планы лекций, семинарских и практических занятий на втором потоке 1 курса в первом семестре

На первом курсе в осеннем семестре предусмотрены лекции и семинарские занятия раз в две недели и еженедельные практические занятия. На семинарских занятиях в основном изучается язык программирования. На практических занятиях студентам кроме упражнений по программированию даются два обязательных задания, связанных с программированием различной сложности алгоритмов (задание zp) и численными методами решения простейших физических задач (задание zm).

Краткая история развития вычислительной техники. Классификация компьютеров, характеристики современных компьютеров. Носители информации.

Компьютерный эксперимент в физике. Автоматизация физического эксперимента. Другие применения компьютеров.

Влияние новых физических идей на развитие компьютерной техники.

Организация курса.

Что такое операционная система (ОС). Системное и прикладное математическое обеспечение. Типовые ОС: DOS, Windows 95, Unix. Общие и сравнительные характеристики. Как устроена простейшая ОС (на примере MS DOS). Распределение памяти, загрузка ОС, файлы и файловая система, командный процессор, запуск программ, командные файлы.

Понятие операционной оболочки. Системные утилиты. Прикладные пакеты программ.

Редакторы текстов. Обработка текстов. Форматирование текстов. Фонт. Макетирование расположения информации в документе. Понятие стиля. Включение таблиц, формул и графической информации в текст документа. Средства проверки документа.

Понятие настольных издательских систем. WYSIWYG системы. Пример: Microsoft Word for Windows.

Основные понятия TeX-а. Как проходит работа с TeX-ом. Спецсимволы и команды. Структура исходного текста, блоки. Набор текста. Набор формул. Оформление текста.

Преимущества и недостатки TeX-а.

Предмет вычислительной физики. Введение в методы компьютерного эксперимента: метод Молекулярной динамики и метод Монте-Карло.

Численное интегрирование. Метод трапеций и метод Симпсона. Поиск корней нелинейных уравнений.

Общая схема метода Монте-Карло. Применение метода Монте-Карло для численного интегрирования. Анализ датчика псевдослучайных чисел. Генерация равномерно и нормально распределенных псевдослучайных чисел.

Прямое имитационное моделирование. Перколяция (задача о протекании).

Численное интегрирование системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Задача Коши. Расчетная сетка. Схема Эйлера. Устойчивость схемы.

Построение численных схем более высокого порядка точности, графический и аналитический подходы. Алгоритм Верле. Улучшенный метод ломанных. Схема предиктор-корректора. Метод Рунге-Кутта. Моделирование динамики больших молекул.

Понятие клеточного автомата и его моделирование на компьютере. Игра 'жизнь'. Нейронные сети, моделирование на компьютере и в оптике.

Сети ЭВМ. Локальные (ЛВС) и глобальные сети. Понятие протокола ЛВС. Архитектура ЛВС, методы доступа, среда передачи информации. ЛВС типа Ethernet. Программное обеспечение ЛВС.

Пример глобальных вычислительных сетей: Internet. TCP/IP протокол, telnet, ftp. Электронная почта, электронные конференции, электронные научные журналы.

Всемирная паутина WWW (World Wide Web). Гипертекст, язык разметки документов.

Электронная таблица. Основные способы работы с электронными таблицами. Типовые программы электронных таблиц. Использование электронных таблиц в задачах физики.

Аналитические вычисления на компьютере.

Устройство персонального компьютера. Работа с персональным компьютером: последовательность действий. Техника безопасности. Сеть персональных компьютеров в дисплейных классах на физическом факультете. Архитектура сети и состав устройств.

Операционная система рабочих (студенческих) станций. Особенности работы пользователя в сети. Файловая система рабочих станций.

Утилиты работы с файлами и директориями (Мой компьютер, Explorer). Поиск, перемещение, копирование, уничтожение файлов. Корзина - восстановление файлов. Запуск программ и командных файлов. Создание новых папок. Оболочка Norton Commander (Far).

Работа в интегрированной среде программирования (Visual C++/Delphi). Проект и его составляющие. Создание нового проекта. Консольное приложение. Редактирование, компиляция и выполнение программы. Структура и пример типовой программы.

Программирование. (С/Pascal). История языка. Характеристики языка. Пример простейшей программы (альтернатива). Переменные и константы, объявление переменной. Основные типы данных, массивы, многомерные массивы, основные арифметические операции.

Организация циклов. Циклы с пред- и постусловием. Выбор вариантов. Множественный выбор. "Досрочное" прекращение цикла. Истина и ложь. Оператор перехода. Стандартные функции ввода/вывода; спецификации формата.

Передача параметров при вызове функции. Указатели. Имена массивов как указатели. Строка.

Вычисление определенных интегралов. Метод трапеций. Поиск корней нелинейных уравнений. Метод деления отрезка пополам, метод секущих, метод Ньютона.

Задание 1 (zp5).

Работа с файлами. Открытие, чтение, запись в файл. Ввод/вывод строк, стандартные функции.

Структуры. Указатель на структуру. Ссылка на элемент структуры.

Классы памяти. Автоматические и статические переменные. Глобальные и локальные переменные. Примеры.

Контрольная-диктант.

Схема Эйлера. Фрагмент программы.

Задание 2 (zm1-zm5). Интегрирование системы обыкновенных дифференциальных уравнений.

Разбор контрольной.

Динамическое распределение памяти. Оператор typedef. Директивы препроцессора, define с параметрами, условная компиляция.

Битовые операторы. Перечисляемый тип и объединения.

Отладка программ. Встроенные в среду средства отладчика.

На практических занятиях закрепляются полученные на семинарах знания.

Занятие 1. Преподавателю следует ознакомить студентов с правилами входа и выхода из системы, регистрации на сервере. Важно проконтролировать закрепление навыков работы с файлами и директориями средствами операционной системы и программ типа far.

Занятие 2-3. Работа в интегрированной среде программирования. Первая программа. Упражнение 1.

Занятие 4-6. Упражнение 2. Продвинутые студенты могут начинать работу над заданиями.

Для получения зачета необходимо:

1. В.Э.Фигурнов. IBM PC для пользователя. - М.: ИНФРА-М, 1996.
2. Б.Керниган, Д.Ритчи. - Язык программирования Си. - М.: Финансы и статистика, 1992.
3. Ю. Тихомиров. Visual C++ 6 - К.: BHV, 1998
4. А. Епанешников, В. Епанешников. DELPHI 4. Среда разработки: Учебное пособие. - М.: Диалог МИФИ, 1999.
5. Д. Поттер. Вычислительные методы в физике. - М.: Мир, 1975.
6. Э. Крол. Все об Internet: Пер. с англ. - Киев: BHV, 1995.