ОПРОГ-А (Метода Седых основы программирования и баз данных)

Основы программирования ибаз данныхМетодическое пособиеСедых Игорь ВячеславовичМосква — 2012Оглавление1. Введение ....................................................................................................................... 32. Области применения программирования ................................................................. 43. Ключевые понятия и определения............................................................................. 74. Виды и типы данных ................................................................................................. 145. Архитектура ЭВМ и принцип фон Неймана ..........................................................

186. Разработка программного обеспечения .................................................................. 217. Языки программирования ........................................................................................ 258. Структуры данных.....................................................................................................

309. Базы данных и их проектирование .......................................................................... 3610.Приложения ............................................................................................................ 42Приложение 1. Краткий обзор языка программирования Си....................................................... 42Приложение 2. Основные команды языка SQL, создание запросов............................................

47Приложение 3. Перевод чисел в разных системах счисления...................................................... 4821. ВведениеМетодическое пособие, которое Вы держите в руках, сопровождает курс«Основы программирования и баз данных» в Центре компьютерного обучения«Специалист».Цель курса – максимально просто и интересно рассказать об основных понятиях, используемых в программировании, и заложить прочный фундамент длядальнейшего изучения современных IT-дисциплин. В этом пособии описываютсявсе ключевые моменты курса, приводятся все необходимые формальные определения, предлагаются некоторые примеры, разбираемые в курсе, и иллюстрации к теоретическим конструкциям.Пособие и курс разработаны на базе общего курса автора по программированию для студентов и школьников гуманитарных направлений различных учебныхзаведений.

Изложение материала построено «от простого к сложному», начиная ссамых общих понятий и заканчивая примерами несложных программ. Такое построение пособия позволяет дать полное представление об основах современныхинформационных технологий, не загружая читателя излишними подробностями иненужными усложнениями.Собранная в курсе информация – это объединение самых разных сведений изразличных областей, таких как программирование, математическая логика, архитектура ЭВМ, базы данных, проектирование программного обеспечения и других.В этом заключается уникальность курса – окончив его, можно с уверенностью продолжать обучение по любому направлению, связанному с современными информационными технологиями.

Данное пособие поможет систематизировать полученныена занятиях курса знания и закрепить их. Кроме того, оно является интересным иполезным справочным материалом, своего рода «первым учебником» для будущихIT-специалистов.Само собой разумеется, что курс «Основы программирования и баз данных»является лишь первым этапом на пути будущего программиста к цели. Это своегорода предисловие к книге под названием «Мой путь программиста».

Введением внее будет начало изучения понравившегося Вам языка, главами – основная работа.Ну а этот курс – лишь рассказ о том, о чем будет Ваша книга. Об огромном и интересном мире информационных технологий.32. Области применения программированияНачало изучения любой дисциплины заключается в ответе на главный вопрос– с чем Вам придется иметь дело, когда Вы начнете в этой области работать.

Вот иполучается, что первый вопрос, на который нам придется найти ответ – что такоепрограммирование? Чаще всего в нашей стране на этот вопрос дают неверный ответ, говоря, что программирование – это набор программ. Связано это с очень слабым распространением у нас узконаправленных IT-дисциплин и, естественно, нехваткой работающих в них специалистов. Набор программ обычно относится кдисциплине под названием «кодинг» или, более правильно, кодирование.

На самомделе, кодирование является лишь частью программирования, наряду с анализом,проектированием, компиляцией, тестированием и отладкой, сопровождением.Программирование – это решение задач при помощи ЭВМ, или процесс создания компьютерных программ. В общем случае, программирование решает вопросы программного управления различным оборудованием, будь то суперкомпьютер или программируемая стиральная машина.

Таким образом, одним из важнейших этапов в выборе будущего приложения своих способностей для любого программиста будет определение круга задач. В первую очередь такой выбор начинается с области программирования. Для того чтобы разобраться в том, какие областипрограммирования бывают, нужно обратиться к истории появления компьютеров.Эра автоматизации расчетов началась в 1642 г., когда Блез Паскаль изобрелустройство, позволявшее механически выполнять сложение чисел, а в 1673 г.

Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, возможности которогобыли расширены до четырех основных арифметических действия (сложения, вычитания,умножения и деления). Эти устройства позднее получили широкое распространение, и, вчастности, в Англии в XIX веке даже существовала профессия «компьютер» – человек,работающий с арифмометром. Основной задачей этих людей был расчет морских навигационных таблиц. Естественно, что точность таких расчетов была довольно низкой, а скоростьработы невысокой. Работу этих людей нужнобыло автоматизировать, но сделать это без создания программируемого устройства былоневозможно.

Самым первым таким механизмом стала разностная машина Бэббиджа, соРисунок 1 – Разностная машиназданная в 1822-м году (Рисунок 1). Машинаприводилась в движение ручкой (по принципу арифмометра), но движение ее барабанов могло быть запрограммировано в зависимости от решаемой задачи. К сожалению, разработки Бэббиджа не дошли до успешного финала. Получив от Британского правительства огромные деньги на постройку полноценной расчетной машины (около 17 тысяч фунтов стерлингов – в то время этих денег хватило бы на по4стройку трех крупных военных кораблей) он и представить себе не мог, с какимитрудностями столкнется.

Его проекту так и не суждено было завершиться. Однакокогда к двухсотлетию со дня рождения Чарльза Бэббиджа на основе его оригинальных работ в лондонском Музее науки была собрана работающая копия разностноймашины № 2, оказалось, что этот механизм мог проводить довольно сложные вычисления с гораздо более высокой точностью, чем ожидалось.Следующее серьезное применение компьютеры получили во время ВторойМировой войны.

Оно было связано со взломом фашистских шифров. Спецификацию компьютера разработали профессор Макс Ньюман и его коллеги; сборкаColossus Mk I, как назвали эту машину, выполнялась в исследовательской лаборатории Почтового департамента Лондона под управлением инженера Томми Флауэрса и заняла 11 месяцев. Компьютер был построен на основе вакуумных ламп, чтопозволяет считать его первой электронно-вычислительной машиной (ЭВМ). Создателем алгоритмов для этой машины был Алан Тьюринг – талантливый математик, витоге заложивший основы многих современных компьютерных наук, один из группы ученых, взломавших код Энигма. Использовался Колосс для взлома кода, генерируемого шифровальной машиной Lorenz SZ 40/42, которая использовалась в переговорах высшего командования противника.

К сожалению, проект был настолькосекретным, что о его существовании не было ничего известно до конца XX-го века,из-за чего найти упоминания об этой машине крайне сложно. Утверждается, что ниодин из десяти построенных для разных целей «Колоссов» не дожил до нашихдней.После войны компьютерные технологии, несмотря на всю секретность проектов, начали активно развиваться. Американский ENIAC, который часто называютпервым электронным компьютеромобщего назначения, публично доказал применимость электроники длямасштабных вычислений. Созданная под руководством Джона Моучли и Дж.

Преспера Эккерта, этамашина была в 1000 раз быстрее,чем все другие машины того времени. Его основой послужили 18 000вакуумных трубок, или электронных ламп (Рисунок 2), а первая программа была запущена в ноябре1945 г., хотя официально об изобретении было сообщено на год позже,Рисунок 2 – ENIACв начале 1946 г., когда проект рассекретили. В то время, многие исследователи были убеждены в том, что лампы будут сгорать очень часто, и «ЭНИАК» будет слишком много времени простаивать времонте, и потому будет практически бесполезен. Тем не менее, на реальной машине удавалось выполнять несколько тысяч операций в секунду в течение не5скольких часов, до очередного сбоя из-за сгоревшей лампы.

«Программа» для этоймашины определялась состоянием соединительных кабелей и переключателей, чтобыло серьезным прорывом со времени механических вычислительных устройств,но, конечно же, проигрывало машинам с хранимой программой, появившимся позже. В наше время принято считать «ЭНИАК» скорее калькулятором, нежели компьютером, но нельзя отрицать тот факт, что его изобретение стало ключевым моментом в разработке вычислительных машин, прежде всего из-за огромного прироста в скорости вычислений, но также и по причине появившихся возможностей дляминиатюризации.Успех первой ЭВМ означал начало новой эры в развитии вычислительныхустройств. После «ЭНИАК» новые компьютеры стали появляться чаще и становились все быстрее. В процессе разработок первых ЭВМ к работе был привлечен известный американский математик Джон фон Нейман, который вскоре сумел сформулировать пять основных принципов функционирования универсальных вычислительных устройств, которые мы обсудим далее.

На этих принципах, как на фундаменте, основывались в дальнейшем все последующие поколения машин. Особенно важен принцип программного управления. Именно из этого принципа вытекает определение программы в ее классическом понимании – как последовательного набора команд, выполняемых процессором. Отсюда возникает и необходимостьв подготовке специально обученных людей, которые бы знали, какие команды и вкакой последовательности нужно применять для решения определенной задачи.Это приводит к становлению программирования, как одного из видов деятельностичеловека.За период с 1948 по 1975 года сменяются три так называемых поколения компьютеров.