- Representação da Informação pelo computador - Sistemas de Numeração - Código Binário - Digitalização

Transcrição

1 Disciplina Bases Computacionais Aula 03 Informação, Dados, Variáveis, Algoritmos

2 Roteiro da Aula: - Representação da Informação pelo computador - Sistemas de Numeração - Código Binário - Digitalização -O que são variáveis - Tipos de variáveis - Noções de Algoritmos 2

3 Como a informação é representada no computador? Bits & Bytes Bit: Binary Digit menor quantidade de informação que pode ser armazenada na memória: Assume 0 ou 1 Bit: Binary Digit menor quantidade de informação que pode ser armazenada na memória: Assume 0 ou 1 3

4 Sistema de Numeração - Qualquer número inteiro maior ou igual a 1 pode ser utilizado como base de um sistema de numeração Sistema Binário: base 2 Byte: unidade de informação constituída por 8 bits Quantos valores podem ser assumidos por um Byte?? 2 8 = 256 valores Sistema Hexadecimal : base 16 algarismos decimais de 0 a Número binário 5 A Hexadecimal 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F 4

5 Sistemas de Numeração: -Bases -Casas -Representação Notação: - binária: base 2 - decimal: base 10 - hexadecimal: base 16 Bin Dec Hex A B C D E F 5

6 Bit como número Soma binária Sistema Binário Bin Dec Eletrônica digital e computação estão baseadas no sistema binário e na lógica booleana Álgebra Booleana George Boole ( ): Matemático e filósofo inglês Operadores: E, OU, NÃO (negação) Operandos: dígitos binários Operador E: 0 e 0 = 0 0 e 1 = 0 1 e 0 = 0 1 e 1 = 1 Operador OU: 0 ou 0 = 0 0 ou 1 = 1 1 ou 0 = 1 1 ou 1 = 1 6

7 Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Bit como código: Codificação dos caracteres em byte. Correspondência segundo ASCII. (American Standard Code for Information Interchange): 7

8 ASCII code page Unicode: 2 bytes padrão que permite aos computadores representar e manipular textos de qualquer sistema de escrita. mais comum (UTF- 8), os valores dos códigos ASCII são mantidos inalterados Dica Se habilitar seu teclado numérico, ao pressionar a tecla Alt e digitar os valores da tabela ao lado, os respectivos caracteres devem aparecer num editor de texto 8

9 DIGITALIZAÇÃO As informações no mundo real são contínuas. Não são codificadas em bits. Processo de conversão da informação analógica (real) em valores binários (dígitos). Envolve amostragem(tempo) e quantização (leitura de valor) Que tipo de informação pode ser digitalizada? -Som -Imagem/ Textos em geral -Toque -Íris Sinal Real Analógico Amostrado e Quantizado (medido) Todos os sinais podem ser reconstruídos como um conjunto de senóides. 9

10 DIGITALIZAÇÃO SOM variação audível na pressão do ar com as características: Freqüência: número de trechos de ar comprimidos ou rarefeitos por segundo; Intensidade: diferença de pressão entre trechos de ar rarefeitos e comprimidos; determina o volume 10

11 Processo de Digitalização Número de Nível de código Quantização ,5 2,5 1,5 0,5-0,5-1,5-2,5-3, x(t) Sinal analógico Processo de Digitalização t Valor real da amostra 1,7 3,6 2,3 0,7-0,7-2,4-3,4 Valor da amostra quantizada 1,5 3,5 2,5 0,5-0,5-2,5-3,5 Digitalização sempre implica em perda de informações 11

12 DIGITALIZAÇÃO: Erro de amostragem número de amostras por segundo Erro de quantização número de bits alocados para a digitalização 12

13 Digitalização de Imagens Imagens reais são sinais analógicos. Digitalização de imagens requer amostragem espacial (câmeras digitais, scanners) Cada unidade de área da imagem é representada por uma unidade digital chamada de Pixel. Para representar a imagem toda precisamos de Grade ou Matriz: - resolução: número de pixels por unidade de espaço ou área - impressoras: dpi: dots per inch (pontos por polegada) Equipamentos de digitalização: Scanners, Câmeras digitais. PIXEL: Digitalização de Imagens por mapeamento em bits (bitmap): Raster 13

14 Digitalização de Imagens PIXEL: um elemento de imagem Scanners Câmeras digitais Parâmetros: Número de linhas e colunas, resolução e profundidade. - Resolução: Capacidade de distinguir ( resolver ) detalhes. - Número de pixels por unidade de espaço ou área. - Medida em pixels por área (Câmera e monitores: número total; impressoras: dpi: dots per inch, pontos por polegada) Profundidade: Quantos níveis de intensidade de luz. Cada pixel pode representar: - 1 bit: 2 níveis (preto e branco) - 1 byte: 256 níveis (tons de cinza ou cores) -2 bytes: 64 mil níveis - 3 bytes: 16 milhões de níveis (256 níveis de azul, verde e vermelho Espaço de cores RGB: usado em monitores, imagens coloridas) 14

15 Bitmap em cores 320 x 200 x 16,7 milhões de cores (24 bits) no. de cores : quantização resolução (320x200) : amostragem 15

16 VANTAGENS DA DIGITALIZAÇÃO: - Uma vez convertidas em informação binária, torna-se mais fácil e robusto o armazenamento e a preservação da informação. - Uma cópia de uma informação binária é uma cópia fiel e idêntica à original. - As informações no formato digital podem ser manipuladas e tratadas por programas e processadores, possibilitando uma extensa gama de aplicações e uso. 16

17 Gravação de Bits em meio ótico: CD e DVD O disco possui regiões baixas e altas. Um detector de luz detecta alterações no padrão de refletância. Cada alteração de baixo->alto e alto->baixo representa 1. Ausência de alteração representa 0. Se houver 0000 acrescenta 1 Evita perda de sincronismo com seqüências longas de 0s ou 1s Menor distância entre os sulcos no DVD que no CD: CD armazena até 650 MB e o DVD de 4,7 GB a 17 GB 17

18 REALIDADE DIGITALIZAÇÃO: conversão e codificação Armazenamento e Processamento GRANDEZAS FÍSICAS e DIMENSÕES: - SOM - IMAGEM - MOVIMENTO - POSIÇÃO INFORMAÇÃO - TEXTO - NÚMEROS DISPOSITIVOS e SENSORES: - SCANNER - CÂMERAS DIGITAIS - CONVERSORES A/D (analógico / digital) - TECLADO - MOUSE - SENSORES DIGITAIS CODIFICAÇÃO - Bitmap - ASCII ARMAZENAMENTO: - Disquetes - Discos Rígidos - CD - Fitas - Flash Memory PROCESSAMENTO: - Unidade Central de Processamento - Memória do computador - Programas - Interação com Usuário COMUNICAÇÃO DIGITAL: - Modems - Redes Locais (LAN) - Redes Longa Distância (WAN) - Internet REALIDADE DISPOSITIVOS de SAÍDA Armazenamento e Processamento MUNDO ANALÓGICO - MONITORES E TELAS - IMPRESSORAS - PLOTTERS - VÍDEO - ATUADORES - CONTROLES (MOTOR) MUNDO DIGITAL 18

19 Estatística Conjunto de técnicas que permite de forma sistemática as seguintes operações sobre dados: 1. Organizar 2. Descrever 3. Analisar 4. Interpretar Dados = conjunto de valores (numéricos ou não). 19

20 Áreas da Estatística Estatística Descritiva: procura escrever e avaliar um certo grupo, sem tirar quaisquer conclusões ou inferências sobre um grupo maior. Pode ser resumida nas seguintes etapas: a) Definição do problema: b) Planejamento c) Coleta de dados d) Apresentação dos dados (tabela e gráficos) e) Descrição dos dados 20

21 Áreas da Estatística Estatística Indutiva: Se uma amostra é representativa de uma população, conclusões importantes sobre a população podem ser inferidas de sua análise. É a parte da estatística que trata das condições sob as quais essas inferências são válidas. Probabilidade: teoria utilizada para estudar a incerteza oriunda de fenômenos aleatórios. 21

22 Organização de Dados Questão: Dado um conjunto de dados, como tratar os seus valores a fim de extrair informações a respeito de uma ou mais características de interesse? Procedimentos básicos para o tratamento dos dados: Uso de tabelas de freqüências (contagens) e gráficos. Esses procedimentos devem levar em conta a natureza dos dados. 22

23 Tabela pequena: poucas características e poucos dados Peso No. de aluno Porcentagem Fácil analisar 23

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26 Fonte: IBGE PNAD 2007 Aula ( 3 26

27 O que é uma variável? É o que está sendo observado ou medido e que caracteriza o fenômeno em estudo. Exemplos: altura, sexo, cor do cabelo, cor dos olhos, idade, peso, expectativa de vida, partido político, tempo, resistência, etc... Modelagem estatística do problema => usar no Projeto Final! 27

28 Variáveis Cada característica de interesse é uma variável. Ou seja, variáveis são itens de dados. O método científico exige experimentos quantitativos. Tem que medir os fenômenos que ocorrem. Velocidade (metros por segundo). Tem que quantificar as condições. Meio onde a velocidade do som é medida (ar, água). Variáveis são as representações destas medidas. 28

29 Variáveis Independente: Valores manipulados ou selecionados pelo pesquisador (meio, idade, mês). Podem ser ou não a causa do variável dependente. Dependente: Valores observados, contados, medidos, que não estejam sob controle direto do pesquisador (velocidade, taxa de câmbio). Podem ser causados ou não pela variável independente. 29

30 Ex.: Qual é a relação entre o mês e a taxa de câmbio? Alternativa 1: Tabela Mês R$ Alternativa 2: Gráfico Jan Dez Taxa de câmbio R$/US$ Nov Out Set Ago Jul Jun Maio Mês Taxa 30

31 Variáveis Discretas e Contínuas Discretas: Conjunto enumerável de valores Nominais = categóricas: sem relação de ordem {presente, ausente}, {homem, mulher}, estado de origem (UF), base DNA A/C/T/G. Ordinais: com relação de ordem Classe sócio-econômica (A-E ou baixa, média, alta ), avaliação em escala Likert (nota 1-5), {PP, P, M, G, GG}, número de acidentes. Contínuas: Conjunto não-enumerável, valores reais, não discretizados Grandezas físicas ou químicas: velocidade, força, probabilidade, concentração, acidez, taxa de câmbio. 31

32 Computação como método científico Terceiro Pilar da Ciência 1) Teoria 2) Experimentação 3) Computação (modelagem) A simulação de modelos computacionais exige a tradução do modelo para um algoritmo. 32

33 Noções de Algoritmo Um algoritmo é uma seqüência finita de passos com o objetivo de executar uma tarefa. Muito comuns, receitas, manuais Computacionalmente: Um procedimento computacional que recebe valores de entrada e produz valores de saída. 33

34 Exemplo: Problema da Ordenação Entrada: Uma sequência aleatória de números. Saída :A mesma sequência de números ordenada. Se a entrada é : (8, 49, 12, 23) o seu algoritmo deve produzir como saída: (8, 12, 23, 49) Algoritmo Correto: Sempre termina, produzindo uma saída correta para qualquer instância de entrada 34

35 Algoritmo de Euclides (Grécia séc. IVa.c.) (Cálculo do MDC): Entrada: 2 valores inteiros positivos m e n (m > n). Saída: O Máximo Divisor Comum de m e n. Passo1: Faça x = m e y = n Passo2: Calcule o resto de x por y, isto é r = x mod y Passo3: Faça x = y e y = r Passo4: Se r!= 0 (r diferente de zero) volte para o passo2, senão retorne x como resposta. 35

36 Algoritmo Computacionalmente: x recebe m y recebe n Repita r recebe x mod y x recebe y y recebe r Até que r == 0 Imprime x 36

37 Exercício para casa 1) Faça um algoritmo para resolver uma Torre de Hanoi de N discos. Calcule o número de movimentos necessários. 2) Faça um algoritmo para resolver uma Torre de Hanoi com as seguintes regras: um disco deve ser movido de cada vez Pode ser colocado um disco maior sobre um menor Quais são as variáveis deste algoritmo? 37