Introdução à Programação

Transcrição

1 Aula Teórica 1: apresentação Departamento de Informática, UBI

2 Benvindos! O curso de programação à primeira aula da cadeira mais divertida do vosso curso! Não exige estudar por densos e grossos livros, mas Basta praticar uma certa forma de pensar, de organizar ideias para encontrar soluções para problemas Exige no entanto disciplina, esforço, dedicação, rigor Aprender a programar é um pouco como aprender matemática.

3 O que fazer então para aprender? Experimentar, experimentar, experimentar! É melhor começar já hoje, não deixar para amanhã... Começam com exercícios simples, incrementando constantemente a complexidade... Fazem todos os dias (sem falhas, para não andarem para trás), cada vez um pouco mais. Talvez até atinjam o objectivo antes do prazo!

4 Programa Programa: anal o que é? Segundo o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) A sequence of instructions suitable for processing by a computer... Linguagem de programação Conjunto de regras sintácticas (como criar palavras, a partir de que símbolos) e semânticas (signicado das palavras) para escrever instruções a serem processadas por um mecanismo computacional Programa Conjunto (ordenado ou não) de frases (instruções) obedecendo às regras sintácticas Comportamento dado pela semântica de cada frase

5 Computador Computador: anal o que é? Segundo o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) A functional programmable unit that consists of one or more processing units and peripheral equipment, that is controlled by internally stored programs, and that can perform substantial computation, including numerous arithmetic operations or logical operations, without human intervention Computação Processamento (automático) de informação simbólica Informação processada é um conjunto (ordenado) de bits bit (binary digit): símbolos 0 (o) e 1 (on)

6 Abertura Programação e computação O que se entende por programação Objectivos, programa e avaliação Computador O computador mais economico: Raspberry Pi Preço: 25 euro, mais precisa de keyboard, monitor, SD card com sistema operativo (gratuito) Guida online (2'):raspberrypi.org

7 Computador Mais basico: Arduino microcontroller

8 Computador Arduino microcontroller O que é? E uma tecnologia hardware italiana (sim!) Não é um computador clássico dato que não precisa de sistema operativo Mais pode ser programado! O projecto foi criado em 2005 com o propósito de fazer um controller simple da usar e open-source Interacção: 14 Input/Output digital pins, USB,.. Utilizo comum: programar sensores para robotica, medical care, agricultura, talvez em rede de sensores

9 Informação simbólica Bits e bytes Codicação e processamento da informação O que se faz com 1 bit: codica-se informação que só pode ter 2 estados Exemplos Valores lógicos: falso é 0 e verdadeiro é 1 Semáforo de duas luzes: vermelho é 0 e verde é 1 Interpretar/processar a informação implica conhecer a(s) regra(s) de codicação E se a informação tem mais que dois estados? Usam-se mais bits! Exemplo: semáforo de três luzes (quantos estados tem?) Vermelho é 00, amarelo é 01 e verde é 11 Amarelo intermitente é 10

10 Informação simbólica Exemplo: Código C para piscar um led de o Arduino /*Blink - Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly. This example code is in the public domain. */ // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. // give it a name: int led = 13; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinmode(led, OUTPUT); } // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { digitalwrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalwrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second }

11 Informação simbólica Bits e bytes Os naturais na base 2 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000,... 1 bit para os primeiros dois, 2 bits para os primeiros quatro, 3 bits para os primeiros oito,... Como representar um dado natural? 239 em representação binária: = 1x x x x x x x x em representação decimal: 239 = 9x x x10 2 Os símbolos de um teclado de computador (americano) Símbolos representados com 1 byte (binary term), de acordo com a tabela ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

12 Informação simbólica Bits e bytes Unidades são potências de 2 1 byte (binary term) são 8 (2 3 ) bits Permite representar 2 8 = 256 estados/congurações 1 kilobyte (KB) são 1024 (2 10 ) bytes 1 megabyte (MB) são 1024 kilobytes (2 10 x2 10 = 2 20 bytes) 1 gigabyte (GB) são 1024 megabytes (2 30 bytes) 1 terabyte (TB) são 1024 gigabytes (2 40 bytes) peta, exa, zeta, yota,...

13 Do bit à linguagem de programação Programação de computadores O que faz um computador? Executa instruções codicadas em forma de sequências de bits Sintaxe e semântica das instruções codicadas constituem o chamado código máquina Escritas em linguagem máquina (ou assembly) Varia com a arquitectura do computador onde vai correr Diz-se que é de baixo nível (muito perto da máquina) Exemplo: um programa assembler para somar 2 valores 2001: LDA : LDA : ADD 2004: STO 5003 Cada linha é uma instrução, que um computador (o processador) transforma (compila ou interpreta) em código máquina (sequência de bits) e executa (ou corre)

14 Do bit à linguagem de programação Linguagens de programação Algumas classicações Por nível de abstracção baixo (linguagem máquina); linguagens dependentes do processador médio (Assembly); linguagens dependentes do processador alto (Fortran, Pascal, C, Java); linguagens independentes do processador Por geração primeira, nos anos 40 e 50 (baixo e médio nível, como Assembly) segunda, nos anos 50 e 60 (primeiras de alto nível, como Fortran) terceira, nos anos 60 e 70 (estruturadas, como o C) quarta, nos anos 80 e 90 (não são directamente traduzidas em código máquina, mas sim noutra linguagem, como o Java), etc......

15 Do bit à linguagem de programação Alguns linguagens

16 Do bit à linguagem de programação O que cambia nos vários linguagens Sintaxe A majoria dos linguagens correntes tem o mesmo poder Então, o que cambia? O termine linguagem ajuda a compreender. A primeira coisa que muda e o dicionário. Em cada linguagem ha palavras (keywords) diferentes para o mesmo conceito Talvez há vários linguagens que utilizam a mesma palavra! Em general, falamos da sintaxe de um linguagem, que é denida na especica do linguagem A especica e apresentada no manual do linguagem. Em alguns casos a especica é mesmo um standard (ISO, ECMA)

17 Do bit à linguagem de programação O que cambia nos vários linguagens Paradigma de programação Da o ponto de vista do programador, a coisa mais importante não e a sintaxe. Esta pode ser aprendida em tempo rápido O que mais interessa e o estilo de programação. Em termos informáticos, este e chamado o paradigma do linguagem Há vários paradigmas, cada um com os próprios vantagens e desvantagens O mais utilizados: Programação imperativa (e.g. C) Programação orientada a objectos (e.g. C++, Java) Programação multi-paradigma (e.g. Python) No mondo academico: Programação funcional (Ocaml) E fundamental identicar o linguagem mais adequado Uma famosa empresa de trading depois vários anos de utilizo de linguagens standard mudou para uno estilo funcional!

18 Do bit à linguagem de programação Linguagens de programação Como correr um programa? A componente de um computador que executa instruções é o: Processador O processador só entende código máquina. Um programa (de alto nível) tem que ser traduzido (compilado) em código máquina (numa ou mais passagens) Um compilador transforma código fonte (escrito numa linguagem de programação) em código executável Depende (obviamente) de ambas as linguagens: se a linguagem for o C, diz-se um compilador de C (para determinada arquitectura e sistema operativo) Mas como escrever um programa?

19 A arte da programação Como programar? Objectivo dum programa Resolver determinado problema de forma automática num mecanismo computacional, por execução de um conjunto de instruções Um programa materializa uma solução para o problema Antes de escrever código (as instruções, seguindo a sintaxe e semântica da linguagem) é preciso pensar numa solução para o problema: o algoritmo Programar é? Desenvolver algoritmos Implementá-los em dada linguagem de programação

20 O que se vai fazer O que se pretende Objectivos gerais Aprender a programar utilizando uma linguagem de programação de alto nível (o C). Objectivos especícos Desenvolver pequenos programas para resolver problemas matemáticos simples (numéricos, vectoriais,...) Desenvolver programas mais complexos para resolver problemas elaborados (de forma modular e abstracta).

21 O que se vai fazer Do que trata a cadeira Programa Conceitos básicos: variáveis e tipos de dados em C Programação imperativa: comandos simples e compostos; programas com um ciclo e com 2 ciclos encaixados Funções: parâmetros e campo de acção (scope) Vectores, strings e ponteiros Funções: passagem de parâmetros por referencia Ficheiros e estruturas Notem bem A linguagem C é apenas um veículo: pretende-se que os alunos quem capazes de, com pouco esforço, programar em qualquer linguagem imperativa de alto nível

22 Material Bibliograa Principal Al Kelley, Ira Pohl: A Book on C. Addison-Wesley, 1998, ISBN Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie: The C programming language, 2nd Edition. Prentice-Hall, 1988, ISBN Complementar Luís Damas: Linguagem C. FCA, 2001, ISBN Pedro Guerreiro, Elementos de programação com C, FCA, 2006, ISBN

23 Regras de avaliação Avaliação Componentes A avaliação conterá uma parte teórica - 14 valores e uma parte prática - 6 valores Parte teórica: 2 frequências (6+8) Parte prática Nota nal Há duas opções 1 projecto a desenvolver fora das aulas e que será acompanhado pelo docente (4 valores) 2 mini-testes a realizar nas aulas práticas (2 valores) 1 1a frequência + 2a frequência + projecto + mini-teste1 + mini-teste2 2 exame + projecto + mini-teste1 + mini-teste2 Regra para aceder ao exame: obtiver Introdução por frequência à Programaçãouma nota 6