Codificação da informação. Execução do programa. Codificação binária. Representação de inteiros positivos. Representação binária

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1 Execução do a calcula-se determinada solução (output) para determinado problema (input) usando um a que é executado no dados do problema (informação de entrada) a solução (informação resultante) Codificação da informação A informação manipulada pelo tem de estar representada como este é capaz de a interpretar Tecnologia actual baseia-se em circuitos electrónicos digitais binários os circuitos reconhecem e mantêm dois estados: ligado/desligado cada circuito num destes estados representa um bit de informação binary digit os circuitos podem manipular simultaneamente grupos de bits (por exemplo: 4, 8,,, etc ) ASC - /7 34 ASC - /7 35 Codificação binária Tudo no está representado por bits podemos convencionar que cada bit representa: ligado/desligado ou / ou verdade/falso ou etc quem "olha para os bits" interpreta-os como quiser! Como representar texto, imagens, sons, etc.??? Representação de inteiros positivos Começando por coisas simples Estamos habituados à representação decimal, mas podemos usar outras representações Temos de conseguir uma representação binária dois estados ou símbolos:, ASC - /7 3 ASC - /7 37 Representação de números Representação decimal: dez dígitos representados pelos símbolos:,,, 3, 4, 5,, 7, 8, 9 num número, cada algarismo representa uma potência de exemplo: 59 = x + 5 x + 9 x x + 5x + 9x centenas dezenas unidades Representação binária Representação binária: dígitos, símbolos:, cada algarismo no número representa uma potência de exemplo: em decimal: x 7 +x +x 5 +x 4 +x 3 +x +x +x = 59 ASC - /7 38 ASC - /7 39

2 Conversões Decompondo um número nos dígitos de determinada base decompomos no polinómio em potências da base exemplo: 59 = x + 5 x + 9 x = (( x ) + 5) x + 9 ou seja, dividimos sucessivamente pela base pretendida: unidades 5 dezenas centenas ASC - /7 4 Conversões Para outras bases é idêntico binário, dividimos por : = ASC - /7 4 binário bits Os números são facilmente representáveis no basta converter para a representação binária e convencionar, por exemplo, =ligado, =desligado Podemos representar qualquer informação que consigamos converter em números digitalizar Desvantagens do binário: não é natural para nós; as conversões binário decimal binário não são intuitivas a representação torna-se extensa. Outras bases Para nós pode ser mais fácil usar outras bases: representações menos extensas mais fáceis de converter para/de binário as candidatas são as bases potências de cada digito nessas bases corresponde directamente a um grupo de dígitos base (bits) ASC - /7 4 ASC - /7 43 Representação de números (cont) Representação hexadecimal: símbolos:,,, 3, 4, 5,, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, cada algarismo no número representa uma potência de exemplo: 9 em decimal: 9 x + 5 = 59 conversão para hexadecimal: ASC - /7 44 Relação entre representações Usando bases potências de temos uma relação directa entre os dígitos de cada base exemplo: 3 dig.bin. dig.oct. 4 dig. bin. dig.hex A B C D E ASC - /7 45

3 Operações As operações aritméticas são independentes das bases de representação dos números Exemplos em binário: Álgebra de boole alores booleanos: verdade () e falso () Operações algébricas: e/and, ou/or, negação/not (carry) () + (3) (3) (borrow) () - (3) (7) e ou neg ASC - /7 4 ASC - /7 47 Passando a bits Para os valores booleanos podemos convencionar: verdade = e falso = Operações booleanas O pode fazer as operações boolenas sobre grupos de bits Exemplo com nibles (4 bits): e ou neg e ou neg ASC - /7 48 ASC - /7 49 Representação de texto Podemos representar as letras e outros símbolos convencionando uma codificação Numeramos todos esses caracteres! Temos de seguir a mesma convenção na introdução dos caracteres no e quando os apresentados na saída!! Exemplo: A A B B etc Codificações de caracteres Existem códigos normalizados: ASCII American Standard Code for Information Interchange (7 bits) Cada carácter tem um código de a 7 Exemplo: A = 5 % = 37 inclui códigos de controlo: TAB, RET, ISO8859 (8bits) mais 7 códigos, suportando caracteres com acentos e outros (depende da variante do código) latino, grego, hebraico, etc ISO4 ou Unicode (bits) ASC - /7 5 ASC - /7 5 3

4 Descodificação Exemplo: um controlador de ecrã ou de uma impressora recebem sequências de 8 bits e mostram o carácter correspondente exemplo: se receberem fazem aparecer o desenho A se receberem a sequência fazem aparecer: (muda de linha) NOTA: para escrever números temos de fazer sair os seus caracteres e não os números!! Descodificação dos bits Como interpretar o seguinte grupo de bits? o número 5? a letra A? 8 valores lógicos ()? outra?? Todas estas leituras são válidas! ASC - /7 5 ASC - /7 53 Execução de um a Como um executa um a? Mas o que é um? E um a? entrada de dados input bits a bits saída de dados output ASC - /7 54 ASC - /7 55 Definições num dicionário Computador o que faz cálculos; máquina para efectuar cálculos segundo instruções nela introduzidas; Programa projecto escrito e minucioso; conjunto de instruções numa linguagem capaz de ser interpretada por um sistema; Resolução de um problema. Dado um problema:. Descobrir/inventar um algoritmo para o resolver 3. Codificar esse algoritmo numa linguagem reconhecida pela máquina Que máquina usar? O que esta deve ser capaz de reconhecer? O que é realizável? Que linguagem usar? Mais próxima do utilizador humano? Mais próxima da máquina? ASC - /7 5 ASC - /7 57 4

5 Serão es? Alan Turing ábaco 35 AC? calculadora electrónica anos -7 calculadora de Pascal 5 Matemático Inglês, considerado por alguns o pai da Ciência da Computação contribuiu nos domínios da lógica, criptografia, inteligência artificial, formalização da algoritmia e da computação Máquina de Turing (define formalmente a "máquina universal") instrumento musical controlado por papel perfurado ASC - /7 58 ASC - /7 59 John von Neumann Matemático Húngaro (nat. EUA), considerado por alguns o pai da arquitectura dos es binários modernos Contribuiu nos domínios da física quântica, economia, estatística, computação autómato celular, EDAC (Electronic Discrete ariable Automatic Computer) Computador Equipamento com uma ou mais unidades, de processamento e periféricas, que é capaz de computar (incluindo operações aritméticas e lógicas), controlado por as internos, sem intervenção humana. ASC - /7 ASC - /7 Programas Conjunto de instruções escritas numa linguagem que alguma "máquina" é capaz de reconhecer e executar Instruções: Mais próximas do domínio de aplicação: mais complexas e específicas Mais próximas da arquitectura do : mais simples e genéricas Múltiplos níveis de linguagens Noção de interface Noção de transparência (ou opacidade) ASC - /7 Níveis nos sistemas informáticos Num sistema de computação: aplicações linguagens bibliotecas sistema de operação Podemos detalhar em mais níveis ASC - /7 3 5

6 Resolução de um problema Dado um problema Que algoritmo para o resolver? Que linguagens de ação? Para especificar o algoritmo Linguagens de que nível: Mais próximas do utilizador humano ou mais próximas do? Que máquinas? Para a execução do a/algoritmo Níveis nos sistemas informáticos Cada nível mais alto está mais perto das abstracções do utilizador e mais longe da máquina Cada nível faz uso das abstracções e funcionalidades oferecidas pelos níveis inferiores suporta as camadas superiores Exemplos: Aplicações Abstracções do domínio da aplicação ( ) Linguagens de ação Abstracções das linguagens e suas bibliotecas (streams, estruturas de dados, classes, ) Sistemas de operação Abstracções do sistema (ficheiros, canais, ) Arquitectura do Instruções da máquina, seus componentes e suas interacções Circuitos digitais, electrónica, ASC - /7 4 ASC - /7 5 Cada nível oferece Interface oferece um conjunto de "instruções" este define a "linguagem" e abstracções suportadas Transparência esconde do nível superior a implementação das suas instruções/abstracções oferece uma nova máquina (virtual) Resumindo Computador executa as escritos numa linguagem reconhecida: linguagem máquina Programa é um conjunto de instruções reconhecidas pelo, ou por outro a executado no ASC - /7 ASC - /7 7 Execução de as por tradução Execução de as por interpretação Programa nível N Programa nível N tradutor interpretador das instruções de nível N- Programa nível N- ASC - /7 8 o hardware do é sempre o "interpretador" final ASC - /7 9

7 Exemplo de execução em Java icheiro fonte Compilador a implementando a JM "java" Transformações Os as são transformados por outros as Exemplo da compilação de as em C: cc o hello hello.c icheiro "máquina-jm" Biblioteca das classes Java Interpretador Java irtual Machine executado pela máquina hello.c Source Preprocessor hello.i (cpp) Modified source Compiler (cc) hello.s Assembler hello.o (as) Assembly printf.o Relocatable object s (binary) Linker (ld) hello Executable object (binary) ASC - /7 7 ASC - /7 7 ases da compilação ase de pré-processamento: o a original é modificado de acordo com as directivas (#): exemplos: macros, inclusão de stdio.h ase de compilação: o compilador traduz o ficheiro hello.i para um ficheiro com mnemónicas em assembly ase de assembly : o assembler traduz o ficheiro hello.s para um ficheiro hello.o em que os seus bytes representam as instruções máquina correspondentes a cada mnemónica ase de ligação: o ligador inclui no ficheiro executável o código da função printf() e resolve as restantes referências printf.o hello.c Source Preprocessor hello.i (cpp) Modified source Compiler (cc) hello.s Assembler hello.o (as) Assembly Relocatable object s (binary) Linker (ld) hello Executable object (binary) Passos até termos um a em execução icheiro fonte Compilador icheiro máquina Biblioteca das funções da linguagem Compilador icheiro assembly Assembler Ligador a carregado em memória Carregador icheiro executável ASC - /7 7 ASC - /7 73 O processador lê e interpreta instruções armazenadas na memória Para executar o a hello é preciso carregá-lo para memória interagindo com uma interface e esta com SO de texto (linha de comando): prompt>./hello hello,world prompt> gráfico (interface gráfica): hello Um a em execução Instruções máquina executadas directamente pelo CPU (interpretadas pela máquina) a em memória (bibliotecas) Hardware (Processador, Memória, Discos,...) "Instruções" interpretadas pelo Sistema de Operação (por exemplo, escrita no écrã, leitura do disco...) Sistema de Operação (sempre carregado em Memória) plataforma ASC - /7 74 ASC - /7 75 7

8 Execução de um a O executa um a Quais os seus componentes? Como estes se organizam e interactuam? a entrada de dados processador, memória, input bits periféricos,etc bits saída de dados output ASC - /7 7 8

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