מבוא למדעי המחשב לתעשייה וניהול

1. ד"ר אריאלה ריכרדסון (מכון טל)ד"ר גדעון גרדוול (מכון לב) מבוא למדעי המחשב לתעשייה וניהול תשע"ד

2. מידע שימושי • מרצים • מכון לב - ד"ר גדעון גרדוול • מכון טל – ד"ר אריאלה ריכרדסון • שעות קבלה:בתאום מראש בדוא"ל • אתר הקורס http://www.jct.ac.il/~richards/intro-program.htm • או דרך moodle • עדכונים, מצגות, דוגמאות וחומר לחזרה, סילבוס

3. הערכה • הציון מורכב מ: • בוחן (10%) • תרגילים(%10) • מבחן סופי (%80) • אסור לעבוד בזוגות בכל חלק (גם בתרגילים וגם בבוחן וגם במבחן) • נוכחות אינה חובה (אבל מומלצת) • מועד ב' – מורשה לתלמיד(ה) בעל(ת) לפחות 70% נוכחות. • הערה: חובה לעבור את המבחן הסופי בציון של 55 לפחות. • תרגילים: • חובה להגיש תרגילי ביתבזמן.

4. נושאים שילמדו בקורס • מבוא • טיפוסים ושימוש במשתנים • פלט, קלט • פעולות אריתמטיות, השמה • לוגיקה ומשפטי תנאי • לולאות • פלט וקלט עם קבצים • שימוש בפונקציות • תווים ומחרוזות • מערך חד ממדי • Structure

5. מבוא

6. סיפור מפעל השעווה • במפעל לייצור נרות רוצים לדעת כמה שעווה יש להזמין לייצור נרות לחנוכה. • לכאורה שאלה פשוטה... • חשיבות • הזמנת מעט מדי : מחסור בשוק • הזמנת יותר מדי : בזבוז • כדאי לנתח את הבעיה ולהיעזר במחשב • איך המחשב יכול לעזור? • איך נותנים את הבעיה למחשב? • מה המחשב יודע לעשות? • מה המגבלות של המחשב?

7. דוגמא לתוכנית שמחשבת כמה שעווה להזמין (נבין בהמשך) Module Module1 Sub Main() Dim storageWax As Integer = 4000 ConstWaxPerCandle As Integer = 10 Dim numCandles As Integer = 4400 Dim totalWax As Integer Dim buyWax As Integer totalWax = WaxPerCandle * numCandles buyWax = totalWax - storageWax Console.WriteLine("The amount of wax to buy is: " & buyWax) Console.ReadKey() End Sub End Module

8. המחשב • המחשב הוא מכונה אלקטרונית הקולטת נתונים הנקראים "קלט", מעבדת אותם ומוציאה מידע הנקרא "פלט". • העיבוד מבוצע ע"י אוסף של הוראות הנקראות "תוכנית" עיבוד פלט קלט • בבעיית מפעל השעווה • מה יהיה הקלט? • מה יהיה הפלט? • מה יקרה בעיבוד?

9. חומרה ותוכנה • נוהגים להבחין בין שני מרכיבים במחשב • חומרה • המרכיבים הפיזיים של המחשב • התקני קלט ופלט • CPU – יחידת עיבוד מרכזית • זיכרון • תוכנה • אוסף הוראות לפיהן המרכיבים הפיזיים פועלים • מערכת הפעלה • שפות תכנות • מהדר - קומפיילר

10. רכיבי חומרה • התקני קלט • עכבר, מקלדת, סורק, מסך מגע... • התקני פלט • מסך, מדפסת, מקרן... • (central processing unit)CPU - יחידת עיבוד מרכזית • המוח של המחשב • אחראית על עיבוד מידע, ביצוע חישובים, ניהול התהליכים במחשב • זיכרון

11. CPU - מבנה המעבד • המעבד של המחשב מורכב משני חלקים עיקריים • ALU – Arithmetic Logic Unit • יחידת חישוב • מבצעת פעולות אריתמטיות ולוגיות • CU – Control Unit • יחידת בקרה • שולפת הוראות מהזיכרון מפענחת ומבצעת אותם • הבקר (CU) קורא ליחידת החישוב (ALU) לפי הצורך

12. סוגי זיכרון • זיכרון מרכזי - אזור אחסון ראשי לתוכניות ונתונים הנמצאים בשימוש • RAM – Random Access Memory • מאפשר גישה מהירה בצורה רנדומלית (לא סדרתית) • מתאים לעבודה עם המעבד • נמחק כאשר המחשב נכבה • ROM – Read Only Memory • זיכרון שנשמר גם כאשר המחשב כבוי ומשמש לאתחול המחשב • זיכרון משני - אחסון ארוך טווח • מאפשר שמירה של מידע רב • גישה איטית יותר מאשר בזיכרון המרכזי • בדרך כלל ניגשים דרך אמצעי קלט ופלט • דוגמאות: דיסק קשיח, דיסק USB (disk on key”"), CD, DVD

13. תהליך החישוב • הנתונים מתקבלים דרך התקני הקלט • הנתונים עוברים עיבוד ב CPU • הCPU- משתמש בזיכרון לצורך החישובים • התוצאות מועברות להתקני הפלט אמצעי קלט CPU זיכרון מרכזי • איך החומרה מופעלת? • איך הנתונים נכנסים ויוצאים? • איך ה CPU יודע מהי המטלה הרצויה? התשובה: תוכנה! אמצעי פלט

14. תוכנה • אוסף של תוכניות מחשב שמדריכות את החומרה איך לפעול • מערכת הפעלה • מנהלת את התוכניות האחרות ומקצה להן את משאבי החומרה • דוגמאות: Windows, Unix, Linux, Mac OS • אפליקציות • כל תוכנה אחרת (שאינה מערכת הפעלה) • דוגמאות: עיבוד תמלילים (WORD),מערכות בקרה של טילים, משחקים... • גם תוכנית שאתם תכתבו!

15. כתיבת אפליקציות – שפת מכונה • לאדם הכותב אפליקציה קוראים מתכנת • באיזו שפה כדאי לכתוב אפליקציה? • שפת מכונה • שפת תכנות שיש בה הוראות לביצוע פעולות על סיביות • במעבד (CPU) מתבצעות פעולות על סיביות • קשה לכתיבה ולקריאה • לכל מעבד שפת מכונה משלו • האם כדאי לכתוב בשפת מכונה? לא!

16. כתיבת אפליקציות – שפה עילית • שפה עילית • שפת תכנות עם הוראות שדומות לשפה טבעית (אנגלית) • הכתיבה אינה חופשית (מדוע?) יש לה כללי תחביר (syntax) מוגדרים • הכתיבה והקריאה נוחים • שפה עילית אינה תלויה במעבד • דוגמאות: VisualBasic, C, C++, C#, Java • האם כדאי לכתוב בשפה עילית? • האם המחשב מבין שפה עילית? כן! לא!

17. כתיבת אפליקציות – תפקיד המהדר (compiler) • מהדר -compiler • מתרגם את השפה העילית (בה כתבנו) לשפת מכונה (עבור המעבד) • הקומפיילר גם אחראי על בדיקת התחביר (סינטקס) • בכך מאתר שגיאות בכתיבה • יודע לתרגם לכל מחשב לשפת המכונה המתאימה • לתהליך נקרא הידור או קומפילציה מצאנו דרך לכתוב בצורה נוחה והמעבד ידע לקרוא את ההוראות!

18. פיתוח תוכנה - אלגוריתם • נחזור למפעל השעווה • הבעיה: במפעל רוצים לדעת כמה שעווה יש להזמין לייצור נרות לחנוכה. • רוצים למצוא אלגוריתם לפתרון הבעיה • אלגוריתם - "סדרת הוראות" שמגדירות איך לפתור את הבעיה • למציאת האלגוריתם צריך להבין היטב את הבעיה • לייצר סדרה של פעולות הפותרות אותה • מהו האלגוריתם לפתרון הבעיה שלנו?

19. תהליך התכנות (חלקי) בעיה כתיבת אלגוריתם קידוד (בשפה עילית) קומפילציה (מעבר לשפת מכונה) הרצה

20. סביבת פיתוח • תפקידי סביבת הפיתוח • כתיבת תוכנית • עורך - Editor • בדיקת תוכנית • בדיקות • debugger • הרצת התוכנית • באופן חלקי שימוש ב Interpreter)) • הרצה מלאה (לאחר קומפילציה) • דוגמאות לסביבות פיתוח • eclipse, visual studio

21. בדיקות ושגיאות • שגיאת קומפילציה • סינטקס (syntax) שגוי • חוסר התאמה בין סוגי נתונים • אי אפשר להריץ את התוכנית. • שגיאת ריצה • חלוקה באפס • (שימוש בזיכרון לא חוקי) • אפשר להריץ את התוכנית, אבל היא מסתיימת באופן חריג. • שגיאה לוגית • טעות בביצוע התוכנית • התוכנית רצה אבל אינה מבצעת את מה שרצינו.

22. תהליך התכנות (מלא) בעיה כתיבת אלגוריתם קידוד שגיאה שגיאה קומפילציה בדיקת קומפילציה בדיקת ריצה הרצה תקין תקין הצלחה וסיום!

23. תוכנית ראשונה

24. הדפסת Hello World למסך • בעיה: • רוצים להדפיס על המסך "Hello World" • אלגוריתם: • במקרה זה מאד פשוט: • הדפס "Hello World" • (ע"י שימוש בפקודת הדפסה) • נוסיף עוד פקודה שתשאיר את המסך פתוח עד שמקלידים על תו • קידוד: • נשתמש בקורס בשפת Visual Basic (VB)

25. שלד של תוכנית ב VB Module Module1 Sub Main() פה נכניס את הקוד של התוכנית End Sub End Module • מודול (Module) - יחידת תוכנה, אצלנו יהיה תמיד רק אחד • Main – החלק העיקרי של התוכנית. תמיד חייב להופיע, והתוכנית תמיד תתחיל מפה.

26. קידוד האלגוריתם – להדפסת Hello World Module Module1 Sub Main() Console.Write("Hello World") Console.ReadKey() End Sub End Module

27. הוספת רווח בין השורות Module Module1 Sub Main() Console.WriteLine() Console.WriteLine("Hello World") Console.WriteLine() Console.ReadKey() End Sub End Module

28. שימוש בתיבת הודעה - MsgBox ניתן גם לפתוח תיבת הודעה ולרשום בה טקסט כלשהו Module Module1 Sub Main() MsgBox("Hello World") Console.ReadKey() End Sub End Module

29. שימוש בסביבת עבודה - פתיחת פרויקט חדש מייצר אפליקציה מסוג Console שם הפרויקט (זה יהיה גם שם התיקייה) איפה לשמור את התיקייה. שימו לב לשמור בכונן שלכם (Z) ולא במחשב (C)

30. אזורים בסביבת העבודה אזור לכתיבת קוד תיאור הקבצים בפרויקט

31. שמירה יש לבחור : שמירה (save) או שמירה בשם... (save as) יש לוודא שבחרתם את כל הפרויקט (בעזרת העכבר) לפני השמירה