5.1. Programme

Letztmalig dran rumgefummelt: 07.08.24 11:55:32

	Ein Programm ist die Umsetzung eines Algorithmus und der zugehörigen Datenbereiche in eine Programmiersprache. Während Algorithmen relativ allgemein beschrieben werden können, sind Programme wesentlich konkreter. Nach DIN 44300 ist ein Programm eine „nach den Regeln der verwendeten Programmiersprache festgelegte syntaktische Einheit aus Anweisungen und Vereinbarungen, welche zur Lösung einer Aufgabe notwendige Elemente umfasst“. Eng mit dem Programm verknüpft sind Begriffe wie: Algorithmus, Daten, Datei, Variablen Datentypen, Resultate, Software. Nicht unbedingt ist der Begriff des Programms an den Computer gebunden (wenngleich er heute meist damit im Zusammenhang zu sehen ist!!!), so gibt es Veranstaltungsprogramme, das Fernsehprogramm (wahrscheinlich das bekannteste), selbst der Fahrplan der Bundesbahn repräsentiert ein Programm eine Folge von Schritten (deren Ablauf) nach einer geplanten Reihenfolge.
	0. Software-Life-Cycle 1. Programm-Definition 2. Programmzustandstabellen 3. Compiler und/oder Interpreter 4. Anforderungen an ein Programm 5. Programm-Dokumentation 6. Maschinenprogrammierung 7. Echtzeitverhalten und Echtzeitsysteme 8. Verwandte Themen
	die Informatikseiten Logo der Programme begrenzt verwendbar - selbst aufpassen, ab welcher Stelle es Blödsinn wird ;-) Wissen für Fortgeschrittene der Informatik Informatik-Profi-Wissen
	Quellen: Lehr- und Übungsbuch Informatik Band 1 - 5 Seite ??? Technische und Theoretische Informatik  Seite ???
	Haupteigenschaften von Programmen: brauchen viel mehr Leute als da sind brauchen viel mehr Zeit als da ist und werden nie pünktlich fertig laufen nie auf Anhieb und stecken voller Fehler machen was sie wollen, aber nicht, was sie sollen ... deshalb: Der Entwurf eines Informatiksystems ist ein schöpferischer Vorgang. In seinen "Regeln zur Leitung des. Geistes" stellt der französische Philosoph Rene Descartes (1598 - 1650 ) folgende Maximen auf: Übereilung und Vorurteil sind sorgfältig zu meiden. jede der zu untersuchenden Schwierigkeiten ist in so viele Teile zu zerlegen als möglich und zur besseren Lösbarkeit nötig ist. mit den einfachsten und fasslichsten Objekten ist zu beginnen und von da aus schrittweise zur Erkenntnis der kompliziertesten fortzuschreiten. hinreichend vollständige Aufzahlungen und allgemeine Übersichten sind anzufertigen, um sicherzugehen, dass nichts vergessen wurde dies sind allgemeine Regeln, die jedem Entwickler frommen. Wir erkennen in Descartes' Regeln zwei Prinzipien, nämlich das Dekomponieren, d. h. Zerlegen eines Ganzen in Teile, und das Abstrahieren, d. h. das Absehen von Details zugunsten des Allgemeinen. Die konsequente Anwendung dieser Prinzipien führt zur Methode der schrittweisen Verfeinerung bzw. der strukturierten Programmierung oder aber der Methode Top-Down ;-)
	Informationsbegriff für Anfänger The Mother of Tetraed Codes - der HEX-Code Stammbaum der Programmiersprachen

0. Software-Life-Cycle

	Der Software-Life-Cycle beschreibt das Verfahren von der Idee über die Formulierung der Teilprobleme bis hin zum test und zur Verifikation.
	Software-Lifecycle bei Microsofts Entwicklung von Visual Studio 2005
	ein und derselbe Algorithmus kann in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben werden; er bildet eine Abstraktion aller Programme, die ihn beschreiben - das demonstrieren wir hier für einen sehr einfachen Algorithmus in verschiedenen Programmier-Plattformen: Problem/Aufgabe Lösungsalgorithmus Programm Berechnung der Summe aus drei und fünf Verbale Beschreibung Beschreibung durch ein Struktogramm Programm in der gewählten Hochsprache Programm in Maschinensprache für Prozessor Z 80  1. Lade den Akummulator mit der ersten Zahl   zahl_1:=3 3E, 03  2. Lade das Register B mit der zweiten Zahl   zahl_2:=5 06, 05  3. Addiere den Inhalt von Register A mit dem Inhalt von REGISTER B   summe:=8 86  4. Lege das Ergebnis auf den Speicher (wird durch HL adressiert)        5. Lies das Ergebnis in Register A     7E 2 Vom Problem bis zur Lösung
	eine Ausarbeitung aus dem Jahre 1993 unter Mitarbeit von Schülern des Gymnasiums Flöha stellen wir hier vor (allerdings mit einer Größe von 2,059 MByte)

1. Definition

	Ein Programm enthält die für die für die Arbeit eines Datenverarbeitungssystems erforderlichen Arbeitsanweisungen in Form von Befehlen bzw. Anweisungen. Formal entspricht jedes Programm einem endlichen Algorithmus, durch den die zu lösende Aufgabe bis in die letzte Einzelheit eindeutig und für den Rechner nachvollziehbar beschrieben ist. Die auf einem Rechnern benutzten Programme werden eingeteilt in Systemprogramme (Betriebssysteme) und Anwendungsprogramme. Je nach Art der für die Programmierung verwendeten Programmiersprachen werden die Primärprogramme nach der Erstellung, die in einer symbolischen Porgrammiersprache erfolgt, in die Maschinensprache übersetzt, wobei durch Compiler Objektprogramme entstehen, die beliebig oft wiederholt werden können, während beim Einsatz von Interpretern mit der Übersetzung auch gleich die Ausführung erfolgt. soll hierbei mehrmals dasselbe Programm verwendet werden, so muss es jedes mal wieder gleichzeitig neu übersetzt werden. Hinsichtlich der Form, in der ein Programm vorrätig gehalten wird, unterscheidet man frei programmierbare Programme, die nach Belieben geändert werden können, und Festprogramme, die in Festspeichern enthalten sind, aber keine oder nur mit bestimmten Methoden mögliche Änderungen zulassen. Die Gesamtheit aller auf einem Rechner verwendeten frei programmierbaren Programme wird in der Programmbibliothek vorrätig gehalten, die sich auf einem externen Speicher befindet, von dem die jeweils benötigten Arbeitsprogramme in den Arbeitsspeicher geladen werden. Die Gesamtheit aller Programme wird mit dem Begriff Software bezeichnet.
	einen ersten Versuch gibt's hier
	Programme besitzen folgende Eigenschaften: sie sind im exakt definierten und eindeutigen Formalismus einer Programmiersprache verfasst. sie sind hinreichend detailliert (präzise in einzelnen Schritten) sie nehmen Bezug auf eine bestimmte Darstellung der verwendeten Daten sie sind auf einer Rechenanlage ausführbar Ein und derselbe Algorithmus kann in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben werden; er bildet eine Abstraktion aller Programme, die ihn beschreiben
	ein und derselbe Algorithmus kann in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben werden; er bildet eine Abstraktion aller Programme, die ihn beschreiben.
	eine Ausarbeitung aus dem Jahre 1993 unter Mitarbeit von Schülern des Gymnasiums Flöha stellen wir hier vor (allerdings mit einer Größe von 2,059 MByte)

2. Zustände eines Programms

	Streng unterschieden werden muss hier unabhängig von der Programmiersprache, in welcher Form das Programm aktuell betrachtet jeweils gerade vorliegt. Das Entwicklungszeitraster ist etwas ganz anderes als das Compiler- oder gar das Laufzeitraster. Interpreter nehmen hier eine Zwischenstellung ein.
	PASCAL 7.0-Programm im Quelltext (Entwicklungszeitpunkt) PASCAL 7.0-Programm im Laufzeitmodus
	Programmzustandstabellen Z80 Z80 Zustandstabelle komplett Z80 Zustandstabelle unvollständig Z80 Zustandstabelle stark vereinfacht Z80 Zustandstabelle stark vereinfacht als Textverarbeitung Programmzustandstabelle Z80 vollständig Programmzustandstabelle Z80 vollständig zum Download im CoreDraw 11.0-Format Programmzustandstabelle Z80 unvollständig Programmzustandstabelle Z80 unvollständig zum Download im CoreDraw 11.0-Format Z80-Innenleben Z80-Innenleben im CorelDraw 11-Format zum Download Z80-Registerstruktur Z80-Innenleben im CorelDraw 11-Format zum Download setze FLAG-Bits mit 1 auf grün und inaktive Bits mit rot auf 0 Interruptfreigabe mit den Freigabe-Flip-Flop grün auf 1 und Interrupt somit gesperrt (Int frei mit rot für 0) Standardregistersatz ist auf die Hauptregister gesetzt I/O-Kanäle sind auf mögliche LC-80 Standards gesetzt HALT-Befehl erkannt - aktiv grün       Programmzustandstabellen

3. Compiler und Interpreter

	Natürlich begeben wir uns hier ins Reich der heiligen Kühe (wieder mal). Natürlich einigen wir uns darauf, dass ein Compilersytem eine Mehrheit an Vorteilen bietet, dass aber ein interpretatives System eben auch seine guten Seiten hat - und, nun kommt's: Nutzen nicht auch Compilersyteme so etwas "Primitives" wie Breakpoints? Richtig ein interpretatives System, bis eine definierte Stelle erreicht wurde, oder diese nicht erreicht werden kann, da Fehler im Programm? Das übrigens Interpreter eine Reihe von Fragen offen lassen, liegt nicht an der Philosophie des Systems an sich, sondern daran, dass sie schlecht oder unbedacht bezüglich Worst-Case gemacht sind. Niemand hätte Bill Gates daran hindern können, einen Interpreter zu schreiben, in welchem auch die Variablen einschließlich ihrer Datentypen deklariert werden müssen.
	Ist ein Übersetzerprogramm, der einen Programmtext in eine, dem Computer verständliche Sprache (Maschinensprache) übersetzt. Nach dem Lauf des Compilers liegt unser Programm genau zweimal im Hauptspeicher des Computers. Nämlich einmal als Quelltext, einmal als Maschinenprogramm. Das ist die Sprache, welche letztendlich als Befehl vom jeweiligen Prozessor verstanden und abgearbeitet werden kann. Ist die Hochsprache selbst frei für die jeweilige Plattform, so ist es der betreffende Compiler nicht mehr, denn er übersetzt direkt in die Zielsprache.
	Das Gegenstück eines Compilers ist ein Interpreter. Hier werden jeweils Programmzeilen übersetzt und anschließend sofort ausgeführt. Das bringt insbesondere bei der Programmentwicklung Vorteile. Beide haben Vor- und Nachteile, wenn es allerdings um Geschwindigkeit geht, ist ein Compiler immer die effektivere Lösung.

4. Anforderungen an ein Programm

Gut entwickelte Programme ...  ... lassen ihren Nutzer nie vor einem leeren Monitor sitzen, sondern informieren immer, was getan werden kann oder muss um weiterzukommen. Dabei ist die Menüführung eindeutig, überlegt sowie leicht überschaubar. Bei komplexeren Abläufen ist eventuell eine kontextbezogene Hilfe vorzusehen oder im einfacheren Fall sind fehlerhafte Eingaben mit Hinweisen versehen zu berichtigen (möglichst automatisch)  ... verfügen über eine logisch klare und minimal orientierte Datenvergabe.  ... fangen fehlerhafte Eingaben (Bereichsüberschreitungen, falsche Tasten, falsche Laufwerkszugriffe, Buchstaben statt Zahlen und umgekehrt usw.) mit entsprechenden Informationen für den Nutzer ab. Im Prinzip dürfen keine Laufzeitfehler auftreten. Siehe hierzu auch Worst-Case-Denken und den Oma-Test ;-) ... enthalten soviel Kommentare, wie Quelltext selbst! Wenn man 14 Tage nach Programmentwicklung als Programmierer nicht mehr versteht, was eigentlich der ablauftechnische Hintergedanke der Programmzeilen war, kann man das Ganze vergessen - dies führte zur Softwarekrise in den 70ern.  ... sind gut strukturiert und damit leicht lesbar - die Funktion jeder Variablen ist aus dem Listing entnehmbar (gegebenenfalls werden mögliche Werte der Variablen im Text notiert).  ... führen mit knappen, aber präzise formulierten Aussagen über den Monitor (orientieren Sie sich dabei an professioneller Software).  ... enthalten in jedem Programmblock eine kurze Information, welche Funktion er ausführt.  ... greifen auf Dateien niemals zerstörend zu - Fehlbedienungen sind abzuweisen. ... verwenden Farbe sparsam und mit Funktion - besonders eignen sich ansonsten blauer Hintergrund mit weißem Text (Hervorhebungen mit gelb betonen!). ... nutzen keine unnötigen Spielereien (Blinken, Ton usw.), sondern konzentrieren sich auf das versprochene Leistungsangebot, welches knapp als Eingangsmenü geboten werden sollte. ... bringen Sprunganweisungen nur nach vorn zur Anwendung, ansonsten (rückwärts) nur um Schleifen zu schließen. Jedes Programm verfügt über nur eine END-Anweisung. ... wenden sich immer an den „naiven“ Nutzer und schränken diesen so wenig wie möglich ein - bieten statt dessen selbst einen großen Leistungsumfang. ... sind wartungsfreundlich und nach oben offen - also überschaubar! ... sind modular aufgebaut und verwenden möglichst viele Subroutinen (Unterprogramme), welche klein und universell verwendbar sind. ... wechseln zwar Verzeichnisse, kehren aber nach Programmende selbständig in's Ausgangsverzeichnis zurück! ... erreichen in einer, dem Problem relevanten Abarbeitungszeit eine eindeutige und möglichst richtige Lösung! Demgegenüber werden auch Sie nach kurzer Zeit feststellen, dass dies einfach und logisch klingt, jedoch gar nicht so einfach realisierbar ist!

Programmiersprachen für Informatik-Leistungskurse Gymnasium Sachsen ab 2025

5. Programm-Dokumentation

Eines der wichtigsten Programm-Beschreibungsmöglichkeiten sind Ablaufpläne sowie Struktogramme.

Nutzerdokumentation (auf gesondertem Blatt, zugleich als Bedienungsanleitung für den Einsatz, insbesondere für Fremdanwender)   Kurztitel des Programmes Programmtitel Kurzbeschreibung des Programmes mit folgenden Angaben: Anwendungsbereich Leistungsfähigkeit Grenzen der Anwendbarkeit Hinweise zur Genauigkeit Angaben über Ein- und Ausgabedaten Eingabedaten für Anwendungbeispiele Hinweise auf andere Programme Einsatzmöglichkeiten wie Anwenderprogramm Demonstrationsprogramm Lehr- oder Übungsprogramm Programmiersprache Betriebssystem Computertyp[en] Speicherplatzbedarf (sofern festellbar und von Bedeutung) Standort des Programmes Autoren Programmbeschreibung für die Wartung Angaben zum verwendeten Algorithmus, zur verwendeten Literatur bzw. Software (ggf. mathematische Formulierung) Grobstruktur des Programmes (Grobstruktogramme zu Haupt- und Unterprogrammen) Besonderheiten des Programmes Testbeispiele Rechnerprotokolle   Test- & Anwenderphase

6. Maschinenprogrammierung

	So zu sagen eine Extremsportart - auf der untersten Ebene genau so zu programmieren, wie der Mikroprozessor wirklich arbeitet. Das erzeugt die schnellsten Echtzeitsysteme, hat allerdings den entscheidenden Nachteil, dass man in der Hardware und Software-Entwicklung wirklich tief drin stecken muss. Solche Leute wurde vor Jahren noch immer weniger gebraucht, derzeit ist die Zahl wieder steigend, was durch den Einsatz von Microcontrollern bewirkt wird.
	nur für ganz Ausdauernde zeigen wir hier, wie man die Maschinen-Programmierung erlernen kann und sich seinen maschinenprogrammierbaren Computer im Extremfalle selbst bastelt
	Bonsai-Computer der JOHHNNY-Simulator MOPS - der universelle CPU-Simulator Der Z80-Simulator Der LC-80 Emulator zum direkten Starten Assembler-Programmierung
	der LC-80 POLYCOMPUTER Z80-CPU Mnemonic-Code-Notation höhere Programmierwerkzeuge ... und so funktioniert ein Computer   die beliebte alphabetisch sortierte Schnell-Liste die beliebte numerisch sortierte Schnell-Liste Allgemeine FLAG-Wirkung FLAG-Wirkung auf OP-Code-Gruppen Alphabetisch sortierte Dokumentation FLAG Teile I FLAG Teile 2 Allgemeine Funktionssymbolik Der LC-80 Simulator Microcontroller

7. Echtzeitverhalten und Echtzeitsysteme

Das ist eine Extremforderung an Software, welche mit genau dafür zugeschnittener Hardware ein Maximum an Effizienz, ein Minimum an Redundanz und damit wiederum ein Minimum an Rechenzeit zu erreichen sucht. Es gilt hier, in extrem kurzer Zeit auf Ereignisse von außen angemessen zu reagieren (also auch nicht über zu reagieren). Echtzeitsysteme haben wir zu Hause, in der Industrie, der Weltraumfahrt - überall dort, wo extrem schnell auf Einflüsse reagiert werden muss.

8. Verwandte Themen

	Programme sind neben der Hardware wohl die wichtigste und so ganz nebenbei auch teuerste Komponente beim Computereinsatz. Gern wird dieser Umstand vernachlässigt und in Größenordnungen wird geklaut. Dabei ist ein Unrechtsbewusstsein in Deutschland kaum ausgeprägt und folgerichtig ist Software in Deutschland um Größenordnung teurer als in umliegenden europäischen Staaten.
	Bereich höhere Programmiersprachen Worst-Case-Denken ASide-Assembler
	Bereich Datenfernübertragung Datenübertragungsverfahren OSI Referenz-Schichtenmodell die RS232-Schnitttstelle Tabelle des UNICODES Kryptologie Digitale Signale Information, Nachricht und Signalbegriff
	Bereich Netzwerke und Datensicherheit Secuirty-Syteme in Netzwerken Server-Management Local Area Network - kurz: LAN Netzwerkdienste Netzwerk-Management OSI Referenz-Layer Netzwer-Topologie Terminalserver
	Anfängerbereich Informatik Computer für Anfänger Computertechnik Mikroprozessor und Peripherie Netzwerke für Anfänger Standardsoftware Betriebssysteme Software-Lifecycle
	Bereich Pädagogik & Informatik Informatikunterricht Leitlinien und Prinzipien des Informatikunterrichts Paradigmen des Informatikunterrichts Pädagogik, Fachdidaktik sowie Methodik der Informatik Medienkompetenz oder informatische Bildung Informatik-Projekte am Gymnasium Flöha
	Bereich Programmierungstechnik Programmierung Programmiersprachen Software-Engeneering Datentypen - sind ja auch besond're Typen gewesen ;-) Struktogramme EVA-Prinzip & Objekt-, Attribut-, Operatiosnbeziehung Modultechnik Intel-Interrupts
	Bereich Rechentechnik und Betriebssysteme Computergeschichte von-Neumann-Architektur Logo der Parallelrechnersystemee Betriebssysteme

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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha

© Frank Rost im Oktober 2007

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist

Diese Seite wurde ohne Zusatz irgendwelcher Konversationsstoffe erstellt ;-)

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