Methoden der Programmerstellung für Tisch- und Taschenrechner: Grundlagen, Anwendungen, Grenzen

197 Pages·1979·4.11 MB·German

by  Dipl.-Ing. Dr. Helmut Schauer

Methoden der
Programmerstellung
fur Tisch- und
Taschenrechner
Grundlagen,
Anwendungen, Grenzen
Helmut Schauer
Georg Barta
Springer-Verlag
Wien New York
Dipl.-Ing. Dr. Helmut Schauer
Institut flir Infonnationssysteme
Technische Universitat Wien
Dipl.-Ing. Georg Barta
Schule flir Datenverarbeitung
Siemens Data Gesellschaft m.b.H., Wien
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© 1979 by Springer-V erlag/Wien
IBM-Composersatz: Springer-Verlag Wien;
Umbruch und Offsetdruck: Ferdinand Berger & Sohne OHG,
A-3580 Horn, NO.
Mit 134 Abbildungen
CIP-Kurztitelaufnahmc der Deutschen Bibliothck
Schauer, Helmut:
Methoden der Programmcrstcllung liir Tisch-und
Taschcnrechner: Grundlagcn, Anwcndungcn, Grrnzen I
Helmut Schauer; Georg Barta.
Wien, New York: Springer, 1979.
ISBN-13:978-3-211-81476-5 e-ISBN-13:978-3-7091-8513-1
001: 10.1007/978-3-7091-8513-1
NE: Barta, Georg:
ISBN-13 :978-3-211-81476-5
Wer solI dieses Buch lesen ?
(Vorwort)
Dieses Buch ist gedacht fUr alle diejenigen, die einen program
mierbaren Tisch- oder Taschenrechner besitzen (vielleicht auch
geschenkt bekommen haben), die aber keine ausgebildeten Pro
grammierer sind und es auch nicht werden wollen, aber dennoch
die beachtlichen Fiihigkeiten ihres Rechners ausnUtzen mochten,
urn ihre Probleme - seien es nun mathematische, kaufmannische,
technische oder andere - zu losen, und dazu Grundkenntnisse
tiber die Logik der Programmierung und die Erstellung von Pro
grammen benotigen. Die Art des Kleinrechners ist dabei von
untergeordneter Bedeutung: Ob es sich urn Rechner mit oder
ohne Druckwerk, Magnetstreifenspeicherung oder austauschbaren
Speicher-Chips handelt, beeinfluBt die allgemeinen Richtlinien
nur wenig. (Und wo das der Fall ist, haben wir natiirlich darauf
hingewiesen.)
Vom Leser dieses Buches setzen wir voraus, daB er die
Bedienungsanleitung seines Rechners gelesen hat und mit der
"mechanischen Bedienung" seines Gerates vertraut ist. Er sollte
femer den Rechner wahrend der LektUre stets griffbereits haben
und alle Beispiele nachvollziehen. Sonst wird nichts vorausgesetzt,
was tiber die Schulmathematik hinausginge. Ausgenommen sind
die Beispiele in den Kapitein 8,9 und II, die fachspezifische Auf
gaben Iosen.
Die Entwickiung der elektronischen Rechenmaschinen, die
gegen Ende des Zweiten WeItkrieges begann, verlauft nach wie vor
auBerst sttirmisch. Leistungen, wie sie heute programmierbare
Rechner mit Leichtfertigkeit vollbringen, waren vor einem VierteI
jahrhundert bestenfalls von einer Maschine in der GroBe eines
Zimmers zu erwarten gewesen. Entsprechend betragt die Leistung
heutiger GroBcomputer ein Vielfaches derjenigen von damais.
VI Vorwort
Zwischen diesen Gro~rechnern und den vergleichsweise winzigen
Tisch- und Taschenrechnern gibt es heute eine Vielfalt von
Rechnern mittlerer GroBe, die als "Minicomputer" oder "Rechner
der mittleren Datenverarbeitung" bezeichnet werden und zu deren
Aufgaben unter anderem die Steuerung von industriellen Prozes
sen, die Textverarbeitung und die Bewaltigung kaufmannischer
Probleme in kleineren Firmen zahlen.
Die Entwicklung der Programmiermethodik hat mit der Ent
wicklung der Elektronik nicht Schritt halt en konnen. Bei der Pro
grammierung der Klein- und Kleinstrechner werden heute oftmals
dieselben veralteten Methoden und Werkzeuge gebraucht, die man
vor 20 Ja hren bei Gro~rechnern eingesetzt hat, wodurch Pro
gramme entstehen, die unlesbar, unverstandlich, un-anderbar und
oftmals auch falsch sind. Wahrend bei der Programmierung von
GroBrechnern heute Ansatze zur Oberwindung dieser "Software
krise" vorhanden sind, lauft die Programmierung von Kleinrechnern
offenbar mitten in diese hinein. Wir haben daher in diesem Buch
versucht, die Methoden und Werkzeuge der "Software-Technologie"
soweit wie m6glich fUr Kleinstrechner zu iibernehmen bzw. anzu
passen*, ohne den Leser mit der dahintersteckenden Theorie zu
belasten. Der Leser sollte dadurch imstande sein, Programme zu
entwickeln,
- die er selbst nach einem Jahr noch versteht
- die andere verstehen konnen
- die in ihrem Funktionsumfang anderbar sind und
- die richtig sind.
Der letzte Punkt bedeutet, daB nicht nur fUr manche, sondern fUr
aile denkbaren Eingabewerte entweder das richtige Ergebnis be
rechnet oder die Eingabe zuruckgewiesen wird.
Zum AbschluB noch einige Bemerkungen:
Der Aufbau der Hardware (Kapitel 1) wird an Hand der
Struktur der Hewlett-Packard-Rechner beschrieben, wei! diese
besser mit den Methoden der Software-Technologie in Oberein
stimmung zu bringen sind als andere Produkte. Bei allen Bei
spielen findet sich jedoch eine Programmliste von einem HP-19
(Hewlett-Packard) und einem TI-S7 (Texas Instruments), die als
* Flir Fachleute einige Schlagworte: Strukturierte Programmierung, Strukto
gramme, stepwise refmement.
Vorwort VII
Vertreter der bedeutendsten unterschiedlichen "Hardware
Philosophien" aufgefa~t werden k6nnen. Mit Hilfe der umfang
reichen Erklarungen ist der Leser aber jederzeit in der Lage, die
Programme so zu verandern, da~ sie seinem speziellen Rechner
gerecht werden - die Unterschiede betreffen namlich nur Details.
Aus Grunden der Lesbarkeit wurden stets nicht optimierte
Programme vorgestellt. Wir zweifeln nicht im geringsten daran, da~
der Leser in der Lage ist, Programme zu erstellen, die entweder
dasselbe leisten, aber weniger SpeicherpIatze bzw. kUrzere Zeit
beim Ablauf benotigen oder aber mehr leisten bzw. komfortabler
sind. 1m Gegenteil, das beweist nur, da~ der Leser die Beispiele
und die Methodik, die wir zugrunde gelegt haben, verstanden hat
und anwenden kann ! Doch sollte man vor der Anwendung von
Tricks zur Optimierung zweierlei bedenken: Erstens, die Auswir
kungen auf Lesbarkeit, Verstandlichkeit und Anderbarkeit.
Zweitens, daB man ein Programm immer erst dann verbessem soll,
wenn es bereits richtig lauft.
Unser Dank gebiihrt den Wiener Niederlassungen von Texas
Instruments und Hewlett-Packard flir die leihweise ()berlassung
der Rechner, Herm Wolfgang Kiiller flir das Codieren zahlreicher
Programme, Fraulein Eva Lachkovics fur das Erstellen und Be
schriften der Zeichnungen und Fraulein Claudia Hainschink fUr
das Schreiben des Manuskripts.
SchIieBIich wollen wir uns noch bei allen jenen griesgramigen
Lesem entschuldigen, die daran AnstoB nehmen, daB dieses Buch
aus dem gewohnten sachlich trockenen Rahmen ausbricht. Wir
wUnschen auch ihnen beirn Lesen mindestens ebensoviel SpaB, wie
uns das Schreiben gemacht hat!
Wien, im Januar 1979 Helmut Schauer
Georg Barta
Inhaltsverzeichnis
1. Wie funktioniert der Rechner ?
(Aufbau der Hardware)
2. Das kann jeder! ........................ . . . . . .. 38
(Drei einfache Beispiele)
3. Wie man es nicht machen solI . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. 48
(Ein kompliziertes Beispiel)
4. Das Innenleben von Programmen 55
(Programmstrukturen)
5. Systematische Vorgangsweise ...................... 84
(Schrittweise Verfeinerung)
6. Dialog mit dem Taschenrechner ................... 114
(Ein-und Ausgabemaglichkeiten)
7. Hat der Rechner immer recht ? 125
(Gedanken zur Genauigkeit)
8. Beispiele aus der Numerik ....................... 139
8.1. Nullstelle einer Funktion mittels Bisektion
8.2. Nullstelle einer Funktion mittels Regula falsi
8.3. Nullstelle einer Funktion mittels Newton-Verfahren
8.4. Lasung einer Differentialgleichung
9. Technische Beispiele ............................ 153
9.1. Einspannmoment und -querkraft eines Kragtragers
9.2. Schwingkreis
9.3. Rydberg-Frequenz
x Inhaltsverzeichnis
10. Beispiele aus dem kaufmannischen Bereich .......... 164
10.1. Mehrwertsteuer von Einzelposten (gerundet)
10.2. Kalkulation in einem Buchverlag (am Beispiel eines
wissenschaftlichen Buches)
11. Beispiele aus der Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1 73
II .1 . Klassentest
11.2. Klassentest mit Mittelwertberechnung
11.3. Ausgleichsgerade
11.4. Exponentieller Ausgleich
Sachverzeichnis ................................... 189
1. Wie funktioniert der Rechner ?
(Aufbau der Hardware)
Was geht mich die Elektronik an, werden Sie moglicherweise
denken. Warum solI ich mich mit Details herumargern - schlie{l,
lich beniitze ich auch taglich das Telefon, ohne bis ins letzte zu
wissen, wie es funktioniert ?
Sie haben fast recht. Natiirlich ware es am schOnsten, wir
konnten dieses Kapitel iiberhaupt weglassen oder Ihnen zumindest
empfehlen, es zu iibergehen. Leider konnen wir das nicht; ein
Rechner, noch dazu ein programmierbarer, erfordert doch ein
wesentlich hoheres Engagement von seinem Benutzer - er dankt
es ihm aber durch gro{l,ere Vielseitigkeit und, bei Beriicksichtigung
seiner Kleinheit, verbliiffende Leistungen. Deshalb bitten wir Sie,
auch wenn Sie gegen "alles Technische" eine uniiberwindliche Ab
neigung haben soIl ten , dieses Kapitel ebenso sorgfaltig wie aIle
anderen durchzugehen. Das Verstandnis, das Sie dabei gewinnen,
wird Ihnen die Programmierung urn vieles erleichtern. Und wir ver
sprechen feierlich, da£ wir uns auf das Allernotigste beschranken.
Es gibt aber auch andere Leute. Solche, die gerne alles ganZ
genau wissen wollen, die jedem bit und jeder Schaltung nachspiiren
mochten. Wenn Sie zu diesen gehoren, werden Sie vom Inhalt
dieses Kapitels enttauscht sein. Das Buch wendet sieh ja schliefllich
an Benutzer, nicht an Konstrukteure von Rechnern. An Praktiker
der .verschiedensten Berufe und mit der unterschiedlichsten Aus
bildung. Und die wollen mit Recht mit niehts tJberfliissigem belastet
werden. Daher nochmals: nur das Allernotigste. Schliefllich gibt es
iiber die Elektronik von Rechnern bereits eine umfangreiehe
Literatur.
Da es urn das Programmieren Ihres Rechners geht, wollen wir
uns zunachst einmaI fragen, was das ist, ein ,,Programm":
1 Schauer/Barta, Methoden der Programmierung
2 Wie funktioniert der Rechner 1
Ein Programm ist eine Rechenvorschrift (ein "Algorithmus'j
einschlie£l,lich der dazugehOrigen Daten.
Das solI gleich durch ein Beispiel erlliutert werden: Stellen Sie sich
einen mittelalterlichen "Rechenknecht" vor, einen Mann, der vor
einem gro£l,en, in einzelne Felder geteilten Blatt Papier sitzt und
einzelne Rechenoperationen Punkt fUr Punkt nach einer Anwei
sung durchflihrt. Die "Hardware" (Gerlite) besteht dann aus dem
Bleistift und dem Papier, die "Software" (<las Programm) aus der
Gebrauchsanweisung. Und Schritt fUr Schntt rechnet der Rechen
knecht laut Vorschrift und vollbringt dabei moglicherweise viel
kompliziertere Berechnungen - etwa eine Division zweier mehr
stelliger Zahlen -, als er jemals verstehen oder selbst nachvollziehen
konnte; fUr die erwlihnte Division etwa wiirde es gentigen, wenn er
addieren und subtrahieren konnte.
Ein Computer macht es nicht anders. Ohne sich die gering
sten "Gedanken" tiber den Sinn der Rechenvorschrift, also des
Programmes zu machen, ftihrt er stur Schritt flir Schritt - in der
Fachsprache: Befehl fUr Befehl - durch. Und er tut nichts anderes.
Was man ihm nicht ausdrucklich befiehlt, das tut er nicht. Dem
Rechner ist nichts selbstverstandlich - woher sollte er auch wissen,
was Sie wollen, wenn Sie es ihm nicht durch Befehle mitteilen ?
Nehmen wir einmal an, wir wollen die Rechnung
3 * 4 + 5 =1 1
durchflihren. (Natiirlich brauchen wir dazu eigentlich keinen
Rechner, aber wir wollen ruhig klein anfangen, es kommt schon
noch dicker !) Der Rechenknecht wiirde sich die drei Zahlen 3,4
und 5, die er dazu braucht, in drei Felder seines Formulares ein
tragen. Der Rechner hat kein in Felder eingeteiItes Papier, statt
dessen hat er einen in Zellen (oder Speicherpliitze) eingeteilten
Speicher. Die Speicherpllitze konnen numeriert oder sonst irgend
wie gekennzeichnet sein. Nehmen wir einmal an, wir hlitten unsere
1 Der Stern * bedeutet in der Datenverarbeitung die Multiplikation, da der
Punkt . statt des Kommas als Dezimalpunkt verwendet wird.