализации циклических алгоритмов: операторы цикла с предусловием, с постусловием, с параметром. Реализация арифметических, итерационных и вложенных циклов. Реализация рекуррентных вычислений. Реализация алгоритмов сортировки структур данных и поиска в этих структурах.

Тема 4. Концепция данных

Данное как совокупность значения, типа и класса памяти. Характеристики, определяемые типом данного: множество значений, множество разрешённых операций, структурная организация и внутреннее представление. Три классификации типов данных. Стандартные типы данных и нестандартные типы данных. Простые и структурированные типы данных. Порядковые и непорядковые типы данных. Дерево типов. Простые типы данных: целые, вещественные, символьный, логический, перечисляемые и ограниченные типы. Встроенные языковые средства для работы с данными простых и порядковых типов. Преобразование типов данных. Структурированные типы данных: одномерные и многомерные массивы, строки постоянной и переменной длины, структуры, объединения. Встроенные языковые средства для работы со строками. Статическое распределение памяти.

Файлы. Структурная организация. Виды файлов. Файлы прямого и последовательного доступа к элементам. Файл как основное понятие баз данных и знаний. Встроенные языковые средства для работы с файлами.

Динамические структуры данных. Указатели и ссылки. Встроенные языковые средства для работы с динамической памятью. Динамические массивы. Списки. Виды списков: односвязные и двусвязные списки, линейные и циклические списки. Линейные списки: основные виды и способы реализации. Линейный список как абстрактный тип данных. Деревья. Виды деревьев и способы их реализации. Другие виды динамических структур: cтек, очередь, дек. Правила использования памяти при работе с динамическими структурами данных.

Тема 5. Способы конструирования программ

Обзор современных методов программирования. Структурное, процедурное, модульное и объектно-ориентированное программирование. Технологии нисходящего и восходящего проектирования программ.

Сущность структурного программирования: разбиение на подзадачи, нисходящее проектирование, стандартные структуры управления. Достоинства и недостатки. Виды стандартных управляющих структур. Базовые управляющие структуры: следование, развилка, цикл с предусловием. Дополнительные управляющие структуры: обход, выбор варианта, цикл с постусловием, цикл с параметром. Реализация стандартных управляющих структур на современных языках программирования. Примеры использования управляющих структур. Правила проектирования и оформления структурных программ.

Концепции процедурного программирования. Функции. Основные понятия. Принципы использования функций в программах. Список параметров функций. Вызов функций на исполнение. Формальные и фактические параметры. Механизм передачи параметров. Процедурные типы. Параметры процедурного типа. Примеры использования. Области действия объявлений и описаний функций. Локальность и глобальность. Организация интерфейса диалоговых программ.

Понятие рекурсии. Рекурсивные определения и алгоритмы. Программирование рекурсивных алгоритмов: рекурсивные функции. Механизм рекурсивных вызовов. Бинарное дерево как рекурсивная структура данных. Рекурсивные процедуры обхода дерева: инфиксная форма, префиксная форма, постфиксная форма. Особенности использования рекурсии при построении дерева.

Концепции модульного программирования. Модули: назначение, структура, трансляция, тестирование. Особенности использования модулей. Модульные программы. Стандартные модули в системах программирования: назначение и правила использования. Организация взаимодействия программных модулей. Построение многомодульных программ средствами языка программирования высокого уровня. Запуск внешних программ. Командная строка. Многопрограммные комплексы.

Тема 6. Инструментальные средства разработки программ.

Современные интегрированные среды проектирования программ. Состав и назначение элементов интегрированной среды программирования: текстовый редактор, транслятор, редактор связей, компоновщик, загрузчик, отладчик, инструктор, библиотекарь, профайлер. Схема обработки программы на языке программирования. Трансляция, виды трансляторов. Основные этапы трансляции. Набор, редактирование, отладка и выполнение программ в интегрированной среде программирования. Интерфейс пользователя среды.

Распределение времени по разделам программы и видам занятий