Introdução à Programação de Computadores Parte I. Componentes Básicos do Computador e de um Programa

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1 Introdução à Programação de Computadores Parte I Componentes Básicos do Computador e de um Programa Prof. Edson Pinheiro Pimentel Centro de Matemática, Computação e Cognição

2 Objetivos Compreender os componentes básicos de um programa...

3 Objetivos Compreender os componentes básicos de um programa... Conhecer a arquitetura básica de um computador

4 Pra começar...

5 Pra começar... Um dos objetivos específicos da Disciplina: Aprender e praticar a escrita de PROGRAMAS de computador para resolver problemas

6 Pra começar... Um dos objetivos específicos da Disciplina: Aprender e praticar a escrita de PROGRAMAS Qual é a cara de um programa de computador?

7 Exemplo: um programa em JAVA

8 Um programa tem várias partes

9 Um programa tem várias partes Variáveis

10 Um programa tem várias partes Entrada de Dados

11 Um programa tem várias partes Processamento

12 Um programa tem várias partes Saída

13 Um programa tem várias partes Variáveis Entrada de Dados Processamento Saída

14 O COMPUTADOR E SEUS COMPONENTES BÁSICOS

15 Arquitetura básica do processamento de dados O programa é quem determina o funcionamento do computador e ele depende da sua finalidade

16 Sistema Computacional: Hardware e Software Hardware está associado à parte física do sistema que suporta o processamento da informação (circuitos, placas, monitor, teclado...)

17 Sistema Computacional: Hardware e Software Software corresponde ao conjunto de programas responsáveis pelo controle do sistema para a execução das tarefas consideradas

18 HARDWARE

19 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos:

20 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos: I - Unidade de Entrada e Saída de Dados;

21 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos: II - Memória;

22 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos: III Unidade Lógica Aritmética

23 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos: IV Unidade de Controle

24 Hardware Básico de um Computador A arquitetura básica proposta por John von Neumann o possui quatro componentes básicos: A Unidade Central de Processamento (UCP) engloba a UC e a ULA.

25 SOFTWARE

26 Tipos de Software Software de sistema, ou sistema operacional Windows, Linux, etc.

27 Tipos de Software Software de sistema, ou sistema operacional Windows, Linux, etc. Software aplicativo Editores de texto: Word, WordPerfect, etc Planilhas eletrônicas: Excel, Lotus 123, QuatroPro, etc Apresentação: PowerPoint, etc Desenho: PaintBrush, CorelDraw, etc

28 Tipos de Software Software de sistema, ou sistema operacional Windows, Linux, etc. Software aplicativo Editores de texto: Word, WordPerfect, etc Planilhas eletrônicas: Excel, Lotus 123, QuatroPro, etc Apresentação: PowerPoint, etc Desenho: PaintBrush, CorelDraw, etc Softwares Específicos podem ser construídos: Folha de Pagamento, Sistemas de Vendas, Sistema Acadêmico, etc

29 Tipos de Software Software de sistema, ou sistema operacional Windows, Linux, etc. Software aplicativo Editores de texto: Word, WordPerfect, etc Planilhas eletrônicas: Excel, Lotus 123, QuatroPro, etc Apresentação: PowerPoint, etc Desenho: PaintBrush, CorelDraw, etc Softwares Específicos podem ser construídos: Folha de Pagamento, Sistemas de Vendas, Sistema Acadêmico, etc SOFTWARE PROGRAMA

30 O PROGRAMA E SEUS COMPONENTES BÁSICOS

31 Definição de Programa Bacharelado em Ciência e Tecnologia É uma sequência de instruções (comandos) que, a partir de dados inseridos, obtêm um resultado que será disponibilizado por algum dispositivo de saída Entrada de Dados Processamento dos comandos de um programa Saída de Dados

32 Definição de Programa Bacharelado em Ciência e Tecnologia É uma sequência de instruções (comandos) que, a partir de dados inseridos, obtêm um resultado que será disponibilizado por algum dispositivo de saída

33 Analogia: Calculadora e Programa Entrada de Dados Processamento dos comandos de um programa Saída de Dados 2+5 7

34 Como softwares e/ou programas são construídos?

35 Como softwares e/ou programas são construídos? Linguagens de programação são utilizadas para a construção de programas em computadores

36 Definição de Linguagem de Programação Conjunto limitado de símbolos e comandos, utilizados para criar programas;

37 Definição de Linguagem de Programação Conjunto limitado de símbolos e comandos, utilizados para criar programas; Método padronizado para expressar instruções para um computador;

38 Definição de Linguagem de Programação Conjunto limitado de símbolos e comandos, utilizados para criar programas; Método padronizado para expressar instruções para um computador; Por meio dela se estabelece uma comunicação com o computador, fazendo com que ele compreenda e execute o que o programador determinar.

39 Linguagem de Baixo Nível Uma linguagem de programação pode ser de baixo nível (linguagem de máquina) Linguagem Assembler

40 Linguagem de Alto Nível Linguagens de alto nível apresentam uma sintaxe mais próxima da linguagem natural (humana) Usam palavras reservadas extraídas do vocabulário corrente (int, public, if, else, while,...)

41 Linguagem de Alto Nível Linguagens de alto nível apresentam uma sintaxe mais próxima da linguagem natural (humana) Usam palavras reservadas extraídas do vocabulário corrente (int, public, if, else, while,...) EXEMPLO class HelloWorld { public static void main (String[] args) { System.out.println ( Alô mundo! ); } }

42 Histórico das Linguagens de Programação Algumas linguagens de programação, e o ano em que foram desenvolvidas:

43 Programas Compilados ou Interpretados Os programas escritos em linguagens de alto nível são convertidos para a linguagem de máquina através de um programa compilador, ou de um interpretador

44 Programas Compilados ou Interpretados Os programas escritos em linguagens de alto nível são convertidos para a linguagem de máquina através de um programa compilador, ou de um interpretador Linguagem de Alto Nível Compilador ou interpretador Linguagem de Máquina

45 Programas Compilados ou Interpretados Os programas escritos em linguagens de alto nível são convertidos para a linguagem de máquina através de um programa compilador, ou de um interpretador Linguagem de Alto Nível Compilador ou interpretador Linguagem de Máquina Trataremos de Compiladores e Interpretadores mais adiante

46 RESUMINDO...

47 Coisas para não esquecer Um computador executa PROGRAMAS

48 Coisas para não esquecer Um computador executa PROGRAMAS O Sistema Computacional depende do Hardware (computador) e do Software (programas)

49 Coisas para não esquecer Um computador executa PROGRAMAS O Sistema Computacional depende do Hardware (computador) e do Software (programas) Programas são escritos em determinadas linguagens e são traduzidas para que o computador possa executar

50 Coisas para não esquecer Um computador executa PROGRAMAS O Sistema Computacional depende do Hardware (computador) e do Software (programas) Programas são escritos em determinadas linguagens e são traduzidas para que o computador possa executar Um programa geralmente possui 3 partes distintas: a entrada de dados, o processamento e a saída de dados

51 Coisas para não esquecer Um computador executa PROGRAMAS O Sistema Computacional depende do Hardware (computador) e do Software (programas) Programas são escritos em determinadas linguagens e são traduzidos para que o computador possa executar Um programa geralmente possui 3 partes distintas: a entrada de dados, o processamento e a saída de dados A arquitetura básica de um computador é composta pelos: dispositivos de entrada e saída de dados, pela CPU (unidade central de processamento) que engloba a unidade de controle e a unidade lógica e aritmética, e a memória principal.

52 Introdução à Programação de Computadores Parte II Algoritmos do Dia-a-Dia e Técnica de Interpretação de Enunciado

53 Objetivos Aprender a redigir rotinas comuns do dia-a-dia forma de algoritmos Conhecer uma técnica para a construção de algoritmos computacionais

54 Relembrando... O funcionamento de qualquer computador está baseado nessa arquitetura básica:

55 APRENDENDO A PROGRAMAR COMPUTADORES: POR ONDE COMEÇAR?

56 Aprendendo a Programar Computadores O principal componente de um programa de computador é a sua lógica, ou seja, o que o computador deve fazer para resolver um problema. Devemos então DESCREVER essa lógica numa linguagem que o computador entenda É mais fácil começar a programar (organizar a lógica) em uma linguagem de alto nível. Qual é a linguagem de mais alto nível para um ser humano que fala naturalmente o português?

57 Aprendendo a Programar Computadores Vamos dar os primeiros passos na arte de programar computadores, em uma linguagem mais próxima da linguagem natural. O caminho mais tranquilo é por meio de ALGORITMOS Escrever ALGORITMOS é mais simples porque focam na solução do problemas e não consideram detalhes de linguagem, etc.

58 ALGORITMOS

59 Definição de ALGORITMO É uma sequência finita de instruções, ordenada de forma lógica para a resolução de uma determinada tarefa ou problema. Um algoritmo fixa um padrão de comportamento a ser seguido, uma norma de execução, com o objetivo de resolver um determinado problema.

60 O que é LÓGICA? Bacharelado em Ciência e Tecnologia No dia-a-dia dizemos que é algo que é coerente, óbvio, correto. Lógica Logos + Ica É o oposto de Isso não tem Lógica Razão Ciência Estuda o raciocínio/pensamento humano. Estudo de argumentos Argumento é uma sequência de enunciados, na qual um dos enunciados é a conclusão, derivado a partir dos outros enunciados (premissas).

61 Silogismo - Aristóteles Um silogismo representa um argumento composto de duas premissas e uma conclusão. E estabelece uma conclusão, que pode ser válida ou não. Todos os peixes vivem na água. (premissa1) Golfinhos são peixes. (premissa 2).. Golfinhos vivem na água. (conclusão) Tanto a forma de argumento quando a conclusão são verdadeiras, apesar de esta última ter sido deduzida a partir de uma premissa falsa (golfinhos são peixes).

62 LÓGICA DE PROGRAMAÇÃO

63 Lógica de Programação Bacharelado em Ciência e Tecnologia Como pensar como um programador? Falar em lógica de programação significa contextualizar a lógica na construção de programas. Lógica de programação está relacionada ao raciocínio que precisamos desenvolver para resolver um problema cuja solução deverá ser implementada em um computador. Encadear pensamentos para atingir determinado objetivo.

64 Solução de Problemas Bacharelado em Ciência e Tecnologia A habilidade mais importante para um cientista da computação é a solução de problemas; A solução de problemas é a habilidade de formular questões, pensar criativamente sobre soluções possíveis e expressar uma solução de forma clara e precisa; E aprender a programar é uma excelente oportunidade de praticar as habilidades da solução de problemas.

65 Exemplo de Problemas Bacharelado em Ciência e Tecnologia Diagnosticar a doença de um paciente a partir da descrição dos sintomas, e medicá-lo. Criar um sistema de informação que permita gerir as entradas/saídas (cargas/descargas) de navios em um porto marítimo. Desenvolver um programa para controle da movimentação de um robô.

66 Algoritmo Um algoritmo é uma forma de representar a solução de um problema por meio de uma sequência de passos. São exemplos de algoritmos: Receitas de bolos Manuais técnicos Guias de montagem Programas de computadores

67 EXEMPLO DE CONSTRUÇÃO DE ALGORITMO

68 Problema Fazer um bolo de chocolate.

69 Saída Qual o resultado esperado?

70 Saída

71 Passos O que é preciso para se obter o resultado desejado?

72 Passos O que é preciso para se obter o resultado desejado? Ingredientes

73 Dados de Entrada Ingredientes: 5 ovos. 250 gramas de margarina cremosa. 2 xícaras (chá) de açúcar. 1 xícara (chá) de farinha de trigo. 1 xícara (chá) de chocolate. 200 gramas de côco ralado. 1 copo de leite. 1 colher (sopa) de fermento.

74 Passos Qual a sequência necessária (de uso dos ingredientes) para se obter o resultado desejado?

75 Processamento Bacharelado em Ciência e Tecnologia Modo de Preparo Bata a margarina, as gemas e o açúcar até ficar cremoso. Junte o leite, o côco e a farinha e continue batendo. Acrescente o fermento e, por último, as claras em neve. Unte uma forma com manteiga e leve ao forno para assar.

76 OUTRO EXEMPLO DE ALGORITMO

77 Algoritmo Quais os passos para realizar a troca de uma lâmpada?????????????????????? Para quem troca lâmpadas com frequência (ou já viu trocar) os passos podem ser feitos automaticamente Mas e se essa mesma pessoa tiver que deixar uma RECEITA para uma pessoa que nunca trocou uma lâmpada efetuar essa tarefa?

78 Algoritmo Quais os passos para realizar a troca de uma lâmpada? Pegar uma escada. Posicionar a escada embaixo da lâmpada. Buscar uma lâmpada nova. Subir na escada. Retirar a lâmpada velha. Colocar a lâmpada nova.

79 Algoritmo E se a lâmpada não estiver queimada? 1.??? 2.??? 3.???

80 Algoritmo E se a lâmpada não estiver queimada? 1. Acionar o interruptor. 2. Se a lâmpada não acender, então: Pegar uma escada. Posicionar a escada embaixo da lâmpada. Buscar uma lâmpada nova. Subir na escada. Retirar a lâmpada queimada. Colocar a lâmpada nova.

81 Diversas soluções para um problema Pode haver vários algoritmos para resolver um mesmo problema. Afinal, cada pessoa pensa e age de forma diferente. O desenvolvimento de algoritmos é um exercício de Criatividade Experiência

82 Diversas soluções para um problema Diferentes algoritmos podem estar corretos, se levarem ao alcance do objetivo final. Entretanto, deve-se procurar desenvolver algoritmos que resolvam o problema com menos esforço e maior objetividade.

83 ESCREVENDO ALGORITMOS

84 ALGORITMO: instruções ou comandos Para escrever ALGORITMOS (programas) é necessário o uso de INSTRUÇÕES / COMANDOS. Instrução/Comando: São frases que indicam as ações a serem executadas. São compostas de um verbo no imperativo, ou no infinitivo, mais um complemento. Exemplo: Bata (Bater) duas claras em neve. Ligue (Ligar) os faróis. Some (Somar) dois números. Imprima (Imprimir) resultado da soma.

85 Pseudolinguagem Bacharelado em Ciência e Tecnologia Formalizar a escrita de algoritmos. Escrita na forma de pseudocódigo. Problema Pseudo linguagem Linguagem de programação Linguagem de máquina se... então... senão... Java, C, Pascal, etc Zeros e uns...

86 Pseudolinguagem Bacharelado em Ciência e Tecnologia Uma linguagem (ou pseudolinguagem) possui duas características: Sintaxe - como escrever os comandos e seus componentes; Semântica - o significado de cada comando e conceito. A sintaxe e a semântica de uma linguagem de programação englobam várias ações, como, por exemplo: Declarações de Variáveis; Operadores; Comandos de entrada e de saída; Comandos de seleção, repetição etc.

87 Bloco de Execução Bacharelado em Ciência e Tecnologia Bloco de execução é um conjunto de ações que possui uma função bem definida. O início de um bloco é marcado pela palavra início. O fim de um bloco é marcado pela palavra fim. início <declaração de variáveis> <comandos> fim

88 Bloco de Execução Bacharelado em Ciência e Tecnologia O próprio algoritmo é um bloco de execução. A sintaxe da definição do bloco de um algoritmo é: Algoritmo <NomeDoAlgoritmo> início <declaração de variáveis> <comandos> fimalgoritmo.

89 TÉCNICA PARA A CONSTRUÇÃO DE ALGORITMOS

90 ALGORITMO Sequência do Programa O que preciso? (Entrada) Como chegar ao que quero? (Processamento) O que quero? (Saída)

91 ALGORITMO Passos para construção O que quero? (Saída) O que preciso? (Entrada) Como chegar ao que quero? (Processamento) Na construção do algoritmos devemos identificar primeiro a SAÍDA de dados, para então pensar nos passos necessários para chegar nessa saída

92 ALGORITMO Passos para a construção Identificar o problema (objetivo) mediante leitura atenta de seu enunciado (entendimento). Identificar os resultados que devem ser gerados na solução (saída de dados). Identificar no enunciado os dados a serem fornecidos para o algoritmo (entrada de dados). Determinar o que deve ser feito para transformar as entradas nas saídas desejadas (processamento).

93 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer.

94 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer. Identificar os resultados que devem ser gerados na solução (saída de dados)

95 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer Identificar os resultados que devem ser gerados na solução (saída de dados) O resultado da soma

96 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer Identificar no enunciado os dados a serem fornecidos para o algoritmo (entrada de dados)

97 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer. Identificar no enunciado os dados a serem fornecidos para o algoritmo (entrada de dados). Os dois números.

98 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer. Determinar o que deve ser feito para transformar as entradas nas saídas desejadas (processamento). Somar os dois números.

99 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer. Organizando o ALGORITMO numa ordem coerente.

100 ALGORITMO EXEMPLO Escreva um algoritmo para somar dois números quaisquer. 1. Leia o número X 2. Leia o número Y 3. Some X e Y 4. Mostre o resultado da soma Entrada Processamento Saída Número X Número Y Somar X e Y Resultado da soma

101 Leituras Sugeridas FORBELLONE, A. L. V.; EBERSPACHER, H. F., Lógica de Programação A Construção de Algoritmos e Estruturas de Dados, Prentice Hall, 2005 CAPÍTULO 1 Introdução a Lógica de Programação

102 RESUMINDO...

103 Coisas para não esquecer: As rotinas do dia-a-dia podem ser descritas na forma de Algoritmos Escrever algorimos é mais ou menos como escrever um MANUAL para que algúem execute uma tarefa Um algoritmo computacional (para ser executado por um computador) precisa seguir alguns padrões de linguagem A construção de algoritmos a partir de um enunciado de um problema requer técnicas de compreensão e refinamento da solução Qual a SAÍDA de dados requerida? Qual a ENTRADA de dados necessária? Qual o PROCESSAMENTO necessário para transformar ENTRADA em SAÍDA?

104 EXERCÍCIOS DE LÓGICA

105 Exercício 1 Um lobo, uma cabra e uma couve têm de atravessar um rio em um barco que transporta um de cada vez, incluindo o barqueiro. Como o barqueiro os levará para o outro lado de forma que a cabra não coma a couve e o lobo não coma a cabra?

106 Exercício 2 Dois homens seguiam por um caminho. Um levava 8 litros de vinho em um garrafão e o outro levava 8 litros de vinho em dois garrafões, um com cinco litros e um com três. Eles beberam o vinho do garrafão maior, de 8 litros, e agora querem dividir os 8 litros de vinho restante igualmente, para nenhum dos dois carregar mais peso que o outro. Entretanto, eles só podem usar como medida, os próprios garrafões: um de 8 litros, um de 5 e um de 3. Como fazer?

107 EXERCÍCIOS DE ALGORITMOS

108 Exercício 1 Descreva a sequência de passos necessária para: Colocar um carro em movimento.

109 Exercício 2 Descreva a sequência de passos necessária para: Jogar o jogo da velha.