V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ КАЛЬКУЛЯТОР В СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ FREE PASCAL
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире ежедневно приходится сталкиваться с необходимостью производить различного рода вычисления.
В повседневной учебной деятельности при получении специальности технической направленности довольно часто приходится выполнять большое количество вычислений, ставить задачи и последовательно их решать. Поэтому наиболее актуально встает задача применения технических и программных средств автоматизации процесса вычислений, развития алгоритмического мышления, поиска решений. В эпоху развития информационного общества, внедрения во все сферы деятельности информационных компьютерных технологий, современный специалист любого профиля в своей профессиональной деятельности должен уметь грамотно применять персональный компьютер, современное программное обеспечение для решения различного рода задач.
Мой первый опыт в автоматизации процесса вычислений – это использование программы Калькулятор, входящей в состав стандартных программ операционной системы Windows. А в программировании – это создание собственной программы калькулятор на языке программирования Free Pascal. Результаты которого я и хотел бы представить в этой научной работе.
Цель работы: Разработка программы калькулятор выполняющего четыре действия в среде программирования Free Pascal.
Задачи: 1) Познакомиться с возможностями электронных калькуляторов. 2) Освоить приемы программирования в интегрированной среде Free Pascal. 3) Разработать алгоритм и блок-схему создания программы калькулятор. 4) Создать программу калькулятор, выполняющий четыре действия и протестировать её.
Объект исследования: программа калькулятор.
Предмет исследования: Паскаль-программа создания программы калькулятор, для выполнения четырех основных действий в среде Free Pascal.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ КАЛЬКУЛЯТОР
Электронные калькуляторы являются специализированными программными приложениями, предназначенными для произведения вычислений. Электронные калькуляторы по своим функциональным возможностям соответствуют аппаратным микрокалькуляторам.
Аппаратные микрокалькуляторы могут существенно различаться по своим возможностям и областям применения. Простые микрокалькуляторы позволяют осуществлять только арифметические операции над числами и используются в быту. Инженерные микрокалькуляторы позволяют также вычислять значения различных функций (sin, cos и др.) и используются в процессе обучения и для инженерных расчетов; программистские микрокалькуляторы позволяют проводить вычисления в различных системах счисления и другие операции.
Электронные калькуляторы гораздо удобнее, так как могут обладать возможностями всех вышеперечисленных типов аппаратных микрокалькуляторов.
Электронный Калькулятор является стандартным приложением операционной системы Windows. Одним из удачных электронных калькуляторов является NumLock Calculator, в процессе работы с которым легко выбрать требуемый тип калькулятора.
С помощью электронных калькуляторов можно:
- производить арифметические действия над целыми и дробными числами;
- переводить числа из одной системы счисления в другую (например, из десятичной в двоичную);
- вычислять значения математических функций (например, х2, 1/х);
- вычислять значения статистических функций (например, среднее арифметическое заданных чисел);
- вычислять значения финансовых функций (например, вычислять сумму банковского вклада с заданным процентом) и др.
Электронные калькуляторы позволяют проводить сложные многоступенчатые вычисления с записью промежуточных результатов в ячейки памяти калькулятора. По мере необходимости такие результаты можно извлекать из памяти и использовать в дальнейших вычислениях.
Электронные калькуляторы позволяют обмениваться числовыми данными с другими приложениями с использованием буфера обмена операционной системы. [2]
2. АЛГОРИТМЫ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММЫ КАЛЬКУЛЯТОР
Алгоритм - это конечная последовательность операций или правил, преобразующих исходную входную информацию в выходную. Его можно записать следующими способами: словесная запись (псевдокоды), графическая запись (блок-схемы), язык программирования.
Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке. Псевдокод – это описание структуры алгоритма на естественном, частично формализованном языке, позволяющее выявить основные этапы решения задачи перед точной его записью на языке программирования. [2]
Представим словесную запись алгоритма создания программы калькулятор.
Алгоритм решения задачи:
- Выводим на экран информацию о назначении программы 'Эта программа делает деление, умножение, сложение, вычитание'
- Задаем параметры двух операндов X и Y
- Предлагаем ввод первого числа X
- Ввод второго числа Y.
- Ставим условие при выполнении действия деление: если второе число Y не является символом '0', то производим вычисление, иначе выводим сообщение о некорректном вводе 'деление на 0 невозможно'.
- Выполняем умножение, сложение и вычитание.
- Выводим полученные результаты на экран
- Заканчиваем программу
Структурная схема или блок-схема алгоритма, представляет собой изображение алгоритма в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков (геометрических фигур), каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. Типичные действия алгоритма изображаются геометрическими фигурами согласно ГОСТ 19.701-90.
На рисунке 1 представим графическую запись (блок-схему) алгоритма создания программы калькулятор.
Рис. 1 − Блок-схема алгоритма создания программы калькулятор.
Запись на языке программирования – это запись алгоритма на алгоритмическом языке высокого уровня.
По характеру связей между блоками различают:
- алгоритмы линейной структуры (блоки выполняются последовательно сверху вниз от начала до конца);
- алгоритмы разветвляющейся структуры (содержит одно или несколько условий и несколько ветвей вычислений;
- алгоритмы циклической структуры. Многократно повторяемые участки называются циклами. Группа повторяющихся действий называется телом цикла;
- алгоритмы комбинированной структуры. Может содержать названные выше структуры алгоритмов. [2]
Наш алгоритм имеет комбинированную структуру, содержит в себе разветвляющуюся и линейную структуры.
3. ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПАСКАЛЬ. РАЗРАБОТКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ.
Программирование - это написание программ. Программа для компьютера представляет собой алгоритм (последовательность) выполнения каких-либо действий, написанный на том или ином языке программирования.
Язык Паскаль был разработан в 1970 г. Никлаусом Виртом как язык, обеспечивающий строгую типизацию и интуитивно понятный синтаксис. Он был назван в честь французского математика, физика и философа Блеза Паскаля.
Одной из целей создания языка Паскаль Никлаус Вирт считал обучение студентов структурному программированию. До сих пор Паскаль заслуженно считается одним из лучших языков для начального обучения программированию.
В настоящее время существует ряд его диалектов и сред разработки, имеющих незначительные различия между собой.
Наиболее известной свободной реализаций языка Паскаль является Free Pascal. Помимо открытости исходного кода, его основным преимуществом является мультиплатформенность, а также поддержка различных диалектов Паскаля. На основе FreePascal создана свободная мульти платформенная среда Lazarus, аналогичная среде Delphi. Однако, бедный и не меняющийся десятилетиями консольный интерфейс интегрированной среды Free Pascal, мало совместимый с современными интерфейсами рабочих столов операционных систем, всё более отталкивает обучаемых, неправильно формируя у них представление, что Паскаль - устаревший язык. Практическое значение имеет среда разработки Lazarus, в которой используется диалект Object Pascal. В ней можно создавать объектно-ориентированные программы с графическим интерфейсом пользователя. [1]
Язык программирования — формальный язык, предназначенный для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (обычно — ЭВМ) под её управлением.
Основой языка программирования Паскаль, как и любого другого языка, является алфавит - набор допустимых символов, которые можно использовать для записи программы. Это:
- Заглавные и строчные латинские буквы и символ подчеркивания: А,В,С.. .,X,Y,Z,a,b,c, .. .,x,y,z.
- Десять арабских цифр от 0 до 9: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
- Двадцать два специальных символа: + -*/-><. , ; : ( )[ ]{ }#$.
- Специальные символы, использующиеся для конструирования знаков операций, выражений, комментариев, а также как синтаксические разделители.
В качестве неделимых элементов (составных символов) рассматриваются следующие последовательности символов: := (знак операции присваивания; >= и <=(знаки и), ( { и }) (начало и конец комментария).
Для обращения к ячейкам памяти компьютера используются переменные. Переменная – это имя физического участка памяти, в котором в любой момент времени может храниться только одно значение. Для обозначения участков памяти используют идентификаторы (имена переменных).
Идентификаторы (имена переменных, констант программ, модулей, функций, процедур) записываются с помощью допустимых в Pascal символов и должны удовлетворять следующим правилам: имя должно состоять только из английских букв, цифр и символов подчеркивания (в идентификаторах в Паскале прописные и строчные буквы не различаются); имя может начинаться только с английской буквы или символа подчеркивания.
Слова, употребляемые в большинстве языков программирования, в том числе и Pascal, делятся на три группы: зарезервированные (ключевые) слова самого языка; предопределенные имена и идентификаторы, определяемые программистом.
Служебные (зарезервированные, ключевые) слова – это слова языка программирования, которые имеют специальное, раз и навсегда закрепленное за ними значение. В программе нельзя использовать идентификаторы, совпадающие по написанию с ключевыми словами.
Программа состоит из заголовка и блока. Блок программы состоит из шести разделов, следующих в строго определенном порядке: раздел меток (label), раздел констант (const), раздел типов (type), раздел переменных (var), раздел процедур и функций, раздел действий (операторов). Раздел действий должен присутствовать всегда, остальные разделы могут отсутствовать. Раздел описания типов имеет большое значение в программе на языке Pascal. Если в программе не использовать типы, то можно столкнуться с несовместимостью типов переменных, даже если они описаны одинаково. Каждая переменная должна быть описана до ее использования в программе и отнесена к одному и только одному типу. Названия разделов (const, type, var…) указываются только один раз. В разделе var вводится имя каждой переменной и указывается, к какому типу эта переменная принадлежит.
Раздел действий программы начинается с ключевого слова begin и заканчивается словом end, после которого должна стоять точка. Раздел действий есть выполняемая часть программы, состоящая из операторов. [3]
На рис. 2 представлен скриншот разработанной программы калькулятор в интегрированной среде программирования Free Pascal.
Рис. 2 − Скриншот программы.
На рис. 3 представлен скриншот результатов нахождения значений и выполнения действия деление по первой ветви вычислительного процесса, когда Y не является символом '0'.
Рис. 3 − скриншот результатов нахождения значений с помощью созданной программы калькулятор, когда при делении Y не является символом '0'.
На рис. 4 представлен скриншот результатов нахождения значений и выполнения действия деление по второй ветви вычислительного процесса, когда Y является символом '0'.
Рис. 4 − скриншот результатов нахождения значений с помощью созданной программы калькулятор, когда при делении Y является символом '0'.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения научно-исследовательской работы достигнута цель исследования – разработана программа калькулятор для выполнения четырех действий в среде программирования Free Pascal.
В работе был проведен анализ литературных источников, и интернет ресурсов, представлен теоретический материал, основные понятия по теме исследования. Представлены возможности аппаратных микро калькуляторов и программы электронный калькулятор для автоматизации процесса вычислений. Поставлена задача и пошагово достигнуты результаты. Составлен алгоритм разработки программы калькулятор в виде словесной записи. Разработана блок-схема и программа создания калькулятора для выполнения четырех действий. Освоены приемы алгоритмизации и программирования в интегрированной среде Free Pascal. Программа протестирована по двум ветвям вычислительного процесса: Y не является символом '0', и является символом '0' при выполнении действия деление.
Думаю, что полученные знания и навыки обязательно помогут мне в развитии логического, алгоритмического мышления и в дальнейшей учебной, научной и профессиональной деятельности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
- О языке Паскаль. [Электронный ресурс] URL: http://pascalabc.net/o-yazike-paskal.
- Цветкова М.С. Информатика и ИКТ: учебник для среднего профессионального образования. / М.С. Цветкова, Л.С. Великович. - М.: Академия, 2014. – 352 с.
- Язык Pascal (Паскаль). Программирование для начинающих. [Электронный ресурс] URL: https://pas1.ru/