Проректор по учебной работе

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»
________________ И.В. Семченко

(подпись)

____________________

(дата утверждения)

Регистрационный № УД-____________/р.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ
Учебная программа дисциплины обязательного компонента

для специальности

1–31 04 03 «Физическая электроника»

Факультет физический

Составила В.В.Свиридова, канд. физ.- мат. наук, доцент

Учебная программа составлена на основе типовой учебной «Программирование» для специальности 1–31 04 03 «Физическая электроника», утвержденной Министерством образования Республики Беларусь 3 апреля 2009 г.,

регистрационный № ТД-G.177/тип.

Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта на заседании кафедры общей физики

доцент ____________ Е.Б. Шершнев

Методическим советом физического факультета

Председатель

При разработке программ предполагается использовать язык программирования высокого уровня Туpбо-Паскаль, получивший широкое распространением для изучения основ программирования, и позволяющий использовать современные технологии разработки программ, в частности, структурное, модульное и объектно-ориентированное программирование.

Знания, умения и навыки программирования являются базовыми при изучении всех дисциплин специализации, при выполнении курсовых и дипломных работ. А также используются как инструментарий для компьютерного моделирования реальных процессов и решения прикладных задач, возникающих в различных областях науки и техники.

Целью дисциплины обязательного компонента «Программирования» является усвоение студентами основ современных технологий программирования и приемов разработки прикладных программ, необходимых для их успешной дальнейшей работы.

Задачами дисциплины являются:

• 
  овладение основными элементами системы среды и языка программирования Турбо-Паскаль;
  
• 
  выработка навыков разработки и отладки программ на языке Турбо-Паскаль;
  
• 
  овладение основами объектно-ориентированного программирования;
  
• 
  формирование навыков компьютерного моделирования и исследования физических задач с применением современных систем программирования.
  

Дисциплина «Физика» является основой для усвоения курсов «Численные методы» и «Методы математической физики».

Общее количество часов – 222; аудиторное количество часов – 158, из них: лекции –58, лабораторные занятия – 100. Форма отчетности – зачет и экзамен.
Содержание учебного материала
Раздел 1 Компьютеры и информация
Тема 1 Принципы работы компьютера

Аппаратные средства и программное обеспечение компьютеров. Архитектура Фон Неймана. Архитектура и принципы работы современного персонального компьютера. Основное и дополнительные устройства, входящие в состав персонального компьютера, их назначение и основные технические характеристики. Системное программное обеспечение. Операционная система MS-DOS. Операционная система MS Windows. Программы-оболочки, их назначение и возможности. Файловая система. Файлы и каталоги на дисках. Текстовые и двоичные файлы. Размещение файла на диске характеристики файла. Спецификация файла и каталога. Программа и предмет программирования. Понятие о программном обеспечении компьютера и жизненном цикле программного обеспечения. Основные этапы реализации программ: создание исходного кода, компиляция и интерпретация, редактирование связей, исполнение. Понятие о верификации, тестировании и отладке программ.

Информация и ее представление в ЭВМ. Системы счисления. Понятия информации, информационного сообщения, сигнала. Непрерывные и дискретные сообщения. Знаки и алфавит. Дискретизация, квантование и кодирование. Двоичный алфавит компьютера. Организация памяти компьютера: уровни памяти.

Представление в памяти компьютера целых чисел. Отличительные особенности представления целых чисел в ЭВМ: ограниченность диапазона представимых чисел и выполнение арифметических операций по модулю.

Представление в памяти компьютера вещественных чисел. Основные свойства представления чисел на ограниченной разрядной сетке: ограниченный диапазон представимых чисел, конечное число чисел на вещественной оси, обособленность 0, различная плотность множества представимых чисел на числовой оси. Ошибки выполнения арифметических операций над вещественными числами на ограниченной разрядной сетке. Ошибки представления по двоичному (шестнадцатеричному) основанию.

Представление в ЭВМ символьных и логических данных.

Простейшая программа и базовые элементы языка программирования Turbo Pascal. Комментарии и их использование. Алфавит языка, ключевые слова, идентификаторы, операторы, разделяющие знаки. Структура программы. Заголовок. Блок. Раздел описаний. Раздел операторов. Константы. Определение констант. Символьные и строковые константы. Переменные. Определение переменных. Области видимости переменных. Выражения, операции и операторы. Описательная часть программного блока. Описание констант. Описание типов. Описание переменных.

Понятие типа данных в Turbo Pascal. Встроенные и пользовательские типы данных. Простые и структурированные типы данных. Встроенные типы данных языка программирования: возможные значения и допустимые операции. Тип Integer: Определение. Диапазон изменения. Операции. Стандартные функции. Тип Real: Определение. Диапазон изменения. Операции. Стандартные функции. Тип Boolean и Char: Определение. Диапазон изменения. Операции. Стандартные функции. Операция присваивания. Преобразование типов при присваивании. Множественное присваивание. Арифметические операторы. Приоритеты арифметических операций. Операторы сравнения и логические операторы. Приоритеты операций сравнения и логических операций. Преобразования типов в выражениях. Организация ввода и вывода данных. Форматный вывод.

Понятие парадигмы программирования. Процедурное программирование. Цели и принципы структурного программирования. Требования структурного программирования. Базовые алгоритмические структуры: следование, ветвление, повторение. Понятие диаграмм деятельности и представление базовых алгоритмических структур на диаграммах деятельности. Конструирование структурных алгоритмов: последовательная детализация алгоритмов и вложение алгоритмических структур.

Циклические вычисления. Оператор цикла с предусловием (while). Оператор цикла с постусловием (repeat…until). Цикл со счетчиком (for). Варианты цикла со счетчиком. Бесконечные циклы. Инструкции "прервать" (break) и "продолжить" (continue), особенности их работы в различных конструкциях циклов.

Структуированные типы данных. Объявление переменных структурного типа и их инициализация. Размещение структур в памяти. Вложенные структуры. Массивы. Одномерные массивы. Размещение одномерных массивов в памяти. Объявление и инициализация массива. Доступ к элементам одномерных массивов. Примеры алгоритмов, использующих массивы.

Двумерные и многомерные массивы. Массивы структур. Объявление типов данных. Сортировка массивов. Базовые алгоритмы сортировки (вставкой, выбором, обменом) и сравнение их вычислительной сложности. Бинарный поиск в отсортированном массиве.

Стандартные функции обработки символьных величин. Правила описания и использования строковых переменных. Операции над строками. Встроенные функции и процедуры обработки строк. Стандартные алгоритмы обработки строк.

Структуированный тип данных: множества. Объявление множества Математические множества и множества Паскаля. Построение множества. Представление множества в памяти компьютера. Операции над множествами. Ввод и вывод множеств. Применение множеств.

Структуированный тип данных: файлы. Понятие файла. Типы файлов и правила их описания. Стандартные процедуры и функции обработки файлов. Типизированные файлы. Корректировка и обработка файлов последовательного доступа. Корректировка и обработка файлов прямого доступа. Текстовые файлы. Стандартные процедуры и функции обработки текстовых файлов. Корректировка и обработка текстовых файлов. Нетипизированные файлы. Ввод и вывод нетипизированных файлов.

Тема 10 Управление памятью

Статическое и динамическое распределение памяти. Указатели. Объявление указателя. Присваивание указателей. Нетипизированные указатели. Неявное и явное приведение типов указателей. Арифметика указателей. Сравнение указателей. Указатели на массивы. Доступ к элементам массивов с помощью указателей. Выделение и освобождение динамической памяти. Процедуры и функции, используемые при работе указателями и динамической памятью. Динамические структуры данных. Списки. Стеки. Очереди. Сортировка данных в динамической памяти: Списковые структуры в Паскале. Двунаправленные списки. Сортировка списков.

Назначение подпрограмм в языках программирования. Общая характеристика функций и процедур. Принципы модульного программирования. Программирование функций. Программирование процедур. Формальные и фактические параметры. Передача параметров по значению и по ссылке. Локальные и глобальные переменные, их области видимости. Передача массивов в качестве параметров.

Рекурсивные алгоритмы и обеспечение рекурсии средствами языка программирования. Глубина и текущий уровень рекурсии. Структуры рекурсивных процедур: выполнение действий на рекурсивном спуске, на рекурсивном возврате, на спуске и на возврате. Алгоритм быстрой сортировки.

Понятие модуля в языке Turbo Pascal. Стандартные модули. Подпрограммы модуля CRT. Выделение участков экрана. Процедуры построения окон. Создание модуля пользователя. Структура модуля. Примеры разработки модуля. Компиляция модулей. Использование модулей. Приемы отладки программ. Трассировка программ. Вычисление и просмотр значений переменных. Требования к оформлению программ. Проектирование модульной структуры программы.

Средства поддержки графического режима. Файлы BGI и модуль Graph. Установка графического режима и возврат в текстовый режим. Управление графическим указателем. Работа с отдельными точками экрана. Установка свойств линии. Построение основных графических элементов. Заполнение замкнутых областей. Выбор шаблона закрашивания. Создание собственного шаблона заполнения. Процедуры изображения стандартных закрашенных фигур. Вывод текста в графическом режиме. Выбор шрифта и параметров вывода текста. Процедуры вывода текста на экран. Вывод чисел в графическом режиме.

Основные элементы изображения графика функции одной переменной. Математические и экранные координаты. Алгоритм построения графика. Процедура построения графика. Графическое исследование физических систем.

Принцип организации движения изображения по экрану. Программирование движения объекта с помощью переключения цвета. Копирование изображения в память и из памяти. Метод переключения графических страниц.

Понятия модели и ее декомпозиции. Структурная и объектная декомпозиция. Понятия объектно-ориентированного проектирования и объектно-ориентированного программирования (ООП). Принципы построения структурных и объектных иерархий. Классы и объекты. Понятия инкапсуляции, наследования и полиморфизма как основных принципов ООП.

Понятие объекта. Описание объектовых типов в Turbo Pascal. Наследование и переопределение в объектовых типах. Понятие наследования. Отношения предок-потомок. Переопределение методов объекта. Виртуальные методы в объектах. Способы применения. Конструкторы и деструкторы. Скрытые поля и методы.

1. 
   Конструктивные блоки и принципы работы персонального компьютера.
   
2. 
   Изучение операционной системы MS DOS и ее приложений.
   
3. 
   Изучение операционной системы Windows.
   
4. 
   Интегрированная среда программирования Turbo Pascal.
   
5. 
   Базовые элементы языка Turbo Pascal
   
6. 
   Базовые алгоритмические структуры: следование, ветвление, повторение.
   
7. 
   Программирование линейных вычислительных алгоритмов.
   
8. 
   Программирование разветвляющихся вычислительных алгоритмов.
   
9. 
   Стpуктуpные опеpатоpы цикла в языке Turbo Pascal.
   
10. 
    Стандартные алгоритмы обработки массивов.
    
11. 
    Изучение и программирование алгоритмов сортировки.
    
12. 
    Обpаботка символов и стpок средствами языка Turbo Pascal.
    
13. 
    Структуированный тип данных: записи.
    
14. 
    Структуированный тип данных: множества.
    
15. 
    Структуированный тип данных: файлы.
    
16. 
    Программирование процедур и функций в Turbo Pascal.
    
17. 
    Динамические переменные и структуры данных.
    
18. 
    Создание и использование модулей.
    
19. 
    Графические средства языка Turbo Pascal.
    
20. 
    Применение процедуры изображения и печати графика функции.
    
21. 
    Программирование динамических изображений.
    
22. 
    Объектно-ориентированное программирование.
    
23. 
    Виртуальные методы в объектах
    

1. 
   Turbo Рascal 7.0
   
2. 
   Free Pascal
   

Лабораторные работы

Рекомендуемая литература

1. 
   Фигурнов, В.Э. IBM PC для пользователя: краткий курс / В.Э. Фигурнов. – М.: ИНФРА, 2000. – 480 с.
   
2. 
   Глушаков, С.В. Персональный компьютер: учебный курс /: С.В. Глушаков. – М.: Фолио, 2000. – 499 с.
   
3. 
   Вирт, Н. Алгоритмы и структуры данных / Н. Вирт; пер. с англ. – СПб.: Невский Диалект, 2001. – 406 с.
   
4. 
   Фаронов, В.В. Turbo Pascal 7.0. Начальный курс: учебное пособие / В.В. Фаронов. – М.: Нолидж, 1997. – 616 с.
   
5. 
   Епанешников, А.М. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. / А.М. Епанешников, В.А. Епанешников. – М.: Диалог-МИФИ, 1996 – 254 с.
   
6. 
   Немнюгин, С. А. Turbo Pascal: учебник / С. А. Немнюгин. – СПб: Питер, 2001. – 495 с.
   
7. 
   Немнюгин, С.А. Turbo Pascal: практикум / С.А. Немнюгин. – СПб: Питер, 2001.-495 с.
   
8. 
   Немнюгин, С.А. Turbo Pascal. Программирование на языке высокого уровня: учебник для вузов / С.А. Немнюгин. – СПб.: Питер, 2005. – 544 с.
   
9. 
   Фаронов, В.В. Турбо Паскаль 7.0. Практика программирования. Учебное пособие / В.В. Фаронов. – М.: Нолидж, 1997. – 432 с.
   
10. 
    Зуев Е.А. Программирование на языке Turbo Pascal 6.0, 7.0. / Е.А. Зуев. – М.: Радио и связь, 1993. – 384 с.
    
11. 
    Мизрохи, С.В. Turbo Pascal и объектно-ориентированное программирование М.: Финансы и статистика, 1992 – 256 с.
    

12. 
    Основы информатики : учебник / под. ред. А.Н. Морозевича. – Мн.: Новое знание, 2003.
    
13. 
    Кульгин, Н.Б. Программирование в Turbo Pascal 7.0 / Н.Б. Кульгин. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 1999. – 416 с.
    
14. 
    Кульгин, Н.Б. Turbo Pascal в задачах и примерах /. Н.Б. Кульгин – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. – 256 с.
    
15. 
    Йенсен, К. Руководство для пользователя и описание языка Паскаль / К. Йенсен; пер с англ. – М.: Финансы и статистика, 1982 – 150 с.
    
16. 
    Липаев, В.В. Управление разработкой программных средств / В.В. Липаев. – М.: Финансы и статистика, 1993. – 275 с.
    

1. 
   Основные элементы системного блока.
   
2. 
   Устройства ввода-вывода.
   
3. 
   Операционные системы MS DOS и MS Windows.
   
4. 
   Программы-оболочки, их назначение и возможности.
   
5. 
   Константы и переменные.
   
6. 
   Математические и логические операции.
   
7. 
   Структура программы, правила пунктуации.
   
8. 
   Оператор присваивания, составной оператор.
   
9. 
   Классификация типов данных.
   
10. 
    Порядковые типы данных в языке Turbo Pascal.
    
11. 
    Вещественные типы данных в языке Turbo Pascal.
    
12. 
    Организация ввода и вывода, форматный вывод.
    
13. 
    Метки, оператор перехода.
    
14. 
    Условный оператор.
    
15. 
    Оператор выбора.
    
16. 
    Оператор цикла с предусловием.
    
17. 
    Оператор цикла с постусловием.
    
18. 
    Счетный оператор цикла FOR.
    
19. 
    Массивы, описание, действие над массивами и их элементами.
    
20. 
    Алгоритмы сортировки и их эффективность.
    

1. 
   Архитектура и принципы работы современного персонального компьютера.
   
2. 
   Основные элементы системного блока.
   
3. 
   Устройства ввода-вывода.
   
4. 
   Представление информации в ЭВМ, системы счисления.
   
5. 
   Операционные системы MS DOS и MS Windows.
   
6. 
   Программы-оболочки, их назначение и возможности.
   
7. 
   Программа-оболочка FAR Manager.
   
8. 
   Знакомство со средой Turbo Pascal.
   
9. 
   Прогон и отладка программы.
   
10. 
    Текстовый редактор среды Turbo Pascal.
    
11. 
    Элементы диалоговой среды Turbo Pascal.
    
12. 
    Работа с окнами и меню.
    
13. 
    Система меню среды Turbo Pascal.
    
14. 
    Алфавит языка Turbo Pascal.
    
15. 
    Идентификаторы.
    
16. 
    Константы и переменные.
    
17. 
    Выражения, операнды,
    
18. 
    Математические и логические операции.
    
19. 
    Структура программы, правила пунктуации.
    
20. 
    Описательная часть программного блока.
    
21. 
    Оператор присваивания, составной оператор.
    
22. 
    Классификация типов данных.
    
23. 
    Порядковые вещественные типы данных в языке Turbo Pascal.
    
24. 
    Организация ввода и вывода, форматный вывод.
    
25. 
    Метки, оператор перехода.
    
26. 
    Условный оператор.
    
27. 
    Оператор выбора.
    
28. 
    Оператор цикла с предусловием.
    
29. 
    Оператор цикла с постусловием.
    
30. 
    Счетный оператор цикла FOR.
    
31. 
    Массивы, описание, действие над массивами и их элементами.
    
32. 
    Алгоритмы сортировки и их эффективность.
    
33. 
    Сортировка методом обмена.
    
34. 
    Сортировка извлечением.
    
35. 
    Метод попарного сравнения.
    
36. 
    Алгоритмы обработки двумерных массивов, вложенные циклы.
    
37. 
    Перевод вещественных чисел из одной системы счисления в другую.
    
38. 
    Файлы, типы файлов и правила их описания.
    
39. 
    Стандартные процедуры и функции обработки файлов.
    
40. 
    Текстовые файлы.
    
41. 
    Создание, корректировка и обработка текстовых файлов.
    
42. 
    Типизированные файлы.
    
43. 
    Создание, корректировка и обработка файлов последовательного доступа.
    
44. 
    Создание, корректировка и обработка обработки файлов прямого доступа.
    
45. 
    Нетипизированные файлы.
    
46. 
    Множества, описание типа.
    
47. 
    Операции над множествами.
    
48. 
    Ввод и вывод множеств.
    
49. 
    Записи, оператор присоединения.
    
50. 
    Записи с вариантами.
    
51. 
    Библиотека Crt Turbo Pascal.
    
52. 
    Процедуры и функции управления курсором и цветом в модуле Crt.
    
53. 
    Процедуры.
    
54. 
    Функции.
    
55. 
    Параметры процедур и функций.
    
56. 
    Локализация имен.
    
57. 
    Модули, структура модуля, доступ к объявленным в модуле объектам.
    
58. 
    Организация и использование модулей пользователя.
    
59. 
    Ссылочные типы данных.
    
60. 
    Процедуры и функции, используемые при работе указателями и динамической памятью.
    
61. 
    Динамические структуры данных: списковые структуры.
    
62. 
    Динамические структуры данных: стек.
    
63. 
    Динамические структуры данных: очередь.
    
64. 
    Основные понятия и принципы объектно-ориентированного программирования.
    
65. 
    Объекты, создание и удаление.
    
66. 
    Иерархия объектов, инициализация полей объектов.
    
67. 
    Методы объектов, определение методов.
    
68. 
    Инкапсуляция.
    
69. 
    Наследование статических методов.
    
70. 
    Полиморфизм и виртуальные методы.
    

Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

общей физики

(протокол № ____ от ________ 2010 г.)

Заведующий кафедрой

общей физики к.ф.-м.н., доцент __________________ Е.Б. Шершнев

УТВЕРЖДАЮ

Декан физического факультета УО «ГГУ им. Ф. Скорины»