Hardware, Software e Sistemas Operacionais Introdução aos Algoritmos

Transcrição

1 Hardware, Software e Sistemas Operacionais Introdução aos Algoritmos aula 1 Engenharia Elétrica e Engenharia de Automação Introdução à Computação 1.o sem/2013 Profa Suely ( smaoki@yahoo.com)

2 Hardware Softwares Sistemas Operacionais

3 O que é um computador?

4 Qual a diferença entre um computador e uma torradeira??

5 Computador = Máquina (Hardware) + Software

6 COMPUTADOR É uma máquina que executa cálculos a partir de uma lista de intruções fornecidas.

7 COMPUTADOR Porém, não podemos considerar que um computador é somente uma máquina que seja eletrônica. Computadores já existiam antes da geração e uso controlados da eletricidade.

8 COMPUTADOR Desde as remotas eras da humanidade, o ser humano procurou elaborar ferramentas para realizar cálculos. Os primeiros computadores eram mecânicos, máquinas de calcular. Essas máquinas de calcular realizavam operações matemáticas sequencialmente, umas após as outras.

9 COMPUTADOR Exemplos de calculadoras mecânicas: Calculadora de Pascal Calculadora de Leibnitz Calculadora de Schickard

10 COMPUTADOR Charles Babbage foi o primeiro a projetar uma máquina que poderia receber dados de entrada, processá-los e mostrar esses dados transformados como saída.

11 Modelo da Máquina Analítica de Babage

12 Charles Babbage ( ) - Inglaterra Augusta Ada Byron ( ) Sobre Babbage: br/personalidades_babbage.php Acessado em 14/03/2010

13 Máquina de Babage Máquina Diferencial de Charles Babbage No. 2, com Doron Swade do Museu de Ciência da Califórnia que supervisionou sua construção em (Foto: Museu de Ciência/Biblioteca de Figuras sobre Ciência e Sociedade)

14 Abaixo um detalhe de uma das engrenagens da Máquina de Babbage Projetada em 1822 e construida em 1991, no Science Museum em Londres.

15 Modelo da Máquina Analítica de Babage um dispositivo de entrada; facilidade de armazenar números para processamento; um processador ou calculador numérico; uma unidade de controle central para organizar as tarefas a serem executadas; um dispositivo de saída.

16 Máquina de Babbage Apesar de Babbage não ter conseguido construir essa máquina, mesmo com a ajuda financeira de Ada Byron, o modelo dessa máquina analítica é o mesmo seguido até os dias atuais pelos computadores modernos.

17 Modelo da Máquina Analítica Armazenar Entrada Processar Controlar ( cérebro ) Saída

18 COMPUTADOR Para realizar o processamento e controle dos dados de entrada, um computador dos dias atuais, é uma máquina (hardware) que necessita de uma sequência de instruções (software) para realizar o processamento (cálculos).

19 O que são os SOFTWARES?

20 Softwares Software é uma coleção de programas computacionais e dados relacionados que instruem o computador sobre o que ele deve fazer. O termo surgiu para se opor ao termo hardware que significa dispositivo físico. Em contraste ao hardware, o software é intangível, ou seja, é abstrato.

21 Softwares O termo software é também usado num sentido mais restrito significando software de aplicação somente. Algumas vezes, o termo inclui dados que não são tradicionalmente associados com computadores como filmes, fitas e discos.

22 Softwares

23 Tipos Aplicativos Software de Sistemas de Programação

24 1. Softwares Aplicativos Automação industrial Software comercial Vídeo-games Software aplicado à física telecomunicações Banco de dados Softwares educacionais Softwares de aplicações médicas Software de modelamento molecular Software para edição de imagens Planilhas eletrônicas Simuladores Processador de texto Software para decisão empresarial

25 2. Softwares de Programação compiladores debugadores interpretadores linkers editores de texto

26 3. Softwares de Sistema drivers de dispositivos sistemas operacionais servidores utilitários sistemas com interfaces gráficas (janelas)

27 Sistema Operacional

28 Sumário Definição Funções Básicas 1. Controlar o acesso ao hardware 2. Gerenciar arquivos e pastas 3. Oferecer uma interface de usuário 4. Gerenciar aplicativos Composição 1. Interface com o usuário (gráfica ou não) 2. Kernel 3. Rede 4. Segurança Tipos 1. Batch 2. Interativo 3. Tempo Compartilhado 4. Tempo Real 5. Distribuído Estrutura (arquitetura) 1. Monolítico 2. Em Camadas 3. Máquinas Virtuais 4. Microkernel ou Modelo Cliente-Servidor Exemplos 1. para computadores 2. para aplicativos móveis

29 Sistema Operacional O Sistema Operacional (SO) é o programa em um computador que gerencia o modo como diferentes programas usam seu hardware, e regula os modos como um usuário controla o computador.

30 Sistema Operacional Os Sistemas Operacionais são encontrados na maioria dos dispositivos que contém um computador com múltiplos programas, desde aparelhos celulares, consoles de vídeogames até supercomputadores e servidores web.

31 Aplicativos (softwares) Sistema Operacional (Kernel) Memória Dispositivos

32 Sistema Operacional Funções Básicas: 1. Controlar o acesso ao hardware 2. Gerenciar arquivos e pastas 3. Oferecer uma interface de usuário 4. Gerenciar aplicativos

33 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware O sistema operacional gerencia a interação entre aplicativos e hardware.

34 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware Para ter acesso ao hardware e comunicar-se com ele, o sistema operacional instala um driver de dispositivo para cada componente de hardware.

35 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware O driver de dispositivo é um pequeno programa desenvolvido pelo fabricante e fornecido com o componente de hardware.

36 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware Primeiramente o dispositivo de hardware é instalado, em seguida é instalado o driver de dispositivo, que permite ao sistema operacional comunicar-se com o componente de hardware.

37 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware processo Plug and Play O processo de atribuição de recursos do sistema e instalação de drivers pode ser realizado com PnP (Plug and Play).

38 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware O processo PnP foi introduzido no Windows 95 para simplificar a instalação de novos hardwares. Todos os sistemas operacionais modernos são compatíveis com PnP.

39 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware Com o PnP, o sistema operacional detecta se o hardware é compatível com PnP e instala o driver desse componente.

40 Funções Básicas do Sistema Operacional 1. Controlar o acesso ao hardware Em seguida, o sistema operacional configura o dispositivo e atualiza o Registro, que é um banco de dados que contém todas as informações sobre o computador.

41 Funções Básicas do Sistema Operacional 2. Gerenciar arquivos e pastas

42 Funções Básicas do Sistema Operacional 2. Gerenciar arquivos e pastas O sistema operacional cria uma estrutura de arquivos na unidade de disco rígido para o armazenamento dos dados.

43 Funções Básicas do Sistema Operacional 2. Gerenciar arquivos e pastas Um arquivo é um bloco de dados relacionados que recebe um nome exclusivo e é tratado como uma unidade. Os arquivos de programas e de dados são agrupados em diretórios. Os arquivos e os diretórios são organizados para facilitar a recuperação e o uso.

44 Funções Básicas do Sistema Operacional 2. Gerenciar arquivos e pastas Os diretórios podem conter outros diretórios. Esses diretórios aninhados chamam-se subdiretórios.

45 Funções Básicas do Sistema Operacional 3. Oferecer uma interface de usuário O sistema operacional permite que o usuário interaja com o software e o hardware.

46 Funções Básicas do Sistema Operacional 3. Oferecer uma interface de usuário Existem dois tipos de interfaces de usuário: CLI (Command Line Interface, interface de linha de comando) GUI (Graphical User Interface, interface gráfica de usuário)

47 Funções Básicas do Sistema Operacional 3. Oferecer uma interface de usuário o usuário digita comandos em um prompt. CLI (Command Line Interface, interface de linha de comando)

48 Funções Básicas do Sistema Operacional 3. Oferecer uma interface de usuário o usuário interage com menus e ícones. GUI (Graphical User Interface, interface gráfica de usuário)

49 Funções Básicas do Sistema Operacional 4. Gerenciar aplicativos O sistema operacional localiza um aplicativo e carrega-o na RAM do computador.

50 Funções Básicas do Sistema Operacional 4. Gerenciar aplicativos Aplicativos são programas de software, como editores de texto, bancos de dados, planilhas, jogos e muitos outros.

51 Funções Básicas do Sistema Operacional 4. Gerenciar aplicativos O sistema operacional garante que cada aplicativo tenha os recursos do sistema adequados.

52 Sistema Operacional Composição 1. Interface com o usuário (gráfica ou não) 2. Kernel 3. Rede 4. Segurança

53 Composição do Sistema Operacional 1. Interface com o usuário (gráfica ou não) É o meio de interação entre o usuário e a máquina, podendo ser uma interface: Gráfica (GUI) De linha de comando (CLI)

54 Composição do Sistema Operacional 2. Kernel Execução do programa Interrupções Módulo de proteção, módulo de supervisão e módulos virtuais Gerenciamento de memória Memória virtual Multi-tarefa Acesso a disco e arquivos de sistema Drivers de dsipositivos

55 Kernel

56 Composição do Sistema Operacional 4. Segurança

57 Composição do Sistema Operacional 4. Segurança Devido à ligação dos computadores em rede, a segurança das informações que trafegam entre eles se tornou imprescindível e parte integrante do Sistema Operacional.

58 Composição do Sistema Operacional 3. Rede

59 Sistema Operacional Tipos 1. Batch 2. Interativo 3. Tempo Compartilhado 4. Tempo Real 5. Distribuído

60 Observação Os tipos apresentados no slide anterior foram classificados por Silberschatz, Galvin e Gagne. Há referências que classificam os tipos como: 1. Monoprogramável 2. Multiprogramável ou Multi-tarefa Batch Tempo compartilhado Tempo real 3. Múltiplos processadores

61 Tipos de Sistemas Operacionais 1. Batch Processos (job) com necessidades similares são processados em conjunto e executados pelo computador como um grupo pelo operador ou um sequenciador automático de processos.

62 Tipos de Sistemas Operacionais 1. Batch A performance é aumentada tentando manterse a CPU e os dispositivos de E/S ocupados todo o tempo através de armazenamento temporário em memória (buffering), operação off-line, spooling, e multiprogramação.

63 Tipos de Sistemas Operacionais 1. Batch Batch é bom para executar grande quantidade de processos que precisam de pouca interação; ele pode ser submetido a execução e resgatado posteriormente.

64 Tipos de Sistemas Operacionais 2. Interativo Composto por várias pequenas operações nas quais os resultados da operação seguinte pode não ser predizível. O tempo de resposta precisa ser curto (na escala de segundos), uma vez que o usuário submete e espera pelo resultado.

65 Tipos de Sistemas Operacionais 3. Tempo Compartilhado É o uso do escalonamento da CPU e multiprogramação para fornecer um uso interativo econômico do sistema. A CPU troca rapidamente de um usuário para outro. Ao invés de ter-se um processo definido por cartões de imagens spooled, cada programa o lê de um cartão de controle do terminal e a saída é normalmente mostrada imediatamente na tela.

66 Tipos de Sistemas Operacionais 4. Tempo Real Frequentemente usado em aplicações dedicadas. O sistema lê a informação de sensores e respondem num intervalo fixo de tempo para assegurar uma performance correta.

67 Tipos de Sistemas Operacionais 5. Distribuído A computação é distribuída entre vários processadores físicos.

68 Tipos de Sistemas Operacionais 5. Distribuído Os processadores não compartilham memória ou clock. Ao invés disso, cada processador tem sua própria memória local. Eles se comunicam um com outro através de várias linhas de comunicação, como um barramento de alta velocidade ou linha telefônica.

69 Sistema Operacional Estrutura (arquitetura): 1. Monolítico 2. Em Camadas 3. Máquinas Virtuais 4. Microkernel ou Modelo Cliente-Servidor

70 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 1. Monolítico Organização mais comum dentre os SO s. É escrito como uma coleção de procedimentos, cada um pode chamar qualquer um dos outros sempre que precisar. Cada procedimento tem uma interface bem definida. Em termos de proteção de informações, não há: cada procedimento é visível para todos os demais. Exemplos: MS-DOS e primeiras versões do UNIX

71 Estruturas de Sistemas Operacionais 1. Monolítico (arquitetura) Modelo de Estrutura Simples para um Sistema Monolítico

72 Estruturas de Sistemas Operacionais 2. Em Camadas (arquitetura) SO como uma hierarquia de camadas, construídas uma sobre a outra. Cada camada possui um conjunto de funções que só é acessível pelas camadas superiores. Primeiro SO em camadas foi construído no Technische Hogeschool Eindhoven, Holanda, por E. W. Dijkstra, em Versões Exemplos: UNIX e MS Windows

73 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 2. Em Camadas Estrutura do Sistema Operacional THE

74 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 2. Em Camadas Uma vantagem: as camadas mais internas ficam protegidas devido à estrutura de hierarquia e, como as funções ficam isoladas, a manutenção será mais fácil. Uma desvantagem: desempenho, pois, a cada nova camada deverá se ter um novo nível de acesso.

75 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 3. Máquinas Virtuais Estrutura do VM/370 com CMS (Conversational Monitor System) Exemplos: Virtual PC, VMware, Vbox, HyperV

76 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 4. Micro-kernel ou Modelo Cliente-Servidor Modelo cliente-servidor

77 Estruturas de Sistemas Operacionais (arquitetura) 4. Micro-kernel ou Modelo Cliente-Servidor Modelo Cliente-Servidor num Sistema Distribuído

78 Sistema Operacional Exemplos para computadores: Unix Linux Mac OS X Microsoft Windows

79

80 Sistema Operacional Exemplos para aplicativos móveis: Palm OS Symbian Windows Mobile BREW (Binary Runtime Environment for Wireless) Chrome Android

81

82 Lógica de Programação

83 Lógica de programação É a técnica de encadear pensamentos para atingir determinado objetivo.

84 Seqüência Lógica Estes pensamentos podem ser descritos como uma seqüência de instruções, que devem ser seguidas para cumprir uma determinada tarefa. Seqüência Lógica são passos executados até atingir um objetivo ou solução de um problema.

85 Instruções Na linguagem comum, entende-se por instruções "um conjunto de regras ou normas definidas ou normas para a realização ou emprego de algo". Em computação, porém, a instrução é a informação que indica a um computador uma ação elementar a executar.

86 Algoritmos Um algoritmo é uma seqüência finita de instruções (ou operações básicas) definida sem ambigüidade e executável em tempo finito para se resolver um problema.

87 Um algoritmo deve possuir as seguintes características Ter um objetivo. Ter início e fim. Ter uma seqüência lógica. Ser escrito em termos de ações ou comandos bem definidos (verbos no imperativo). Deve ser fácil de interpretar e codificar, ou seja, ele deve ser o intermediário entre a linguagem falada e a linguagem de programação.

88 Representação de Algoritmos

89 Representação de Algoritmos em uma Língua Convencional Apresenta um inconveniente em relação a ambigüidade de alguns termos.

90 Exemplo de Algoritmo em Língua Convencional Nome: Telefonema Objetivo: Fazer ligação telefônica através de um telefone fixo Início 1. Tirar o fone do gancho 2. Esperar até ouvir o sinal de linha 3. Teclar o número desejado 4. Se der o sinal de chamar 4.1. Conversar 4.2. Desligar 5. Se não der o sinal de chamar 5.1. Desligar 5.2. Repetir desde o passo 1 Fim

91 Representação de Algoritmos em Pseudo-Código Não apresenta os inconvenientes de ambigüidade de uma língua, nem os rigores de uma linguagem de programação. Esta representação é feita através de um português estruturado com "frases correspondentes às estruturas básicas de programação.

92 Regras para Representação em Pseudo-Código Definir um NOME para o algoritmo; Descrever o OBJETIVO do algoritmo; Descrever a ENTRADA DE DADOS para o algoritmo; Descrever a SAÍDA DE DADOS do algoritmo; O algoritmo deve iniciar com a palavra: INÍCIO; Para indicar o fim do algoritmo utilizamos a palavra: FIM; A palavra que indica ação a ser executada no algoritmo deve estar sublinhada, tais como: início, fim, leia, escreva, se, então, senão, enquanto, faça, até que, para; Usar somente um verbo por frase no modo imperativo; Usar frases simples e curtas; Numerar as frases de acordo com sua a seqüência lógica; Alinhar as instruções de acordo com o nível a que pertençam com a finalidade de destacar a estrutura na qual estão contidos (identação); Incorporar comentários no algoritmo.

93 Exemplo de Algoritmo em Pseudo-Código Nome: CÁLCULO MÉDIA. Objetivo: Calcular a média de um aluno e apresentar se ele foi aprovado ou reprovado. Entrada de Dados: Notas do 1º e 2º bimestre (P1 e P2). Saída de Dados: Média e uma mensagem indicando aprovado ou reprovado. Início Fim. 1. LEIA P1 2. LEIA P2 3. MEDIA (P1 + 2*P2)/3 4. SE MEDIA >= 6.0 ENTÃO IMPRIMA "Aprovado" SENÃO IMPRIMA "Reprovado" FIM-SE 5. IMPRIMA MEDIA

94 Representação de Algoritmos com Fluxograma

95 Fluxograma É uma forma de representar algoritmos na qual símbolos padrões significam instruções e o sentido da sequência lógica é indicada por uma seta.

96 Exemplo de Algoritmo em Fluxograma Nome: CÁLCULO MÉDIA. Objetivo: Calcular a média de um aluno e apresentar se ele foi aprovado ou reprovado. Entrada de Dados: Notas do 1º e 2º bimestre (P1 e P2). Saída de Dados: Média e uma mensagem indicando aprovado ou reprovado.

97 Início Ler Nota do 1º Bim. - P1 Ler Nota do 1º Bim. - P1 Calcular Média M = P1 + 2*P2 3 Falso M >= 7.0 Verdade Mostrar em vídeo "REPROVADO" Mostrar em vídeo "APROVADO" Mostrar em vídeo Média Fim

98 Outros Exemplos

99 Algoritmo para trocar lâmpada Em linguagem convencional...

100 Nome: Troca de lâmpada Objetivo: Trocar uma lâmpada Início 1. Pegar uma escada 2. Posicionar a escada debaixo da lâmpada 3. Pegar uma lâmpada nova 4. Subir na escada 5. Retirar a lâmpada velha 6. Colocar a lâmpada nova 7. Descer na escada 8. Acionar o interruptor 9. Se a lâmpada não acender Repetir as instruções desde o passo 3 Fim

101 Algoritmo para somar dois números e multiplicar o resultado pelo primeiro número Em linguagem convencional

102 Nome: Operações aritméticas Objetivo: Mostrar o resultado da seguinte seqüência de operações somar dois números e multiplicar o primeiro número pelo resultado da soma Entrada de Dados: dois números Saída de Dados: resultado da operação Início 1.Leia um número 2.Leia outro número 3.Some os dois números 4.Multiplique o resultado da soma pelo primeiro número 5.Mostre o resultado da multiplicação Fim.

103 Algoritmo para somar dois números e multiplicar o resultado pelo primeiro número Em pseudo-código

104 Nome: Operações aritméticas Objetivo: Mostrar o resultado da seguinte seqüência de operações somar dois números e multiplicar o primeiro número pelo resultado da soma Entrada de Dados: dois números Saída de Dados: resultado da operação Início 1.Leia NUM1 2.Leia NUM2 3.SOMA NUM1 + NUM2 4.MULT NUM1 * SOMA 5.Imprima MULT Fim.

105 Algoritmo para somar dois números e multiplicar o resultado pelo primeiro número Em linguagem C

106 /* Nome: Operações aritméticas Objetivo: Mostrar o resultado da seguinte seqüência de operações somar dois números e multiplicar o primeiro número pelo resultado da soma Entrada de Dados: dois números Saída de Dados: resultado da operação */ # include <stdio.h> # include <conio.h> void main () { int NUM1, NUM2, SOMA=0, MULT=0; scanf ( %d, &NUM1); scanf ( %d, &NUM2); SOMA = NUM1 + NUM2; MULT = NUM1 * SOMA; printf ( O resultado eh: %d, MULT); getch (); }