Algoritmos DCC 119. Introdução e Conceitos Básicos

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1 Algoritmos DCC 119 Introdução e Conceitos Básicos

2 Sumário Sistemas de Numeração Sistemas Computacionais Estrutura de um Computador Digital Sistemas Operacionais Algoritmo Introdução Formas de representação de algoritmos 2

3 Sistemas de Numeração Como fazer a conversão entre o sistema decimal e o sistema utilizado num computador? DECIMAL BINÁRIO HEXADECIMAL 3

4 Base ou raiz de um sistema de numeração: é o número de algarismos distintos usados nesse sistema de numeração. Exemplo: o sistema decimal possui base 10, isto é, usa 10 algarismos distintos. 4

5 É o nome dado à notação usada por alguns sistemas numéricos, onde cada algarismo tem, além do seu valor absoluto, um valor de posição dentro de cada número desse sistema em que ele aparece. Por exemplo, no sistema decimal: O valor absoluto 2 no número 2000 representa uma grandeza diferente do que 2 em 20. 5

6 Exemplo de Sistema de Numeração que não usa Notação Posicional O sistema de numeração romano é constituído de um conjunto N de 7 algarismos diferentes, cada um representando um valor fixo, independentemente de sua posição relativa no número: N = (I, V, X, L, C, D, M) Indicando, respectivamente, os valores: 1, 5, 10, 50, 100, 500 e 1000 Observe que neste sistema não há representação para o zero. Tente multiplicar XIII x XVII 6

7 Sistema Decimal ou de Base 10 Possui 10 algarismos distintos (algarismos arábicos = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9) e usa notação posicional. Ex.: 7 = 7 x = = 3 x x ,508 = 8 x x x x x 10-3 Obs.: Na notação posicional (qualquer que seja a base) o primeiro algarismo a esquerda da vírgula, representa uma potência da base com expoente igual a 0 (zero) e esse expoente é inteiro e crescente para a esquerda. 7

8 Sistema Decimal: Como Funciona Zera e vai-um 8

9 Sistema Binário ou de Base 2 Usa notação posicional e possui dois algarismos distintos: 0 e Zera e vai-um 11 9

10 Conversão Decimal - Binário Decimal Binário Problema: como converter 2358 (10) para a base 2? E (2) para a base 10? 10

11 Sistema Hexadecimal ou de Base 16 Usa notação posicional e possui 16 algarismos distintos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F. Decimal Hexadecimal Decimal Hexadecimal A B C D E F 11

12 Conversão de Base Conversão da base b (qualquer) para decimal: Para converter um número na base b em decimal, basta somar os produtos dos algarismos pelas potências da base b que eles representam. Ex.: Converter os números abaixo para a base 10 (10) 16 1 x x 16 0 = (16) 10 (F30A) x x x x 16 0 = (62218) 10 (1101) 2 1 x x x x 2 0 = (13) 10 ( ) = (143) 10 12

13 Conversão de Base Conversão de decimal para a base b (qualquer): Para converter um número decimal para a base b, devem ser feitas divisões inteiras sucessivas por b até que se encontre quociente 0 (zero). O número correspondente na base b será formado pelos restos das divisões, da última até a primeira divisão, nessa ordem. Ex.: Converter o número decimal abaixo para hexadecimal E B (45286) 10 (B0E6) 16 13

14 Conversão de Base Converter os números decimais abaixo para binários (10) = (2 ) 14

15 Conversão Binário Hexadecimal Como 16 é potência de 2 (2 4 = 16), nesta conversão, cada algarismo hexadecimal dá origem a quatro algarismos binários. Tabela de conversão: Hexadecimal Binário Valor da posição

16 Conversão Binário Hexadecimal Ex.: Hexadecimal em Binário: (9) 16 ( ) 2 ( isto é, = 9) (D) 16 ( ) 2 (13A) 16 ( ) 2 (FB09) 16 ( ) 2 Binário em hexadecimal: 8 1 ( ) 2 (9) 16 ( ) 2 (2DB5) 16 ( ) 2 (89BF) 16 16

17 Resumo 16 2 HEXADECIMAL DECIMAL BINÁRIO x16 n x2 n tabela 17

18 Introdução (Parte II) Sistemas Computacionais DCC119 Algoritmos 18

19 Sistemas Computacionais Peopleware (usuário) Software (programas) Hardware (máquina) Hardware: Corresponde à parte material, aos componentes físicos do sistema. É o computador propriamente dito. Software: Conjunto de programas (instruções arranjadas logicamente) e dados. 19

20 Estrutura de um Computador Digital Unidade Central de Processamento Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Controle Memória Principal Memória Secundária Interfaces Unidades de Entrada Unidades de Saída Periféricos 20

21 Processador Também chamada de microprocessador ou unidade de processamento central (UPC ou CPU) e é responsável pelo gerenciamento de todas as funções do sistema. A CPU distingue somente dois estados físicos, representados pelos números 0 e 1 dígitos binários. É dividida em: Unidade Aritmética e Lógica: encarregada de realizar operações aritméticas e lógicas elementares. Unidade de Controle: encarregada de coordenar os diversos componentes. 21

22 Memória Principal (RAM Random Access Memory) É a unidade encarregada de armazenar os programas e dados ( recebidos das unidades de entrada) para imediato processamento pela CPU. Após a execução de cada instrução do programa, a CPU armazena o resultado gerado na memória principal. CPU Memória Principal A memória é considerada um meio temporário de armazenamento de dados, que permanecem ali somente durante o tempo em que estiverem sendo processados. 22

23 Memória Principal Conceitos: Bit, Byte e Word dígito binário) termo binário) Conjunto de 8 bits, com o qual pode-se representar os números, as letras, os sinais de pontuação, etc... Palavra (Word) É a quantidade de bits que a CPU processa por vez. 23

24 Memória Principal Conceitos: Bit, Byte e Word CPU ou micro de: Palavra de: 8 bits 8 bits = 1 byte = 1 caractere 16 bits 16 bits = 2 bytes = 2 caracteres 32 bits 32 bits = 4 bytes = 4 caracteres 64 bits 64 bits = 8 bytes = 8 caracteres 128 bits 128 bits = 16 bytes = 16 caracteres Exemplo: se a palavra (texto) TRADUTOR tiver sido transferida da memória para uma CPU de: 8 bits <= este precisará de 8 operações para processá-la; 16 bits <= este precisará de 4 operações para processá-la; 32 bits <= este precisará de 2 operações para processá-la; 64 bits <= este precisará de uma operação para processá-la; 24

25 Memória Principal Unidades de Medida Unidades Usual Informática Kilo (K) bytes Mega (M) bytes Giga (G) bytes Tera (T) bytes Exemplo: Qual a quantidade exata de bits que um DISQUETE de 1,44 MB possui? 1,44 MB = 1,44 * 2 20 * 8 = ,52 bits 25

26 Memória Principal Organização Representação de uma memória de 1 KB: Endereço 0 1 Byte No byte de endereço 2 está armazenado o código ASCII do caracter. O processador acessa o conteúdo de um byte a partir do endereço desse byte. Por que 1 KB = 2 10 bytes e não 10 3 bytes? ou Quantos bits são necessários para representar um dos endereços da memória acima? 26

27 Memória Secundária A memória secundária pode ser composta por vários dispositivos capazes de ampliar a capacidade de armazenamento da memória principal. Eles podem armazenar grandes quantidades de dados e programas. A memória secundária é um tipo de memória não volátil, teoricamente permanente e mais lenta. CPU Memória Principal Memória Secundária Outra função da memória secundária é oferecer uma expansão virtual da memória principal Memória Virtual. Memória Virtual Memória Principal Memória Secundária 27

28 Interface Representa o meio de comunicação entre duas partes do sistema. Exemplo: disco e computador, teclado e computador, computador e impressora. Existem dois tipos de interface: - serial: os dados são enviados um bit de cada vez (cabos com um único fio); - paralela: um byte de cada vez (cabos com 8 fios); 28

29 Para que um algoritmo possa ser executado pelo computador, é necessário que ele seja programado, isto é, que ele seja transcrito para uma linguagem que o computador possa 29

30 Os computadores só podem executar diretamente os algoritmos expressos em linguagem de máquina (que é um conjunto de instruções capazes de ativar diretamente os dispositivos eletrônicos do computador). Um tradutor é um programa que traduz um algoritmo que está escrito em uma determinada linguagem de programação em linguagem de máquina. Programa Fonte Tradutor Programa Objeto Algoritmo ou programa escrito em uma determinada linguagem de programação Algoritmo ou programa traduzido para linguagem de máquina 30

31 Processo de Tradução O processo de tradução pode ser feito por: Compilação: Lê, analisa e traduz todos os comandos do programa fonte, criando o programa objeto. Interpretação: Traduz ou interpreta cada comando ao executá-lo. Linguagem de Alto Nível Programa Fonte Tradutor Compilador Linguagem de Máquina Programa Objeto Execução Execução de todo o programa Interpretador Executa um comando e volta 31

32 Principais Tipos de Linguagens de Programação Linguagem de Máquina ( ou Absoluta ): É a única linguagem que atende ao computador, por satisfazer o seu projeto lógico. Instruções representadas por códigos binários. Exemplo de instrução: A 3 5 Cód. de Operação Campo de Operando Esta instrução ordena que o conteúdo do endereço 0A35 16 da memória seja somado (10 16 ) ao acumulador (registrador especial usado para acumular resultados) e que o resultado fique guardado no acumulador. 32

33 Principais Tipos de Linguagens de Programação Linguagem Simbólica (de Baixo Nível, de Montagem ou Assembler): Surgiu afim de simplificar a difícil programação da linguagem de máquina. Substitui os códigos binários por abreviações de nomes sugestivos que lembram a função da instrução. Exemplo de instrução: ADD X ADD ordena que o valor da variável X seja somado ao acumulador e que o resultado fique nele guardado. X é o nome da variável, criado pelo programador, que representa um endereço da memória (por exemplo 0A3516) que contém armazenado o valor desta variável. Surgimento do conceito de variável. 33

34 Principais Tipos de Linguagens de Programação Linguagem Automática ( ou de Alto Nível ): São semelhantes às linguagens usadas para descrever o problema que se deseja resolver, ressaltando a linguagem profissional a que o usuário está acostumado. Existem várias linguagens automáticas: FORTRAN (FORmula TRANslation), ALGOL, PLI, APL, BASIC, LISP, SNOBOL, PASCAL, ADA, MODULA etc. Exemplo de comando: Y = 3 + X; Ordena que a constante 3 seja somado ao valor da variável X e que o resultado seja armazenado como novo valor da variável Y. Obs.: C é considerada uma linguagem de médio nível. 34

35 Sistema Operacional (SO) É um programa especial que controla e coordena todas as operações básicas de um computador. Ele controla a execução de outros programas e pode proporcionar funções como: controle de entrada e saída de dados; alocação de memória; gerenciamento de dados, etc... Os programas que compõem os SOs são, na maioria dos casos, escritos em linguagens de nível mais baixo, fazendo com que eles sejam mais rápidos e eficientes no gerenciamento de recursos do hardware. 35

36 Sistema Operacional (SO) Os SOs podem ser classificados em: Monousuário: somente um usuário pode processar dados por vez na CPU; Multiusuário Monotarefa: somente um programa de cada vez é executado pela CPU. Multitarefa: vários programas podem ser executados de maneira concorrente pela CPU (eles concorrem pela mesma CPU). 36

37 Entender perfeitamente o problema Escolher métodos para sua solução Desenvolver um algoritmo baseado nos métodos Codificar o algoritmo na linguagem de programação disponível 37

38 38

39 39

40 Ação: é um evento que ocorre num período de tempo finito, estabelecendo um efeito intencionado e bem definido. Ex.: o livro em cima da ; o valor 3,1416 em uma ; Observação: toda ação deve ser executável em um tempo finito (do instante t 0 até o instante t 1 ); O que realmente interessa é o efeito produzido na execução da ação; Pode-se descrever o efeito de uma ação comparando o estado no instante t 0 com o estado no instante t 1. 40

41 Estado de um dado sistema de objetos é o conjunto de propriedades desses objetos que são relevantes em uma situação considerada. de valores das variáveis do programa num certo instante da ; 41

42 Processo: é um evento considerado como uma seqüência temporal de (sub) ações, cujo efeito total é igual ao efeito acumulado dessas (sub) ações. Observação: Pode-se, geralmente, considerar um mesmo evento como uma ação ou como um processo, dependendo se o interesse está em simplesmente no efeito total (da ação) ou se interessa um ou mais estados intermediários (do processo). Em outras palavras, se há interesse, uma ação pode ser geralmente detalhada em um processo. 42

43 Padrão de Comportamento : em todo o evento pode-se reconhecer um padrão de comportamento, isto é, cada vez que o padrão de comportamento é seguido, o evento ocorre. Ex.: seja a seguinte descrição: dona-de-casa descasca as batatas para o a cesta com batatas do ; a panela do ; as ; a cesta ao ; 43

44 Essa descrição pode ser usada para descrever eventos distintos (dias diferentes, batatas diferentes etc.). Isso só é possível porque os eventos possuem o mesmo padrão de comportamento. O efeito de um evento fica totalmente determinado pelo padrão de comportamento e eventualmente pelo estado inicial. 44

45 Algoritmo: é a descrição de um padrão de comportamento, expressado em termos de um repertório bem definido e finito de ações primitivas que, com certeza, podem ser executadas. Um algoritmo possui caráter imperativo, razão pela qual uma ação em um algoritmo é chamada de comando. Ex.: algoritmo para descascar batatas para o jantar: a cesta com batatas do ; a panela do ; as ; a cesta ao ; 45

46 Um algoritmo (ou programa) apresenta dois aspectos complementares: Aspecto estático: é a representação concreta do algoritmo através de um texto contendo comandos que devem ser executados numa ordem prescrita (atemporal). Aspecto dinâmico: que é a execução do algoritmo no tempo. O problema central da computação consiste em relacionar esses dois aspectos, isto é, consiste no entendimento (visualização) das estruturas dinâmicas das possíveis execuções do algoritmo a partir da estrutura estática do seu texto. 46

47 A restrição a um número limitado de estruturas de controle (de execução dos comandos do algoritmo) permite reduzir o abismo existente entre o aspecto estático e o dinâmico do algoritmo. Só são usadas três estruturas de controle: Seqüência Simples Alternativa Repetição arte de programar consiste na arte de organizar e dominar a (Dijkstra) 47

48 A generalização do algoritmo para descascar batatas para o jantar pode ser: a cesta com batatas do ; a panela do ; se é então ; enquanto de batatas é faça uma ; a cesta ao ; Um algoritmo deve ser determinístico, isto é, dadas as mesmas condições iniciais, deve produzir em sua execução, os mesmos resultados. Só interessam os algoritmos executáveis em tempo finito. 48

49 Algoritmos Formas de representação 49

50 50

51 51

52 52

53 = Início e final do fluxograma. = Operação de entrada de dados = Operação de saída de dados em impressora = Operação de saída de dados em vídeo = Operações de atribuição 53

54 = Decisão = Seta do fluxo de dados = Conector utilizado quando é preciso particionar o diagrama, colocando uma letra ou número no símbolo para indentificar os pares da conexão 54

55 55

56 O diagrama foi criado por Ned Chapin Substituir o fluxograma tradicional por um diagrama que apresenta uma visão hierárquica e estruturada da lógica do programa 56

57 57

58 58

59 Pseudolinguagem 59

60 A seguir é mostrado a representação do algoritmo de cálculo da média de um aluno na forma de um pseudocódigo 60

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