Programmieren von Mikrocomputern – serie

Mikrocomputer erfreuen sich wachsender Beliebtheit, was nicht zuletzt darin begründet ist, daß sie in einer höheren Programmiersprache, meistens BASIC, programmiert werden kön­ nen. Diese Sprache ist in ihrem Kern standardisiert, aber jeder Rechnerhersteller hat zusätz­ liche Anweisungsarten integriert. Wer effektvoll programmieren will, muß also die auf sei­ nen Rechner ausgerichtete Variante des BASIC beherrschen. Dieses Buch wendet sich an Leser, die lernen wollen, einen Commodore-Rechner der Se­ rien cbm 2001 oder cbm 3001 in BASIC zu programmieren. Dabei ist ein regelmäßiges, ak­ tives Arbeiten an einem entsprechenden Rechner unverzichtbar. Deshalb sollten die zahl­ reichen Experimente unbedingt durchgeführt und die Aufgaben, soweit das möglich ist, am Rechner gelöst werden. Vorkenntnisse über Aufbau und Funktionsweise von Digitalrechnern sind nicht unbedingt erforderlich. Da die Eigenarten der Programmierung sich an mathematischen Problemen be­ sonders einfach demonstrieren lassen, werden geringe Mathematikkenntnisse vorausgesetzt, die sich im wesentlichen auf die Grundlagen der Algebra beschränken. Zu danken habe ich meiner Frau für die umfassende Unterstützung und die übernahme der Schreibarbeiten. Ich danke auch der Geschäftsführung der DATENREVISION Beratungs­ gesellschaft, Hamburg 90, die die Entstehung dieses Buches durch die vorübergehende über­ lassung einer cbm-Rechenanlage gefördert hat. Nicht zuletzt gilt mein Dank den Mitarbei­ tern des Verlages für die reibungslose Zusammenarbeit. G.Oetzmann Hamburg, im Frühjahr 1981 1 Was ist BASIC? Charakteristisch für einen frei programmierbaren Digitalrechner ist die Trennung der Ar­ beitsanweisung (des Programms) von der ausführenden Anlage. Dadurch wird es möglich, einerAnlage durch Wechsel des Programms immer wieder neue Aufgaben zu übertragen.

Die bevorzugte höhere Programmiersprache, die zum Dialog mit Heim­ computern verwendet wird, ist BASIC. Der BASIC-Befehlsvorrat, auf den in diesem Buch eingegangen wird, wurde so ausgewählt, daß er sowohl in dem Normvorschlag für ein "Minimal BASIC" als auch in allen modernen BASIC-Versionen der Heimcomputer-Hersteller vorhanden ist. In den einzelnen Kapiteln dieses Buches wird der Leser in knapper, präziser Weise mit den elementaren BASIC-Regeln vertraut gemacht. Eine Vielzahl von Beispielen verdeutlichen die Regeln. Das Wichtigste wird einprägsam durch Merkregeln am Ende eines jeden i-.:äpitels zusammengefaßt. Mit Hilfe von selbst zu lösenden Obungsaufgaben kann der Leser überprüfen, ob er die BASIC-Regeln beherrscht. Am Schluß des Buches zeigen 10 vollkommen programmierte und kommen­ tierte Beispiele, wie man das Wissen aus den einzelnen Kapit\~ln anwendet, um vollständige Programme zu schreiben. Dabei wird u.a. gezeigt, wie man eine Handelskalkulation aufstellt, eine Kurve einer mathematischen Funktion grafisch darstellt, eine Einkommen-bzw. Lohnsteuerberechnung vornimmt oder eine Computergrafik erstellt. Die Zusammenfassungen am Ende der einzelnen Kapitel erleichtern nach dem Erlernen von BASIC das Nachschlagen während der späteren selbstän­ d igen Programm iertätigkeit. Wolfgang Schneider Cremlingen, Sommer 1979 VI Inhaltsverzeichnis 1. Grundlagen der Datenverarbeitung ........................... . 1.1. Der Begriff der Datenverarbeitung .......................... . 1.2. Die Arbeitsweise einer Datenverarbeitungsanlage (DVA) ........... . 2. Programmiersprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . 2.1. Allgemeines.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . . 2.2.Maschinensprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . 2.3. Assemblersprachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . 2.4. Problemorientierte Programmiersprachen ...................... 4 3. Heimcomputer .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 5 . . . . . . . . 3.1 . Allgemeines...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 5 . . . . . . . 3.2. Ausstattung von Heimcomputern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 5 . . . .

Der Band BASIC für Fortgeschrittene in der Reihe Programmieren von Mikrocomputern ist ein Aufbauband zum Grundlagenbuch Einführung in BASIC in der gleichen Buch­ reihe vom selben Autor. Es richtet sich aber auch an diejenigen Leser, die Grundkennt­ nisse in der Programmiersprache BASIC besitzen und ihre Kenntnisse in speziellen Be­ reichen erweitern möchten. Aus der Vielzahl der möglichen Einsatzbereiche der Programmiersprache BASIC wurden möglichst allgemein interessierende Bereiche ausgewählt, wie z.B. die ~extverarbeitung in BASIC, die Verarbeitung von logischen (Booleschen) Größen, das Arbeiten mit Zufalls­ zahlen und die Unterprogrammtechnik. Diese Bereiche wurden in einzelnen Kapiteln in sich geschlossen dargestellt. Eine Vielzahl von Beispielen verdeutlichen die Regeln. Das Wichtigste wird durch Merkregeln am Ende eines jeden Kapitels zusammengefaßt. Dies ist hilfreich, wenn später beim Programmieren eigener Programme schnell nachgeschlagen werden soll. Mit Hilfe von selbst zu lösenden Übungsaufgaben kann der Leser überprüfen, ob er die BASIC-Regeln der einzelnen Kapitel beherrscht. Die richtigen Lösungen findet er am Ende des Buches. Das letzte Kapitel des Buches enthält 1 0 voll kommen programmierte und kommentierte Beispiele. Hier soll gezeigt werden, wie man das Wissen der einzelnen Kapitel nutzbrin­ gend anwendet. Es wird u.a. gezeigt, wie man mit Hilfe des Mikrocomputers Texte ver­ schlüsseln und anschließend wieder entschlüsseln kann, wie man den Mikrocomputer als Spielpartner einsetzt oder wie man ihn zum Schreiben von Rechnungen benutzen kann und wie man ihn programmieren muß, damit er alphabetisch ungeordnete Worte, z.B. eine ungeordnete Namensliste, alphabetisch ordnet und dgl.

ln vielen Bereichen des beruflichen Alltags findet man heute Mikrocomputer. Neuerdings ziehen diese Geräte auch in unsere Wohnungen ein. ln der Form des Volks-Computers werden sie an ein (Farb-)Fernsehgerät angeschlossen und stehen für ernsthafte wie für unterhaltsame Anwendungen zur Verfügung. Voraussetzung ist der Besitz entsprechender Programme, die man kaufen oder in der Sprache BASIC selbst erstellen-kann. Dieses Buch wendet sich an Leser, die lernen wollen, Commodore Volks-Computer zu programmieren. Der Autor geht davon aus, daß dem Leser ein derartiger Computer zur Verfügung steht. Daher sind zahlreiche Experimente und Aufgaben aufgenommen worden, deren Ausführung bzw. Bearbeitung die Basis bilden für das effektive Erlernen der Pro­ grammierung. Vorkenntnisse über Aufbau und Funktionsweise von Digitalrechnern sind nicht unbedingt erforderlich. Die Eigenarten der Programmierung werden an populären Aufgaben und ein­ fachen mathematischen Problemen demonstriert. Die dafür erforderlichen Mathematik­ kenntnisse beschränken sich im wesentlichen auf die Grundlagen der Algebra. Zu danken habe ich meiner Frau für die umfassende Unterstützung und die Übernahme der Schreibarbeiten. Ich danke auch der Geschäftsführung der COMMODORE Büroma­ schinen GmbH, die die Entstehung dieses Buches durch die vorübergehende Überlassung eines VC 20 gefördert hat. Nicht zuletzt gilt mein Dank den Mitarbeitern des Verlages für die reibungslose Zusammenarbeit.

Dieses Buch richtet sich in erster Linie an Benutzer des Apple II oder dazu kompatibler Geräte, die schon etwas Erfahrung im Umgang mit dem Gerät haben, einige Grundkenntnisse in BASIC besitzen und sich nun ausführlicher mit dem Betriebssystem DOS 3.3 auseinandersetzen wollen. Da nicht alle Leser automatisch die gleichen Voraussetzungen mitbringen, finden sich in diesem Buch auch zu Beginn im Kapitel 2 eine Begriffserklärung der wich­ tigsten Fachwörter, ein Exkurs über Zahlensysteme und eine generelle Ein­ führung zu Mikrocomputer-Betriebssystemen. In Kapitel 3 gehen wir auf die wichtigsten Komponenten der verschiedenen Apple lI-Modelle und ihre Unterschiede sowie auf Probleme der Kompatibi­ lität ein. Die Kapitel 4 bis 7 erklären die eigentliche Arbeit mit dem Betriebssystem DOS 3.3. Neben einfachen Beispielen und Syntaxübersichten finden sich dazu weiterführende Anwendungsbeispiele, meist in Form von kurzen BASIC-Programmen, die leicht in eigene Programme eingebunden werden können. Schließlich entwickeln wir in Kapitel 8 eine Reihe von nützlichen Hilfs­ programmen, u. a. einen kompletten Disketten-Sektor-Editor. Auch Leser, die selbst nicht in größerem Umfang programmieren wollen, können anhand dieser Programme besser verstehen, wie die kommerziellen Dienstprogramme ("Utilities") funktionieren, mit denen sie arbeiten. Einen überblick über solche Programme liefert das 9. Kapitel. Den Abschluß bildet dann die Beschäftigung mit verschiedenen DOS-Varian­ ten und anderen Apple-Betriebssystemen. Im Anhang findet sich auch eine übersicht über die DOS-Kommandos und Fehlermeldungen.

Während sich die Besitzer von Homecomputern meist nur mit überschaubaren Problemen beschäftigen, müssen die Programmierer kommerziell anwendbarer Systeme überwiegend komplexe Fragestellungen bewältigen. Eine bewährte Methode, solche Aufgaben zu lösen besteht darin, diese in einfacher zu lösende Teilprobleme zu zerlegen. Eine weitere Stei· gerung der Produktivität ist möglich, wenn Teilbereiche, die sich wiederholen, zusammen· gefaßt werden. Die einzelnen Teilprobleme und ihre programmtechnischen Lösungen wer­ den standardisiert und in Programmbibliotheken abgelegt. Durch deren Verwendung wird es möglich, komplexe Probleme mit vertretbarem Zeitaufwand wirtschaftlich zu lösen. Leider sind viele in der EDV-Ausbildung Lehrende vorwiegend immer noch der Ansicht, daß es genügt, ihren Schülern die Fähigkeiten eines .. Homecomputer-Programmierers" bei­ zubringen. Aus .. pädagogischen Gründen" erhalten die Schüler vereinfachte oder praktisch irrelevante Problemstellungen mit dem Ergebnis, daß den meisten Absolventen derartiger Lehrgänge das Verständnis für die Notwendigkeit einer Systematik in der Programmierung abgeht. Daß dies heute noch üblich ist, erfuhr einer der Verfasser, als er für seine Firma auf einen Lehrgang zur .. Erweiterung seiner Programmierkenntnisse" geschickt wurde.

Die Künstliche Intelligenz befaßt sich mit der Nachbildung von intelligentem mensch­ lichen Verhalten durch Computer. Eines ihrer Teilgebiete ist das Automatische Beweisen, wo die Tätigkeit des Beweisens mathematischer Aussagen, die Tätigkeit von Mathematikern also, simuliert werden soll. Hier stellt man sich die Frage, ob eine Formel (eine Aussage, ein Satz) der Prädikatenlogik aus gewissen vorgegebenen Formeln mechanisch, durch ein Computerprogramm, ableitbar ist. Ein Prolog-Interpreter oder -Compiler (ein Prolog-System) kann aufgefaßt werden als ein solches Ableitungs- oder Beweisprogramm, als ein Inferenzmechanismus, das Prolog­ Programm selbst als eine Reihe vorgegebener Formeln, als Wissensbasis. Prolog ist ein dialogorientes System: Der Benutzer stellt ein Problem, eine Frage (zu einer Wissensbasis) und erhält eine Antwort, nachdem das Inferenzverfahren die Ableit­ barkeit aus der Wissensbasis untersucht hat, usw. Prolog ist eine deskriptive (deklarative) Programmiersprache. Ein Programm in Prolog beschreibt ein Problem nur, nennt nur seine Grundregeln und -bedingungen, gibt nur das Problemwissen an. Es schreibt nicht - wie das in konventionellen Programmier­ sprachen der Fall ist - Schritt für Schritt vor, wie man mit Hilfe des Problemwissens zu einer Problemlösung gelangt. Ein Wissensbasiertes System ist ein Problemlösungsprogramm, das als Komponenten mindestens eine Wissensbasis und einen Inferenzmechanismus beinhaltet. Danach können wir jedes Prolog-Programm zusammen mit seinem Interpreter oder Compiler als Wissensbasiertes System auffassen: Das Programm bildet die Wissensbasis, und das Prolog-System liefert den Inferenzmechanismus. Ein Expertensystem ist ein Wissensbasiertes System, das die Problemlösefahigkeit eines Experten simuliert.

Die folgenden Motivationen haben zu dem vorliegenden Buch geführt: Da ist zunächst einmal die eigene Unzufriedenheit mit derzeit verfügbaren Büchern, die sich mit der gleichen oder ähnlicher Materie befassen. Sowohl theoretische Abhandlungen über das Thema ,Künstliche Intelligenz', Einführungen in moderne Programmiertechniken oder den Umgang mit Computersystemen scheinen sich heutzutage fast ausschließlich an Mathematiker, Physiker oder Informatiker zu wenden, an potentielle Computerbenutzer also, die mit vielen Aspekten der Materie bereits vertraut sind. Dies mußte ich beim Studium von Programmiersprachen wie LISP oder PROLOG schnell erkennen. Entnervt von mathematischen Problemen wie etwa dem Errechnen der Fakultät natürlicher Zahlen oder allgemeinen Problemlösungsverfahren wie etwa dem Turm von Hanoi dachte ich so manchmal daran, das Studium der jeweiligen Programmierhandbücher aufzugeben. Dabei wollte ich mich doch als Linguist mit den Problemen der natürlichen Sprache auseinander­ setzen und nicht etwa mit dem Lösen algebraischer Probleme. Das allerdings, so wurde mir bald klar, war nicht vorgesehen. Also machte ich mich selbst ans Werk. Über das Studium der elektronischen Datenver­ arbeitung allgemein, ersten Schritten mit einem Betriebssystem, dem Verstehen des Zusammenwirkans der Komponenten eines Computersystems bis hin zum Erlernen der Programmiersprachen BASIC, LISP und PROLOG gelang es mir, mich in die Geheimnisse moderner Computertechnologie einzuarbeiten. Schon bald wurde mir die Relevanz der Informationsverarbeitung auf einem Computer für mein Hauptarbeitsgebiet, die Lin­ guistik, klar. Geht es doch heute der modernen Linguistik u. a. darum, die Regeln der natürlichen Sprache auf Computersystemen zu implementieren.

Die Programmiersprache Pascal wurde von Prof. Nikolaus Wirth (1974) gezielt für den Einsatz in der Ausbildung entwickelt. Ihre Stärken sind u. a. die problemorientierten Datentypen und viele zweckmäßige, darauf ange­ paßte Operationen. Die Sprache Pascal unterstützt optimal ein strukturiertes Programmieren und ist leicht zu erlernen, daher hat sie sich weitgehend im Bereich der Ausbildung und auch in der Anwendung durchgesetzt. Seit einigen Jahren ist diese vielseitige und sichere Sprache in ihrem vollen Umfang auch auf Personal Computern (PC) lauffähig. Und seit der Entwick­ lung des Sprachsystems Turbo Pascal (1983) ist für das Programmieren in Pascal eine optimale Programmierumgebung verfügbar. Eine hilfreiche Programmierumgebung ist vor allem für den Anfänger bedeut­ sam: Man erlernt eine Programmiersprache umso leichter, je besser man dabei vom Sprachsystem unterstützt wird. Das Sprachsystem Turbo Pascal zeichnet sich durch eine besondere Benutzerfreundlichkeit aus und weist viele weitere Vorzüge auf. Die einfache Kommandostruktur, der erstaunlich schnelle Compiler und der hervorragende Editor, der beim Compilieren auto­ matisch zur Fehlerbeseitigung herangezogen wird, machen den Zugang zum Programmieren in Pascal so einfach, wie man es vorher nur von BASIC­ Systernen gewohnt war. Nicht nur der Einsteiger wird durch das Sprachsystem gut unterstützt. Auch der Programmierer, der anspruchsvolle und umfangreiche Programme struk­ turiert schreiben will, weiß die Vorzüge des Compilers von Turbo Pascal zu schätzen. Beim Schreiben komplexer Programme kommen die Stärken der Sprache Pascal und die Unterstützung durch das System Turbo Pascal voll zur Geltung.

Die bevorzugte höhere Programmiersprache, die zum Dialog mit Mikro­ computern verwendet wird, ist BASIC. Der BASIC-Befehlsvorrat, auf den in diesem Buch eingegangen wird, wurde so ausgewählt, daß er sowohl in dem Normvorschlag für ein "Minimal BASIC" als auch in allen modernen BASIC-Versionen der Heimcomputer-Hersteller vorhanden ist. In den einzelnen Kapiteln dieses Buches wird der Leser in knapper, präziser Weise mit den elementaren BASIC-Regeln vertraut gemacht. Eine Vielzahl von Beispielen verdeutlichen die Regeln. Das Wichtigste wird einprägsam durch Merkregeln am Ende eines jeden Kapitels zusammengefaßt. Mit Hilfe von selbst zu lösenden Obungsaufgaben kann der Leser überprüfen, ob er die BASIC-Regeln beherrscht. Am Schluß des Buches zeigen 10 vollkommen programmierte und kommen­ tierte Beispiele, wie man das Wissen aus den einzelnen Kapiteln anwendet, um vollständige Programme zu schreiben. Dabei wird u.a. gezeigt, wie man eine Handelskalkulation aufstellt, eine Kurve einer mathematischen Funktion grafisch darstellt, eine Einkommen-bzw. Lohnsteuerberechnung vornimmt oder eine Computergrafik erstellt. Die Zusammenfassungen am Ende der einzelnen Kapitel erleichtern nach dem Erlernen von BASIC das Nachschlagen während der späteren selbstän­ digen Programmiertätigkeit. Wolfgang Schneider Cremlingen, Sommer 1979 VI Inhaltsverzeich n i s 1. Grundlagen der Datenverarbeitung ........................... . 1.1. Der Begriff der Datenverarbeitung .......................... . 1.2. Die Arbeitsweise einer Datenverarbeitungsanlage (OVA) ........... . 2. Programmiersprachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 3 . . . . . . . 2.1. Allgemeines.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . 3 . . . . 2.2.Maschinensprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 3 . . . . . . . 2.3. Assemblersprachen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 3 . . . . . . . 2.4. Problemorientierte Programmiersprachen ...................... 4 3. Heimcomputer .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 5 . . . . . . . . 3.1 . Allgemeines...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 5 . . . . . . . 3.2. Ausstattung von Heimcomputern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 5 . . . .