Einführung in ALGOL 60: Skriptum für Hörer aller Fachrichtungen ab 1. Semester

119 Pages·1972·2 MB·German

by  Dr. rer. nat. Harry Feldmann (auth.)

Harry Feldmann
Einflihrung in ALGOL 60
Harry Feldmann
EinfOhrung
in ALGOL 60
Skriptum fUr Harer
aller Fachrichtungen ab 1. Semester
Friedr. Vieweg + Sohn . Braunschweig
Dr. rer. nat. Harry Feldmann
ist Abteilungsdirektor am Rechenzentrum der
Universitiit Hamburg
Quellennachweis Seiten 86 bis 89
"Wiedergegeben mit Genehmigung des Deutschen Normenausschusses. Ma1.\gebend ist die jeweils
neueste Ausgabe des Normblattes im Normformat A4, das bei der Beuth-Vertrieb GmbH.,
1 Berlin 30 und 5 Koln, erhiiltlich ist"
ISBN-13: 978-3-528-03315-6 e-ISBN-13: 978-3-322-85512-1
001: 10.1007/ 978-3-322-85512-1
AIle Rechte vorbehalten
Copyright © 1972 by Friedr. Vieweg + Sohn GmbH, Verlag, Braunschweig
Die Vervielfiiltigung und Obertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch
fUr Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag
vorher vereinbart wur!ien. 1m Einzelfall mu1\ tiber die Zahlung einer Gebtihr fUr die Nutzung
fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt fUr die Vervielfiiltigung durch aIle
Verfahren einschlie11.lich Speicherung und jede Ubertragung auf Papier, Transparente, Filme,
Bander, Platten und andere Medien.
Vorwort
Ein Programm einer Rechenanlage zur LOsung einer bestimmten Art von Problemen
injeweils endlich vielen Schritten he~t Algorithmus und ist in Form einer end
lichen Zeichenkette gegeben. Eine Sprache ist die Menge alIer Zeichenketten, die
nach der Grammatik der Sprache erzeugt werden konnen.
ALGOL 60 ~rithmic language, herausgegeben fUr 1960 von Naur) ist eine Sprache,
deren Zeichenketten slimtlich Algorithmen sind, d.h. eine Programm-oder Program
miersprache. Die ALGOL-60-Grammatik ist die erste Grammatik, die weitgehend
aus (klaren) Formeln, sogenannten Semi-Thue-Produktionen (nach Thue 1914,
spater Post 1943, Chomsky 1956, Backus 1959), und nicht aus (unklaren) verbalen
Formulierungen besteht.
Die Produktionen der ALGOL-60-Grammatik sind in graphischer Darstellung als
Produktionsschemata (vgl. 2.7, 3.2 ft) fUr Horer alIer Fachrichtungen und sogar fUr
SchUler ohne weiteres verstandlich.
Beispiel eines Produktionsschemas (vgl. 2.3):
Bezeichnung
\
Buchstabe} ... {Buchstabe}
Buchstabe {
Ziffer Ziffer
d.h. eine Bezeichnung ist eine endliche Zeichenkette aus Buchstaben bzw. Ziffern
(und keinen sonstigen Zeichen wie etwa Komma), beginnend mit einem Buchstaben.
Unterschlangeltes darf entfalIen.
~
Neben den formalen Produktionsschemata enthiilt die ALGOL-60-Grammatik noch
zuslitzliche verbale Regeln, die im folgenden "Zusatzregeln" genannt werden.
Dem Leser, der einen moglichst schnellen Zugang zu ALGOL 60 sucht, wird empfoh
len, mit Kapite12 von 2.2 an zu beginnen, in dem eine ALGOL-60-Teilmenge (Aus
zug) erzeugt wird, die fUr die Programmierung einfacher Beispiele ausreicht. Diese
Teilmenge wird in den Kapiteln 3-6 auf den vollen ALGOL-60-Umfang erweitert.
In Kapitel 7 werden die komfortablen Ein/ Ausgabeprozeduren INPUT/OUTPUT
mit wiihlbaren Formaten besprochen, die von Knuth 1964 herausgegeben wurden
und die ALGOL 60 auch fUr umfangreiche Ein/Ausgabeintensive Probleme der
Datenverarbeitung verwendbar machen.
ALGOL-60-Programme sind weitgehend in Ublicher mathematischer Formelschreib
weise abgef~t und werden wegen ihrer kurzen, Ubersichtlichen und prazisen Dar
stellung nicht nur zum Programmieren, sondem auch zum Formulieren mathema
tisch beschriebener Algorithmen verwendet (insbesondere in Veraffentlichungen).
Bei nichtnumerischen Problemen, wie z.B. Textverarbeitung, ist ALGOL 60 schwer
filliger, da Textzeichen erst in Zahlen umcodiert werden mUssen. Umfassender
(aber komplizierter) als ALGOL 60 ist ALGOL 68 (herausgegeben fUr 1968 von
van Wijngaarden), das jedoch zur Zeit noch nicht flir Rechenanlagen zur Verfligung
steht.
Herm G. Lamprecht (Bremen) m6chte ich fUr die Anregung danken, diese EinfUhrung
zu schreiben. Meinen Harem und insbesondere Herm M. Kniebel bin ich flir die kri
tische Durchsicht des zugrundegelegten Vorlesungs-Skriptums und flir Xnderungsvor
schlage zu Dank verpflichtet. FUr Beitrage zu den Obungsaufgaben danke ich den
Herren R. Nicolovius (Hamburg), H. Schauer (Wien) und R. Ziegler (Stuttgart).
Frau E. Schmidt danke ich flir ihre Miihe beim Schreiben der Druckvorlagen.
Hamburg H. Feldmann
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Struktur von Rechenanlagen 1
1.2 Darstellung von Algorithrnen durch FluMiagramme 2
1.3 Beispiele 4
2 ALGOL-60-Auszug 8
2.1 Zeichenvorrat und Grammatik-Notation 8
2.2 Vorzeichenlose ZaWen 11
2.3 Bezeichnungen 12
2.4 Vereinfachte arithrnetische Ausdriicke 12
2.5 Vereinfachte logische Ausdriicke 14
2.6 Vereinfachte Typvereinbarungen 16
2.7 Programm, Blacke, Anweisungen 17
2.8 Beispiele 24
3 Ausdriicke 28
3.1 Standardfunktionsprozeduren 28
3.2 Arithrnetische -, logische - und Zielausdrticke 30
3.3 Beispiele 36
4 Felder 38
4.1 Variablen 38
4.2 Vereinbarungen 39
4.3 Verteileraufrufe 42
4.4 Beispiele mit Hinweis auf INARRA Y JOUT ARRAY 43
5 Blockstruktur 47
5.1 Strukturblocke 47
5.2 GraBen in einer Blockstruktur 48
5.3 Beispiel 50
6 Prozeduren 52
6.1 Prozedurveretnbarung 52
6.2 Prozeduraufruf 57
6.3 Beispiele 59
7 Standard-E/A /Fonnat-Prozedur-Anweisungen INPUT/OUTPUT 66
7.1 Produktionsschema 67
7.2 Zahlenfonnat, Beispiele 70
7.3 Logisches Fonnat, Beispiele 71
7.4 'INTEGER'-Zeichenkettenfonnat und EQUIV, Beispiele 72
7.5 Zeichenkettenformat, Beispiele 73
7.6 Parameterloses Zeichenkettenformat, Beispiele 74
7.7 Maschtnenformat, Beispiele 75
7.8 Beispiele mit Htnweis auf INLIST /OUTLIST 76
8 Vbungsaufgaben 78
A Anhang
Al Darstellung von ALGOL-Symbolen auf 5-Spur-Lochstreifen und
80-spaltigen Lochkarten, DIN 66006 86
A2 Kontextfreie Semi-Thue-Produktionen fur ALGOL 60. Schema tn
Englisch mit Vbersetzung tn Deutsch 90
A3 Kontextfreie Semi-Thue-Produktionen fur Formate von INPUT/OUTPUT.
Schema in Englisch mit Vbersetzung tn Deutsch 94
Literaturverzeichnis 96
Alphabetischer Index 100
Einleitung
Einleitung
Die auf die Grundlagen und das Prinzipielle hingerichteten
Fragen "Was ist eigentlich eine Rechenanlagel" und "Was
ist eigentlich ein Programm bzw. ein Algorithmusl" werden
in der ~u!0~a!e~the2r!e beantwortet durch Angabe eines
moglichst einfachen Prototyps einer Rechenanlage, der
"Turingmaschine" (Turing 1936), und Aufstellung der These,
daB jede Rechenanlage der Turingmaschine und jedes Rechen
anlagenprogramm einem Turingprogramm aquivalent sind. Die
Begriffe Programm (mit Halt nach endlich vielen Schritten)
und Algorithmus werden gleichgesetzt.
In dieser Einleitung kann auf die Automatentheorie ver
standlicherweise nicht naher eingegangen werden, vielmehr
werden Rechenanlagen nur kurz hinsichtlich ihrer Funktion,
ihrer Hauptbestandteile und ihrer Benutzung besprochen
und einige einfache Programme bzw. Algorithmen in graphi
scher Darstellung (FluBdiagramme) als Beispiele angegeben.
1.1. Struktur von Rechenanlagen
Wurde bisher von Rechenanlagen gesprochen, so waren stets
programmgesteuerte, digitale, elektronische Rechenanlagen
gemeint. Nicht gemeint waren Rechenlagen mit unverander
lichem Programm wie z.B.ProzeBrechner zur Steuerung von
Fabrikationsvorgangen oder Rechenanlagen mit nichtdigita
ler Informationsdarstellung wie z.B. Tourenzahler in Auto
mobilen oder nichteleketronische Rechenlagen wie z.B.
Zahnrad-Tischrechner.
Hauptbestandteile einer Rechenlage sind der Speicher, das
Rechenwerk und das Befehlswerk, die in Abb.l.la zusammen
mit den Richtungen des Informationsflusses dargestellt sind.
2 1.2 FluSdiagramme
Rechenwerk Befehlswerk
Abb.I.la:
Hauptbestandteile
und Informations
fluS in einer
Rechenanlage
Das Programm und die Eingabedaten werden (etwa von Loch
karten) in den Speicher eingelesen. Dann werden die Befeh
le des Programms aus dem Speicher ihrer Reihenfolge nach
ins Befehlswerk gebracht und ausgefuhrt. GemiS diesen Be
fehlen werden die Eingabedaten vom Speicher ins Rechenwerk
transportiert, dort umgerechnet und Ergebnisse in den Spei
cher zurucktransportiert. Am Ende des Programms werden die
resultierenden Ausgabedaten aus dem Speicher(etwa uber
Drucker) ausgegeben.
1.2 Darstellung von Algorithmen durch FluSdiagramme
Noch einfacher als die Darstellung eines Algorithmus in
ALGOL 60 ist die Darstellung eines Algorithmus graphisch
durch FluSdiagramme (1945 durch von Neumann und Goldstine
eingefuhrt). Dies gilt zumindest fur kurze Algorithmen;
fur lingere Algorithmen werden FluSdiagramme unubersicht
licher.
Als Vorubung zum Programmieren in ALGOL 60 und zur Erarbei
tung einiger kurzer Beispiele (siehe 1.3) erliutern wir
daher den sehr leicht (fast intuitiv) verstindlichen Auf
bau von FluSdiagrammen. Dabei lassen wir Ein/Ausgabevor
ginge zur Vereinfachung auSer Betracht und benutzen zum
Teil von der Norm (DIN 66001 Ittformationsverarbeitung:
Sinnbilder fur DatenfluS- und Programmablaufpline incl.
1.2 FluBdiagramme 3
Zeichenschablone. Berlin,Koln: Beuth-Vertrieb 1969) ab
weichende Sinnbilder (siehe Abb.I.2a)
vereinfachte Ergibtanweisung
mit T Eingang und T Ausgang.
v Variable,
av vereinfachter arithmet.Ausdruck
y'eE..&l~i£h
mit 1 Eingang und 2 Ausgangen.
aV1,aV2 vereinf.arithm.Ausdruck,
o Vergleichsoperator: <,~,=,~,>,*
ZusammenfluB
mit mindestens 2 Eingangen
und 1 Ausgang
Abb.I.2a: Sinnbilder fUr FluBdiagramme
Eine vereinfachte Ergibtanweisung mit 1 Eingang und 1 Aus
gang weist der Variablen mit dem Namen V den Wert des ver
einfachten arithmetischen Ausdrucks (Ublicher mathemati
scher arithmetischer Ausdruck, genauere Definitionen in
2.4,3.2) mit dem Namen av zu. Z.B. bedeutet X:=X+Y mit
derzeitigen Werten 1 fUr X und 2 fUr Y, daB X den neuen
Wert 3 erhalt.
Ein Vergleich mit 1 Eingang und 2 Ausgangen vergleicht die
Werte der vereinfachten arithmetischen AusdrUcke, die die
Namen aV1 ,aV2 besitzen, und aktiviert den "ja"Ausgang,
wenn der Vergleich "ja" ergibt, sonst den anderen ("nein")
Ausgang. Z.B. bedeutet X+ISY+2 mit derzeitigen Werten 1
fUr X und 2 fUr Y, daB der "ja"Ausgang aktiviert wird.
Ein FluBdiagramm besteht aus endlich vielen vereinfachten
Ergibtanweisungen, Vergleichen und ZusammenflUssen und
hat genau 1 freien Eingang (Start) und endlich viele freie
Ausgange (Halts).