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 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 1

2 Computação Dados Informações vindas do usuário ou mesmo de outras origens; 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 Processamento Resultados 3 O computador Equipamento eletrônico capaz de processar (manipular) dados (entrada), de acordo com um conjunto de instruções, e transformá-los em informação (saída) útil, podendo armazená-los para uso 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 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 3

4 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 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 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 2 20 Gigabyte GB 1 bilhão 2 30 Terabyte TB 1 trilhão 2 40 Petabyte PB 1 quatrilhão Prof. Renato Pimentel 6

7 Retomando: O computador 4 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 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 8

9 Processador (CPU) Operação: frequência em GHz (gigahertz), relacionada à velocidade de execução de operações. Atualmente: 3 GHz a 4 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 Prof. Renato Pimentel 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 Teclado 2.Mouse 3.Scanner 4.Webcam 5.Microfone 6.Joystick 7.Leitor de código de barras Dispositivos de entrada 20 Prof. Renato Pimentel 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. 22 Prof. Renato Pimentel 11

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 Prof. Renato Pimentel 12

13 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 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 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 Pesquisa científica modelagem e simulação de ambientes e problemas reais; armazenamento e análise de dados; geração e manipulação de resultados; documentação. Aplicações 30 Prof. Renato Pimentel 15

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. 32 Prof. Renato Pimentel 16

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 de instruções passo a passo que orientam o computador a fazer as tarefas necessárias e produzir o(s) resultado(s) desejado(s) 34 Prof. Renato Pimentel 17

18 Linguagem de programação Uma linguagem de programação é uma linguagem artificial projetada para comunicar instruções a uma máquina, em especial computadores. Linguagens de programação podem ser usadas para criar programas que controlam o comportamento da máquina e expressar algoritmos de forma precisa (não ambígua). 35 A comunicação com o computador Ocorre em diferentes níveis: Linguagem de máquina; Linguagem de baixo nível; Linguagem de alto nível. 36 Prof. Renato Pimentel 18

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 Prof. Renato Pimentel 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. 40 Prof. Renato Pimentel 20

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). 42 Prof. Renato Pimentel 21

22 Compilador Arquivo.c (Código escrito em linguagem C) Arquivo executável (.exe) gerado pelo compilador 43 Compilação 44 Prof. Renato Pimentel 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 Prof. Renato Pimentel 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 muito 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. 48 Prof. Renato Pimentel 24