O documento apresenta uma aula introdutória sobre algoritmos e estruturas de dados. A aula discute conceitos básicos como modelo de computador, instruções, dados e memória. Também apresenta os principais componentes de um computador como a CPU, memória principal e unidades de entrada e saída. Por fim, explica termos como hardware, software, programa e organização funcional de um sistema de computação.

1. 3/31/11
Aula
1:
Introdução
Algoritmos
e
Estruturas
de
Dados
I
• Modelo
de
computador
simplificado
(AEDS
I)
• Instruções
• Dados
Prof.
Olga
N.
Goussevskaia
• Memória
olga@dcc.ufmg.br
• Linguagens
de
programação
Obs: Alguns slides por Profa Mirella M. Moro
Por
que
computação?
Por
que
computação?
Por
que
computação?
Por
que
computação?
1

2. 3/31/11
Por
que
computação?
Computador
• Máquina
que
processa
dados
em
menos
tempo
e
com
mais
segurança
– “Processamento
eletrônico
de
dados.”
• Funções
básicas
do
computador:
– Entrada
de
dados
– Processamento
de
dados
– Saída
de
informações
– Armazenamento
de
informações
• Informá(ca
(Informação
Automá(ca)
– Ciência
que
abrange
todas
as
aWvidades
relacionadas
com
o
processamento
automáWco
de
informações
8
Terminologia
Terminologia
• Dado
• Programa
– Informação
que
será
trabalhada
durante
o
processamento
– roteiro
que
orienta
o
computador,
mostrando-­‐lhe
a
seqüência
de
• Exemplos
operações
necessárias
para
executar
uma
determinada
tarefa
– 10
(idade),
12
x
8
(pressão
arterial),
1.99
(altura
em
metros)
– seqüência
de
instruções
que
dirigem
a
CPU
(Central
Processing
Unit)
na
• Instrução
execução
de
alguma
tarefa
– Operação
elementar
que
o
computador
tem
a
capacidade
– composto
por
uma
série
de
comandos
ou
instruções
de
processar
• Hardware
– Conjunto
básico,
comum
à
maioria
das
linguagens:
– conjunto
de
componentes
mecânicos,
elétricos
e
eletrônicos
com
os
• Entrada
e
saída
(E/S)
de
dados
quais
são
construídos
os
computadores
e
equipamentos
periféricos
• Movimentação
de
dados
(transferência)
• Soiware
• AritméWca:
adição,
mulWplicação,
etc.
– conjunto
de
programas
e
procedimentos
que
permitem
usufruir
da
• Testes:
verificação
de
certas
condições
(comparação)
capacidade
de
processamento
fornecida
pelo
hardware
• RepeWção
de
ações,
em
geral,
com
algumas
variações
9
10
Organização
funcional
Organização
funcional
• Sistema
Central
– Unidade
Central
de
Processamento
(UCP/CPU/
microprocessador)
• Unidade
de
Controle
• Unidade
AritméWca
e
Lógica
– Clock
– Memória
Principal
– Interfaces
• Unidades
de
Entrada
e
Saída
(E/S)
11
12
2

3. 3/31/11
Sistema
central
Sistema
central
• CPU/microprocessador
– Unidade
de
Controle
• Memória
principal
• Controla
o
fluxo
de
informações
entre
todas
as
unidades
do
computador
e
executa
as
instruções
na
seqüência
correta
– Armazena
temporariamente
as
informações
– Unidade
Aritmé(ca
e
Lógica
(UAL)
(instruções
e
dados)
• Realiza
operações
aritmé(cas
(cálculos)
e
lógicas
(decisões),
comandada
por
instruções
armazenadas
na
memória
– Dados
ficam
disponíveis
ao
processamento
(pela
– Fica
em
uma
placa
de
circuitos
chamada
placa-­‐mãe
(“motherboard”)
ULA)
e
para
transferência
para
os
equipamentos
de
saída
• Clock
(relógio)
– Os
microprocessadores
trabalham
regidos
por
um
padrão
de
tempo
– Organizada
em
porções
de
armazenamento,
cada
• determinado
por
um
clock
– Gera
pulsos
a
intervalos
regulares
qual
com
um
endereço
– A
cada
pulso
uma
ou
mais
instruções
internas
são
realizadas
– Dois
Wpos
de
circuito:
ROM
e
RAM
13
14
Sistema
central
Sistema
central
Memória
principal
Memória
principal
• ROM
(Read
Only
Memory)
– Tipicamente
menor
que
a
RAM
• RAM
(Random
Access
Memory)
– Não
depende
de
energia
para
manter
o
seu
conteúdo
– Memória
temporária
– Memória
permanente
– UWlizada
pelo
usuário
para
desenvolver
seus
programas
– Informações
não
podem
ser
apagadas
(casos
especiais)
– Uso
restringe-­‐se
ao
período
em
que
o
equipamento
está
– Geralmente
vem
gravada
do
fabricante
– Apenas
de
leitura
em
funcionamento
– Programas
em
memória
ROM
– Memória
é
voláWl
(seu
conteúdo
pode
ser
apagado)
• RoWna
de
inicialização
do
computador,
reconhecimento
do
hardware,
idenWficação
• Armazenar
programas
e
dados
do
sistema
operacional,
contagem
de
memória
• Guardar
resultados
intermediários
do
processamento
• Orientar
o
computador
nas
primeiras
operações
– Podem
ser
lidas
ou
gravadas
informações
15
16
Sistema
central
Sistemas
de
E/S
(I/O)
Barramentos
Periféricos
(ou
Unidades
de
Entrada
e
Saída,
(Input/Output))
• Transportam
sinais
de
dados,
endereço
e
controle
• DisposiWvos
conectados
a
um
computador
que
possibilitam
a
comunicação
do
computador
com
o
mundo
externo
• Unidades
de
entrada
– Permitem
que
informações
sejam
introduzidas
na
memória
do
computador
– Exemplo:
mouse
– Forma
armazenável
internamente
(bits)
• Unidades
de
saída
– Transformam
a
codificação
interna
dos
dados
em
uma
forma
legível
pelo
usuário
– Exemplo:
Impressora
17
18
3

4. 3/31/11
Instruções
Instruções
• Programa
• Uma
instrução
é
consWtuída
basicamente
de:
– código
de
operação
– seqüência
de
instruções
– endereço
dos
operandos
• Computador
analisa
e
executa
uma
a
uma
0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1
• Execução
ocorre
na
ULA,
sob
coordenação
da
Cód. de operação End. do 1º operando End. do 2º operando
UC
– Da
seção
de
controle,
seguem
para
a
memória
os
endereços
dos
• Na
execução:
operandos
– Operandos
são
localizados
e
transferidos
para
a
ULA
– instruções
e
dados
estão
na
memória
– A
úlWma
etapa
consiste
em
transferir
o
conteúdo
do
registrador
que
– são
trazidos
da
memória
para
a
CPU
contém
o
resultado
para
a
memória
– UC
analisa
a
instrução
19
20
Instruções
Representação
dos
dados
• Bit
Categorias
de
Instruções
– BInary
digiT
• Instruções
de
E/S
– Componente
básico
da
memória
– É
a
menor
unidade
de
informação
– leituras
de
fita,
disco
magnéWco,
gravação
etc
– Pode
assumir
dois
valores
ou
senWdos
• Instruções
de
transferência
• 1
=
ligado
• 0
=
desligado
– da
memória
pra
CPU,
de
um
registrador
para
outro
• Byte
• Instruções
AritméWcas
– Agrupamento
de
8
bits
– adição,
subtração,
mulWplicação,
divisão
– Normalmente
corresponde
a
um
caractere:
letra,
dígito
numérico,
caractere
de
pontuação,...
• Instruções
Lógicas
– Com
um
byte
é
possível
representar-­‐se
até
256
símbolos
diferentes
– E
(AND),
OU
(OR),
NÃO
(NOT)
• Palavra
de
memória
– número
de
bits
que
o
computador
lê
ou
grava
em
uma
única
operação
(tanto
dados
como
instruções)
– tamanho
da
palavra
de
memória
pode
variar
de
computador
para
computador:
32
ou
64
bits
21
22
Representação
dos
dados
Representação
de
Dados
• Códigos
de
representação
de
dados
• Kilobyte
(Kb):
1024
(210)
bytes.
– Caractere
é
a
unidade
básica
de
armazenamento
na
maioria
dos
sistemas
– Armazenamento
de
caracteres
(letras,
números
e
outros
símbolos)
é
feito
através
de
um
– Capacidade
de
memória
dos
computadores
pessoais
esquema
de
codificação
• certos
conjuntos
de
bits
representam
certos
caracteres
mais
anWgos.
– Bastante
uWlizados:
ASCII,
EBCDIC,
UNICODE
• Megabyte
(Mb):
aproximadamente,
um
milhão
(220)
de
bytes.
• ASCII
(American
Standard
Code
for
Informa6on
Interchange)
– Código
uWlizado
pela
maioria
dos
microcomputadores
– Memória
de
computadores
pessoais.
– DisposiWvos
de
armazenamento
portáteis
(disquetes,
CD-­‐
ROMs).
• Gigabyte
(Gb):
aproximadamente,
um
bilhão
(230)
de
bytes.
• Unidades
de
Medida
– DisposiWvos
de
armazenamento
(discos
rígidos).
– QuanWficar
a
memória
principal
do
equipamento
– Indicar
a
capacidade
de
armazenamento
(disco,
CD-­‐ROM,
fita,
etc.)
– Memória
de
mainframes
e
servidores
de
rede.
• Terabyte
(Tb):
aproximadamente,
um
trilhão
(240)
de
bytes.
– DisposiWvos
de
armazenamento
para
sistemas
muito
grandes.
23
24
4

5. 3/31/11
Representação
de
Dados
Níveis
de
memória
• 1
página
txt
ASCII
:
2
Kbytes
• Diferentes
velocidades
de
acesso
• 1
página
Word
:
28
Kbytes
• 100
páginas
Word
:
300
Kbytes
• 1
disquete
:
1,44
Mbytes
• Dicionário
completo
:
24
Mbytes
• 1
CD
:
700
Mbytes
• 1
DVD
:
4
Gbytes
• 1
HD
:
80
Gbytes
25
26
Níveis
de
memória
Soiware
• Memória
Cache
• Soiware
básico
– Alyssima
velocidade
de
acesso
– Conjunto
de
soiwares
que
permite
ao
usuário
– Acelerar
o
processo
de
busca
de
informações
na
memória
criar,
depurar
e
modificar
as
aplicações
criadas
– Localizada
logicamente
entre
o
processador
e
a
memória
principal
– Pode
tanto
integrar
o
microprocessador
(cache
interna),
como
consisWr
de
chips
por
ele
adicionais
instalados
na
placa-­‐mãe
do
micro
(cache
externa)
• Sistema
operacional,
linguagens
de
programação,
compiladores,
– Tamanho
Wpicamente
pequeno:
cache
interna:
até
512K;
cache
externa:
até
uWlitários
2Mb
• Memórias
Auxiliar
e
Auxiliar-­‐Backup
• Soiware
aplicaWvo
– Discos,
CDs
e
fitas
– Aplicações
criadas
para
solucionar
problemas
específicos
• Exemplos:
web
browser,
mp3
player,
video
player,
contabilidade,
folha
de
pagamento,
correção
de
provas
27
28
Soiware
Básico
–
Sistema
Operacional
Soiware
Básico
–
Sistema
Operacional
SISTEMA
OPERACIONAL
• Conjunto
de
programas
supervisores
que
gerenciam
os
recursos
(hw
e
sw)
de
um
sistema
de
computação
• Funções:
– Gerência
de
memória
– Gerência
de
processador
– Gerência
de
arquivos
– Gerência
de
disposiWvos
de
E/S
(periféricos)
• Tarefas
específicas:
S.O.
– Ler
a
tecla
pressionada
no
teclado
– Transferir
um
arquivo
do
disquete
para
a
memória
principal,
etc
• Ex.:
MS-­‐DOS,
Windows,
Linux,
MacOS,
Unix,
...
29
30
5

6. 3/31/11
Soiware
Básico
–
Ling.
de
Programação
Soiware
Básico
–
Ling.
de
Programação
LINGUAGENS
DE
PROGRAMAÇÃO
VISÃO
GLOBAL
1a
geração
-­‐
Linguagens
de
máquina
• Conjunto
de
convenções
e
regras
que
– 0010
0001
0110
1100
especificam
como
instruir
o
computador
a
2a
geração
-­‐
Linguagens
de
montagem
(assembly)
– ADD
R1,
TOTAL
BAIXO NÍVEL
executar
determinadas
tarefas
3a
geração
-­‐
Linguagens
orientadas
ao
usuário
ALTO NÍVEL
• Serve
como
meio
de
comunicação
entre
o
– LET
SOMA
=
VAR1
+
TOTAL
– IF
SOMA
>
3
THEN
EXIT
indivíduo
que
deseja
resolver
um
determinado
4a
geração
-­‐
Linguagens
orientadas
à
aplicação
problema
e
o
computador
– LIST
ALL
NOME,
ENDERECO,
TELEFONE
– FOR
CIDADE
=
“PORTO
ALEGRE”
5a
geração
-­‐
Linguagens
de
conhecimento
(IA)
31
32
1a
geração
-­‐
Linguagens
de
Máquina
2a
geração
-­‐
Linguagens
de
Montagem
• Linguagem
de
máquina
escrita
em
notação
binária
• Linguagem
de
baixo
nível
– Exemplo:
• Minimizar
as
dificuldades
da
programação
em
notação
binária
0010
0001
0110
1100
– Assemblers
(montadores)
• Usam
códigos
mnemônicos
com
letras
e
números
para
Endereço da posição de memória
representar
os
comandos,
por
exemplo:
que contém o dado
– LOAD
B:
carrega
no
registrador
o
dado
que
está
no
endereço
B
Endereço do registrador – ADD
A:
adiciona
ao
registrador
o
dado
que
está
no
endereço
A
– ADD
R1,
TOTAL:
R1
representa
o
registrador
1
e
TOTAL
é
o
nome
Código da operação: Adição atribuído
ao
endereço
de
memória
108
– soma
do
dados
armazenado
no
registrador
0001
com
o
dado
• Processamento
requer
tradução
para
linguagem
de
máquina
armazenado
na
posição
de
memória
0110
1100
• Programa
=
seqüência
de
zeros
e
uns
– Programação
trabalhosa,
cansaWva
e
fortemente
sujeita
a
erros
33
34
3a
geração
–
Lings.
Orientadas
ao
Usuário
4a
geração
–
Lings.
Orientadas
à
Aplicação
• Linguagem
genérica
de
alto
nível
• Usam
comandos
com
nomes
geralmente
• Linguagem
orientada
à
aplicação
auto-­‐explanaWvos
• Gera
código
a
parWr
de
expressões
de
alto
nível
– Exemplo:
read,
write,
if,
open…
Exemplo em Pascal • Facilita
o
uso
da
linguagem
program Exemplo;
• Principais
linguagens
var a,b: integer; • Exemplo:
DBASE,
SQL
– Fortran
(1954)
begin
– Cobol
(1959)
write ('Digite um número para A'); Exemplo em DBASE
– Basic
(1965)
readln (a); List All Nome, Endereco, Telefone
write ('Digite o número para B');
– Pascal
(1975)
readln (b);
For Cidade = “Porto Alegre”
– C
(1980)
if (a > b) then
writeln ('A é maior que B') Lê todos os registros que compõem um
else arquivo e, para cada lido, seleciona
writeln ('B é maior que A'); aqueles cuja cidade = “Porto Alegre”.
end.
35
36
6

7. 3/31/11
5a
geração
–
Linguagens
de
Conhecimento
Linguagens
de
programação
• Mecanismos
da
área
de
Inteligência
ArWficial
 C:
uma
linguagem
de
programação
de
alto
– São
criadas
bases
de
conhecimentos,
obWdas
a
parWr
de
especialistas,
nível
e
as
linguagens
fazem
deduções,
inferências
e
Wram
conclusões
baseadas
nas
bases
de
conhecimento.
 Outros
exemplos:
Java,
Pascal,
C++
• Exemplos:
Prolog,
Lisp,
Art
 Vantagens:
simplifica
muuito
o
trabalho
do
programador;
código
mais
curto,
mais
simples
de
ler;
independente
de
plataforma
(HW,
SO)
PS: no site
http://www2.latech.edu/~acm/HelloWorld.shtml
você pode encontrar o programa ‘Hello World’
implementado em dezenas de linguagens  Linguagens
de
baixo
nível:
 Linguagem
de
máquina,
de
montagem
(assemply)
37
Linguagens
de
programação
Tradutores
de
linguagens
de
programação
 A
grande
maioria
de
programas
são
escritos
em
linguagens
de
alto
nível
 Mas
computadores
só
podem
executar
programas
escritos
em
linguagem
de
baixo
nível!
 Programas
escritos
em
linguagem
de
alto
nível
UCP
deve
ser
traduzido
por
um:
 Interpretador
ou
 Compilador
40
Tradutores
de
linguagens
de
Tradutores
de
linguagens
de
programação
programação
• Compilador
• Tradutor
– Traduz
um
programa
escrito
em
linguagem
de
alto
nível
– Produz
um
programa
em
linguagem
objeto
(linguagem
executável,
ou
seja,
– Recebe
como
entrada
um
programa
escrito
em
uma
linguagem
de
linguagem
de
máquina)
programação
(dita
linguagem
fonte)
• Pode
ser
executado
uma
ou
mais
vezes
no
futuro
– Produz
como
resultado
as
instruções
deste
programa
traduzidas
para
• Enquanto
o
código
fonte
do
programa
não
for
alterado,
ele
poderá
ser
linguagem
de
máquina
(i.e.
linguagem
objeto)
executado
sucessivas
vezes,
sem
necessidade
de
nova
compilação
• Se
a
linguagem
do
programa
fonte
é
uma
linguagem
de
• Interpretador
– Traduz
um
programa
escrito
em
linguagem
fonte,
instrução
a
instrução,
montagem
(Assembly)
enquanto
ele
vai
sendo
executado
– Tradutor
é
chamado
de
Montador
(Assembler)
– Cada
vez
que
um
programa
interpretado
Wver
que
ser
re-­‐executado,
todo
o
processo
de
interpretação
deverá
ser
refeito,
independentemente
de
ter
• Tradutores
que
traduzem
os
programas
escritos
em
linguagem
havido
ou
não
modificações
no
código
fonte
do
programa
desde
sua
úlWma
de
alto
nível
execução
– Compiladores
e
os
interpretadores
• Programas
compilados
tendem
a
ser
executados
mais
rapidamente
que
seus
correspondentes
interpretados
41
42
7

8. 3/31/11
Tradutores
de
linguagens
de
Linguagens
de
programação
programação
 Exemplos
de
linguagens
interpretadas:
 MATLAB,
Javascript,
Python,
Perl,
PHP
(scripts)
 Exemplos
de
linguagens
compiladas:
 Pascal,
C,
C++,
C#,
Java
(JVM
bytecode)
43
Próxima
aula:
Lógica
de
Programação
8