ПРАКТИЧЕСКАЯ работа № 1
Представление информации в ЭВМ
Время выполнения – 4 часа.
Цель работы
Научиться переводить числа в те системы счисления, которые использует ЭВМ, подсчитывать объем занимаемой данными информации и уметь переводить значения количества информации из одних единиц измерения в другие.
Задачи лабораторной работы
После выполнения работы студент должен знать и уметь:
1) знать основные приемы работы с позиционными системами счисления;
2) уметь переводить числа из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную;
3) производить обратный перевод из этих систем в десятичную;
4) уметь переводить значения из одних единиц измерения информации в другие.
Перечень обеспечивающих средств
Для обеспечения выполнения работы необходимо иметь компьютер с операционной системой и методические указания по выполнению работы.
Общие теоретические сведения
Система счисления – это способ представления чисел цифровыми знаками и соответствующие ему правила действий над числами.
Системы счисления можно разделить:
– непозиционные системы счисления;
– позиционные системы счисления.
В непозиционной системе счисления значение (величина) символа (цифры) не зависит от положения в числе.
Самой распространенной непозиционной системой счисления является римская. Алфавит римской системы записи чисел состоит из символов: I – один, V – пять, X – десять, L – пятьдесят, C – сто, D – пятьсот, M – тысяча.
Величина числа определяется как сумма или разность цифр в числе (например, II – два, III – три, XXX – тридцать, CC – двести).
Если же большая цифра стоит перед меньшей цифрой, то они складываются (например, VII – семь), если наоборот – вычитаются (например, IX – девять).
В позиционных системах счисления значение (величина) цифры определяется ее положением в числе.
Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.
Основание позиционной системы счисления – количество различных цифр, используемых для изображения чисел в данной системе счисления.
Основание 10 у привычной десятичной системы счисления (десять пальцев на руках). Алфавит: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
За основание можно принять любое натуральное число – два, три, четыре и т. д., образовав новую позиционную систему: двоичную, троичную, четверичную и т. д.
Позиция цифры в числе называется разрядом.
Представим развернутую форму записи числа:
Aq = an-1∙qn-1 + … + a1∙q1 + a0∙q0 + a-1∙qn-1 + … + a-m∙q-m, где
q – основание системы счисления (количество используемых цифр)
Aq – число в системе счисления с основанием q
a – цифры многоразрядного числа Aq
n (m) – количество целых (дробных) разрядов числа Aq
Пример:
2 3 9, 4 510 = 2∙102 + 3∙101 + 9∙100 + 4∙10-1 + 5∙10-2
a2 a1 a0, a-1 a-2
Двоичная система счисления
Официальное «рождение» двоичной системы счисления (в её алфавите два символа: 0 и 1) связывают с именем Готфрида Вильгельма Лейбница. В 1703 г. он опубликовал статью, в которой были рассмотрены все правила выполнения арифметических действий над двоичными числами.
Преимущества:
1) для её реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями:
– есть ток – нет тока;
– намагничен – не намагничен;
2) представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;
3) возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;
4) двоичная арифметика намного проще десятичной.
Недостаток: быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.
Перевод чисел (8) → (2), (16) → (2)
Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему: каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр).
Примеры:
53718 = ;
1A3F16 = 1 1
1 A 3 F
Переведите: 37548 → X2
2ED16 → X2
Перевод чисел (2) → (8), (2) → (16)
Чтобы перевести число из двоичной системы в восьмеричную или шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой.
Примеры:
= ;
1
= 6 E 0 D16
01
Переведите:
→ X8
→ X16
Перевод чисел (q) → (10)
Запись числа в развернутой форме и вычисление полученного выражения в десятичной системе.
Примеры:
1101102 = 1∙25 + 1∙24 + 0∙23 + 1∙22 + 1∙21 + 0∙20 = 5410;
2378 = 2∙82 + 3∙81 + 7∙80 = 128 + 24 + 7 = 15910;
3FA16 = 3∙162 + 15∙161 + 10∙160 = 768 + 240 + 10 = 101810.
Переведите:
→ X10
1628 → X10
E2316 → X10
Перевод чисел (10) → (q)
Последовательное целочисленное деление десятичного числа на основание системы q, пока последнее частное не станет равным нулю.
Число в системе счисления с основанием q – последовательность остатков деления, изображенных одной q-ичной цифрой и записанных в порядке, обратном порядку их получения.
2009 | 5 | |||
-2005 | 401 | 5 | ||
4 | -400 | 80 | 5 | |
1 | -80 | 16 | 5 | |
0 | -15 | 3 | ||
1 |
200910=310145
7510=
7510=1138
7510=B16
Переведите:
14110 → X2
14110 → X8
14110 → X16
Для перевода правильных дробей из десятичной системы счисления в произвольную используется метод последовательного умножения на основание системы счисления дробных цифр числа до тех пор, пока не получим в дробной части всех нулей или не достигнем заданной точности (если число не переводится точно).
Пример. Перевести из десятичной системы счисления в двоичную число 0,125.
0,125
x 2
–––––
0,250
x 2
–––––
0,500
x 2
–––––
1,000
В дробной части получили все нули, т. е. число перевелось в двоичную систему счисления точно: 0,0012.
Двоичная арифметика
1. Таблица сложения
0 + 0 = 0
1 + 0 = 1
0 + 1 = 1
1 + 1 = 10
2. Таблица вычитания
0 – 0 = 0
1 – 0 = 1
1 – 1 = 0
10 – 1 = 1
3. Таблица умножения
0 ∙ 0 = 0
1 ∙ 0 = 0
1 ∙ 1 = 1
Пример.
+
––––––––––
Количество информации, которое вмещает один символ N-элементного алфавита, равно i = log2N. Это известная формула Р. Хартли. В 32-значном алфавите каждый символ несет i = log232 = 5 (бит) информации.
Пример 1. Количество информации в слове «Информатика» при условии, что для кодирования используется 32-значный алфавит, равно 11* 5 = 55(бит), т. к. в слове «Информатика» 11 символов.
Пример 2. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 2 градациями цвета (черный и белый) размером 800 х 600 точек. Определите необходимый для кодирования цвета точек (без учета служебной информации о формате, авторстве, способах сжатия и пр.) размер этого файла на диске в байтах.
Решение. Поскольку сказано, что изображение двуцветное, следовательно, для указания цвета одной точки достаточно двух значении, кодирующих белый или черный цвет. Два значения могут быть закодированы одним битом. Объем графического файла рассчитывается по формуле V=i*k, где i - глубина цвета, а k - количество точек.
Тогда объем графического файла равен 800 * 600 * 1 бит = ит, учитывая, что 8 бит = 1 байт получаем / 8=байтов. В реальности в графических документах кроме описания цвета точек присутствует еще и служебно-дополнительная информация (о формате записи, авторских правах, способах сжатия и пр.).
В кодировке Unicode на каждый символ отводится 2 байта =16 бит.
Пример 1. При кодировании (Unicode) найти информационный объем фразы «Ученье - свет, а неученье – тьма!».
Решение. Подсчитаем число символов в заданной фразе, учитывая буквы, пробелы и знаки препинания (тире, запятую, восклицательный знак). Всего символов – 33. Вычислим объем фразы: 33 (символа) * 2 (байта) = 66 байт = 528 бит.
Пример 2. Сообщение содержит 4096 символов. Объем сообщения при использовании равномерного кода составил 1/512 Мбайт. Найти мощность алфавита, с помощью которого записано данное сообщение.
Решение. Мощность алфавита – количество символов в алфавите. Переведем информационный объем сообщения в биты.
![]()
Для кодирования одного символа отводится
. Тогда мощность алфавита по формуле Р. Хартли равна
.
Пример 3. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 28 800 бит/с для передачи 100 страниц текста в 30 строк по 60 символов каждая в кодировке ASCII.
Решение: В кодировке ASCII каждый символ занимает 8 бит. Тогда объем текста равен
битов. Для его передачи по модему потребуется
секунд.
С дополнительным теоретическим материалом можно ознакомиться в литературе [2, 7].
Задание
1. Перевести заданные числа из десятичной системы счисления в систему счисления с основанием q и наоборот.
2. Перевести заданные значения из Кбайт в бит и наоборот.
3. Подсчитать количество информации в вашей фамилии, имени и отчестве, если они между собой разделены пробелом и закодированы в коде ASCII, затем – Unicode, подсчитать объем графического файла с этими данными.
4. Дать описание проведенной работы в письменном виде.
Варианты задания
Для получения своих данных необходимо добавить в пунктах 1, 2, 4 и 5, указанных ниже, номер по списку из журнала преподавателя в соответствующей системе счисления.
1. Перевести из произвольной системы счисления в десятичную:
– 721,1728
– 234,125
– 1011,0012
– D1A4,F316
2. Перевести из десятичной системы счисления в произвольную:
– 6493510 → X16
– 2910 → X2
– 1310 → X2
– 511010 → X12
– 61310 → X8
3. Перевести десятичные дроби в произвольную систему счисления:
– 0,12510 → X2
– 0,37510 → X8
– 0, → X2
– 0,02410 → X5
– 0, → X2
4. Перевести из бит в Кбайт:
– 429217 бит
– 424719 бит
5. Перевести из Кбайт в бит:
– 301 Кбайт
– 274 Кбайт 317 Байт 2 бит
Содержание отчета
1. Задание и цель работы.
2. Схема перевода чисел.
3. Описание перевода чисел.
Технология выполнения работы
В данной работе необходимо перевести в нужную по заданию систему счисления числа, записать ход рассуждений и полученные результаты. Произвести обратный перевод для проверки правильности. Далее необходимо вычислить количество информации, занимаемое вашими данными по формуле Р. Хартли. Затем перевести данные из Кбайт в бит и из бит в Кбайт.
Вопросы для защиты работы
1. Во сколько раз увеличится число 10,12 при переносе запятой на один знак вправо?
2. Какое минимальное основание может иметь система счисления, если в ней записано число 23?
3. Перевести числа из десятичной системы в требуемую:
– 4810 → X2
– 1610 → X8
– → X10
– 7B816 → X10
4. Сравните числа: 111012 и 1D16.
5. Переведите в нужную систему счисления:
– → X16
– → X8
– 4F3D16 → X2
– 7138 → X2
6. Как перевести в биты значение, заданное в байтах и Кбайтах?
7. Как перевести в Кбайт значение, заданное в байтах или в битах?
8. Вычислить количество информации в слове «экономист».
Алгоритмизация и программирование
Время выполнения – 4 часов.
Цель работы
Усвоить понятия: алгоритм как фундаментальное понятие информатики, способы описания, основные типы алгоритмов, освоить принципы решения задач с использованием основных алгоритмических конструкций.
Задачи лабораторной работы
После выполнения работы студент должен знать и уметь:
- знать назначение алгоритма и его определение;
- знать формы представления алгоритма;
- уметь работать с основными алгоритмическими конструкциями;
- уметь представлять алгоритм в виде блок-схемы;
- уметь приводить примеры алгоритмов и применять их для построения блок-схем;
- уметь составлять и записывать алгоритм одним из способов.
Перечень обеспечивающих средств
Для обеспечения выполнения работы необходимо иметь методические указания по выполнению работы.
Общие теоретические сведения
Решение любой задачи на ЭВМ можно разбить на следующие этапы: разработка алгоритма решения задачи, составление программы решения задачи на алгоритмическом языке, ввод программы в ЭВМ, отладка программы (исправление ошибок), выполнение программы на ПК, анализ полученных результатов.
Первый этап решения задачи состоит в разработке алгоритма.
Алгоритм – это точная конечная система правил, определяющая содержание и порядок действий исполнителя над некоторыми объектами (исходными и промежуточными данными) для получения после конечного числа шагов искомого результата.
Алгоритм может быть описан одним из трех способов:
- словесным (пример в начале раздела);
- графическим (виде специальной блок-схемы);
- с помощью специальных языков программирования.
Блок-схема – распространенный тип схем, описывающий алгоритмы или процессы, изображая шаги в виде блоков различной формы, соединенных между собой стрелками.
1. Линейный алгоритм – это такой алгоритм, в котором все операции выполняются последовательно одна за другой.
2. Алгоритмы разветвленной структуры применяются, когда в зависимости от некоторого условия необходимо выполнить либо одно, либо другое действие.
3. Алгоритмы циклической структуры.
Циклом называют повторение одних и тех же действий (шагов). Последовательность действий, которые повторяются в цикле, называют телом цикла.
Циклические алгоритмы подразделяют на алгоритмы с предусловием, постусловием и алгоритмы с конечным числом повторов. В алгоритмах с предусловием сначала выполняется проверка условия окончания цикла и затем, в зависимости от результата проверки, выполняется (или не выполняется) так называемое тело цикла.
Задание 1. Определить площадь трапеции по введенным значениям оснований (a и b) и высоты (h).
Запись решения задачи на алгоритмическом языке:
алг трапеция
вещ a, b,h, s
нач
ввод f, b,h
s:=((a+b)/2)*h
вывод s
кон
Запись алгоритма в виде блок-схемы (рис. 1):


Рисунок 1 – Блок-схема линейного алгоритма
Задание 2. Определить среднее арифметическое двух чисел, если a положительное и частное (a/b) в противном случае.
Запись решения задачи на алгоритмическом языке:
алг числа
вещ a, b,c
нач
ввод a, b
если a>0
то с:=(a+b)/2
иначе с:=a/b
все
вывод с
кон
Запись алгоритма в виде блок-схемы (рис. 2):


Рисунок 2 – Блок-схема алгоритма с ветвлением
Задание 3. Составить алгоритм нахождения суммы целых чисел в диапазоне от 1 до 10.
Запись решения задачи на алгоритмическом языке:
алг сумма
вещ a, s
нач
S:=0;
A:=1;
нц
пока a<=10
S:=S+a;
A:=a+1;
кц
вывод S
кон
Запись алгоритма в виде блок-схемы (рис. 3):


Рисунок 3 – Циклический алгоритм с предусловием
В алгоритме с постусловием сначала выполняется тело цикла, а затем проверяется условие окончания цикла. Решение задачи нахождения суммы первых десяти целых чисел в данном случае будет выглядеть следующим образом:
алг сумма
вещ a, s
нач
S:=0;
A:=1;
нц
S:=S+a;
A:=a+1;
пока a<=10
кц
вывод S
кон
Запись алгоритма в виде блок-схемы (рис. 4):


Рисунок 4 – Циклический алгоритм с постусловием
Варианты задания
Задание 1. Составить алгоритм решения задачи с помощью алгоритмического языка псевдокод и с помощью блок-схем, используя конструкцию линейного алгоритма.
1. Вычислить площадь поверхности и объем усеченного конуса по следующим формулам
S = π (R + r) l + πR2 + πr2 ;
V = (1/3) π (R2 + r2 + Rr) h.
2. Вычислить координаты центра тяжести трех материальных точек с массами m1, m2, m3 и координатами (x1,y1), (x2,y2), (x3,y3) по формулам:
xc = (m1x1 + m2x2 + m3x3) / (m1 + m2 + m3) ;
yc = (m1y1 + m2y2 + m3y3) / (m1 + m2 + m3) .
3. Вычислить площадь треугольника со сторонами a, b, c по формуле Герона:
,
где p – полупериметр, вычисляемый по формуле
,
4. Вычислить координаты точки, делящей отрезок а1а2 в отношении n1:n2 по формулам:
;
,
где
.
5. Вычислить медианы треугольника со сторонами a, b, c по формулам:
;
;
;
6. Вычислить площадь круга и длину окружности по введенному значению радиуса.
7. Вычислить площадь S и периметр L эллипса по введенным значениям полуосей a и b:
;
.
8. Вычислить объем V и площадь боковой поверхности цилиндра S по введенным значениям радиуса основания R и высоты цилиндра H.
;
.
9. Вычислить объем V и площадь боковой поверхности конуса S по введенным значениям радиуса основания r, высоты h и образующей l:
;
.
10. Вычислить объем V и площадь поверхности S сферы по введенному значению радиуса r:
;
.
11. Дано целое четырехзначное число. Используя операции div и mod, найти сумму его цифр.
12. Дана сторона равностороннего треугольника. Найти площадь этого треугольника и радиусы вписанной и описанной окружностей.
13. Даны координаты трех вершин треугольника (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3). Найти его периметр и площадь.
14. Дана длина окружности. Найти площадь круга, ограниченного этой окружностью.
15. Дана площадь круга. Найти длину окружности, ограничивающей этот круг.
Задание 2. Составить алгоритм решения задачи с помощью алгоритмического языка псевдокод и с помощью блок-схем, используя конструкцию алгоритма с ветвлением.
1. Составить программу для решения квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0.
2. Определить максимальное четное число из двух введенных.
3. Определить, можно ли из отрезков с длинами х, y и z построить треугольник.
4. Ввести два числа а и b. Большее число заменить утроенным произведением, меньшее – полусуммой.
5. Если среди трех чисел a, b, c имеется хотя бы одно четное, то найти максимальное число, иначе – минимальное.
6. Определить, в каком квадранте находится точка с координатами x и y и вывести номер квадранта на экран.
7. Найти квадрат наибольшего из двух чисел а и b. Вывести на экран число 1, если наибольшим является число а, число 2 – если наибольшим числом является b.
8. Определить, попадает ли точка с координатами x и y в круг радиусом R. Если точка попадает в круг, вывести на экран единицу, в противном случае – ноль.
9. Написать алгоритм решения задачи, которая решает уравнение ax + b = 0 относительно x для любых чисел a и b, введенных с клавиатуры. Все числа считаются действительными.
10. Написать алгоритм решения задачи, которая определяет, лежит ли точка А(х,у) внутри некоторого кольца («внутри» понимается в строгом смысле, т. е. случай, когда точка А лежит на границе кольца, недопустим). Центр кольца находится в начале координат. Для кольца заданы внутренний и внешний радиусы r1, r2. Координаты x и у вводятся с клавиатуры.
11. Даны две переменные целого типа: A и B. Если их значения не равны, то присвоить каждой переменной произведение этих значений, а если равны, то присвоить переменным нулевые значения.
12. Даны две переменные целого типа: A и B. Если их значения не равны, то присвоить каждой переменной минимальное из этих значений, а если равны, то присвоить переменным нулевые значения.
13. Даны целочисленные координаты точки на плоскости. Если точка не лежит на координатных осях, то вывести 0. Если точка совпадает с началом координат, то вывести 1. Если точка не совпадает с началом координат, но лежит на оси OX или OY, то вывести соответственно 2 или 3.
14. Даны вещественные координаты точки, не лежащей на координатных осях OX и OY. Вывести номер координатной четверти, в которой находится данная точка.
15. Дано целое число, лежащее в диапазоне от –999 до 999. Вывести строку – словесное описание данного числа вида "отрицательное двузначное число", "нулевое число", "положительное однозначное число" и т. д.
Задание 3. Составить алгоритм решения задачи с помощью алгоритмического языка псевдокод и с помощью блок-схем, используя конструкцию циклического алгоритма.
1. Найти сумму чисел, кратных трем, в диапазоне от 0 до 50.
2. Найти сумму первых десяти чисел, кратных пяти.
3. Найти произведение четных чисел в диапазоне от 2 до 30.
4. Вводятся положительные числа. Прекратить ввод, когда сумма введенных чисел превысит 100.
5. Требуется найти сумму чисел, кратных 7, в диапазоне от 0 до 100. Вывести на экран сумму чисел и их количество.
6. Определить количество целых чисел, кратных 3 (от 3 и далее), дающих в сумме число, превышающее 200.
7. Вводятся 10 чисел. Вывести на экран суммы положительных и отрицательных чисел и их количество.
8. Вывести на экран значения функции у=sin(x) для 0≤x≤180 c шагом в 10.
9. Подсчитать площади десяти кругов с радиусами от 1 см с шагом 2 см и вывести значения площадей на экран.
10. Вводятся положительные числа. Прекратить ввод чисел, когда их сумма превысит 100. Результат вывести на экран.
11. Вводятся числа. Прекратить ввод чисел, когда сумма положительных чисел превысит 100. Результат вывести на экран.
12. Вывести на экран значения произведений чисел a и b. Числа а изменяются от 1 до 11 с шагом 1, b – от 1 до 3 с шагом 0,2.
13. Вывести на экран таблицу перевода километров в мили в диапазоне от 2 до 20 километров с шагом 2 км.
14. Вы положили в банк 1500 рублей. Определить, сколько денег будет на Вашем вкладе через 1 год, если каждый месяц вклад увеличивается на 0.76 % от суммы предыдущего месяца.
15. Решив заняться легкой атлетикой, Вы пробежали в первый день 2 км. Сколько километров Вы пробежите за 2 недели, если каждый день Вы увеличиваете дистанцию на 10 % от предыдущего дня?
Технология выполнения работы
В рамках выполнения работы необходимо составить алгоритм решения задачи в виде блок-схемы и с помощью языка псевдокода.
Содержание отчета
1. Цель работы и задание.
2. Условие задачи.
3. Алгоритм, написанный с помощью псевдокода и блок - схемы.
Вопросы для защиты работы
1. Что такое алгоритм?
2. Свойства алгоритма.
3. Способы записи алгоритма.
4. Основные элементы блок-схемы.
5. Виды алгоритмов.
6. Отличительные особенности алгоритмов с предусловием и постусловием.
ПРАКТИЧЕСКая работа № 3
Visual Basic for Applications (VBA).
Линейные алгоритмы
Время выполнения – 6 часов.
Цель работы
Научиться использовать язык программирования Visual Basic for Applications (VBA) для разработки модулей в Excel на основе линейных алгоритмов.
Задачи лабораторной работы
После выполнения данной работы студент должен знать и уметь:
- знать все операторы, используемые в программах;
- уметь применять любые из изученных операторов для написания своих модулей;
- уметь объяснить написанную программу.
Перечень обеспечивающих средств
Для обеспечения выполнения работы необходимо иметь компьютер со следующим математическим обеспечением: операционная система Windows XP, электронные таблицы Excel с приложением в виде языка Visual Basic for Applications.
Общие теоретические сведения
VBA – это язык объектно-ориентированного программирования.
Основными парадигмами являются объект, свойство, метод, событие, класс и семейство объектов.
Объект – это инкапсуляция данных вместе с кодом, предназначенным для их обработки.
Семейство – объект, содержащий несколько других объектов того же типа:
Worksheets (“Лист 1”) – рабочий лист с имени Лист1,
Worksheets (1) – первый лист рабочей книги.
Классы – это проект, на основе которого будет создан объект, т. е. класс определяет имя объекта, его свойства и действия, над ним выполняемые. А каждый объект, свою очередь, является экземпляром класса.
Методы – это действия, выполняемые над объектом.
Объект. метод – синтаксис метода
Пример.
Application. Quit – закрыть объект Application.
Worksheets (“Лист1”).Chartobjects. Delete – удалит все диаграммы с листа “Лист1”.
Свойства – это атрибут объекта, определяющий его характеристики: размер, цвет, положение на экране или состояние (доступность, видимость).
Для изменения характеристик меняют его свойства:
Объект. Свойство=Значение свойства
Пример.
Worksheets. Visible = False
Есть свойства, возвращающие объект:
ActiveCell возвращает активную ячейку активного листа активной рабочей книги.
ActiveWindow – активное окно.
Свойства ActiveCell, ActiveWindow. ActiveCell и Application. ActiveWindow. ActiveCell возвращают одну и ту же активную ячейку.
События – это действия, распознаваемые объектом.
Суть программирования на VBA и заключается в том, чтобы на событие получить отклик.
Пример 1. Написать программу, которая вычисляет периметр треугольника.
Запись программы в виде блок-схемы (рис. 1) и визуальное представление формы для ввода данных (рис. 2) и результата (рис. 3):


Рисунок 1 – Блок-схема решения задачи

Рисунок 2 – Ввод исходных данных в процессе выполнения программы
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |


