Algorithmusbegriff

Bereits aus den Klassenstufen 7 un 8 kennst du den Algorithmusbegriff. In Klasse 10 wollen wir nun den Begriff präzisieren.

• Endlichkeit: Ein Algorithmus besteht aus endlich vielen Anweisungen (Verarbeitungsbefehlen bzw. Regeln) endlicher Länge.
• Eindeutigkeit: Mit jeder Anwendung ist auch die nächstfolgende festgelegt, d. h., die Reihenfolge der Abarbeitung der Anweisungen unterliegt nicht der Willkür des Ausführenden. (Man sagt auch: Algorithmen sind deterministisch). Das heißt, dass bei gleichen Bedingungen gleiche Eingabegrößen bei wiederholter Abarbeitung eines Algorithmus auf dieselben Ausgabegrößen abgebildet werden. (Man sagt auch: Algorithmen sind determiniert).
• Ausführbarkeit: Jede einzelne Anweisung muss für den Ausführenden des Algorithmus verständlich und ausführbar sein. Ein Algorithmus ist also immer nur ein Algorithmus bezüglich des Ausführenden.
• Allgemeingültigkeit: Ein Algorithmus muss auf alle Aufgaben gleichen Typs (Aufgabenklasse) anwendbar sein und (bei richtiger Anwendung) stets zum gesuchten Resultat (zur Lösung bzw. zur Einsicht, dass die Aufgabe nicht lösbar ist) führen.

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Bereits in Klasse 8 hast du verschiedene Darstellungsformen und algorithmische Grundstrukturen kennengelernt:

In der Klasse 10 wollen wir die algorithmischen Grundstrukturen mit Struktogrammen und in einer textorientierten Programmiersprache (Python) umsetzen.

darstellungsformen.pdf

Für Programmiersprachen gibt es verschiedene Möglichkeiten der Einteilung. Eine erste ist die Einteilung in

• Maschinensprache: Sprache die nur aus Nullen und Einsen besteht und die Direkt von einem Bestimmten Prozessor ausgeführt werden kann.
• Assemblersprache: Die Sprache benutzt symbolische Namen für Operanten und Operationen und ist damit leichter lesbar als reiner Maschinencode.
• Höhere Programmiersprachen: Die Sprachen sind der natürlichen Sprache (meist Englisch) nachempfunden und weitestgehend vom Prozessor unabhängig.

Ein Prozessor kann nur Maschinencode ausführen. Damit ein Prozessor ein Assemblerprogramm ausführen kann muss es assembliert werden, damit er ein Programm in einer höheren Programmiersprache ausführen kann, benötigt man einen Compiler oder einen Interpreter (Siehe unten!).

Höhere Programmiersprachen kann man z.B. nach der Art des zugrunde liegenden Algorithmusbegriffs einteilen:

Je nach Art der Übersetzung in Maschinencode kann man höhere Programmiersprachen auch einteilen in

• Compilersprachen: Der Quelltext des Programms wird durch den Compiler vollständig in Maschinencode übersetzt. Das entstandene Maschinenprogramm kann dann direkt ausgeführt werden. (z.B. C, C++, Rust)
• Interpretersprachen: Der Interpreter übersetzt einen Befehl in Maschinencode und führt ihn aus, bevor er den nächsten Befehl übersetzt. (z.B. Python. PHP, Perl)
• Mischtypen: In Compiler übersetzt das Programm in Bytecode, dieser wird dann von einem Interpreter ausgeführt.

• Der Quelltext wird in einem Texteditor erstellt.
• Bei Assemblerprogrammen wird das Programm vom Assembler übersetzt, gelinkt und kann dann ausgeführt werden.
• Bei Compilersprachen wird das Programm zunächst vom Compiler übersetzt und kann dann direkt ausgeführt werden.
• Bei Interpretersprachen wird das Programm direkt mit dem Interpreter aufgerufen und dadurch ausgeführt.

hallo.asm

section	.text
	global _start       ;must be declared for using gcc
_start:                     ;tell linker entry point
	mov	edx, len    ;message length
	mov	ecx, msg    ;message to write
	mov	ebx, 1	    ;file descriptor (stdout)
	mov	eax, 4	    ;system call number (sys_write)
	int	0x80        ;call kernel
	mov	eax, 1	    ;system call number (sys_exit)
	int	0x80        ;call kernel
 
section	.data
 
msg	db	'Hello, world!',0xa	;our dear string
len	equ	$ - msg			;length of our dear string

Aufruf des Assemblers in der Kommandozeile:

nasm -f elf64 hallo.asm

Programm linken:

ld hallo.o -o hallo

Programm ausführen:

./hallo

Ausgabe:

Hello, world!

hallo.c

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    printf("Hello, World!\n");
 
    return 0;
}

Programm compilieren:

gcc hallo.c -o hallo

Programm ausführen:

./hallo

Ausgabe:

Hello, world!

hallo.py

print ("Hello, world!\n")

Programm ausführen:

python hallo.py

Ausgabe:

Hello, world!