Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação. Introdução à Computação

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1 Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Computação Introdução à computação 1 Informática Informática: ciência que estuda métodos para o tratamento automático e racional da informação por meios computacionais. Principal instrumento de trabalho: o computador. Tradução do neologismo informatique, criado em 1966, na França, fruto da junção entre as palavras informação e automática. 2 1

2 Computação Dados Informações vindas de usuários ou de outras máquinas; Processamento transformação dos dados, de acordo com os desejos do usuário ou de outra máquina; Resultados aquilo que vem do processamento, e que servirá aos propósitos do usuário. Dados Dados Processamento Processamento Resultados Resultados 3 O computador Equipamento Equipamento eletrônico eletrônico capaz capaz de de processar processar (manipular) (manipular) dados dados (entrada), (entrada), de de acordo acordo com com um um conjunto conjunto de de instruções, instruções, ee transformá-los em informação (saída) útil, podendo transformá-los em informação (saída) útil, podendo armazená-los armazená-los para para uso uso posterior. posterior. Três componentes principais: Hardware: a parte física, o equipamento que compõe o computador; Software: a parte lógica, os programas: conjuntos de instruções que orientam o computador na tarefa de processamento; Pessoas ou Peopleware: correspondem ao usuário, que usa o poder do computador para algum propósito. 4 2

3 Componentes de um sistema computacional Hardware: Componente físico de um sistema de computação: equipamentos utilizados pelo usuário nas ações de entrada, processamento, armazenamento e saída de dados; Formados por circuitos integrados, agrupados em pastilhas denominadas chips; Evolução: no início, chegavam a ocupar uma sala inteira, ao passo que atualmente, podem ocupar milímetros de largura, com peso quase insignificante; 5 Componentes de um sistema computacional Software: Componente lógico de um sistema de computação: Séries de instruções que fazem o computador funcionar (programas de computador); Funcionam como um passo a passo, ordenando o que o hardware deve fazer; Representam a ponte entre os usuários e uma máquina; Duas categorias: Software básico ou de sistema (sistema operacional). Software aplicativo (as aplicações). 6 3

4 Sistema operacional Conjunto de programas que se situa entre os softwares aplicativos (ex.: processadores de texto ou de planilhas eletrônicas) e o hardware. Gerencia os recursos do computador, em termos de hardware (CPU, dispositivos periféricos) e software. Estabelece uma interface com o usuário. Provê e executa serviços para softwares aplicativos. 7 Componentes de um sistema computacional Peopleware: Componente humano de um sistema de computação; Indivíduos que utilizam o computador como ferramenta; Devido à finalidade de utilização, podem ser: Programadores, ou analistas de sistema: constroem softwares que serão utilizados para determinado fim; Usuários: aproveitam-se de todos os serviços oferecidos pelos softwares 8 4

5 Representação de dados: ligado / desligado Computador: capaz de reconhecer somente duas coisas: Ligado Desligado Sistema de 2 estados: sistema binário. A partir de tal sistema, computador pode criar formas sofisticadas de representação de dados. 9 Bit bit (do inglês Binary digit): unidade básica de armazenamento de dados! Cada bit está sempre ligado (1) ou desligado (0). Um bit na memória jamais está vazio. 10 5

6 Byte 1 bit não pode representar, individualmente, um dado número, letra ou símbolo: Para tal, bits são reunidos em bytes. 1 byte é um conjunto formado por 8 bits. Pode assumir, portanto, 2 8 = 256 valores distintos, desta forma, podendo representar números, letras ou símbolos. 11 Capacidade de memória Expressamos a capacidade da memória em múltiplos de bytes: Termo Símbolo Quantidade aprox. de bytes Quantidade real de bytes Quilobyte KB (1024) Megabyte MB 1 milhão 220 Gigabyte GB 1 bilhão 230 Terabyte TB 1 trilhão 240 Petabyte PB 1 quatrilhão

7 Retomando: O computador Quatro tipos de manipulação de dados: entrada (input), processamento, saída (output) e armazenamento. O hardware associado a cada item é o seguinte: Dispositivos de entrada: aceitam dados ou comandos que o computador pode usar, os enviando à unidade de processamento; Processador ou unidade central de processamento (CPU, do inglês central processing unit): manipula por meio de circuitos eletrônicos os dados de entrada, transformando-os em informação. É quem executa as instruções. Tanto os dados que estão sendo manipulados quanto as instruções estão temporariamente armazenados na memória (armazenamento primário); Dispositivos de saída: exibem ao usuário os dados processados ou informações; Armazenamento: armazenamento secundário, dispositivos como discos rígidos, que permitem uso posterior e transporte dos dados. 13 O computador 14 7

8 Arquitetura de von Neumann Dados e programas são carregados para memória principal ou memória primária para sua execução; A unidade central de processamento (CPU), responsável pela execução das instruções, é separada da memória; As instruções dos programas e os dados são transmitidos da memória principal para a CPU, onde o processamento é realizado; Os resultados das operações na CPU devem ser novamente transferidos para a memória. John von Neumann ( ) 15 Processador (CPU) Responsável pela execução das instruções, ou seja, a parte de processamento (trato da informação, seja via cálculo, manipulação) e de controle, de acordo com as instruções contidas em um programa. Formado por 2 componentes: ALU (unidade aritmética e lógica), do inglês arithmetic logic unit. (processamento) Unidade de controle (coordenação entre processador e outras partes do sistema durante o processamento) Arquitetura de von Neumann 16 8

9 Processador (CPU) Operação: frequência em GHz (gigahertz), relacionada à velocidade de execução de operações. Atualmente: ordem de 3 GHz. Um ou mais núcleos de processamento: otimiza a execução de tarefas em paralelo, ou seja, simultaneamente. Comum atualmente: dual core (2 núcleos), quad core (4 núcleos). 17 Memória principal ou memória primária Terminologia mais usada: memória RAM (memória de acesso aleatório, do inglês random access memory). Responsável pelo armazenamento das instruções a serem executadas e respectivos dados a serem processados pela CPU. Quando a execução de um programa é solicitada, o mesmo e dados são carregados de um dispositivo de armazenamento secundário, como um disco rígido (HD), para a memória RAM, onde por sua vez as instruções são buscadas e executadas pela CPU. 18 9

10 Memória principal ou memória primária Acesso rápido; Memória RAM é volátil: dados são perdidos quando o computador é desligado; Acesso aleatório: Os dados podem ser lidos ou gravados em qualquer posição da memória e a qualquer momento (acesso aleatório); Atualmente: 512 MB (megabytes), 1 GB (gigabyte), 2 GB, etc. 19 Dispositivos de entrada 1.Teclado 2.Mouse 3.Scanner 4.Webcam 5.Microfone 6.Joystick 7.Leitor de código de barras 20 10

11 Dispositivos de saída 1.Monitor 2.Plotter, copiadora 3.Impressora 4.Alto-falantes 5.Fones de ouvido 21 Dispositivos de armazenamento Armazenamento secundário, pois não está diretamente relacionado ao processamento; Manutenção dos dados, mesmo após o desligamento. Benefícios: Espaço (alto poder de armazenamento); Confiabilidade: armazenamento confiável do ponto de vista físico: segurança dos dados; Conveniência: localização e acesso aos dados pelo usuário; Economia

12 Dispositivos de armazenamento Discos rígidos (HD, de hard disk): armazenamento magnético, alta capacidade de armazenagem: 250GB, 500GB, 1TB (terabyte), etc. Tipicamente internos, presentes em praticamente todo computador; Externos, para transporte de dados e cópias de segurança (backup); Discos ópticos (CD compact disc, DVD digital versatile disc): capacidade típica de 650 ou 700 MB (CD) e 4,7 GB (DVD, existindo discos de dupla-camada ou dual-layer com capacidade de 8,5 GB). Podem ser R, de read apenas para leitura dos dados, ou RW (readwrite), que suporta novas gravações de dados. 23 Dispositivos de armazenamento Blu-ray e HD-DVD: Discos ópticos com novas tecnologias que oferecem alta capacidade de armazenagem, mantendo o mesmo tamanho físico do CD e do DVD: Maior custo. Vídeo de alta definição ou grandes quantidades de dados Armazenagem: HD-DVD single layer: 15 GB HD-DVD dual layer: 30 GB Blu-Ray single layer: 25 GB Blu-ray double layer: 50 GB 24 12

13 Dispositivos de armazenamento Memória flash: evolução no armazenamento. Acesso rápido aos dados, como na memória RAM, mas é não-volátil: pode ser apagada e reprogramada eletronicamente, de acordo com a demanda do usuário. Cartões de memória, pen-drives, memórias internas de celulares e MP3 players, câmeras; Unidades de estado sólido (SSD, solidstate drive): tecnologia atualmente em expansão, com possibilidades de substituir os HDs nos próximos anos. 25 Aplicações Educação auxílio ao ensino e aprendizagem; Gráficos e imagens estudo de comportamentos e tendências; portfólios; artes; Venda e varejo controle de estoque e vendas; logística; 26 13

14 Aplicações Abastecimento e energia localização de reservas naturais; monitoramento de sistemas de geração/distribuição; controle do consumo; Logística e transporte monitoramento de tráfego aéreo ou vias públicas; rastreamento de frota; Operações bancárias cartões de crédito, caixas eletrônicos, net banking; 27 Aplicações Agricultura controle de faturamento; análise de mercado; balanceamento de rações, etc.; Governo cadastro de contribuintes; sistema tributário; Saúde, medicina monitoramento de pacientes em tratamento; diagnósticos; 28 14

15 Aplicações Robótica indústria; operações de risco; Treinamento simuladores de voo (segurança, menor custo); Conectividade comunicação entre as pessoas, seja por razões pessoais ou comerciais; trabalho em casa, etc.; 29 Aplicações Pesquisa científica modelagem e simulação de ambientes e problemas reais; armazenamento e análise de dados; geração e manipulação de resultados; documentação

16 Programação Quando queremos criar ou desenvolver um software para realizar determinado tipo de processamento de dados: Escrever um programa (ou vários programas interligados); Devemos escrever o programa usando uma linguagem que tanto o computador quanto o criador de software entendam linguagem de programação. 31 Computação Objetivo básico auxiliar os seres humanos em trabalhos repetitivos e braçais, diminuindo esforços e economizando tempo; O computador é capaz de auxiliar em qualquer coisa que lhe seja solicitada; Entretanto: Não tem iniciativa; Nenhuma independência; Não é criativo nem inteligente. Por isso, é necessário que ele receba suas instruções nos mínimos detalhes, para que tenha condições de realizar suas tarefas Programação

17 Etapas envolvidas no processo de programação Análise: enunciado do problema: Dados de entrada; Processamento (resolução); Dados de saída. Algoritmo descrever o problema, com suas soluções; Codificação algoritmo é transformado em códigos da linguagem de programação escolhida para se trabalhar. 33 Programa Nada mais é do que a codificação de um algoritmo em uma linguagem de programação. Uma definição mais formal: Conjunto Conjunto de de instruções instruções passo passo aa passo passo que que orientam orientam oo computador computador aa fazer fazer as as tarefas tarefas necessárias necessárias ee produzir produzir o(s) o(s) resultado(s) resultado(s) desejado(s) desejado(s) 34 17

18 Linguagem de programação Uma Uma linguagem linguagem de de programação programação éé uma uma linguagem linguagem artificial artificial projetada projetada para para comunicar comunicar instruções instruções aa uma uma máquina, máquina, em em especial especial computadores. computadores. Linguagens Linguagens de de programação programação podem podem ser ser usadas usadas para para criar criar programas programas que que controlam controlam oo comportamento comportamento da da máquina máquina ee expressar expressar algoritmos algoritmos de de forma forma precisa precisa (não (não ambígua). ambígua). 35 A comunicação com o computador Ocorre em diferentes níveis: Linguagem de máquina; Linguagem de baixo nível; Linguagem de alto nível

19 Linguagem de máquina Conjunto básico de instruções, em código binário, características de cada computador, correspondentes às suas operações básicas: Instruções lógicas e aritméticas; Instruções para transferência de Informação; Instruções para testes; Instruções de entrada/saída; Programação inviável para seres humanos. 37 Linguagens de baixo nível Linguagem simbólica: bem próxima da linguagem de máquina; Programação baseada na manipulação de registradores e utilização de interrupções para prover entrada/saída; Como há uma correspondência biunívoca entre instruções simbólicas e instruções da máquina, as linguagens simbólicas: Dependem do processador utilizado; Permitem escrever programas muito eficientes; Porém: são de utilização muito difícil e sujeitas a erros; Exemplo Assembly; 38 19

20 Linguagem de baixo nível Exemplo de programa em Assembly: escrever a mensagem Olá, mundo na tela: 39 Linguagem de alto nível Programas são escritos usando uma linguagem parecida com a nossa linguagem; Independe da arquitetura do computador; Programação mais rápida e eficiente: mais fácil; programas menos sujeitos a erros; Uso de compiladores. Conversão de todo o código em linguagem de máquina, gerando um arquivo executável Execução eficiente. Ou uso de interpretadores: Durante a execução, cada instrução do código é lida e interpretada execução mais lenta

21 Linguagem de alto nível: Linguagem C #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { printf("ola, mundo!\n"); system("pause"); return 0; } 41 Compilação Tradução: Programa fonte escrito em uma linguagem qualquer (linguagem fonte) programa objeto equivalente escrito em outra linguagem (linguagem objeto); Compilador: software tradutor em que a linguagem fonte é uma linguagem de alto nível e a linguagem objeto é uma linguagem de baixo nível (assembly ou máquina)

22 Compilador Arquivo.c (Código escrito em linguagem C) Arquivo executável (.eexe) gerado pelo compilador 43 Compilação 44 22

23 Interpretador É um programa que interpreta diretamente as instruções do programa fonte, gerando o resultado; Toda vez que o programa é executado, o tradutor transforma cada instrução do código-fonte em instrução de código-objeto: Não é criado todo um programa-objeto, mas apenas a conversão instrução a instrução. 45 Interpretador 46 23

24 Compilação x Interpretação Compilação: O programa fonte não é executado diretamente; O programa fonte é convertido em programa objeto e depois é executado; Vantagem: Execução mais rápida. Interpretação: Executa-se diretamente o programa fonte; Não existe a geração de um módulo ou programa objeto; Vantagem: Programas menores e mais flexíveis. 47 Referências CAPRON, H. L. & JOHNSON, J. A. Introdução à Informática. São Paulo: Prentice Hall, MYAZAWA, F. K. Notas de aula de Algoritmos e Programação. PIMENTEL, R. Notas de aula de Introdução à Computação PAIVA, J. G. S. Notas de aula de algoritmos e programação de computadores