Segue-se o estudo da forma como os computadores armazenam e acedem às informações contidas na sua memória.

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1 4. Variáveis Para a execução de qualquer tipo de programa o computador necessita de ter guardados os diferentes tipos de dados, já estudados. Esses dados estão guardados na sua memória. Segue-se o estudo da forma como os computadores armazenam e acedem às informações contidas na sua memória A Arquitectura da Memória De modo simplificado, a memória de um computador pode ser vista como um conjunto ordenado de células, cada uma identificada unicamente por um número inteiro distinto, conhecido como endereço. Segue-se uma representação esquemática das células de memória de um computador: Endereço Informação Cada célula de memória é habitualmente conhecida como byte. Como se verá a seguir, um byte é um agrupamento de 8 bits, numerados por ordem decrescente de 7 até 0. Diz-se que o bit 7 é o mais significativo (do inglês, MSB = Most Significant Bit) e o bit 0 é o menos significativo (do inglês, LSB = Least Significant Bit). Segue-se uma representação esquemática dos bytes: Byte { 0 Por sua vez, cada bit é capaz de armazenar uma informação binária (0 ou 1). Como um bit possui dois resultados possíveis, e como um byte é formado por 8 bits, então um byte possui 2 8 = 256 resultados possíveis. Apesar dos bytes serem subdivididos em partes menores - os bits, a menor porção acessível de memória é o byte. Por outras palavras, se quisermos escrever, ou ler, algum dado da (na) memória do computador, teremos de faze-lo byte a byte. bit

2 4.2. Armazenamento de Dados na Memória Cada um dos diversos tipos de dados, já apresentados, necessita de uma certa quantidade de memória para armazenar a informação representada por eles. Esta quantidade é função do tipo de dado considerado, do tipo de máquina (computador) e do tipo de linguagem de programação. Seguem-se alguns exemplos de armazenamento de dados Armazenamento de Dados do Tipo Literal Relembre-se que um byte consegue representar 256 (= 2 8 ) possibilidades diferentes. Uma informação do tipo literal é um conjunto de caracteres que podem ser letras, dígitos ou símbolos especiais. A união de todos os caracteres que existem no computador é um conjunto com um número de elementos menor do que 256. Deste resultado surgiu a necessidade de associar a cada caractere um número, código, diferente, variando de 0 a 255 (256 possibilidades). Inicialmente, cada fabricante de computadores adoptava uma convenção diferente para este código. Mais recentemente, esta convenção foi padronizada para possibilitar a migração de programas entre máquinas diferentes. Esta convenção é representada numa tabela de organização de caracteres em números. O padrão mais aceite é o ASCII, cuja tabela se apresenta a seguir: (null) 0 0 ctrl-h 8 8 ctrl-a 1 1 ctrl-i 9 9 ctrl-b 2 2 ctrl-j 10 a ctrl-c 3 3 ctrl-k 11 b ctrl-d 4 4 ctrl-l 12 c ctrl-e 5 5 ctrl-m 13 d ctrl-f 6 6 ctrl-n 14 e ctrl-g 7 7 ctrl-o 15 f (continuação)

3 ctrl-p ctrl-q ctrl-r ctrl-s ctrl-t ctrl-u ctrl-v ctrl-w ctrl-x ctrl-y ctrl-z ESC ctrl-\ ctrl-1 ctrl-6 ctrl-_ Espaço! # $ % & a 1b 1c 1d 1e 1f ( ) * +, -. / : ; < = a 2b 2c 2d 2e 2f a 3b 3c 3d (continuação)

4 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T e 3f a 4b 4c 4d 4e 4f U V W X Y Z [ \ ] ^ _ a b c d e f g h i j k a 5b 5c 5d 5e 5f a 6b (continuação)

5 l m n o p q r s t u c 6d 6e 6f v w x y z { } ~ a 7b 7c 7d 7e Assim, cada célula de memória (byte) pode conter um caractere, representado pelo seu código ASCII. Relembre-se que, o comprimento de um dado do tipo literal é dado pelo número de caracteres nele contido. Portanto, para guardarmos um tipo de dado literal precisamos de reservar um espaço contíguo de memória igual ao comprimento do mesmo, destinando um byte para cada caractere de informação. Por exemplo, a informação do tipo literal banana possui 6 caracteres e, portanto, são necessários 6 bytes para reter a informação na memória. A princípio, estes bytes podem estar em qualquer lugar na memória, mas é conveniente que estejam juntos. A primeira posição deste conjunto de bytes é absolutamente arbitrária e a sua escolha é geralmente feita automaticamente pelo compilador, isto é, pelo programa que traduz um outro escrito em alguma linguagem de programação para outra distinta, em geral, a linguagem de máquina do computador com que se trabalha. A figura seguinte mostra o caso em que se armazena a literal banana no conjunto de 6 bytes contíguos de memória iniciando pela posição de memória 0. Na realidade, ao contrário dos caracteres do literal, os códigos correspondentes aos mesmos é que são guardados em memória

6 Endereço Informação 0 b (98) 1 a (97) 2 n (110) 3 a (97) 4 n (110) 5 a (97) Armazenamento de Dados do Tipo Lógico Uma informação do tipo lógico só possui dois valores possíveis:.v. ou.f.. Assim, a princípio, um único bit seria suficiente para armazenar uma informação deste tipo. Contudo, deve-se lembrar que a menor porção de memória que se pode aceder é o byte. Portanto, uma informação do tipo lógico é armazenada num byte de memória. De certa forma, se por um lado isto pode ser como um desperdício de memória, por outro simplifica bastante a arquitectura de memória dos computadores. Além disso, isto não é tão relevante, uma vez que na prática o número de ocorrências de dados do tipo lógico é bastante inferior ao de ocorrências de dados do tipo literal ou numérico Armazenamento de Dados do Tipo Inteiro O conjunto dos números inteiros (Z) contém um número infinito de elementos: Z = {, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, } Obviamente não é viável o armazenamento de todos os elementos deste conjunto num computador. É necessário realizar um estudo para que se limite o número de elementos representáveis deste conjunto. Se apenas um byte fosse utilizado para armazenar os dados do tipo inteiro, existiriam apenas 256 números diferentes neste conjunto: {-127, -126,, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,, 127, 128} Esta restrição é muito forte, uma vez que muitas das aplicações práticas necessitam de números inteiros maiores que estes. Se forem utilizados dois bytes para armazenar um número inteiro, o universo dos números representáveis cresce para = 2 16 = possibilidades: {-32767, ,, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,, 32767, 32768}

7 Este conjunto satisfaz a grande maioria das necessidades práticas. Assim, em geral utilizam-se dois bytes para representar os números inteiros em computadores. Contudo, restam algumas aplicações muito específicas em que é necessário um conjunto ainda maior. Para estes casos, algumas linguagens de programação fornecem mecanismos para trabalhar números inteiros com quatro bytes. Nestes casos os dados chamam-se inteiros longos ou estendidos Armazenamento de Dados do Tipo Real O conjunto dos números reais (R) contém um número infinito de elementos e, pelas mesmas razões que o conjunto dos números inteiros (Z), precisa de ser limitado. Para dados deste tipo julga-se apropriado adoptar quatro bytes para a sua representação interna nos computadores. São muito comuns situações como as aplicações científicas em que é necessária uma maior precisão de cálculo, intimamente ligada ao número de casas decimais dos dados. Para este caso, em analogia com o que acontece com os dados do tipo inteiro, algumas linguagens de programação decidiram criar dados do tipo real estendido (com oito bytes) Conceito e Utilidades de Variáveis Como já foi visto anteriormente, informações correspondentes a diversos tipos de dados são armazenadas nas memórias dos computadores. Para aceder individualmente a cada uma destas informações, seria necessário saber o tipo de dado dessa informação (ou seja, o número de bytes de memória por ela ocupados) e a posição inicial desse conjunto de bytes na memória. Percebe-se que esta sistemática de acesso a informações na memória é bastante ilegível e difícil de se trabalhar. Para contornar esta situação criou-se o conceito de variável, que é uma entidade destinada a guardar uma informação. Basicamente, uma variável possui três atributos: um nome, um tipo de dado associado à mesma e a informação por ela guardada

8 Toda a variável possui um nome que tem como função diferenciá-la das demais. Cada linguagem de programação estabelece as suas próprias regras de formação de nomes de variáveis. Adoptaremos neste texto as seguintes regras: - um nome de variável deve necessariamente começar com uma letra; - um nome de variável não deve conter nenhum símbolo especial, excepto a sublinha (_). Exemplos: SALARIO correcto 1ANO errado (não começou com uma letra) ANO1 correcto A CASA errado (contém o caractere branco) SAL/HORA errado (contém o caractere "/") SAL_HORA correcto _DESCONTO errado (não começou com uma letra) Obviamente é interessante adoptar nomes de variáveis relacionados com as funções que serão exercidas pelas mesmas dentro de um programa. Exemplificando, para guardar o salário de um funcionário de uma empresa num programa de processamento de folha de pagamento, seria interessante utilizar uma variável chamada SALARIO. Outro atributo característico de uma variável é o tipo de dado que ela pode armazenar. Este atributo define a natureza das informações contidas na variável. Por último, há o atributo informação, que nada mais é do que a informação útil contida na variável. Uma vez definidos, os atributos nome e tipo de dado de uma variável não podem ser alterados e assim permanecem durante toda a sua existência, desde que o programa que a

9 utiliza não seja modificado. Por outro lado, o atributo informação está constantemente sujeito a mudanças, de acordo com o fluxo de execução do programa. Por exemplo, se definirmos que uma determinada variável é chamada, SALARIO e é destinada a guardar números reais, é possível que seu conteúdo seja, num dado instante, igual a 1.500,00 e posteriormente modificado para 3.152,19, de acordo com o programa executado. Em resumo, o conceito de variável foi criado para facilitar a vida dos programadores, permitindo aceder a informações na memória dos computadores por meio de um nome, em vez do endereço de uma célula de memória Definição de Variáveis em Todas as variáveis utilizadas em algoritmos devem ser definidas antes de serem utilizadas. Isto é necessário para que o compilador reserve um espaço na memória para as mesmas. Algumas linguagens de programação (como BASIC e FORTRAN) dispensam esta definição, uma vez que o espaço na memória é reservado à medida que novas variáveis são encontradas no decorrer do programa. Nos algoritmos apresentados neste texto será adoptada a seguinte convenção: - todas as variáveis utilizadas nos algoritmos serão definidas no início dos mesmos, por meio de um comando de uma das seguintes formas: VAR <nome_da_variável> : <tipo_da_variável> ou VAR <lista_de_variáveis> : <tipo_das_variáveis> - a palavra-chave VAR deve estar sempre presente e deve ser utilizada uma única vez na definição de um conjunto de uma ou mais variáveis; - numa mesma linha poderão ser definidas uma ou mais variáveis do mesmo tipo; Para tal, devem-se separar os nomes das mesmas por vírgulas; - variáveis de tipos diferentes devem ser declaradas em linhas diferentes. A forma de utilização deste comando ficará mais clara quando representarmos os algoritmos em linguagem estruturada (pseudocódigo). Esta convenção é válida para a representação de algoritmos na forma de pseudocódigo. Em termos de fluxograma, não é usual adoptar-se qualquer forma de definição de variáveis

10 Exemplo de definição de variáveis: VAR NOME : literal[10] IDADE : inteiro SALARIO : real TEM_FILHOS : lógico No exemplo anterior foram declaradas quatro variáveis: - a variável NOME, capaz de armazenar dados literais de comprimento 10 (dez caracteres); - a variável IDADE, capaz de armazenar um número inteiro; - a variável SALARIO, capaz de armazenar um número real; - a variável TEM_FILHOS, capaz de armazenar uma informação lógica Organização de Variáveis na Memória O computador não é capaz de trabalhar directamente com nomes simbólicos, como os nomes de variáveis. Pelo contrário, o computador só consegue tratar com células de memória por meio do conhecimento dos seus endereços. Para intermediar esta situação, o tradutor (compilador ou interpretador) monta uma tabela organizada com os nomes simbólicos e posições na memória. Esta tabela é denominada Tabela de Símbolos e é apresentada na figura seguinte. Nome Simbólico Posição Inicial Tipo de Dado Das informações contidas na tabela de símbolos destacam-se: - o nome simbólico de cada uma das variáveis do programa; - a posição inicial do conjunto de bytes contíguos de memória onde está armazenada a informação da variável; - o tipo de dado da variável, a partir do qual é possível determinar o tamanho do espaço de memória consumido pela mesma. A informação relativa ao tipo de dado da variável pode, eventualmente, ser complementada ou simplesmente substituída na tabela de símbolos pelo tamanho da variável

11 Utilizando, apenas, a definição das variáveis de um programa, o tradutor é capaz de montar, com pouco esforço, a referida tabela. A cada variável do programa corresponde uma linha da tabela. As informações contidas na tabela são absolutamente suficientes para localizar qualquer uma das variáveis definidas no programa dentro da memória do computador. Inicialmente, toda a memória está disponível e, à medida que se vão definindo novas variáveis, as células de memória vão sendo reservadas, começando pela primeira posição disponível. Para exemplificar, a tabela de símbolos correspondente às variáveis definidas no exemplo anterior é dada abaixo: Nome Simbólico Posição Inicial Tipo de Dado NOME 0 Literal[10] IDADE 10 Inteiro SALARIO 12 Real TEM_FILHOS 16 Lógico Supondo que a primeira posição de memória disponível é o byte 0, ao encontrar a definição da variável NOME como um literal de 10 caracteres, o tradutor reservará os 10 bytes iniciais da memória (posições 0 a 9) para a informação da referida variável. Ao encontrar a definição da variável IDADE como um inteiro, o tradutor reservará dois bytes de memória para a mesma, iniciando pela primeira posição livre de memória, ou seja, os bytes 10 e 11. Seguindo o mesmo raciocínio, o tradutor reservará para a variável SALARIO as posições de memória 12 a 15, correspondentes a 4 bytes, e para a variável TEM_FILHOS a posição Resumo A memória dos computadores é composta por células numeradas ordenadamente denominadas bytes. Cada byte é constituído por 8 bits. Cada tipo de dado requer um número diferente de bytes para armazenar a sua informação na memória. Esta quantidade pode também variar em função do tipo de computador considerado. Uma variável é uma entidade dotada de um nome para diferenciá-la das demais e um tipo de dado que define o tipo de informação que ela é capaz de guardar. Uma vez definidos, o nome e o tipo de uma variável, não podem ser alterados no decorrer de um programa. Por

12 outro lado, a informação útil da variável é objecto de constante modificação durante o decorrer do programa, de acordo com o fluxo de execução do mesmo

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