Einführung in die Programmiersprache FORTRAN IV: Anleitung zum Selbstudium Skriptum für Hörer aller Fachrichtungen ab 1. Semester

200 Pages·1973·5.23 MB·German

by  Günther Lamprecht (auth.)

Gunther Lamprecht
EinfOhrung in die
Programmiersprache
FORTRAN IV
Anleitung zum Selbstudium
Skriptum fUr
Harer aller Fachrichtungen
ab 1. Semester
3., berichtigte Auflage
Friedr. Vieweg & Sohn Braul'"'schweig/Wiesbaden
1. Auflage 1970
Nachdruck 1971
2., berichtigte Auf1age 1972
3., berichtigte Auf1age 1973
1. Nachdruck 1976
2. Nachdruck 1977
3. Nachdruck 1978
4. Nachdruck 1980
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1970,1972,1973
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ISBN-13: 978-3-528-23307-5 e-ISBN-13: 978-3-322-85536-7
DOl: 10.1007/978-3-322-85536-7
Vorwort
Diese Einfiihrung in die Programmiersprache Fortran N ist entstanden aus mehreren
Kursen, die am Rechenzentrum der Universitat Miinster fUr Horer aIler Fakultiiten ab
gehalten worden sind. Das Ziel dieser Kurse war es, dem Teilnehmer ein Hilfsmittel in
die Hand zu geben, das er unter Umstanden spater fUr seine wissenschaftlichen Aufgaben
einsetzen kann. Urn den Kursteilnehmer moglichst gut mit dem neuen ,,Handwerkzeug"
vertraut zu machen, wurde die Programmiersprache so dargestellt, d~ ein unmittelbares
Ausprobieren des gerade erlemten Stoffes auf der Rechenanlage moglich war.
Die Sprache Fortran N sollte als "problemorientierte" Programmiersprache eigentlich
unabhiingig von der benutzten Rechenanlage (ffiM 360/50) sein. Bedingt durch den unter
schiedlichen Aufbau der Rechenanlagen lassen sich jedoch gewisse Abweichungen in der
Programmiersprache bei den einzelnen Herstellerfmnen nicht ganz vermeiden. So kann
es sein, d~ einzelne Programme auf einer anderen Rechenanlage eine Fehlermeldung
hervorrufen. Anhand der Fehlermeldung l~t sich das Programm dann leicht abiindern.
In den Paragraphen 1 und 9 wird die interne Verschliisselung von Zahlen und Zeichen
beschrieben. 1m Prinzip gilt die Darstellung fUr aIle Rechenanlagen, ohne Xnderung je
doch zur Zeit nur fUr Anlagen der Firmen CII, IBM und Siemens.
Ganz bew~t wurde in dieser Einfiihrung darauf verzichtet, aIle Moglichkeiten der Pro
grammiersprache Fortran zu beschreiben. Einmal verwirrt die Vielfalt einen Anflinger,
zum anderen werden die hier beschriebenen Moglichkeiten ausreichen, urn die am Anfang
anfaIlenden Programmieraufgaben zu losen. Spater wird der Leser sicher in der Lage sein,
ein Handbuch tiber Fortran IV zu verstehen.
Der Name FORTRAN der hier beschriebenen Programmiersprache ist eine Abkiirzung von
FORMULA TRANSLATION (Obersetzung von (mathematischen) Formeln).
Es liegt daher in der Natur der Sache, daB ein gewisses Mindestm~ an mathematischer
Vorbildung vorhanden sein m~, urn die Programmiersprache Fortran zu verstehen. Die
Mindestvoraussetzung kann man fUr diese Einfiihrung etwa mit den Begriffen
Rechnen in verschiedenen Zahlensystemen,
Mittelwert, Streuung, Varianz,
Polynom,
Vektor
beschreiben. Die Kenntnisse der Matrizenrechnung sind hier nur fUr den erforderlich, der
die LOsung linearer Gleichungssysteme programmieren will.
Herm Prof. Dr. H. Werner mochte ich fUr die Anregung danken, diese Einfiihrung zu
schreiben. Frau Mathern. Techn. Assistentin I. Schulze, Miinster, Herm OStR. S. LUhrs,
Nordenham, und meiner Frau bin ich fur die kritische Durchsicht des Manuskriptes und
fur zahlreiche Xnderungsvorschlage zu Dank verpflichtet. Fraulein M. Imenkamp danke
ich fUr ihre Miihe beim Schreiben der Druckvorlagen und Herm Mecke fur das Zeichnen
der Skizzen.
Gunther lAmprecht
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Die Darstellung von Zahlen in der Rechenanlage 5
1 Ein einflihrendes Beispiel 17
3 Das Ablochen von Fortran-Programmen 10
4 Der Sprungbefehl und der Einlesebefehl 30
5 Das logische IF-Statement 44
6 Variablenfelder ("Arrays"); Vektoren, Matrizen 49
7 Die DO-Schleife 62
8 Genauere Beschreibung der Ein- und Ausgabe 68
9 Interne Darstellung von Zeichen 92
10 Initialisieren von Variablenwerten 97
11 Variables Format+ 107
12 Das arithmetische IF-Statement 111
13 Unterprogrammtechnik; Funktionsunterprogramme 114
14 Unterprogrammtechnik; Subroutinen 129
15 Parameteriibergabe durch den COMMON-Bereich 135
16 Abschliel:.ende Aufgaben 140
Losungsteil 143
-1-
Einleitung
Von der Formulierung eines Problems bis hin zu seiner Losung
kann man die folgenden Stationen angeben, die nacheinander zu
durchlaufen sind:
,
Formulierung Entscheidet man sich bei der Aus
I wahl der adaquaten Hilfsmittel fur
,I
,I die Anwendung einer Rechenanlage, so
,
muG der Losungsweg in eindeutiger
Wahl der adaquaten -,
,I Weise beschrieben werden. AIle mog
Hilfsmittel
lichen Sonderfalle mussen erkannt und
berucksichtigt sein. Erst dann kann
man den Losungsweg - etwa in der Pro
(mathematische)
grammiersprache Fortran - programmie-
Formulierung des
ren.
Losungsweges
Nachdem das Programm in allen Ein
zelheiten (am Schreibtisch) aufge
stellt ist, kann es Befehl fur Befehl
abgelocht werden, d.h. auf Lochkarten
ubertragen werden. Das Paket von Loch
karten stellt das Programm in einer
fur die Rechenanlage "lesbaren" Form
dar.
Die Rechenanlage Ii est das Pro
gramm, das in einer sogenannten pro
kritische
blemorientierten Sprache formuliert
Diskussion der
ist, und ubersetzt die einzelnen Be
Ergebnisse
fehle mit Hilfe eines besonderen Pro-
(Kontrollrechnung)
gramms, des sogenannten Compilers, in
eine Sprache, die die Maschine un
Losung des Problems mittelbar versteht ("maschinenorien
tierte Sprache").
1 Lamprecht
-2-
In dieser Phase werden von der Reehenanlage aIle VerstoBe
gegen die Regeln der problemorientierten Spraehe - also gegen
Fortran - erkannt und dem Programmierer mitgeteilt. 1st das
Programm ausgetestet, d.h. sind aIle formal en Fehler beseitigt,
und liefert das Programm die bereehneten Werte, so sind diese
~erte einer kritisehen Diskussion zu unterziehen. Von dieser
Diskussion hangt es ab, ob
der Losungsweg anders besehrieben,
die Wahl der adaquaten Hilfsmittel anders getroffen
oder das Problem anders formuliert
werden muG. Erst dann, wenn die Reehnung die gewlinsehten Er
gebnisse liefert, kann das betraehtete Problem als gelost ange
sehen werden.
FUr den formal en Aufbau der Programmierspraehe Fortran ist
es zwar unwesentlieh, welehe Konfiguration die benutzte Reehen
anlage besitzt. Zum Verstandnis ist es aber sieher gut, den
prinzipiellen Aufbau einer Reehenanlage zu kennen. Er solI daher
hier sehematiseh angegeben werden.
-
Kernspeieher~Zentrale
1--.-.,.-----------1 Reehen -
Magnetband-
einheiten einheit
t
einheiten t
Loehstreifen
leser
-3-
Von der zentralen Recheneinheit werden alle Gerate der Rechen
anlage bedient. Sie ist sozusagen das Herzstuck. Uber den Kar
tenleser werden die Programme (und eventuelle zugeherige Daten)
in die Rechenanlage gegeben. Auf dem Drucker erscheint ein Pro
tokoll der eingegebenen Programmkarten und zusatzlich alle
Fehlermeldungen, die das Programm betreffen. 1st das Programm
ausgetestet, kennen die Ergebnisse ebenfalls uber den Drucker
ausgegeben werden, und zwar in der Form, die im Programm vorge
sehen ist.
1m Kernspeicher wird das Programm wahrend der gesamten Aus
flihrungszeit (d.h. solange es gerechnet wird) aufbewahrt, und
auBerdem werden hier alle yom Programm angeforderten Speicher
platze reserviert. Uber die Magnetband- und Magnetplatteneinheiten
kann man externe Speichermedien (Magnetbander, Magnetplatten)
ansprechen und so Daten aus- oder eingeben. Durch den Karten
stanzer kennen berechnete Daten auf Lochkarten ausgegeben werden,
die spater yom Kartenleser wieder gelesen werden kennen. Uber den
Lochstreifenleser kennen Daten, die auf Lochstreifen abgelocht
worden sind, in die Rechenanlage gegeben werden.
Nun noch einige Hinweise zu der vorliegenden Einflihrung in die
Programmiersprache Fortran.
1) Oem Rechenzentrum steht eine Rechenanlage yom Typ IBM 360/50
zur Verfligung. Es ist verstandlich, daB einige zusatzliche
Meglichkeiten, die diese Anlage bietet, in den abgehaltenen
Kursen angegeben wurden. Da diese Informationen gleichzeitig
einem besseren'Verstandnis der Programmiersprache dienen,
schien es gerechtfertigt, diese Teile auch in der vorliegen
den Einflihrung beizubehalten.
2) Ein Pluszeichen bei einem Paragraphen, einer Ubung oder Auf
gabe soll bedeuten, daB dieser Teil zum Verstandnis der Pro
grammiersprache nicht unbedingt erforderlich, aber nlitzlich
ist.
Ein Stern bei einer Ubung oder Aufgabe soll sagen, daB zur
Lesung mehr mathematische Kenntnisse erforderlich sind, als
im Vorwort gesagt wurde.
-4-
J) Haufig werden einzelne Befehle oder Beispiele der Programmier
sprache in den Text eingestreut. Da man als Anfanger schlecht
entscheiden kann, ob ein Punkt oder ein Komma Bestandteil des
Befehls oder ein Interpunktionszeichen des Textes ist, ~~rden
die Satzzeichen an diesen Stellen fortgelassen.
4) In einem gesonderten Losungsteil sind alle Antworten und Pro
gramme zu Beispielen, Ubungen und Aufgaben zusammengesteLlt.
In der Regel stellen sie einen von vielen Losungswegen dar.
Die angegebenen Losungen sollen zur Kontrolle des eigenen
Losungsansatzes dienen.
-5-
1 Die Darstellung von Zahlen in der Rechenanlage
In unserem Dezimalsystem besitzen die Ziffern einer Zahl
einen ganz bestimmten Stellenwert. So hat die Ziffernfolge
1 - 2 - 7 - 3
verabredungsgemaB den Wert
1273 1.
Urn jede beliebige Zahl im Dezimalsystem darstellen zu kennen,
braucht man insgesamt 10 verschiedene Ziffern, namlich
0,1,2, •.• ,9
Es sprechen geschichtliche Grunde fur das Dezimalsystem, aber
man kann sich andere Zahlensysteme vorstellen. So kann man die
Ziffernfolge 1 - 2 - 7 - 3 auch als Oktalzahl auffassen, d.h.
1273 699
Oktal Dezimal
Urn jede beliebige Zahl im Oktalsystem (d.h. im Zahlensystem
mit der Basis 8) darstellen zu kennen, braucht man 8 verschiedene
Ziffern 0,1, ... ,7.
Ubung 1.1
Man interpretiere die Ziffernfolge 1 - 2 - 7 - 3 als Hexadezimal
zahl - d.h. zur Basis 16 geherend - und berechne ihren Dezimalwert.
bbung 1.2
Will man jede beliebige Zahl als Hexadezimalzahl darstellen, so
benetigt man insgesamt 16 verschiedene Ziffern. Ublicherweise ver
wendet man hierfur die Zeichen
0,1, ... ,9,A,B,C,D,E,F.
Man gebe die Dezimalwerte der Hexadezimalziffern A,B, •.• ,F an.
-6-
Ubung 1.3
a) Um eine gegebene Dezimalzahl in die Zahl eines anderen Zahlen
systems umzurechnen, wird die Dezimalzahl durch die Basis des
anderen Zahlensystems dividiert. Der Rest ergibt die letzte Ziffer
der gesuchten Zahl. Der berechnete Quotient wird wieder durch die
Basis dividiertj dieser Rest ergibt die zweitletzte Ziffer u.s.w.
Welche Zahl ist 1273 im Oktalsystem?
Dezimal
1273:8=159 Rest 1 1273= 159· 8+.,!..
159:8= 19 Rest 7 1273= (19·8+7)·8+~
19: 8= 2 Rest 3 1273=«2·8+3)·8+7)·8+1
2:8= 0 Rest 2
Also ist 1273 2371
Dezimal Oktal
Man berechne die Hexadezimalzahl (Basis 16) fur 1358
Dezimal
b) Zur Berechnung des Dezimalwertes einer Zahl aus einem anderen
Zahlensystem verwendet man zweckmaBig folgendes Schema (IIHorner
Schema"), das an einem Beispiel demonstriert werden soll
1273
Oktal
Durch Ausrechnen der einzelnen Klammern erhalt man
1·8+2=10
10·8=80
80+7=87
87·8=696
696+3=699
Also 1273 699
Oktal Dezimal
Man berechne den Dezimalwert der He'x:adezimalzahl B1E
. Hex.