2

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МАМИ)

Кафедра "Прикладная и вычислительная математика"

Е.А.Лопаницын,

С.Г.Сальков,

А.Б.Фролов

Программирование на языке Фортран MS 5.0

Сборник лабораторных работам

по курсу

"Информатика и программирование на ЭВМ"

для студентов всех специальностей

Под редакцией

заведующего кафедрой

чл.- корр. РАН Э.И.Григолюка

МОСКВА - 2003

Лопаницын Евгений Анатольевич, профессор, доктор физико-матема-тических наук;

Сальков Станислав Григорьевич, доцент, кандидат технических наук;

Фролов Александр Борисович, профессор, кандидат технических наук.

Методические указания к лабораторным работам по курсу "Информатика и программирование на ЭВМ" для студентов всех специальностей. Программирование на языке Фортран MS 5.0. - М.: МАМИ, 2002. - 92 с. Издание третье исправленное и дополненное.

Лабораторные работы ориентированы на изучение основ алгоритмического языка Фортран MS 5.О, программирования на этом языке и получение навыков в решении задач на ЭВМ.

Методические указания содержат описание восьми лабораторных работ, введения, в котором приведены требования к выполнению лабораторных заданий, и приложения с кратким перечнем ошибок выполнения программы.

Московский государственный технический университет (МАМИ)

2002 г.

В В Е Д Е Н И Е

Алгоритмический язык программирования Фортран (FORmula TRANslator) был разработан фирмой International Business Machines (IBM) в середине 50-х годов как программное средство для решения вычислительных задач. Работа над его усовершенствованием продолжается по сей день, и к настоящему времени используется несколько стандартов Фортранa (FORTRAN-66, FORTRAN-77, FORTRAN – 90, FORTRAN POWER STATION). Сегодня он является основным языком программирования при решении научно-технических задач. В данном пособии рассматривается стандарт FORTRAN-77 для персональных ЭВМ фирмы MicroSoft вер

сии 5.0, в котором реализованы многие положения стандарта FORTRAN-90, котрый вошел в новую систему FORTRAN POWER STATION.

С целью изучения основ программирования и получения практических навыков по составлению и отладке программ на алгоритмическом языке Фортран студентам предлагается выполнить представленные в данном пособии лабораторные работы. Для выполнения лабораторных работ студент обязан заранее подготовиться к ним:

• используя конспект лекций и рекомендованную литературу, самостоятельно изучить синтаксис рассматриваемых в работе операторов и приемы их использования;

• выполнить задание в соответствии со своим вариантом;

• оформить отчет по лабораторной работе.

Отчет по лабораторной работе должен быть оформлен на листах формата А4 и включать в себя следующие разделы:

• титульный лист;

• справочную информацию о синтаксисе и работе изучаемых операторов;

• условия задания;

• решения задания в виде блок-схемы и текста программы;

• результаты счета программы на ЭВМ.

Составленная студентом программа должна быть набрана им в одном из текстовых редакторов (NORTON EDIT или ЛЕКСИКОН) и записана в файл с именем, имеющим расширение for - исходный файл. Например: prog.for, test.for, и т.п. Кроме этого, если требуется, студент должен подготовить файл исходных данных с расширением dat. Например: prog.dat, test.dat.

Исходный файл должен быть обработан на ЭВМ программой-транслятором, который переведет его в машинные коды ЭВМ. Для выполнения этой операции, работая в Norton Commander, достаточно выделить курсором имя исходного файла и нажать клавишу "Enter".

На этапе трансляции в тексте программы в первую очередь выявляются синтаксические ошибки. Сообщение о них вывводится на экран. Их необходимо проанализировать и сразу же исправить в исходном тексте. После трансляции программу обрабатывает редактор связей, который обеспечивает подключение к ней необходимых внешних подпрограмм.

В случае затруднения распознавания ошибок рекомендуется использовать листинг программы, формируемый транслятором в виде файла с тем же именем, но расширением lst. Например: prog.lst, test.lst и т.п. После исправления ошибок исходный файл должен быть вновь обработан транслятором.

При успешном завершении трансляции образуются два файла с расширениями obj и exe. Например: prog.obj, test.obj и, соответственно, prog.exe, test.exe. Загрузочный файл с расширением exe является готовой к выполнению на ЭВМ программой.

Запуск программы на счет в Norton Commander'е осуществляется путем выделения курсором файла с расширением exe и нажатием клавиши "Enter". Результаты счета должны быть либо выведены на экран монитора, либо записаны в файл с именем исходного файла, но с расширением res. При запуске программы на счет возможно появление ошибок выполнения. Их краткий перечень приведен в Приложении.

В конце занятия студент должен удалить из директории все созданные им и ненужные для дальнейшей работы файлы.

Для каждой лабораторной работы студент в своей директории должен организовать поддиректории LR_1, LR_2, ..., LR_8. В них должны храниться файлы программ и, если требуется, файлы исходных данных. Файлы с расширениями exe, obj, lst, bak и res должны быть уничтожены.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАСЧЕТОВ ПО

ФОРМУЛАМ

С п р а в о ч н а я и н ф о р м а ц и я

Программа для ЭВМ состоит из последовательности команд, реализующих алгоритм решения задачи. Каждая из команд языка Фортран состоит из ключевых слов, определяющих характер выполняемых действий над константами, переменными и выражениями. В Фортране используются пять основных типов команд (операторов): присваивание; ввод-вывод информации; передача управления; описание объектов; подпрограммы. Каждая команда на Фортране записывается в свою строку длиной 80 символов.

Основными символами языка Фортран, образующими его алфавит, являются: строчные и прописные латинские буквы A, B, C, ..., Z; цифры 0, 1, 2, ..., 9; пробел и специальные символы = + - * / ( _ ) , . $ ' :. Другие символы, в частности, буквы русского алфавита могут быть использованы только в качестве комментариев к программе.

Положение символа в строке нумеруется слева направо, начиная с 1-ой позиции. Строка условно делится на четыре зоны. Первая зона (с 1-й по 5-ю позиции) предназначена для метки оператора. Метка выполняет роль адреса оператора и может располагаться в любой позиции зоны. Метка оператора - целое положительное число, которое может содержать не более 5 цифр. Для большинства операторов метка является необязательным параметром. Вторая зона, состоящая из 6-ой позиции, используется как признак продолжения оператора, не умещающегося на одной строке. В качестве символа продолжения может использоваться любой символ, отличный от нуля или пробела. Строк продолжения не должно быть более 19-ти. Позиции с 7-й по 72-ю являются третьей зоной и служат для записи оператора. Последняя зона с 73-й по 80-ю позиции Фортраном не обрабатывается и может использоваться программистом по своему усмотрению. Например

123456789...................72 73.......80

24 y = sin(x**2) + 2*cos(1 - x)/

(метка) (о п е р а т о р)

* (1 + x)**2

(п р о д о л ж е н и е о п е р а т о р а )

В отличие от записи оператора, комментарии к программе записываются со 2-й по 80-ю позиции. Признаком комментария является наличие английской буквы "С" в первой позиции. Например

123456789.........................72 73.......80

С *** Программа к лабораторной работе № 1 ***

Комментарии могут присутствовать в конце строки записи операторов. Для этой цели используется восклицательный знак, после которого следует текст комментария:

123456789........................72 73.......80

24 y = sin(x) ! *** вычисление синуса ***

Константа – величина, значение которой задается в явном виде и в дальнейшем не меняется. Различают следующие типы констант: числовые, логические и символьные. Числовые константы бывают целыми и вещественными.

Целая константа представляет собой целое число:

81, -1230, 0, 225, ....

В Фортран-программе целые константы записываются в форме I (Integer), которая совпадает с записью целых чисел в алгебре.

Вещественная константа – действительное число:

562,401 0,362.10^-4 2,57 -0,01276 1,0273.10²

В программе вещественная константа может быть записана в одной из трех форм: F, E и D.

Форма F (Fixed) - форма с фиксированной точкой, представляет собой запись вещественной константы с десятичной точкой вместо запятой:

562.401 0.0000362 2.57 -0.01276 102.73

Формы Е (Exponential) и D (Double precision) – формы с плавающей точкой, представляют собой запись вещественной константы в виде мантиссы и порядка. Константа в форме Е имеет мантиссу длиной до 7 цифр и порядок в виде двузначного числа, обозначаемый буквой Е:

0.562401E+03 0.362E-04 0.257E+01 -0.1276E-01 0.10273E+03

а константа в форме D допускает мантиссу длиной до 15 цифр, ее порядок обозначается буквой D и может быть трехзначным числом:

0.562401D+003 0.362D-004 0.257D+01 -0.1276D-01 0.10273D+03

При записи порядка в формах E и D знак "+" и нуль в крайней левой позиции величины порядка могут быть опущены.

Логическая константа используется для обозначения одного из значений: "истина" или "ложь". Значения логической константы, соответственно, задаются ключевыми словами TRUE и FALSE, заключенными между точками:

.TRUE. или .FALSE.

Символьная константа представляет собой последовательность символов, заключенную в апострофы. Апострофы служат признаками начала и конца константы и не являются ее частью. Если последовательность символов содержит апостроф, то в константе он должен записываться в виде пары апострофов. Например, слова ForTran и O'Генри соответствуют символьным константам 'ForTran' и 'O''Генри'.

Переменная – символьное представление величины, которой могут присваиваться различные значения в процессе выполнения программы. Переменная характеризуется тремя параметрами: именем, типом и значением.

Имя переменной может включать в себя буквы латинского алфавита, цифры, знаки подчеркивания и $, но первым символом - всегда должна быть буква. Длина имени может быть от 1 до 31 символа, однако для распознавания используются только первые шесть. Строчные и прописные буквы в имени равносильны, а пробелы не рассматриваются как значащие. Например, имена переменных LONG, Long и L o n g воспринимаются транслятором как одно имя.

Тип переменной определяется по умолчанию или явно. По умолчанию тип переменной принимается числовым и определяется по первой букве ее имени. Если имя переменной, начинается с букв I, J, K, L, M, N, то ей приписывается целый тип, в противном случае - вещественный тип .

Явным способом тип переменной может быть определен с помощью операторов описания типов переменных:

тип[*длина] список

или

тип имя переменной[*длина] [[, имя переменной[*длина]]...],

Для переменных типа Integer и Real существуют две допустимые длины: стандартная – 4 байта, которая устанавливается по умолчанию, и дополнительная – 2 байта для целых переменных и 8 байт для вещественных. Переменным типа Logical указывать длину не требуется, так как она постоянна и равна 4 байтам. Длина символьных переменных может колебаться от 1 до 32767 байтов (символов). Например

Integer A, B, C*2

Real Lem, Io*8

Real Lambda

Logical R

Character First*15, SECOND*10

Операторы описания типов должны стоять в начале программы.

Выражение – это последовательность операндов (констант, переменных и функций), соединенных знаками операций и задающая некоторые вычисления. В зависимости от знаков операций, используемых в выражении, различают арифметические, логические и текстовые выражения.

Арифметическое выражение – это запись математической формулы с использованием констант, переменных, функций, знаков арифметических операций и круглых скобок. Для обозначения арифметических операций используются следующие знаки:

"**" – возведение в степень.

Правила составления арифметических выражений:

1. Все необходимые вычисления должны быть указаны явно, то есть все операнды должны быть разделены знаками арифметических операций. Например, запрещена запись 5.2A, требуется писать 5.2*A;

2. Два символа арифметических операций не могут следовать непосредственно друг за другом. Например, запрещена запись А*-B, требуется писать A*(-B);

3. Порядок выполнения арифметических операций следующий. В первую очередь вычисляются аргументы функций, затем вычисляются сами функции, затем производится возведение в степень, далее умножение и деление и, наконец, сложение и вычитание. Последовательно стоящие однотипные операции выполняются слева направо, кроме операций возведения в степень, которые выполняются справа налево;

1 2 3

D * C / K + D.

4. Использование скобок, как и в алгебре, изменяет последовательность выполнения операций;

2 1 3 4 1 3 4 2

A + B * K - D - 2; (A + B) * K - (D - 2)

5. Операция возведения в вещественную степень допустима только при положительном основании, в целую степень - при любом. Например, операция А**2.5 допустима при А > 0, а А**2 - при любых А;

6. Тип результата арифметического выражения соответствует типу одного из операндов, входящего в него и имеющего наивысший ранг. Ранги операндов определяются исходя из их типов и длин в соответствии с таблицей:

Integer*2 – ранг 1