نرم افزار کامپیوتر (Software)

1. نرم افزار کامپیوتر(Software) • بخشی از کامپیوتر است که جهت بکارگیری سخت افزار، فرمان دادن و هدایت آن مورد استفاده قرار می گیرد. • عملکرد کامپیوتر توسط یکسری دستورالعمل به نام برنامه که توسط ما نوشته می شود، تعیین می گردد. • نرم افزار، برنامه ای است جهت بکارگیری سخت افزار • برنامه نیز مجموعه ای دستور العمل به منظور انجام کار خاصی و به ترتیب مناسب آماده شده است.

2. انواع نرم افزار کامپیوتر • دو دسته کلی • نرم افزارهای سیستمی(System Software) • برنامه هایی برای فعال شدن و یا سرویس دادن به آن نیاز است. • کارهای مربوط به سیستم کامپیوتر را انجام می دهند. • و توسط متخصصین و سازندگان کامپیوتر نوشته می شوند. • نرم افزارهای کاربردی (Application Software) • توسط خود افراد نیز قابل نوشتن است. • برای انجام کارهای روزمره از این برنامه ها استفاده می نماییم. • به اجرای سیستم و انجام وظایف مربوط به سیستم ارتباطی ندارند.

3. نرم افزارهای سیستمی (System Software) • سیستم های عامل (Operating Systems) • برنامه های سودمند یا یوتیلیتی ها (Utilities) • مترجم های زبان (Translators)

4. نرم افزارهای سیستمی (System Software)سیستم های عامل • مهمترین نرم افزار کامپیوتر است. • برنامه بزرگ و مفصلی است. • رابط بین کاربر و سخت افزار است. • مدیریت منابع را بر عهده دارد. • در یک کامپیوتر بطور معمول وظایف زیر را انجام می دهد: • فعال کردن برنامه ها و آوردن آنها به حافظه جهت اجرا • نظارت بر اجرای نرم افزارها • دریافت ورودیها و ارسال اطلاعات به خروجیها • خواندن و نوشتن فایلها • توقف برنامه ها / تقسیم بندی زمان پردازنده بین برنامه ها و ....

5. نرم افزارهای سیستمی (System Software)سیستم های عامل سیستم عامل اولین برنامه ای است که پس از روشن شدن کامپیوتر وارد حافظه RAM می شود. و سپس کنترل را در دست می گیرد و کمک می کند تا برنامه های دیگر بتوانند اجرا شوند. کاربر برنامه های کاربردی سیستم عامل سخت افزار

6. چند نمونه سیستم عامل • DOS • Windows • Windows 3.1 / DOS • Windows 9x,ME,XP [Workstation] • Windows NT, 2000, 2003 [Server] • UNIX • Solaris • BSD • SVR4 • Linux • RedHat • SUSE • Mandrake • FreeBSD • Debian • MAC OS

7. یک شبکه کامپیوتریارتباط چند کامپیوتر با هم Workstation Workstation Workstation Server Workstation

8. نرم افزارهای سیستمی (System Software)برنامه های سودمند • از برنامه های پشتیبانی کامپیوتر می باشند. • استفاده از کامیپیوتر را ساده تر می کنند • در مدیریت کامپیوتر به کاربر کمک می کنند. • در بالاتر بردن کارایی کار کامپیوتر کمک می کنند. • مانند برنامه های نورتون یوتیلیتی Norton Utilities

9. نرم افزارهای سیستمی (System Software)مترجم های زبان • برای کامپیوتر فقط 0,1 قابل درک است. • برای ما کار با 0,1 دشوار و ناممکن است. • ما مقاصد و منظورمان را در قالب دستورات و علائمی زبان برنامه نویسی خود بیان می کنیم • کار برنامه های مترجم، تبدیل زبان برنامه نویسی مورد نظر ما به زبان قابل فهم برای کامپیوتر می باشد. زبان ماشین زبان برنامه نویسی مورد نظر ما مترجم زبان

10. نرم افزارهای سیستمی (System Software)مترجم های زبان • دو دسته کلی مترجم داریم: • کامپایلر Compiler • کل برنامه ورودی را یک جا به زبان ماشین ترجمه می کند. • یک برنامه مستقل و قابل اجرا ارائه می دهد. • مفسر Interpreter • برنامه مورد نظر را خط به خط خوانده، ترجمه و اجرا می کند. • برنامه مستقلی برای اجرا ارائه نمی دهد. • بلکه برای اجرا همواره به برنامه مفسر نیاز است.

11. مثالی از اجرای یک برنامه • مشخصات یک ماشین فرضی • قالب دستورات • قالب اعداد

13. زبانهای برنامه نویسی • مجموعه ای از از نشانه ها، قواعد و دستورالعملهایی که توسط آنها میتوانیم مقاصد و منطور خود را با آن زبان بیان کنیم • با ترجمه آن توسط مترجم، این برنامه خود را برای ماشین قابل فهم نماییم. • انواع زبانهای برنامه نویسی • زبانهای سطح بالا High Level Language • به زبان طبیعی و محاوره ای ما انسانها نزدیکتر هستند • برای ما قابل درک هستند اما نه مستقیما برای کامپیوتر • وابستگی کمی به سخت افزار و ماشین خاصی دارند. • کار با آنها(برنامه نویسی با آنها) برای ما ساده تر است • امکان خطایابی و رفع خطای آنها ساده تر است • سرعت اجرای پایین تری دارند. • زبانهای سطح پایین Low Level Language • درست برعکس زبانهای سطح بالا

14. زبانهای برنامه نویسی سطح پایین • به دو دسته تقسیم می شوند: • زبان ماشین (Machine Language) • تمام دستورات و داده ها بصورت رشته هایی از 0 , 1 بیان میشوند. • بطور مثال: دستورات زیر (که جهت سادگی نمایش آنها می توان از مبنای 16 نیز استفاده کرد) • 10010001 [91H] • 11010101 [D5H] • 01001111 [3FH] • زبان اسمبلی (Assembly Language) • به جای استفاده از رشته های 0,1 از کدهای سمبولیک به جای آنها استفاده می شود. • کدهای کوتاه و با معنی • توسط برنامه اسمبلر (Assembler) این دستورات به زبان ماشین ترجمه شده و برای اجرا روی ماشین مورد نظر قابل استفاده هستند. • MOV AX,BX • ADD AX,CX • MOV CX,DX

15. 2- الگوریتم و فلوچارت • شناخت مسئله • بررسی داده ها و یا معلومات(ورودیها)، مجهولات (خروجیها) و یافتن ارتباط منطقی بین داده ها و مجهولات • مثال : یافتن مساحت یک مثلث با داشتن اندازه قاعده و ارتفاع آن • داده ها (ورودی) – اندازه ارتفاع و قاعده مثلث • مجهولات (خروجی) – مساحت مثلث • رابطه منطقی : روش محاسبه مساحت مثلث (ارتفاع x قاعده x2/1) • اغلب، مسائل دارای راه حلهای گوناگونی می باشند، یافتن بهترین راه حل به ابتکار، تمرین و از همه مهمتر تجربه بستگی دارد.

16. تعریف الگوریتم • مجموعه دستورالعملهایی که مراحل حل یک مسئله مشخص کند با ویژگیهای : • با یک زبان واضح، روشن و بدون ابهام و پیچیدگی • با جزئیات کافی(از دید اجرا کننده الگوریتم) • شروع عملیات • ترتیب اجرای دستورات • پایان عملیات

17. مجری الگوریتم • الگوریتم ها می توانند به دو صورت انجام شوند • توسط ماشین (کامپیوتر) • بعد از تبدیل شدن به زبان مناسب برای ماشین بطور اتوماتیک توسط ماشین قابل اجرا هستند. • توسط انسان • برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح الگوریتم، گاهی خودمان آن را بصورت دستی دنبال نموده و در واقع خود مجری الگوریتم می شویم.

18. کاربرد الگوریتم • همه ما در طی روز برای انجام کارهای روزمره از روش الگوریتمی( و یا منطقی) استفاده می کنیم. • مانند مطالعه کتاب • تعویض چرخ پنجر شده • پختن غذا • پختن کیک و .... • در واقع برای انجام هر یک از این کارها، لازم است تعدادی دستورالعملهای ساده تر را به ترتیب مناسب اجراء کرده تا به نتیجه مطلوب برسیم.

19. مثالی از کاربرد الگوریتم • کتابی داریم و می خواهیم آنرا مطالعه نماییم، برای مطالعه کتاب از ابتدا تا انتها باید مراحل زیر را انجام دهیم: • شروع • باز کردن کتاب • از خط اول شروع به خواندن می کنیم • آیا به انتهای صفحه رسیده ایم یا خیر؟ • اگر به انتهای صفحه رسیده ایم به مرحله بعدی و در غیر اینصورت به مرحله 9 می رویم • آیا تا انتهای کتاب خوانده شده است یا خیر؟ • اگر به انتهای کتاب رسیده باشیم به مرحله 10 می رویم • صفحه بعدی را باز کرده و به مرحله 3 می رویم • خواندن را ادامه می دهیم و به مرحله 4 می رویم • پایان

20. چند نکته • دستورات بیان شده در الگوریتم بایستی برای مجری الگوریتم قابل درک باشد. • بطور مثال، هنگام نوشتن نسخه توسط پزشک، بیان می شود که مثلا از این شربت 1 قاشق مرباخوری خورده شود (و نه اینکه مثلا 2.5 سی سی میل شود- که برای ما که مجری الگوریتم نسخه پزشک هستیم زیاد قابل فهم نیست!) • هنگام بیان الگوریتم بایستی سعی شود که دستورات ارائه شده بصورت عمومی و قانونمند باشد • بطور مثال در الگوریتم خواندن کتاب دو نوع می توان بیان الگوریتم نمود: • خواندن صفحه اول سپس صفحه بعدی تا اینکه به انتها برسیم. • خواندن صفحه اول، صفحه دوم، صفحه سوم و .....

21. اجزای اصلی الگوریتم • هر مساله راه حل و الگوریتم خاص خود را دارد. • می توان برای حل یک مساله روشهای گوناگونی را ارائه داد. • اما تمام الگوریتم ها دارای این اجزاء هستند: • نقطه شروع: حل مساله از کجا آغاز می گردد • فقط یک نقطه شروع در الگوریتم وحود دارد • نقطه پایان: جایی که مراحل حل مساله پایان می پذیرد. • به هر حال الگوریتم بایستی در یک نقطه خاتمه یابد. • می توان چندین نقطه پایان برای الگوریتم داشت. • دستورالعملها و یا جملات اجرایی

22. متغیر(Variable) • به خانه ای از حافظه که داده ها و اطلاعات ورودی یا خروجی و یا اطلاعات موقت را در خود نگه می دارد متغیر گفته می شود. • مقدار متغیر می تواند در طول اجرای الگوریتم تغییر داشته باشد. A

23. مثالی از یک الگوریتم • الگوریتم محاسبه و چاپ مجموع دو عدد 10 و 20 • شروع • عدد 10 را در خانه (متغیر) A قرار بده • عدد 20 را در خانه B قرار بده • محتویات خانه های A , B را با هم جمع کن و در خانه C قرار بده • مقدار خانه C را بعنوان نتیجه چاپ کن • پایان

24. استفاده از بیان ریاضی • بیان الگوریتم در قالب جملات نوشتاری طولانی و فهم الگوریتم را دشوار می سازد. • الگوریتم محاسبه و چاپ مجموع دو عدد 10 و 20 • شروع • A10 • B20 • C A+B • چاپ مقدار C • پایان

25. انواع جملات مورد استفاده در الگوریتم ها • جملات شرطی • جملات عملیاتی ( یا محاسباتی) • جملات ورودی / خروجی • جملات توضیحی

26. مثال • الگوریتمی بنویسید که اعداد زوج دو رقمی را چاپ کند. • (می دانیم که کوچکترین عدد زوج دو رقمی 10 و اعداد زوج به اندازه 2 واحد از هم فاصله دارند) • شروع • J  10 • J را چاپ کن • J  J + 2 • اگر J <=98 است آنگاه به مرحله 3 برو • پایان

27. مثال • الگوریتمی بنویسید که اعداد زوج از 1000 تا 2000 را تولید کرده و مجموع آنها را هم محاسبه کند. • شروع • J  1000 ، S 0 • J را چاپ کن و S  S + J • J  J + 2 • اگر J <= 2000 است آنگاه به مرحله 3 برو در غیر اینصورت مقدار S را چاپ کن • پایان

28. نکته • اگر بخواهیم مقدار حاصل جمعی را محاسبه کنیم (مانند مثال قبل که مجموع اعداد زوج از 1000 تا 2000) • ابتدا متغیری ( مانند S) در نظر می گیریم و مقدار اولیه آن را صفر می گداریم (یعنی اینکه هنوز هیچ مجموعی را حساب نکرده ایم) ، S 0 • سپس تک تکجملاتی را که قرار است با هم جمع کنیم را تولید کرده ( با کمک یک متغیر دیگر، مثلا J در مثال قبلی) و با متغیر S جمع نموده و حاصل را در S قرار می دهیم ( در واقع مقدار جدید را به حاصل قبلی می افزاییم – مانند انباره)، S  S + J • در نهایت حاصل مجموع در این متغیر S قرار می گیرد. S J +

29. ویژگیهای یک الگوریتم خوب اگر چه یک مساله راه حلهای مختلفی دارد، مهـم یافتن بهترین راه حل است • سادگی • حتی الامکان ساده و عاری از ابهام و پیچیدگی باشد. • در نظر گرفتن تمام حالات خاص • الگوریتم بتواند در برابر حالات و شرایط مختلف پاسخ و جواب مناسبی ارائه دهد. • بطور مثال هنگام حل معادله درجه دوم حالتهای منفی زیر رادیکال را در نظر بگیرد. • روان بودن متـن الگوریتم • دستورالعملها گویا بوده و منظور آنها بسادگی درک شود. • حداقل بودن تعداد دستورات و جملات

30. ایجاد حلقه های تکرار(Loops) • گاهی اوقات برای حل مساله باید یک یا چند مرحله از دستورات را تکرار نمود. • به مراحلی از الگوریتم که اجرای آنها چندین بار تکرار می شود حلقه (Loop) و یا حلقه تکرار گفته می شود • بطور کلی حلقه های تکرار از اجزای زیر تشکیل شده است: • شمارنده حلقه (Counter) • یک متغیر کمکی که پیش از شروع حلقه به آن مقدار اولیه داده می شود • از طریق آن می توان تعداد دفعات تکرار حلقه را نشان داد. • گام افزایش (Step) • مقداری که پس از هر بار مراحل حلقه به شمارنده اضافه می شود. • شرط پایانی • مقدار و یا متغیری است که پس از اجرای دستورات حلقه با شمارنده حلقه مقایسه می گردد و زمان پایان اجرای دستورات حلقه را مشخص می سازد. • بدنه حلقه • دستورالعملها و جملاتی که عملیات اصلی حلقه را تشکیل می دهند.

31. استفاده از الگوریتم های فرعی • با بزرگتر و پیچیده تر شدن مساله، الگوریتم آن نیز پیچیده و بزرگتر خواهد شد. • پیچیده شدن الگوریتم چندین مشکل بوجود می آورد: • از وضوح و روانی الگوریتم می کاهد • منطق الگوریتم را دشوارتر می سازد. • اشکال زدایی (Debug) و پیدا کردن نقاط ضعف الگوریتم را سخت تر می سازد. • برای رفع این مشکلات از الگوریتم های فرعی استفاده می شود • به این معنی که ابتدا مساله را به تعدادی بخش های مختلف و مستقل تقسیم نمود • و برای هر کدام الگوریتم جداگانه ای نوشت

32. استفاده از الگوریتم های فرعی مثال : الگوریتمی بنویسید که با دریافت دو عدد طبیعی m,n مقدار را محاسبه کند. بهترین راه حل این مساله این است که: الگوریتم فرعی برای محاسبه فاکتوریل نوشت مثلا با نام Fact(z) که با دریافت z بعنوان ورودی، فاکتوریل آنرا محاسبه کرده و بر می گرداند. و در برنامه اصلی از این الگوریتم اصلی استفاده نمود. A=Fact(m), B=Fact(n), C=Fact(m-n) =A/(BxC)

33. شروع دریافت داده از ورودی پایان تصمیم گیری (شرط) چاپ داده در خروجی فلوچارت (Flowchart) یا نمودار گردشی • فلوچارت، بیان تصویری الگوریتم با کمک مجموعه ای استاندارد از اشکال ساده می باشد • فلوچارت یکی از روشهای برقراری ارتباط منطقی بین مراحل مختلف حل مساله است. • اشکال استاندارد موجود: دستورات مقدار دهی و محاسباتی خیر بله

34. sum,ave • فلوچارت محاسبه مجموع و میانگین سه عدد شروع Read(a,b,c) Sum a+b+c Ave sum/3 پایان

35. مثال: فلوچارتی رسم نمائيد كه دو عدد از ورودي دريافت كرده سپس محتويات دو عدد را با هم جابجا ‌نمايد. براي حل اين مسئله b , a را دو متغير كه در آنها دو عدد خوانده شده، قرار مي‌گيرند در نظر مي‌گيريم. سپس با استفاده از يك متغير كمكي محتويات اين دو عدد را جابجا مي‌كنيم :

36. a b a b 12 15 12 15 12 متغییر کمکی متغییر کمکی a b b a 15 12 15 15 12 12 متغییر کمکی متغییر کمکی

37. a,b فلوچارت مسئله بالا بصورت زير خواهد بود: Begin Read(a,b) کمکی a a b b کمکی End

38. Read(a) R a mod 2 yes if R=0 then No (‘even’) (‘odd’) مثال : فلوچارتي رسم نمائيد كه عددي را از ورودي دريافت كرده، فرد يا زوج بودن آن را تشخيص دهد. Begin End

39. مثال : فلوچارتي رسم كنيد كه دو عدد از ورودي دريافت كرده بزرگترين عدد را پيدا كرده در خروجي چاپ نمايد. max Begin Read(a,b) max a if b>max yes max b No End

40. min Begin مثال : فلوچارتي رسم نمائيد كه سه عدد از ورودي دريافت كرده، كوچكترين عدد را يافته در خروجي چاپ نمايد: Read(a,b,c) min a if b<min then yes min b No if c<min then yes min c No End

41. حلقه‌ها در حل بسياري از مسائل با عملياتي روبرو مي‌شويم ، كه نياز به تكرار دارند و عمل تكرار آنها به تعداد مشخصي انجام مي‌گيرد. فرض كنيد، بخواهيم ميانگين 100 عدد را محاسبه كنيم، در اينصورت منطقي بنظر نمي‌رسد كه 100 متغير مختلف را از ورودي دريافت كنيم سپس آنها را جمع كنيم.

42. انواع حلقه ها • حلقه های با تکرار مشخص • حلقه های با تکرار نا مشخص

43. حلقه های با تکرار مشخص در اين نوع حلقه‌ها تعداد تكرار مشخص مي‌باشد اين حلقه از اجزاء زير تشكيل مي‌شود: 1ـ انديس حلقه 2ـ مقدار اوليه براي انديس حلقه 3- مقدار افزاينده براي انديس حلقه (معمولا يك واحد در هر مرحله) 4ـ مقدار نهايي (تعداد تكرا حلقه) 5ـ شرطي براي كنترل تعداد تكرار حلقه

44. i 1 if i<=n No اتمام كار حلقه yes مجموعه دستورات حلقه i i+1 اين حلقه‌ها را غالباً با فلوچارت بصورت زير نمايش مي‌دهند:

45. شروع N را بگیر S  0 I  1 S S + I I  I + 1 I <= N بله خیر پایان S فلوچارت مثال: با دریافت N از ورودی، مجموع زیر را حساب کند. S = 1+2+3+ …+N توجه: در این فلوچارت فرض شده است که N، یک عدد مثبت است و اگر کاربر یک عدد منفی وارد کند فلوچارت اشتباه عمل می کند. (برای اصلاح این حالت خاص، باید بعد از دریافت N، مثبت بودن آن چک گردد و در صورت منفی بودن پیغام مناسب چاپ گردد

46. شروع N را بگیر P  1 I  1 P  P * I I  I + 1 I <= N بله خیر پایان P مثال مثال: با دریافت N از ورودی ، فاکتوریل آنرا محاسبه و چاپ کند. N! = 1*2*3*….*(N-1)*N توجه: در این فلوچارت نیز فرض شده است که N، یک عدد مثبت است و اگر کاربر یک عدد منفی وارد کند فلوچارت اشتباه عمل می کند. (برای اصلاح این حالت خاص، باید بعد از دریافت N، مثبت بودن آن چک گردد و در صورت منفی بودن پیغام مناسب چاپ گردد

47. شروع N I  2 R  N MOD I بله R = 0 I  I + 1 بله I < پایان N اول نیست N اول است مثال • عدد طبیعی N را دریافت کند و معین کند که N عددی اول است یا خیر؟ توجه: آیا فلوچارت روبرو، برای عدد 2 درست عمل می کند؟؟ برای اصلاح فلوچارت چه باید کرد؟ خیر باید شرط اینکه آیا الگوریتم خاتمه یافته یا خیر (کوچکتر بودن Iاز جذر N، به ابتدای حلقه منتقل گردد. (قبل از محاسبه باقیمانده) خیر

48. شروع N I  2 S 1 R  N MOD I بله R = 0 S S + I خیر I <= N/2 خیر پایان S = N N کامل است N کامل نیست مثال • عدد طبیعی N را دریافت کند و معین کند که N عددی کامل است یا خیر؟ • عدد کامل است که خودش برابر با مجموع مقسوم علیه های کوچکتر از خودش باشد. • 6  1,2,3 • 6 = 1+2+3 • 28  1,2,4,7,14 • 28 = 1+2+4+7+14 • 18  1,2,3,6,9 • 18 <> 1+2+3+6+9 I  I + 1 بله بله خیر

49. شروع N R  N MOD 10 Q  N DIV 10 بله Q = 0 خیر پایان R مثال • عدد طبیعی N را دریافت کند و مقلوب آنرا در خروجی چاپ کند. • بطور مثال : • 9527  7259 N Q

50. شروع M, N I 1 S  0 S  S + M I  I + 1 I <= N پایان S مثال به کمک جمع های متوالی، حاصل ضرب دو عدد طبیعی M,N را بدست آورده و چاپ کند. M*N = M + M + …… + M Nمرتبه بله خیر