Introdução. INF1005 Programação I 33K Prof. Gustavo Moreira gmoreira@inf.puc-rio.br

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1 Introdução INF1005 Programação I 33K Prof. Gustavo Moreira gmoreira@inf.puc-rio.br

2 introdução Tópicos conceitos básicos o que é um programa um programa na memória decifrando um código referência Capítulo 1 da apostila 2

3 modelo de um computador Um computador é uma máquina capaz de sistematicamente coletar, manipular e fornecer os resultados da manipulação de informações para um ou mais objetivos. É uma máquina composta de vários circuitos e componentes eletrônicos. 3

4 modelo de um computador hardware - componentes físicos software - programas 4

5 hardware de entrada O programa de computador precisa ser interpretado pela máquina e, para tal, precisa de algum modo ser introduzido no hardware. Trata-se da entrada do processamento, que requer um componente ou equipamento específico (hardware), por exemplo um teclado. Outros exemplos de hardware de entrada são: mouse, disquetes, sensores óticos ou magnéticos.

6 hardware de saída 0101 Após a realização de todas as operações, os resultados devem ser apresentados ao usuário interessado, o qual naturalmente deseja vê-los em uma forma inteligível para ele e não na linguagem do computador. Esses resultados podem ser impressos em um vídeo ou impressora, por exemplo.

7 memória principal Para que um programa seja rapidamente executado, é necessário que ele execute todas as instruções, recebendo os dados, manipulando-os e expondo todos os resultados, de forma totalmente automática. Assim, antes da execução, o programa e os dados devem ser guardados na própria máquina, para, um a um, serem localizados pelo processador, entendidos e executados, sem intervenção de uma pessoa. O componente do sistema de computação responsável pelo armazenamento das informações é denominado memória principal. Este tipo de memória é volátil, ou seja, não serve para armazenar dados de forma permanente.

8 memória secundária Utilizada para armazenamento de dados em massa, de forma permanente (não volátil). Ex: disco rígido (HD), CD, DVD, pen drive, etc.

9 unidade central de processamento Uma UCP (CPU) ou processador é constituída de milhões de pequeninos circuitos e componentes eletrônicos (transistores, resistores, etc.) cujas funções básicas são ler e interpretar instruções de máquina e realizar as operações matemáticas (ou outras) definidas após a interpretação.

10 sistemas de computação Além de efetivamente realizar as ações finais (operações matemáticas com os dados), a UCP controla quando e o que deve ser realizado pelos demais componentes, emitindo sinais apropriados de controle. Os programas e dados são armazenados na memória para execução imediata, para execução ou uso posterior. Os dispositivos de Entrada e Saída servem basicamente para permitir que o sistema de computação se comunique com o mundo exterior.

11 processamento de dados dado dado 1. aaaaa 2. bbbbb 3. ccccc 4. ddddd 5. eeeee informação informação Processamento de dados consiste em uma série de atividades ordenadamente realizadas, com o objetivo de produzir um arranjo determinado de informações a partir de outras obtidas inicialmente. 11

12 dado X informação Dado??? Informação??? Informação subentende dados organizados (segundo uma orientação específica) para o atendimento ou emprego de uma pessoa ou grupo que os recebe. O que é informação para determinado grupo pode ser dado para outro.

13 sistema de processamento de dados Um sistema de processamento de dados compreende duas partes: Sistema de computação (o computador e os programas básicos) normalmente fornecido pelo fabricante. Sistemas de aplicação, desenvolvidos pelo usuário ou por terceiros, especificamente dedicados à aplicação de interesse do usuário.

14 algoritmo Conjunto de etapas finitas, ordenadamente definidas, com o propósito de obter solução para um determinado problema.

15 programa Qualquer processamento de dados requer a execução de uma série de etapas, que podem ser realizadas de forma manual ou automática. Tais etapas, elaboradas e executadas passo a passo, constituem o que se chama programa. Cada um dos passos mencionados é uma instrução ou ordem de comando, diferente, dada ao hardware, objetivando a realização de uma determinada ação (uma operação aritmética, uma transferência de informação etc.). O programa é o conjunto de instruções.

16 algoritmo X programa O algoritmo descreve, em linguagem clara, as etapas (tarefas) finitas a serem realizadas para cumprir determinado objetivo. Entretanto, cada pessoa pode escrever a mesma relação de tarefas, com palavras e frases ligeiramente diferentes, impedindo que a máquina entenda (e assim processe) a tarefa a ser realizada. Um programa de computador é a formalização de um algoritmo em linguagem inteligível pelo computador.

17 linguagem binária Linguagem própria dos computadores, onde os caracteres inteligíveis são apenas zero (0) e um (1). Todo dado coletado pelos computadores, as instruções por ele executadas, bem como os resultados de um processamento são sempre constituídos de conjuntos ordenados de zeros e uns.

18 bit, caracter, byte Bit é a menor unidade de informação armazenável em um computador. Caracter é o menor grupo ordenado de bits representando uma informação útil e inteligível para o ser humano, podendo ser convertido para um conjunto de bits previamente definido. Byte é definido como um grupo ordenado de oito bits, tratados de forma individual, como unidade de armazenamento e transferência.

19 K, M, G, T... 1 Kbyte = bytes 1 Mbyte = 1024 Kbytes = bytes 1 Gbyte = 1024 Mbytes = bytes 1 Tbyte = 1024 Gbytes = 2 40 bytes

20 sistema operacional (S.O.) Conjunto de rotinas executado pelo processador, cuja principal função é controlar o funcionamento do computador, como um gerente dos diversos recursos disponíveis no sistema. Possibilita a facilidade de acesso aos recursos do sistema e o compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida.

21 máquina virtual usuário Sistema Operacional Hardware O usuário pode enxergar a máquina como sendo apenas o sistema operacional, ou seja, como se o hardware não existisse. Esta visão modular e abstrata é chamada máquina virtual.

22 linguagem de máquina O programa, feito a partir de linguagens de programação, não é possível de ser diretamente executado pela máquina porque essas linguagens são apenas um modo de o operador comunicar-se com o computador. A máquina somente entende e executa instruções mais simples, chamadas instruções de máquina, tais como: executar operações aritméticas sobre dois números; executar operações lógicas sobre dois números; mover um conjunto de bits de um ponto para outro; desviar a seqüência do programa; comunicação com algum dispositivo de entrada e saída de dados.

23 instruções de máquina Para que uma máquina seja capaz de realizar várias operações, é preciso que ela seja de algum modo instruída para identificar cada uma delas e, depois de identificá-la, saber como realizá-la. Essas instruções são denominadas instruções de máquina.

24 computador hipotético memória posições com endereços 0 a n registrador (register) instruções instrução read pos write pos armazena resultado de operação storeconst num pos add pos1 pos2 sub pos1 pos2 mul pos1 pos2 div pos1 pos2 store pos descrição endereço register lê um número do teclado e grava-o no endereço pos escreve na tela o número que está em pos grava número num em pos calcula pos1 + pos2 e grava resultado em register calcula pos1 - pos2 e grava resultado em register calcula pos1 pos2 e grava resultado em register calcula pos1 / pos2 e grava resultado em register grava o número que está em register em pos conteúdo (valor) 24

25 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado read 0 storeconst add 0 1 store 2 write 2 variáveis valor1, valor2, valor3 início leia valor1 valor2 = 2.5 valor3 = valor1 + valor2 escreva valor3 fim 25

26 O que é um programa? EX. 01 sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > reg. reg. reg. reg. 26

27 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > 0??? 0??? 0??? 0??? 27

28 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 Suponha que o usuário digite o valor 3. read 0 storeconst add 0 1 store 2 > end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > 0??? 0??? 0??? 0??? 28

29 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > 3 0??? 0??? 0??? 0??? 29

30 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > 3 30

31 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 write 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. > 3 31

32 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 >

33 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 >

34 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > reg. 5.5 reg

35 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > reg. 5.5 reg

36 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > reg. 5.5 reg

37 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val. write 2 > reg. 5.5 reg

38 O que é um programa? sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado 1. read 0 2. storeconst add store 2 5. write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 2 > 3 end. val. end. val. end. val. end. val reg. 5.5 reg. 5.5 write 2 >

39 dúvidas? 39

40 O que é um programa? EX. 02 sequência de instruções exemplo: programa que escreve na tela o resultado da soma de 2.5 mais um número lido do teclado Programa visto Este programa Este programa anteriormente: também funciona? também funciona? read 0 storeconst add 0 1 store 2 write 2 read 0 storeconst add 0 1 store 0 write 0 read 0 storeconst add 0 1 store 0 write 2 sim não sim não 40

41 Como fica um programa na memória? Suponha que, no nosso computador hipotético: cada posição de memória tem 8 subseções cada subseção pode armazenar um algarismo de 0 a 9 Como representar um número inteiro? 0 é representado por considerando apenas inteiros positivos, o maior número seria:

42 Como fica um programa na memória? Como representar um número negativo? reservando uma subseção para o sinal (por exemplo, a primeira) se 0 indica positivo e 1 indica negativo, temos: -2 representado por -457 representado por S

43 Como fica um programa na memória? Como representar um número fracionário? reservando subseções para (ponto fixo): sinal parte inteira parte fracionária segundo essa convenção: é representado por S I I I I F F F Qual é o maior número que poderíamos representar utilizando essa convenção? E o menor número positivo?

44 Como fica um programa na memória? Como representar um número fracionário? assumindo a seguinte notação científica: = x1 reservando subseções para (ponto flutuante): mantissa (com sinal) expoente (com sinal) segundo essa convenção: Ms M M M M Es E E é representado por Qual é o maior número? E o menor positivo?

45 Como fica um programa na memória? E se o número não couber? x : overflow : perda de precisão

46 Como fica um programa na memória? Como representar instruções? associando um código a cada instrução read: 0; write: 1; storeconst: 2; add: 3; sub: 4; mul: 5; div: 6; store: 7 dependendo da instrução, os valores seguintes indicam parâmetros read pos; write pos; storeconst val pos; add pos1 pos2; ; store pos read # código de 'read' : 0 storeconst # 0 add # código de 'storeconst' : 2 store # 2.5 (valor real) write # # código de 'add' : # # # código de 'store' : # # código de 'write' : # 2 46

47 dúvidas? 47

48 decifrando o código EX. 03 Considerando a representação numérica e o código utilizado, o que faz o programa a seguir? read: 0; write: 1; storeconst: 2; add: 3; sub: 4; mul: 5; div: 6; store: 7 código equivalente memória a cada passo descrição em português end P1 P2 P3 P4 P5 P6 P reg 48

49 decifrando o código EX. 04 Considerando a representação numérica e o código utilizado, o que faz o programa a seguir? read: 0; write: 1; storeconst: 2; add: 3; sub: 4; mul: 5; div: 6; store: código equivalente descrição em português memória a cada passo end P1 P2 P3 P4 P5 P6 P reg 49

50 dúvidas? Prof. Gustavo Moreira 50