Docentes. Regras de Avaliação

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1 Docentes Professores Teórica : Luís Cruz Prática : Gabriel Falcão Luís Cruz Regras de Avaliação Componente Teórica + Componente Prática Componente Teórica 11 valores Avaliada por exame e exame de recurso Mínimo : 5 valores Componente Prática 9 valores resultantes da avaliação contínua das aulas laboratoriais Luís Cruz

2 Regras de Avaliação Informação adicional A admissão a exame por parte de alunos em regime normal (i.e. não são trabalhadores estudantes) depende da frequência de um mínimo de 75% das aulas práticas, Alunos trabalhadores-estudantes devem combinar com o docente da prática uma forma alternativa de serem avaliados na vertente prática, A nota da prática (0-9 valores) é válida para o exame, exame de recurso e eventuais exames de época especial, A prova teórica é realizada sem consulta. Luís Cruz Programa Programa Abreviado Noções gerais sobre computadores digitais Noções sobre linguagens de programação Linguagem de programação Python Aplicações Luís Cruz

3 Apresentação e Programa Programa Detalhado Noções gerais sobre computadores digitais Modelo de von Neumann Modelo de computador digital moderno Representação de informação em formatos binários Informação numérica (inteiros, reais, complexos), Informação booleana (verdadeiro/falso), Informação não numérica (texto, etc.) Noções sobre linguagens de programação Linguagem máquina Linguagens assembly Luís Cruz Apresentação e Programa Programa Detalhado Noções sobre linguagens de programação (cont.) Linguagens de alto nível Interpretadas Compiladas Linguagem de Programação Python Tipos básicos de dados Estruturas de controlo de fluxo Estruturas de dados avançadas Funções e Módulos Aplicações Luís Cruz

4 Bibliografia Python -Curso Completo", Pedro Morais, José Nuno Pires, Editora FCA, ISBN "Practical Python", Magnus Lie Hetland, APress, ISBN textos disponíveis na Web em Luís Cruz Noções sobre Computadores Digitais Dispositivos electrónicos programáveis que manipulam informação que pode assumir valores de um conjunto discreto (por exemplo 0 e 1 no caso binário). Operações básicas são em geral operações aritméticas, lógicas e de controlo. Velocidades de execução muito elevadas: centenas ou milhares de milhões de operações por segundo. Luís Cruz

5 Modelo de Von Neumann Arquitectura da generalidade dos computadores digitais correntes segue o modelo de Von Neumann consistindo em : Unidade de controlo : comanda todas as acções Unidade aritmética e lógica : responsável pela execução de operações aritméticas e lógicas Memória : para armazenamento de resultados intermédios e finais, Dispositivos de entrada/saída : monitores, discos, teclados, etc. Luís Cruz Modelo de Von Neumann Luís Cruz

6 CPU Computadores modernos concentram a U-AL e U- CON num só componente : o CPU (Central Processing Unit). Luís Cruz Representação Digital de Informação Quantidades físicas assumem em geral um contínuo de valores grandezas analógicas. Computadores digitais operam e armazenam valores discretos representação digital. Existe um erro inerente ao processo de representação de uma grandeza analógica por uma quantidade digital! Luís Cruz

7 Representação Digital de Informação Necessário adoptar um código que defina uma equivalência entre valores analógicos e valores digitais. Existem muitos códigos possíveis, dependendo da situação/aplicação. No caso de computadores digitais binários os códigos de representação estabelecem relações entre sequências de bits* e os valores a representar. * - bit (Binary Digit) : dígito binário, que pode tomar apenas valores 0 e 1 Luís Cruz Representação Digital de Informação Bits, Bytes e Co Bits são unidades de informação que podem ter apenas dois valores possíveis : 0 e 1. Bytes são conjuntos de 8 bits. Kilobyte (KB) : 2 10 =1.024 bytes. Megabyte (MB) : 2 20 = bytes. Gigabyte (GB) : 2 30 = bytes Luís Cruz

8 Representação Digital de Informação Bits Justapondo n bits obtemos unidades de representação com 2 n valores possíveis. Exemplo : Juntando 3 bits temos os seguintes 8 valores possíveis: 000 LAdSC Luís Cruz Representações Binárias - Exemplos Números Inteiros sem Sinal - Código Natural Binário (6 bits) Inteiro Luís Cruz

9 Slide 15 LAdSC1 Mostrar como contar as combinações. Dar mais um exemplo para caso de 8 bits. Luis Cruz;

10 Representações Binárias - Exemplos Caracteres Alfanuméricos Código ASCII Binário (7 bits) Caracter... A B... f... { Luís Cruz Representações Numéricas - Inteiros Notação Posicional Base b O número d n-1 d n-2 d n-3...d 2 d 1 d 0 em que os d i podem assumir valores de 0 a b-1 representa o valor numérico d n-1 b n-1 + d n-2 b n-2 + d n-3 b n d 2 b 2 + d 1 b 1 + d 0 Luís Cruz

11 Representações Numéricas - Inteiros Exemplo em binário (base 2) Onúmero binário representa o valor numérico (decimal) D = =37 Nota : O maior número representável com n bits é 2 n -1. No caso geral de base b o maior inteiro representável é b n -1. Luís Cruz Representações Numéricas - Inteiros Como obter a representação binária de um inteiro? Reparando que d n-1 2 n-1 + d n-2 2 n-2 + d n-3 2 n d d d 0 éigual a (d n-1 2 n-2 + d n-2 2 n-3 + d n-3 2 n d d 1 ) d 0 vemos que d 0 éo resto da divisão do número por 2. Dividindo repetidamente por dois, os restos são os bits pretendidos. Luís Cruz

12 Representações Numéricas - Inteiros Exemplo de conversão de decimal para binário natural 37 decimal =??? binário 37 : 2 = 18 resto 1 (bit 0) 18 : 2 = 9 resto 0 (bit 1) 9 4 : : 2 2 = = 4 2 resto resto 1 (bit 2) 0 (bit 3) 37 decimal = binário 2 : 2 = 1 resto 0 (bit 4) 1 : 2 = 0 resto 1 (bit 5) Luís Cruz Aritmética Binária Adição e Subtracção de Inteiros em Formato Binário Mesmo algoritmo que no caso decimal : Somam-se/subtraemse os dígitos um a um, transportando o excesso/defeito para a soma/diferença dos dígitos da posição seguinte. Exemplo: Somar e Exemplo: Subtrair a Houve transporte Houve transporte Luís Cruz

13 Aritmética Binária E a multiplicação? Também neste caso o algoritmo é o mesmo que no caso decimal! Exemplo : Multiplicar 1011 por (em decimal 11 vezes 5) + x Luís Cruz Aritmética Binária A divisão binária segue os mesmos passos que a divisão decimal. Ou seja, é uma sequência de multiplicações e subtracções. Exemplo : Dividir por 101. (em decimal 55 : 5) Luís Cruz

14 Representação com base 8 - Octal Grupos de 3 bits representam 1 de 8 valores diferentes de acordo com a tabela Bin Oct Bin Oct Luís Cruz Conversão Octal Binário Conversão de binário para Octal éimediata : começando pelo bit menos significativo, dividem-se os bits em grupos de 3, convertendo cada grupo para Octal, de acordo com a tabela. Exemplo : bin = = 254 Octal A conversão de Octal para binário é igualmente simples : basta substituir cada dígito Octal pelo grupo de 3 bits adequado (ver tabela). Exemplo : 765 Octal = = bin Luís Cruz

15 Representação com base 16 - Hexadecimal Grupos de 4 bits representam 1 de 16 valores diferentes de acordo com a tabela Bin Hex Bin Hex Luís Cruz A B C D E F Conversão Hexadecimal-Binário Conversão Binário <-> Hexadecimal é semelhante à conversão Octal <-> Binário, sendo agora os bits agrupados em conjuntos de 4. Exemplo Bin->Hex : bin = DF Hex Exemplo Hex->Bin : CAFE Hex = bin Luís Cruz

16 Representações Numéricas Inteiros com Sinal Como representar o número (negativo) -21 num formato binário? Várias possibilidades Utilizar um bit adicional para representar o sinal, Sinal+Magnitude 2. Usar um método de representação diferente, por exemplo complemento de 2, Luís Cruz Representações Numéricas Inteiros com Sinal Sinal + Magnitude Usando um bit adicional para o sinal, a representação Sinal+Magnitude com n bits tem a forma b s b n-2 b n-3...b 1 b 0 em que b s éo bit de sinal. Um valor positivo é indicado por um bit de sinal b s igual a 0 e um valor negativo érepresentado por um bit de sinal b s igual a 1. Luís Cruz

17 Representações Numéricas Inteiros com Sinal Sinal + Magnitude Exemplos para representações com 8 bits 10 dec = bin (positivo) = bin (negativo) = bin (negativo) 64 dec = bin (positivo) 0 dec = bin (positivo!) -0 dec = bin (negativo!) -10 dec -64 dec Luís Cruz Representações Numéricas Inteiros com Sinal Sinal + Magnitude Luís Cruz

18 Representações Numéricas Inteiros com Sinal Sinal + Magnitude A representação sinal mais magnitude apresenta alguns problemas: 1. Existem duas representações para o zero, +0 e -0, 2. Permite representar apenas (caso binário com n bits) 2 n -1 valores distintos, 3. Édifícil executar adições de números representados dessa forma. Luís Cruz Representações Numéricas Inteiros com Sinal Complemento de 10 Para representação com n dígitos decimais, os números negativos são representados pelo complemento de 10 do número positivo correspondente. Esse complemento de 10 éobtido subtraindo a 10 n o número positivo correspondente. Exemplo : A representação de num sistema de complemento de 10 para 4 dígitos decimais é obtida subtraindo a 10 4 o número 2067, ou seja = Luís Cruz

19 Representações Numéricas Inteiros com Sinal Complemento de 10 Não é necessário calcular explicitamente 10 n -d pois: 10 n -d=((10 n -1)-d)+1, 10 n -1 é um número com n noves, (10 n -1)-d obtém-se complementando cada um dos dígitos de d (o complemento de 0 é 9, o de 1 é 8, o de 2 é 7, etc.), somando 1 ao resultado anterior, ignorando qualquer transporte para o dígito n+1, obtém-se 10 n -d Exemplo : Para correspondendo a d=2067, o número (10 n -1)-d é7932 e somando 1 obtém-se 7933, tal como indicado anteriormente. Exemplo : O negativo de 0000 obtém-se somando 1 a 9999, obtendo-se10000 e desprezando o dígito mais significativo, ou seja 1, obtemos Luís Cruz Representações Numéricas Inteiros com Sinal Complemento de 2 Semelhante ao sistema Complemento de Representação de -d (com n bits) obtém-se: 1.subtraindo d a 2 n ou, 2.complementando todos os bits de d (i.e. onde está 0 fica 1 e onde está 1 fica 0) e somando 1 ao resultado. Exemplo : Para 4 bits, obter a representação em complemento de 2 de -3. A representação de 3 é 0011, de onde obtemos 1100 complementando os bits e após soma de 1 resulta 1101 que é a representação em complementos de 2 de -3. Luís Cruz

20 Representações Numéricas Inteiros com Sinal Complemento de 2 Regra simplificada para obtenção da representação em complemento de 2: Começando pelo bit menos significativo do número cujo negativo pretendemos determinar, copiar todos os bits até ao primeiro 1, copiando os restantes invertidos (onde estava 0 passa a 1 e vice-versa) Exemplo : Para determinar a representação com 8 bits de - 44 partimos de 44 dec = bin. Copiando todos os bits desde o mais à direita até ao primeiro igual a 1 (incluído) vem XXXXX100, invertendo e copiando os restantes resulta Ou seja -44 dec = bin Luís Cruz Representações Numéricas Inteiros com Sinal Complemento de 2 Luís Cruz

21 Representações Numéricas Reais Números reais podem ser representados em vários formatos: 1. Vírgula fixa : número de casa decimais é fixo Exemplo : bin = ( ) dec =0, dec 2. Vírgula flutuante : representação do tipo mantissa x base expoente. Cada número érepresentado por um conjunto de bits para a mantissa, um bit para o sinal e um conjunto de bits para o expoente. Luís Cruz Representações Numéricas Vírgula Flutuante Norma IEEE 754 s expoente mantissa Número = +/- mantissa x 2 expoente-offset Dependendo do valor de s Luís Cruz

22 Representações Numéricas Vírgula Flutuante IEEE 74 Normalização O mesmo número real pode ter várias representações do tipo mantissa x base expoente. Para evitar este tipo de ambiguidade, usa-se uma representação normalizada. No caso da norma IEEE 754, a normalização consiste em representar o número com uma mantissa tal que o primeiro bit a seguir (à direita) da vírgula é sempre 1 e que por isso não é necessário armazenar, poupando-se um bit. Luís Cruz Representações Numéricas Vírgula Flutuante IEEE 754 Expoente Os bits do campo expoente não representam exactamente o expoente mas um valor polarizado do expoente. Para obter o valor verdadeiro do expoente é necessário subtrair-lhe uma quantidade fixa, o offset que para a norma IEEE 754 e formato de precisão simples vale 127. Luís Cruz

23 Representações Numéricas Vírgula Flutuante IEEE 754 Formatos suportados Precisão Bytes Bits Expoente Bits Mantissa + Sinal Simples Dupla Quádrupla Luís Cruz Representações Numéricas Vírgula Flutuante IEEE 754 Gamas de Valores Precisão Minímo Máximo Dígitos Decimais Significativos Simples 1.2e e Dupla 2.2e e Quádrupla 3.4e e Luís Cruz

24 Representações Numéricas Vírgula Flutuante IEEE 754 Valores Especiais Valor Zero Sinal +/- Expoente Mantissa Infinito +/ NaN? Luís Cruz Representações Alfanuméricas Código ASCII Também os caracteres alfanuméricos (A,B,a,d,1,4) são representados internamente por conjuntos de bits. O código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) estabelece a correspondência entre cadeias de 7 bits e um conjunto de caracteres que inclui todas as letras maíusculas e minusculas de a a z, o espaço em branco, todos os dígitos decimais, além de outros caracteres com significado especial (caracteres de controlo). Luís Cruz

25 Representações Alfanuméricas Código ASCII Tabela ASCII b 6 b 5 b b 3 b 2 b 1 b NUL DLE SP P ` p 0001 SOH DC1! 1 A Q a q SO RS. > N ^ n ~ 1111 SI US /? O _ o DEL NUL-Null, SOH-Start of Heading, SO-Shift Out, SI-Shift In, SP-Space, DEL-Delete Luís Cruz Representações Alfanuméricas Código ASCII Código ASCII só permite representar 128 caracteres distintos. Algumas extensões do código ASCII a 8 bits, permitiram extender a gama de representação a 256 caracteres. Esta solução também não é satisfatória, pois não resolve, por exemplo, o problema da representação de textos escritos em línguas cujas escritas contem mais de 256 caracteres/pictogramas distintos. Luís Cruz

26 Representações Alfanuméricas Código Unicode Solução Código UNICODE que suporta até 32 bits. 32 bits permitem representar caracteres diferentes! Deve ser suficiente mesmo para a língua chinesa Luís Cruz Hardware e Software O que é o Hardware??? Componentes físicos que constituem um computadores; teclado, monitor, rato, CPU, circuitos de memória, etc. E o Software? Todos os programas que se podem correr no hardware apropriado. Luís Cruz

27 Tipos de Software Software de Gestão do Computador (Sistema de Operação) : Gere o funcionamento do computador, permitindo a utilização regrada dos seus recursos físicos. São exemplos o Linux e o Microsoft Windows. Software de aplicação : Todo e qualquer programa com uma função específica. Podem ser editores de texto, intérpretes Python, ou ainda programas desenvolvidos pelo utilizador. Luís Cruz Interacção Hardware-Software Luís Cruz

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