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1 INF A: Introdução à programação Aula 0: Aula inaugural Guilherme F. Lima Dep. Informática, PUC-Rio

2 Sumário 1. Apresentação da disciplina 2. Algoritmos e computadores 3. HIP: Um computador hipotético 4. Epílogo 0/36

3 INF A: Introdução à programação, Guilherme F. Lima Prof.: Disc.:

4 Programa Parte 1 (P1) Algoritmos Introdução à linguagem Pyhton Módulo Turtle Entrada e saída Condicionais Recursão Parte 2 (P2) Repetição Métodos do tipo string Listas Parte 3 (P3) Arquivos Dicionário Aplicações Python 1/36

5 Esquema das aulas Aulas teóricas Aulas práticas Monitores Tarefas semanais extraclasse Testes semanais 2/36

6 Critério de avaliação Composição dos graus G1 P1 prática (8,5) + testes em lab. (1,5) G2 P2 prática (8,5) + testes em lab. (1,5) G3 P3 prática (8,5) + testes em lab. (1,5) G4 P4 prática (10) Testes em laboratório Modificação de um exercício da lista Duração: 30 60min Não há reposição (menor nota é descartada) 3/36

7 Critério de avaliação (Critério 4, CB/CTC) M = (G1+G2+G3)/3 if (M<5 or G1<3 or G2<3 or G3<3): # fazer G4 if (G4<3): M=(G1+G2+G3+3*G4)/6 else: M=(GMAX1+GMAX2+G4)/3 if M>=5: print ("APROVADO") else: print ("REPROVADO") 4/36

8 Sites Disc.: Slides oficiais, horários de monitoria, bibliografia, etc. Prof.: Slides do professor e listas de exercícios Importante Ativar conta no LAB-GRAD (NIT) Aulas práticas, software, impressão Ativar conta no RDC 5/36

9 Bibliografia principal Allen Downey. Pense em Python. Novatec, São Paulo, David Ascher e Mark Lutz. Aprendendo Python. Bookman, Porto Alegre, Nilo Ney Coutinho Menezes. Introdução à Programação com Python. Novatec, São Paulo, /36

10 Algoritmos e computadores O que é um algoritmo? Conjunto sistemático de regras ou instruções para resolver um determinado problema 7/36

11 Exemplo: Adição de números naturais Seja x o dígito mais à direita (ainda não considerado) do primeiro número 2. Seja y o dígito mais à direita (ainda não considerado) do segundo número 3. Se x e y são vazios, termine 4. Se x é vazio, assuma x = 0 5. Se y é vazio, assuma y = 0 6. Se x + y < 10, então o dígito resultante z = x + y, vá para o passo 1 7. Senão, z é o dígito mais à direita de x + y, vá para o passo 1 adicionando 1 ao próximo x 8/36

12 Algoritmos e computadores O que é um computador? Processador de símbolos de propósito geral capaz de realizar qualquer processo bem definido de manipulação ou transformação de símbolos (informação codificada) 9/36

13 Exemplo: Adição base Soma dígito a dígito = = = = 0 e vai 1 10/36

14 Um computador... Recebe dados de entrada Processa esses dados de acordo com um programa Produz os dados de saída resultantes entrada Computador saída Dados e programas programa Dados são informações codificadas Programas (software) são sequências de instruções codificadas 11/36

15 Estrutura de um computador moderno Barramento CPU Memória secundária Saída Memória principal Entrada Unidade central de processamentoarmazenamento volátilarmazenamento persistenteentrada de dadossaída de dadosinterconexão entre os componentes 12/36

16 Unidade central de processamento (CPU) Executa instruções de programas armazenados na memória Controla os demais componentes Desempenho atual: 80 GFlops (Intel i7 6th, 4.2GHz) 13/36

17 Memória principal Armazena dados e programas em execução Armazenamento volátil Acesso rápido e randômico (RAM) Desempenho atual: 20 GB/s (DDR4) 14/36

18 Memória secundária Armazena dados que não estão em uso Para serem processados pela CPU, dados armazenados em memória secundária devem ser transferidos para a memória principal Armazenamento permanente Acesso lento e nem sempre randômico Desempenho atual: 600MB/s (SATA 3) 15/36

19 Dispositivos de entrada e saída Entrada Convertem informações 1 em dados a serem processados Exemplos: Mouse, teclado, microfone, webcam, etc. Saída Convertem dados processados em informações Exemplos: Tela, impressora, LEDs, auto-falantes, etc. 1 Movimento, texto, sons, padrões de cores, etc. 16/36

20 Software Sequência de instruções codificadas na linguagem de programação da máquina Instruções correspondem a operações aritméticas, lógicas e de desvio Um programa não-trivial pode conter milhares de instruções 2 SLOC págs. de livro Microsoft Windows 50 bi 2 bi Google Search + Mail + Maps 2 bi 80 mi Facebook 20 mi 800,000 Linux kernel 15 mi 600,000 2 wired.com/2015/09/google-2-billion-lines-codeand-one-place/ 17/36

21 HIP: Memória Sequência de células de armazenamento endereçadas consecutivamente Cada célula possui um endereço (número entre 0 e n) e é capaz de armazenar um número inteiro Além das células anteriores, o HIP possui um único registrador, célula de armazenamento especial R Leiaute R n. 18/36

22 HIP: Conjunto de instruções read x write x storeconst n x add x y sub x y mul x y div x y store x Lê um número do teclado e armazena-o em m[x] Escreve na tela o conteúdo de m[x] Armazena o número n em m[x] Computa m[x] + m[y] e armazena o resultado em R Computa m[x] m[y] e armazena o resultado em R Computa m[x] m[y] e armazena o resultado em R Computa m[x] m[y] e armazena o resultado em R Armazena o conteúdo de R em m[x] 19/36

23 HIP: Programa Um programa é simplesmente uma sequência de instruções O processador executa cada programa passo a passo, uma instrução por vez, na ordem em que elas aparecem no programa O processamento termina após a última instrução ser executada Hello world read 0 write 0 # lê um número do teclado e armazena-o em m[0] # escreve na tela o conteúdo de m[0] 20/36

24 Outro exemplo Lê um número do teclado, adiciona 10 a esse número e exibe o resultado na tela read 0 # lê um número do teclado e armazena m[0] storeconst 10 1 # armazena 10 em m[1] add 0 1 # computa m[0]+m[1] e armazena resultado em R store 2 # armazena o conteúdo de R em m[2] write 2 # escreve na tela o conteúdo de m[2] 21/36

25 O que faz esse programa? read 2 # lê um número do teclado e armazena m[2] storeconst 10 1 # armazena 10 em m[1] add 1 2 # computa m[1]+m[2] e armazena resultado em R store 0 # armazena o conteúdo de R em m[0] write 0 # escreve na tela o conteúdo de m[0] 22/36

26 E esse? storeconst 10 0 # armazena 10 em m[0] storeconst 20 1 # armazena 20 em m[1] storeconst 30 2 # armazena 30 em m[2] add 0 1 # computa m[0]+m[1] e armazena resultado em R store 0 # armazena o conteúdo de R em m[0] add 2 0 # computa m[2]+m[0] e armazena resultado em R store 1 # armazena o conteúdo de R em m[1] write 1 # escreve na tela o conteúdo de m[1] 23/36

27 Exercícios 1. Escreva um programa HIP que lê dois números x e y e exibe na tela o resultado da expressão x y 2. Escreva um programa HIP que lê dois números x e y e exibe na tela o resultado da expressão (x + y)/2 3. Escreva um programa HIP que lê dois números x e y e exibe na tela o resultado da expressão x 2 + y 2 24/36

28 Codificação de instruções Instruções manipulam o conteúdo da memória, mas onde elas estão? Resposta: Também na memória, codificadas como números instrução código read 0 write 1 storeconst 2 add 3 sub 4 mul 5 div 6 store 7 25/36

29 Codificação de programas Na prática, um programa HIP é sequência de códigos de instrução e operandos armazenados na memória read 0 write /36

30 Outro exemplo Quando armazenada na memória, a sequência de números corresponde ao programa read 0 storeconst 10 1 add 0 1 store 2 write 2 27/36

31 Exercício A sequência de números abaixo corresponde a qual programa HIP? /36

32 Exercício Apresente a codificação (sequência de números) correspondente a cada um dos programas do penúltimo exercício, i.e., o código de máquina dos programas que computam x y (x + y)/2 x 2 + y 2 29/36

33 Pergunta Usando as instruções HIP que vimos até agora é possível escrever um programa que lê dois números x e y e computa x y? 30/36

34 Linguagem de máquina e assembly Linguagem de máquina Sequência de números que representa o programa Assembly (linguagem de montagem) Representação simbólica, textual Assembler (montador) Programa que traduz um programa escrito em assembly num programa escrito em linguagem de máquina assembly Assembler ling. de máquina 31/36

35 HIP vs computador moderno (real) Computador moderno, Codificação binária (base 2) Uma célula de memória armazena um byte (=8 bits, 1 bit=1 ou 0) Possuem instruções para manipular números inteiros e números em ponto-flutuante (aproximação de número real) Possuem mais registradores Apesar das diferenças... O assembly HIP não está distante do assembly de computares reais, e 32/36

36 Linguagens de alto nível Programar em assembly é uma tarefa entediante e propensa a erros Um programa em assembly trabalha no nível de abstração de uma máquina em específica Queremos descrever processos algorítmicos num nível de abstração mais alto, e sem nos preocuparmos com detalhes de implementação de uma máquina específica 33/36

37 Linguagens de alto nível A partir dos anos 1950, linguagens de programação de alto nível foram criadas Essas linguagens permitem descrever processos computacionais num nível de abstração mais alto e de forma independente de uma máquina particular Fortran (1957) COBOL (1960) ALGOL (1968) Pascal (1970) C (1972) C++ (1983) Python (1991) Lua (1993) Java (1995) JavaScript (1995)... 34/36

38 x 2 + 3y + 5 HIP read 0 mul 0 0 store 0 read 1 storeconst 3 2 mul 1 2 store 1 storeconst 5 2 add 0 1 store 3 add 2 3 store 3 write 3 Python x = int (input ()) y = int (input ()) print (x**2 + 3*y + 5) 35/36

39 Lightbot 36/36

40 Fim

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