Графические возможности программирования в курсе информатики

1

Содержание

Введение

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ И ИХ ГРАФИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

1.1 Системы программирования

1.2 Графические возможности языка программирования Pascal

1.2 Графические возможности языка Basic

ГЛАВА 2. ГРАФИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ В КУРСЕ ИНФОРМАТИКИБАЗОВОЙ ШКОЛЫ (НА ПРИМЕРЕ BASIC И PASCAL)

2.1 Разработка мультимедиа курса «Графические возможности языков программирования (на примере Basic и Pascal)»

2.2 Экспериментальное внедрение мультимедиа курса «Графические возможности языков программирования (на примере Basic и Pascal)» в учебный процесс

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современных условиях, когда компьютер стал непременным атрибутом многих профессий, обучение информатике приобретает очень большое значение. Выпускники школ должны обладать достаточными знаниями и навыками для использования современных информационных технологий в своей дальнейшей деятельности.

Программирование - это наиболее важный раздел курса «Информатики и ИКТ» в школе, изучение которого позволяет решать целый ряд дидактических и педагогических задач. Во-первых, одним из фундаментальных принципов информатики является принцип программного управления работой компьютера. Понять его не возможно, не зная, что такое программа для ЭВМ. Таким образом, знакомство с программированием является элементом общеобразовательного содержания информатики. Во-вторых, любой школьный предмет должен выполнять профориентационную функцию наряду с образовательной, развивающей и воспитательной функциями. Таким образом, программирование является профессиональной областью деятельности, весьма важной, современной, престижной.

Существуют различные парадигмы программирования, и преподавание каждой из них имеет свои особенности. К основным парадигмам программирования относятся:

- процедурное программирование (Pascal, Basic, Fortran, С);

- логическое программирование (Prolog);

- функциональное программирование (Lisp);

- объектно-ориентированное программирование (С++ , Delphi).

Классической, универсальной и наиболее распространенной является процедурная парадигма. Наибольшее количество существующих языков программирования относятся к этой линии. Поэтому чаще всего в учебных заведениях изучается процедурное программирование. А наиболее часто изучаемыми в школе языками программирования являются Pascal и Basic. Basic занимает особое место среди всех языков высокого уровня. С самого начала он задумывался как универсальный язык для начинающих, имеющий такие достоинства как, простота синтаксиса, простота организации данных и управляющих структур.

Язык Pascal относительно прост в изучении, довольно ясен и логичен и, будучи первым изучаемым языком программирования, приучает к хорошему стилю, воспитывает дисциплину структурного программирования.

Все современные языки программирования включают в себя поддержку графики. Поэтому необходимо при изучении темы программирования включать в тему раздел «Графические возможности языка программирования», данный раздел позволяет сделать изучение программирования эмоционально привлекательным, расширить спектр решаемых задач.

Изучение программирования в рамках школьного курса информатики, особенно на начальных этапах, как правило, сопряжено с трудностью восприятия материала учащимися. Понимание сути процесса программирования приходит не сразу, что, в свою очередь, вызывает сложности в приобретении учащимися умения осознанного использования изучаемых операторов и конструкций при выполнении практических заданий по написанию программ.

Задачей любого учителя является выработка таких методик и способов организации учебного процесса, которые будут улучшать восприятие составной части курса. То есть при преподавании программирования учитель особенно остро сталкивается с необходимостью поиска, разработки и использования соответствующих методических приемов.

В современной школе значительно расширился арсенал средств обучения, повседневно применяемый учителем в учебно-воспитательной работе. Педагогический принцип наглядности обучения требует постоянного совершенствования средств обучения, использования в школе наглядных пособий, соответствующих уровню развития науки и техники.

Необходимо использовать различные средства наглядного обучения, чтобы выразительнее, доходчивее донести до учащихся учебный материал. Однако применительно к предмету информатики наблюдается практически полное отсутствие фабрично изготовленного наглядного учебного оборудования. Поэтому учителям приходится самостоятельно изготавливать наглядный материал.

Степень разработанности темы

Целью дипломной работы является разработка мультимедиа курса «Графические возможности языка программирования (на примере Basic и Pascal)» в курсе информатики базовой школы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить научную и справочную литературу по данной теме;

- изучить программные средства для создания мультимедиа курса;

- разработать мультимедиа курс, способствующему эффективному усвоению учащимися базовой школы темы «Графические возможности языка программирования (на примере Basic и Pascal)»;

- проанализировать результат применения мультимедиа курса «Графические возможности языка программирования (на примере Basic и Pascal)» в учебном процессе.

Объектом работы является процесс обучения информатике.

Предмет работы графические возможности языков программирования Basic и Pascal.

Эмпирические источники. Результаты собственного исследования, проведенные на 6 курсе в период педагогической практики в средней образовательной школе № 26 г. Нижнекамска.

Апробация результатов работы. Результаты исследования были представлены на заседаниях методического объединения по информатике средней образовательной школе № 26 г. Нижнекамска.

Научная и практическая ценность работы. Научная ценность работы состоит в следующем: разработан мультимедиа курс, способствующий повышению эффективности обучения при изучении темы «Графические возможности языка программирования (на примере Basic и Pascal)».

Наряду с этим исследование обладает практической ценностью, которая выражается в том, что:

- предложенная программа по созданию мультимедиа курса позволяет вовлечь

в творческую работу по созданию наглядного материала к уроку ведущих учителей предметников, специалистов в области школьного образования;

- разработанный и апробированный в ходе работы мультимедиа курс «Графические возможности языка программирования (на примере Basic и Pascal)» применяемый на уроках информатики в 8 и 10 классах, в целях совершенствования изложения нового материала, может быть использованы учителями в школьном курсе, а также во внеклассной работе.

Положения, выносимые на защиту.

1. При разработке мультимедиа курса в современных общеобразовательных школах требуется обеспечить решение триединой задачи:

- разработка концепции специализированного (ориентированного на конкретную предметную область с учетом классно-урочной школьной системы) мультимедиа курса;

- программная реализация данной концепции;

- комплексное внедрение готового продукта в образовательный процесс.

2. Успех и эффективность внедрения мультимедиа курса в образовательный процесс средней школы обеспечивается выполнением комплексной задачи, предусматривающей:

- первоначальное профессиональное ознакомление преподавателей с мультимедиа курсом, демонстрацию наиболее эффективных методов его использования на уроках;

- комплексную поддержку предлагаемого мультимедиа курса;

- обеспечение технической поддержки проведения уроков с использованием мультимедиа курса.

Структура дипломной работы. Дипломная работа в соответствии с целью и задачами исследования состоит из оглавления, введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения.

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ И ИХ ГРАФИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

1.1 Системы программирования

Первые попытки внедрить компьютер в обучение были сделаны еще в 50-х годах ХХ века, когда в качестве устройства ввода вывода использовался телеграфный аппарат. В течение последующих 40-лет ведутся непрерывные интенсивные исследования в этой области. За это время компьютерная техника изменилась, стала более совершенной, появились персональные компьютеры, микрокомпьютеры. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее довольно широкое использовать технические возможности компьютера. Снижение стоимости компьютерной техники позволило внедрить ее в образовательных учреждениях. Теперь компьютеры пошли в школы, институты и в количественном выражении. Компьютеризация образования идет высокими темпами. И в нашей стране школьники старших классов уже изучают такой предмет как информатика, знакомятся с компьютерами и основами работы на них.

Возможности применения компьютера в учебном процессе, весьма многообразны. Он может служить для моделирования изучаемых явлений или систем, для реализации учебных игр, применяться для выполнения вычислений, для редактирования текстов, в качестве различного рода тренажеров, как инструмент автоматизации проектирования, программируемого управления экспериментами, как информационно-поисковая или экспертная система и наконец, как средство практического обучения самой компьютерной технике и программированию.

Программирование - это наиболее важный раздел курса «Информатика и ИКТ», изучение которого позволяет решать целый ряд дидактических и педагогических задач.

С помощью языков программирования можно создавать свои программы, решать нестандартные задачи, решить которые в стандартных пользовательских программах невозможно. Программирование вырабатывает у учащихся следующие развивающие функции: четкое логическое мышление, аккуратность и внимательность, и при этом развивает находчивость, изобретательность, фантазию и творческие способности. Недаром программирование, называют не только наукой, но и искусством.

Рассмотрим понятие и структуру системы программирования в целом, и языки в частности.

Системы программирования - это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для работы с программами на одном из языков программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ.

В настоящее время разработка любого системного и прикладного программного обеспечения осуществляется с помощью систем программирования, в состав которых входят [10, c. 12]:

- трансляторы с языков высокого уровня;

- средства редактирования, компоновки и загрузки программ;

- макроассемблеры (машинно-ориентированные языки);

- отладчики машинных программ.

Системы программирования, как правило, включают в себя:

- текстовый редактор (Edit), осуществляющий функции записи и редактирования исходного текста программы;

- загрузчик программ (Load), позволяющий выбрать из директория нужный текстовый файл программы;

- запускатель программ (Run), осуществляющий процесс выполнения программы;

- компилятор (Compile), предназначенный для компиляции или интерпретации исходного текста программы в машинный код с диагностикой синтаксических и семантических (логических) ошибок;

- отладчик (Debug), выполняющий сервисные функции по отладке и тестированию программы;

- диспетчер файлов (File), предоставляющий возможность выполнять операции с файлами: сохранение, поиск, уничтожение.

Ядро системы программирования составляет язык. Существующие языки программирования можно разделить на две группы: процедурные и непроцедурные (рисунок 1).

Процедурные (или алгоритмические) программы представляют собой систему предписаний для решения конкретной задачи. Роль компьютера сводится к механическому выполнению этих предписаний.

Процедурные языки разделяют на языки низкого и высокого уровня [10, c. 154].

Языки низкого уровня (машинно-ориентированные) позволяют создавать программы из машинных кодов, обычно в шестнадцатеричной форме. С ними трудно работать, но созданные с их помощью высококвалифицированным программистом программы занимают меньше места в памяти и работают быстрее. С помощью этих языков удобнее разрабатывать системные программы, драйверы (программы для управления устройствами компьютера), некоторые другие виды программ.

Рис. 1. Общая классификация языков программирования.

Программы на языках высокого уровня близки к естественному (английскому) языку и представляют набор заданных команд. Перечислим наиболее известные системы программирования.

Фортран (FORmula TRANslating system - система трансляции формул); старейший и по сей день широко распространенный язык, особенно среди пользователей, которые занимаются численным моделированием. Это объясняется несколькими причинами [51, c. 125]:

- существованием огромных фондов прикладных программ на Фортране, накопленных за эти годы, а также наличием огромного количества программистов, эффективно использующих этот язык;

- наличием эффективных трансляторов Фортрана на всех типах ЭВМ, причем версии для различных машин достаточно стандартизированы и перенос программ с машины на машину, обычно не составляет больших трудностей;

- изначальной направленностью Фортрана на физико-математические и технические приложения; в частности, это проявилось в том, что в течение долгого времени он оставался единственным языком со встроенным комплексным типом переменных и большим набором встроенных функций для работы с такими переменными.

За прошедший период сформировалась новая методология и философия программирования. С начала 70-х годов Фортран подвергался заслуженной критике. Выпущенный в 1990 году транслятор MS-Fortran 5.0 практически полностью соответствует стандарту Fortran-90.

Большинство крупных научно-технических прикладных программ написано на Фортране потому, что он обладает переносимостью и устойчивостью, а также благодаря наличию встроенных математических и тригонометрических функций.

Бейсик (Basic - Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code - «универсальный символический код инструкций для начинающих»). Прямой потомок Фортрана и до сих пор самый популярный язык программирования для персональных компьютеров. Появился Бейсик в 1963 году (назвать автора было бы трудно, но основная заслуга в его появлении, несомненно, принадлежит американцам Джону Кемени и Томасу Курцу). Как и любые преимущества, простота Бейсика оборачивалась, особенно в ранних версиях трудностями структурирования; кроме того, Бейсик не допускал рекурсию - интересный прием, позволяющий составлять эффективные и в то же время короткие программы.

Разработаны мощные компиляторы Бейсика, которые обеспечивают не только богатую лексику и высокое быстродействие, но и возможность структурного программирования. По мнению некоторых программистов, наиболее интересными версиями являются GWBASIC, Turbo-Basic и Quick Basic.

В свое время появление Quick Basic ознаменовало рождение второго поколения систем программирования на языке Бейсик. Он предоставлял возможность модульного и процедурного программирования, создания библиотек, компиляции готовых программ и прочее, что вывело его на уровень таких классических языков программирования, как Си, Паскаль, Фортран и др. Более того, в связи с отсутствием официального стандарта языка Бейсик, его реализация в виде Quick Basic стала фактическим стандартом. Безусловными лидерами среди различных версий Бейсика были Quick Basic 4.5 и PDS 7.1 фирмы Microsoft, появившиеся в конце 80-х годов [13, c. 6].

В 1960 году командой во главе с Петером Науром (Peter Naur) был создан язык программирования Algol. Этот язык дал начало целому семейству Алгол-подобных языков (важнейший представитель - Pascal). Алгол (ALGOrithmic Language - алгоритмический язык); сыграл большую роль в теории, но для практического программирования сейчас почти не используется.

ПЛ/1 (PL/I Programming Language - язык программирования первый) разработан в 1964-1965 годах фирмой IBM. ПЛ/1 относится к числу универсальных языков, т. е. позволяет решать задачи из разных областей: численные расчеты, текстовая обработка, экономические задачи и т. д. По своим возможностям он перекрывает такие языки, как Фортран, Алгол-60 (созданный для численных расчетов), Кобол (для экономических задач), хотя в силу ряда причин вытеснить эти языки ПЛ/1 не смог.

ПЛ/1 содержит все основные конструкции, характерные для так называемых языков высокого уровня, а также ряд специфичных средств, удобных для практического программирования. Язык напоминает конструктор с большим числом деталей - пользователю достаточно освоить только те части языка, которые ему практически необходимы.

Вместе с тем, ПЛ/1 имеет и ряд недостатков, затрудняющих изучение и использование языка. Основные из них таковы, во-первых, имеется много дублирующих друг друга средств их сложно запомнить, не ясно, что когда применять, кроме того, это снижает как скорость трансляции, так и скорость выполнения программ. Во-вторых, программы получаются не совсем машинно-независимыми [23, с. 168].

В 1972 году во время совместной работы с Кеном Томпсоном Сотрудник фирмы Bell Labs Денис Ритчи создал язык Си (С - «си»), как инструментальное средство для реализации операционной системы Unix, однако популярность этого языка быстро переросла рамки конкретной операционной системы и конкретных задач системного программирования.

В настоящее время любая инструментальная и операционная система не может считаться полной, если в ее состав не входит компилятор языка Си.

Ритчи не выдумывал Си просто из головы - прообразом служил язык Би разработанный Томпсоном. Язык программирования Си был разработан как инструмент для программистов-практиков. В соответствии с этим главной целью его автора было создание удобного и полезного во всех отношениях языка.

Си является орудием системного программиста и позволяет глубоко влезать в самые тонкие механизмы обработки информации на ЭВМ. Хотя язык требует от программиста высокой дисциплины, он не строг в формальных претензиях и допускает краткие формулировки.

Си - современный язык. Он включает в себя те управляющие конструкции, которые рекомендованы теорией и практикой программирования. Его структура побуждает программиста использовать в своей работе нисходящее проектирование, структурное программирование и пошаговую разработку модулей. В некотором смысле язык Си - самый универсальный, т.к. кроме набора средств, присущих современным языкам программирования высокого уровня (структурность, модульность, определенные типы данных). Большой набор операторов и средств требуют от программиста осторожности, аккуратности и хорошего знания языка со всеми иго преимуществами и недостатками [32, с. 140].

Язык C++ появился в начале 80-х годов, созданный Бьерном Страуструпом с первоначальной целью избавить себя и своих друзей от программирования на Си или различных других языках высокого уровня.

Очевидно, что больше всего C++ позаимствовал из языка Си, а также из непосредственного его предшественника языка BCPL. Эти заимствования обеспечили C++ мощными средствами низкого уровня, позволяющие решать сложные задачи системного программирования. Но что в первую очередь отличает C++ от Си - это разная степень внимания к типам и структурам данных. Это связанно с появлением понятий класса, производного класса и виртуальной функции, перенятых в свою очередь из языка Симула 67. Это дает в C++ более эффективные возможности для контроля типов и обеспечивает модульность программы.

По мнению автора языка, различие между идеологией Си и C++ заключается примерно в следующем: программа на Си отражает «способ мышления» процессора, а C++ - способ мышления программиста.

Главной целью создателя языка доктора Бьерна Страустрапа было оснащение языка С++ конструкциями, позволяющими увеличить производительность труда программистов и облегчить процесс овладения большими программными продуктами.

Абстракция, реализация, наследование и полиморфизм являются необходимыми свойствами которыми обладает язык С++, благодаря чему он не только универсален, как и язык Си, но и является объектным языком.

Язык программирования Паскаль был разработан профессором кафедры вычислительной техники Швейцарского Федерального института технологии Николасом Виртом в 1968 году как альтернатива существующим и все усложняющимся языкам программирования, таким, как PL/1, Algol, Fortran. Интенсивное развитие Паскаля привело к появлению уже в 1973 году его стандарта в виде пересмотренного сообщения, а число трансляторов с этого языка в 1979 году перевалило за 80 [51, c. 212].

В начале 80-х годов Паскаль еще более упрочил свои позиции с появлением трансляторов MS-Pascal и Turbo Pascal для ПЭВМ. С этого времени Паскаль становится одним из наиболее важных и широко используемых языков программирования. Существенно то, что язык давно вышел за рамки академического и узкопрофессионального интереса и используется в большинстве университетов высокоразвитых стран не только как рабочий инструмент пользователя. Важнейшей особенностью Паскаля является воплощенная идея структурного программирования. Другой существенной особенностью является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий.

Основные причины популярности Паскаля заключаются в следующем:

- простота языка позволяет быстро его освоить и создавать алгоритмически сложные программы;

- развитые средства представления структур данных обеспечивают удобство работы, как с числовой, так и с символьной и битовой информацией;

- наличие специальных методик создания трансляторов с Паскаля упростило их разработку и способствовало широкому распространению языка;

- оптимизирующие свойства трансляторов с Паскаля позволяют создавать эффективные программы. Это послужило одной из причин использования Паскаля в качестве языка системного программирования;

- в языке Паскаль реализуются идеи структурного программирования, что делает программу наглядной и дает хорошие возможности для разработки и отладки [32, с. 178].

Преимущества этого языка особенно ощутимы при написании достаточно сложных и мобильных программ.

Кобол (COmmon Business Oriented Language - язык, ориентированный на общий бизнес) - это сравнительно старый язык, разработанный, прежде всего для исследований в экономической сфере. Язык позволяет эффективно работать с большим количеством данных, он насыщен разнообразными возможностями поиска, сортировки и распределения. О программах на Коболе, основанных на широком использовании английского языка, говорят, что они понятны даже тем, кто не владеет Коболом, поскольку тексты на этом языке программирования не нуждаются в каких-либо специальных комментариях. Подобные программы принято называть самодокументирующимися.

К числу других плюсов Кобола обычно относят его структурированность. Довольно мощные компиляторы с этого языка разработаны для персональных компьютеров. Некоторые из них столь эффективны, что программу, отлаженную на персональном компьютере, нетрудно перенести на большие ЭВМ.

Перечисляя минусы нельзя не вспомнить о том, что на Коболе можно запрограммировать лишь простейшие алгебраические вычисления. Для инженерных расчетов этот язык не годится [36, с. 48].

Дельфи (Delphi) - язык объектно-ориентированного «визуального» программирования; в данный момент чрезвычайно популярен. История Delphi начинается с 60-х годов.

Когда появилась первая версия Windows - Windows 3.10, программисты Borland создали Delphi 1. Это уже была объектно-ориентированная среда для визуальной разработки программ, основанная на языке Object Pascal.

С появлением Windows 95 появилась Delphi 2, затем Delphi 3, 4, 5. Язык программирования Object Pascal, который являлся стержнем Delphi, претерпел такие существенные изменения, что с появлением Delphi 6 компания Borland, которая уже превратилась в корпорацию, официально объявила о переименовании Object Pascal в Delphi. Поэтому правы те, кто говорит, что Delphi - это визуальная среда разработки программ. Но также правы и те, кто утверждает, что Delphi - это один из лучших языков программирования.

Delphi 7 наиболее стабильная версия языка программирования для Win32 то есть 32-разрядных версий Windows. Появились и новые версии Delphi, но они ориентированны на технологию .NET, за которую начинающим программистам браться рановато. Основу Delphi составляет не только сам язык, но и RAD (Rapid Application Development) - среда быстрой разработки программ. Благодаря визуальному программированию, а также достаточно большой библиотеке визуальных компонентов, Delphi позволяет создавать программы наиболее быстро и эффективно, принимая на себя основную работу, и оставляя программисту творческий процесс [29, c. 269].

Язык Джава (Java) зародился как часть проекта создания передового программного обеспечения (ПО) для различных бытовых приборов. Реализация проекта была начата на языке С++, но вскоре возник ряд проблем, наилучшим средством борьбы с которыми было изменение самого инструмента - языка программирования.

Язык Java потребовался для создания интерактивных продуктов для сети Internet. Фактически, большинство архитектурных решений, принятых при создании Java, было продиктовано желанием предоставить синтаксис, сходный с Си и Cи++. В Java используются практически идентичные соглашения для объявления переменных, передачи параметров, операторов и для управления потоком выполнением кода. В Java добавлены все хорошие черты C++.

Среди непроцедурных языков наиболее известны: язык Лисп, Пролог, Оккам. Язык Лисп (Lisp) был предложен Дж. Маккарти в работе в 1960 году и ориентирован на разработку программ для решения задач не численного характера. Английское название этого языка - LISP является аббревиатурой выражения LISt Processing (обработка списков) и хорошо подчеркивает основную область его применения. Понятие «список» оказалось очень емким. В виде списков удобно представлять алгебраические выражения, графы, элементы конечных групп, множества, правила вывода и многие другие сложные объекты. Списки являются наиболее гибкой формой представления информации в памяти компьютеров. Неудивительно поэтому, что удобный язык, специально предназначенный для обработки списков, быстро завоевал популярность.

После появления Лиспа различными авторами был предложен целый ряд других алгоритмических языков ориентированных на решение задач в области искусственного интеллекта, среди которых можно отметить Плэнер, Снобол, Рефал, Пролог. Однако это не помешало Лиспу остаться наиболее популярным языком для решения таких задач. На протяжении почти сорокалетней истории его существования появился ряд диалектов этого языка: Common LISP, Mac LISP, Inter LISP, Standard LISP [51, с. 139].

Большим достоинством Лиспа является его функциональная направленность, т. е. программирование ведется с помощью функций. Причем функция понимается, как правило, сопоставляющее элементам некоторого класса соответствующие элементы другого класса. Сам процесс сопоставления не оказывает никакого влияния на работу программы, важен только его результат - значение функции. Это позволяет относительно легко писать и отлаживать большие программные комплексы.

Язык программирования Лисп предназначен в первую очередь для обработки символьной информации. Поэтому естественно, что в мире Лиспа числа играют далеко не главную роль.

Пролог (PROgramming in LOGic) - язык логического программирования предназначен для представления и использования знаний о некоторой предметной области. Программы на этом языке состоят из некоторого множества отношений, а ее выполнение сводится к выводу нового отношения на основе заданных. В Прологе реализован декларативный подход, при котором достаточно описать задачу с помощью правил и утверждений относительно заданных объектов. Если это описание является достаточно точным, то ЭВМ может самостоятельно найти требуемое решение.

Оккам (назван в честь философа У. Оккама) - язык был создан в 1982 году и предназначен для программирования транспьютеров - многопроцессорных систем распределенной обработки данных. Он описывает взаимодействие параллельных процессов в виде каналов - способов передачи информации от одного процесса к другому [51, с. 150]. Отметим особенность синтаксиса языка Оccam - в нем последовательный и параллельный порядки выполнение операторов равноправны, и их необходимо явно указывать ключевыми словами PAR и SEQ.

Таким образом, настоящее время существует несколько сотен используемых языков программирования. Для каждого есть своя область применения.

1.2 Графические возможности языка программирования Pascal

Язык программирования Pascal (назван в честь выдающегося французского математика и философа Блеза Паскаля (1623 - 1662)), разработан в 1968 - 1971 гг. Николаусом Виртом, профессором, директором Института информатики Швейцарской высшей политехнической школы [36, с. 122].

Язык Pascal, созданный первоначально для обучения программированию как систематической дисциплине, скоро стал широко использоваться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

Широкой популярности Pascal среди программистов способствовали следующие причины:

- благодаря своей компактности, удачному первоначальному описанию Pascal оказался достаточно легким для обучения;

- язык программирования Pascal отражает фундаментальные и наиболее важные концепции (идеи) алгоритмов в очевидной и легко воспринимаемой форме, что предоставляет программисту средства, помогающие проектировать программы;

- язык Pascal позволяет четко реализовывать идеи структурного проектирования и структурной организации данных;

- язык Pascal сыграл большую роль в развитии методов аналитического доказательства правильности программ и позволил реально перейти от методов отладки программ к системам автоматической проверки правильности программ;

- применение языка Pascal значительно подняло «планку» надежности разрабатываемых программ за счет требований Pascal к описанию используемых в программе переменных, проверки согласованности программы при компиляции без ее выполнения;

- использование в Pascal простых и гибких структур управления: ветвлений циклов.

Система программирования Turbo Pascal была разработана в середине 80-х годов фирмой Borland International, Inc. (США). Слово Turbo в названии системы программирования - это отражение торговой марка фирмы-разработчика.

Turbo Pascal включает в себя как язык программирования - одно из расширений языка Pascal для ЭВМ типа IBM, так и среду, предназначенную для написания, отладки и запуска программ.

Система имеет два основных достоинства: простота и естественность языка программирования Pascal. Язык характеризуется расширенными возможностями: хорошо развитой библиотекой стандартных модулей, позволяющих использовать возможности операционной системы, создавать оверлейные структуры, организовывать ввод - вывод, формировать графические изображения.

Первая версия Turbo Pascal появилась в 1983 году и использовалась недолго. Через год вышла в свет вторая версия, удобная в эксплуатации и более быстродействующая. В четвертой версии появился встроенный компилятор, а в пятой встроенный отладчик. Разработанная в 1989 версия 5.5., позволила перейти к поддержке объектно-ориентированной технологии программирования. Turbo Pascal 6.0 был расширен поддержкой многодокументного интерфейса, обладала встроенным ассемблером, что позволило эффективно выполнять процедуры работы с устройствами компьютера на низком уровне. В 1992 году фирма Borland выпускает пакет Borland Pascal 7.0 и Turbo Pascal 7.0. Эти пакеты позволяют не только использовать в разработке программ объектно-ориентированную методологию, но и разрабатывать приложения с поддержкой защищённого режима работы микропроцессора, а также создавать приложения

для работы под популярную операционную среду Windows.

С помощью Turbo Pascal 7.0 можно создавать любые программы - от программ, предназначенных для решения простейших вычислительных задач до сложных современных систем управления базами данных [10, c. 44].

Систему программирования Turbo Pascal 7.0 называют интегрированной (integration - объединение отдельных элементов в единое целое) средой программирования, так как она объединяет в себе возможности ранее разрозненных средств, используемых при разработке программ: редактора текстов, компилятора, комповщика, отладчика, и при этом обеспечивает программисту великолепные сервисные возможности. Часто ее кратко называют IDE (Integrated Development Envirinment - интегрированная среда разработки).

Интегрированная инструментальная оболочка языка программирования Turbo Pascal 7.0 (рисунок 2) содержит «Меню» возможных режимов - верхняя строка, нижняя - краткую справку о назначении основных функциональных клавиш. Вся остальная часть экрана принадлежит окну редактора, очерченному двойной рамкой и предназначенному для ввода и коррекции текстов программ. В его верхней строке приводятся имя дискового файла, откуда был прочитан текст программы (новому файлу присваивается имя NONAME00.PAS), два специальных поля, используемых при работе с устройством ввода «мыши» (эти поля выделены квадратными скобками), и цифра 1 - номер окна. Среда Turbo Pascal 7.0 позволяет использовать до 9-ти окон редактора одновременно [23, c. 166].

Рис. 2. Интегрированная инструментальная оболочка языка программирования Turbo Pascal 7.0.

Язык Turbo Pascal 7.0 состоит приблизительно из 80 зарезервированных слов и специальных символов. Алфавит языка составляют буквы латинского алфавита, арабские цифры от 0 до 9, а также специальные символы, такие, например, как +, -, _.

Существуют зарезервированные слова, имеющие вполне определенный смысл и определенное назначение. Их нельзя изменять: любая неточность таких слов является серьезной ошибкой. В отличие от естественных языков человеческого общения, в языках программирования можно вводить свои собственные слова и придавать этим словам свой собственный смысл.

Программа представляет собой последовательность операторов и других элементов языка, построенную в соответствии с определенными правилами и предназначенную для решения определенной задачи. Первым в программе идет зарезервированное слово Program. За ним, после одного или нескольких пробелов, следует идентификатор - имя программы.

Идентификаторы могут содержать любое количество символы, но Turbo Pascal 7.0 распознает только первые 63 из них. Взятая в целом, фраза Program s_kate; явяляется заголовком программы с именем s_kate. Описание должно завершаться точкой с запятой [48, с. 206].

Таким образом, первая строка любой программы имеет вид: Program name;. После заголовка программ обычно идут описания переменных, констант, меток, подпрограмм и других объктов, используемых в программе. Эта часть программ называется разделом описаний.

Программа обязательно должна иметь часть, которая выполняет какие-либо действия и называется разделом оепреторов (иногда - телом программы). Минимально допустимой выполняемой частью программы является составной оператор:

Begin

S1: S2; … ; Sn;

End.

где S1, …, Sn - операторы, а Begin и End зарезервированные слова. Зарезервированные слова играют роль скобок, но только для операторов, а не дляматематических выражений. Они также называются операторными скобками.

Ниже приведена схема программы со всеми возможными разделами. Если нет необходимости использовать какие-либо разделы описаний, то они опускаются, последовательность записи разделов описаний не обязательная, причём некоторые разделы могут повторяться:

Program Name; {Заголовок программы}

Uses {Описание используемых модулей}

Label {Описание меток}

Const {Описание констант} Раздел описаний

Type {Описание типов}

Var {Описание переменных}

Procedure {Описание процедур}

Function {Описание функций}

Begin

Оператор 1;

Оператор 2; {Раздел операторов ... (тело программы)}

Оператор n

End.

Важной частью исходного текста программы являются комментарии. Комментарии представляют собой текст, который находится между фигурными скобками. Текст комментария не обрабатывается компилятором и не включается в исполняемый файл. Комментарии позволяют включать подробное описание программы и пояснения к ней прямо в исходный текст.

В Turbo Pascal 7.0 имеется восемь стандартных модулей, в которых содержится большое число разнообразных типов, констант, процедур и функций. Этими модулями являются System, Dos, Crt, Printer, Graph, Overlay, Turbos и Graph3. Модули Graph, Turbos и Graph3 выделены в отдельные TPU-файлы, а остальные входят в состав библиотечного файла Turbo.tbl. Лишь один модуль System подключается к любой программе автоматически, все остальные становятся доступны только после указания их имен в списке, следующем за словом

Uses.

Начиная с версии 4.0, в состав Turbo Pascal включена мощная библиотека графических программ Graph, остающаяся практически неизменной во всех последующих версиях.

Модуль Graph cодержит обширный набор типов, констант, процедур и функций для управления графическим режимом работы экрана. С помощью подпрограмм, входящих в модуль Graph, можно создавать разнообразные графические изображения и выводить на экран текстовые надписи стандартными или разработанными программистом шрифтами. Подпрограммы модуля Graph после соответствующей настройки могут поддерживать различные типы аппаратных графических средств. Настройка на имеющиеся в распоряжении программиста технические средства графики осуществляется специальными программами - драйверами. Драйвер хранится в отдельном файле на диске и содержит как исполняемый код, так и необходимые ему для работы данные. Признак файла с драйвером - расширение .big имени файла [36, c. 144].

Для работы графики её надо инициализировать, а для этого необходимо определить возможный графический режим. Для включения графического режима используется процедура: InitGraph (var driver, Mode : Integer; Path : String);.

Простейшая программа может иметь вид:

Program Primer_1;

Uses Graph;

Var Gd,Gm: Integer;

Begin

Gd:=VGA; {Графический адаптер - VGA}

Gm:=VGAHi; {Графический режим VGAHi (640x480)}

InitGraph (Gd,Gm,'..\bgi'); {Включить графический режим}

If GraphResult=grOk then {Если режим включился успешно}

Begin

{теперь можно вызывать графические процедуры }

…

…

CloseGraph; {Выключение графического режима}

End;

End.

У процедуры InitGraph три параметра. Первый параметр в этой процедуре задает тип видеоадаптера, второй определяет режим, а третий представляет собой строку с указанием расположения драйвера на диске.

Для завершения работы в графическом режиме необходимо всегда производить вызов процедуры CloseGraph. Очищает экран, переводит адаптер в текстовый режим.

Любое изображение на экране монитора формируется из отдельных элементов - пикселов (от английского pixel, возникшего в результате объединения слов «рисунок» (picture) и «элемент» (element)) которые можно закрасить в тот или иной цвет. Экран монитора можно рассматривать как матрицу пикселов. Для получения того или иного изображения на экране монитора как в графическом, так и в текстовом режимах необходимо заставить светиться строго определенную группу пикселов. В текстовом режиме на экран могут выводиться только определенные символы, образы которых хранятся в постоянной или оперативной памяти компьютера, а управление отдельными пикселями невозможно. В графическом режиме появляется возможность управления отдельными пикселями, что позволяет формировать любые изображения [34, с. 112].

Каждый пиксель имеет две координаты: x и y. Количество пикселей зависит от типа адаптера и режима его работы (рисунок 3). Значения xmax и ymax зависят от текущего графического видеорежима. В случае адаптера VGA и режима VGAHi xmax = 639, а ymax = 479.

В модуле Graph определены две функции GetMaxx и GetMaxy, возвращающие текущие значения параметров xmax и ymax, соответственно.



Рис. 3. Система координат

«Текущий указатель» (CP - Current Pointer) или, как его еще называют, графический курсор выполняет те же функции, что и курсор в текстовом режиме, однако является при этом невидимым. Положение графического курсора указывает на начальные координаты изображения графического примитива, выводимого «от текущей позиции». Текущий указатель перемещается специальными процедурами. В частности, процедура MoveTo (x, y); перемещает его в точку экрана, с координатами (x, y). Другая процедура - MoveRel (dx, dy); перемещает текущий указатель на dx пикселов по горизонтали и на dy пикселов по вертикали относительно последнего положения текущего указателя.

Какие бы изображения не выводились на экран, все они построены из точек. Имея средство построения точки определенного цвета в нужном месте экрана теоретически можно создать изображение любой сложности.

Вывод точки осуществляется процедурой PutPixel (x, y, Color), где x и y- экранные координаты точки, а Color - ее цвет.

Пример:

x := GetMaxx div 2; {Вывод красной точки в центр экрана}

y := GetMaxy div 2;

PutPixel (x, y, Red );

При выводе на экран точки ее цвет указывается непосредственно в процедуре PutPixel. Во всех остальных случаях, при построении графических примитивов (линий, прямоугольников, окружностей и т.п.), а также при выводе текста, цвет их контуров (цвет пера) задается специальной процедурой: SetColor (Color), где Color - цвет.

Для установки цвета фона графического экрана имеется процедура: SetBkColor (Color). При выполнении процедуры SetBkColor экран сразу же окрашивается в заданный цвет.

Для построения отрезков прямых имеется специальная процедура Line (x1, y1, x2, y2), где x1, y1 - координаты начала, а x2, y2 - координаты конца отрезка.

Пример программы. Изобразить треугольник с разноцветными краями.

Program Primer_2;

Uses Graph;

Var Gd,Gm: Integer;

Begin

Gd:=VGA; Gm:=VGAHi; InitGraph (Gd,Gm,'..\bgi');

If GraphResult=grOk

Then begin

SetColor (LightMagenta); {Цвет - светло-сиреневый}

Line (120,210,520,210); {Горизонтальный отрезок}

SetColor (LightCyan); {Цвет - светло-циановый}

Line (120, 210, 320, 10); {Левый катет}

Set Color (Green); {Цвет - зеленый}

Line (320, 10,520,210); {Правый катет}

ReadLn;

CloseGraph;

End

End.

Процедура LineTo (x, y) строит отрезок прямой из точки текущего положения указателя в точку с координатами x, y.

Turbo Pascal 7.0 позволяет вычерчивать линии самого различного стиля:

тонкие, широкие, пунктирные.

Установка стиля производится процедурой SetLineStyle (Style, Pattern, Thickness), где Style - параметр, определяющий стиль линии. Возможные значения этого параметра приведены в «таблице 1» [23, с. 143].

Таблица 1.

Стили линии

Описание стиля	Константа
сплошная линия	SolidLn = 0
точечная линия	DottedLn = 1
штрих-пунктирная линия	CenterLn = 2
пунктирная линия	DashedLn = 3
стиль, определяемый пользователем	UserBitLn = 4

Pattern - образец; Thickness - толщина линии. Если применяется один из стандартных стилей, значение параметра Pattern должно быть равно 0.

Параметр Thickness может принимать всего два значения:

NormWidth = 1 - линия толщиной в один пиксел;

ThickWidth = 3 - линия толщиной в три пиксела.

Далее будут приведены процедуры, с помощью которых можно строить различные геометрические фигуры (окружности, прямоугольники, дуги). При этом стиль линии, которой вычерчивается контур той или иной фигуры также устанавливается процедурой SetLineStyle.

Для построения прямоугольных фигур имеется несколько процедур. Первая из них - процедура вычерчивания одномерного прямоугольника: Rectangle (x1, y1, x2, y2), где x1, y1 - координаты верхнего левого угла, x2, y2 - координаты правого нижнего угла прямоугольника.

Пример программы:

Program Primer_3;

Uses Graph;

Var grDriver: Integer;

grMode: Integer;

i,x,y: Integer;

Procedure Rect (x,y,x1,y1: Integer);

{Рисует прямоугольник, у которого левый нижний угол}

{имеет координаты (x,y), а правый верхний - (x1,y1)}

Begin

Line (x,y,x,y1); {Левая сторона}

Line (x1,y,x1,y1); {Правая сторона}

Line (x,y1,x1,y1); {Верхняя сторона}

Line (x,y,x1,y) {Нижняя сторона}

End;

Begin

GrDriver:=VGA; GrMode:=VGAHi;

InitGraph (grDriver,grMode,'..\bgi');

If GraphResult=grOk

Then begin

For i:=1 to 15 do

Begin

x:=i*30; y:=i*25; SetColor (i);

Rect (x,y,x+50,y+60)

End;

ReadLn;

CloseGraph;

End;

End.

Для построения закрашенных прямоугольников используется процедура: Bar (x1, y1, x2, y2), где параметры x1, y1, x2 и y2 имеют то же смысл, что и в процедуре Rectangle.

Цвет и стиль закраски устанавливается процедурой SetFillStyle (Pattern, Color), где параметр Pattern определяет стиль (шаблон) заливки, а параметр Color - ее цвет.

Для построения «объемных» закрашенных прямоугольников используется процедура: Bar3D ( x1, y1, x2, y2, Depth, Top ).

Тип и цвет заливки устанавливается процедурой SetFillStyle. Параметр Depth определяет глубину трехмерного контура. Чаще всего его значение равно четверти ширины прямоугольника: Depth := (x2-x1) div 4;

Параметр Top определяет, строить над прямоугольником вершину (True) или нет (False). Например:

SetFillStyle (XhatchFill, Red );

Bar3D (10, 10, 50, 100, 10, True);

Процедура вычерчивания окружностей текущим цветом имеет вид: Circle ( x, y, Radius ), где x, y - координаты центра окружности, а Radius - ее радиус. Например, следующий фрагмент выводит ярко-зеленую окружность c радиусом 50 пикселов и центром в точке 450, 100:

SetColor (LightGreen);

Circle (450, 100, 50);

Для вычерчивания дуг используется процедура Arc (x, y, StartAngle, EndAngle, Radius), где x, y - координаты центра дуги, StartAngle и EndAngle - начальный и конечный угол (в градусах), Radius - радиус. Очевидно, что если StartAngle = 0, а EndAngle = 359, то вычерчивается полная окружность.

Для заполнения внутренней или внешней области фигуры определенным образцом закраски используется процедура: FloodFill (X, Y, Border), где x, y - координаты точки внутри или вне фигуры, Border - цвет контура фигуры. Если точка (x, y) находится внутри замкнутой области, то заполняется внутренняя область. Если эта точка находится вне замкнутой области, то заполняется ее внешняя часть [23, с. 222].

Пример: красная окружность, заполненная зеленой штриховкой

SetColor (Red); Circle (450, 100, 50);

SetFillStyle (SlashFill, Green);

FloodFill (450, 100, Red);