Laboratório I

1. Laboratório I Mateus Raeder Material baseado nos originais da Profa. Denise Bandeira e do Prof. Aníbal P. Cardoso

2. Apesar das mudanças na informática nas últimas décadas, grande parte dos computadores ainda segue a arquitetura de Von Neumann Esta arquitetura foi proposta por Neumann (John Von Neumann) na década de 40 Composto por basicamente 3 subsistemas: CPU, Unidade de Memória Principal (RAM) e Unidades de Entrada/Saída Introdução Arquitetura de Von Neumann Mateus Raeder – março de 2010

3. Arquitetura de Von Neumann CPU Unidade Aritmética e Lógica Unidade de Controle Entrada e Saída Memória Principal Arquitetura de Von Neumann Mateus Raeder – março de 2010

4. Arquitetura de Von Neumann Mas o que é uma instrução? • Unidade de Controle: identifica e decodifica as instruções, acionando a unidade responsável pela sua execução • Unidade Aritmética e Lógica: executa as operações lógicas e aritméticas • Unidade de Memória Principal (RAM - Random Access Memory): armazena o programa e seus respectivos dados. O programa e os dados devem estar na memória RAM no momento da execução. • Unidades de Entrada: transferem informações externas à máquina para a Unidade de Memória Principal (por exemplo, mouse, scanner, teclado, webcam, microfone) • Unidades de Saída: exibem as informações que encontram-se guardadas na Unidade de Memória Principal através de algum meio que seja legível aos seres humanos (por exemplo, monitor de vídeo, caixas de som, impressora) Mateus Raeder – março de 2010

5. 7 – 5 = Instruções Mas o que é uma instrução? • Instrução (ou comando) é uma regra que vai indicar ao computador quais os dados a serem operados e qual a operação a ser realizada. • Por exemplo: • A CPU, então, executa alguns passos para que cada uma das instruções sejam corretamente efetuadas Mateus Raeder – março de 2010

6. Instruções – etapas de processamento As etapas para o processamento de uma instrução são (basicamente): • A Unidade de Controle busca a instrução na memória • A Unidade de Controle decodifica a instrução, definindo as posições de memória necessárias para sua execução • A Unidade de Controle transfere os dados para a Unidade Aritmética e Lógica • A Unidade Aritmética e Lógica executa as operações sobre os dados e o resultado é armazenado na memória Mateus Raeder – março de 2010

7. Linguagem de Máquina x Linguagem de Alto Nível • Podemos, então, passar para a máquina o conjunto de instruções que desejamos que sejam executadas • Porém, a máquina não entende a nossa linguagem • Então, como passamos estas instruções para a máquina? Tipo mais primitivo de linguagem. É a linguagem que o computador entende. Linguagem de máquina Tipo de linguagem criada para facilitar a comunicação com a máquina. Deve ser traduzida em linguagem de máquina. Linguagem de programação de alto nível Mateus Raeder – março de 2010

8. Processos de tradução • Existem diversas linguagens de programação de alto nível. Por exemplo: C, C++, Java, Pascal, Delphi, etc. • Os programas de computador são, então, escritos utilizando uma linguagem de programação de alto nível (na qual um código ou programa fonte é criado) e são traduzidos para a linguagem de máquina • Os 2 principais processos que traduzem programas escritos em uma linguagem de alto nível para a linguagem de máquina são interpretação e compilação Mateus Raeder – março de 2010

9. Processo de Interpretação • Um interpretador é um programa que recebe como entrada um arquivo contendo um programa fonte • O interpretador lê linha a linha este arquivo de entrada, e executa uma a uma as instruções que estão nele programadas Execução Interpretador Programa fonte Exemplo: teste.py Mateus Raeder – março de 2010

10. Processo de Interpretação • Um programa pode ser executado em qualquer máquina, desde que haja o interpretador disponível para utilização • Porém, pode-se perceber que a execução de um programa que utiliza um interpretador é relativamente lenta, pois a cada nova linha lida no programa fonte, esta deve ser decodificada antes de ser executada • Se houver algum erro de no código (que vá contra as definições da linguagem), o programa será interrompido abruptamente com um erro Mateus Raeder – março de 2010

11. Processo de Compilação • Um compilador é um programa (ou um conjunto de programas) que recebe como entrada um programa fonte e cria um novo arquivo como saída • O arquivo de entrada é o código fonte escrito pelo programador • O arquivo que o compilador produz, é normalmente identificado como código objeto • Este código objeto contém instruções de baixo nível, traduzidas para a linguagem de máquina Mateus Raeder – março de 2010

12. 010011100110011101001011000111101010110011001001 Processo de Compilação Arquitetura Execução Compilador Programa fonte Programa objeto Exemplo: teste.c • O código produzido não é portável para qualquer arquitetura • Diferentes compiladores são construídos para as diferentes arquiteturas de processadores (diferentes famílias de processadores possuem conjuntos diferentes de instruções) • O compilador somente gera corretamente o código objeto caso não tenha encontrado um erro de compilação Mateus Raeder – março de 2010

13. 010011100110011101001011000111101010110011001001 Linguagem Java • Java é uma linguagem compilada • O compilador Java, entretanto, não gera código para um processador específico, mas sim para uma máquina virtual Java (a JVM - Java Virtual Machine) Máquina Virtual Java (JVM) Compilador javac Execução Programa fonte Programa objeto (bytecode) Exemplo: teste.java Exemplo: teste.class Mateus Raeder – março de 2010

14. Linguagem Java • Os programas escritos em Java são, portanto, portáveis sobre todos os computadores para os quais existir uma implementação da JVM • Desta forma, Java possui tanto beneficios característicos das linguagens compiladas uma vez que a execução de um programa não corre o risco de ser abortada devido a um erro de sintaxe no seu código • quanto das linguagens interpretadas uma vez que executa sobre uma máquina virtual que tem um comportamento semelhante a um interpretador Mateus Raeder – março de 2010

15. Algoritmo • Um algoritmo é uma sequência de passos finita, que devem ser seguidos para alcançar algum objetivo • Para ordenar ao computador que realize uma determinada tarefa, um algoritmo é descrito em uma linguagem de programação • Este algoritmo é, então, compilado (ou interpretado) e executado Mateus Raeder – março de 2010

16. Algoritmo • Exemplos de algoritmos do dia-a-dia: • vir para a Unisinos • escovar os dentes • comprar comida • outros? Mateus Raeder – março de 2010

17. Algoritmo Formas de representação de um algoritmo: FLUXOGRAMA Início Ir até o açougue sim Açougue fechado? não Escolher carne Comer miojo sim não Carne ruim? Comprar carne Mateus Raeder – março de 2010

18. Algoritmo Formas de representação de um algoritmo: PORTUGUÊS ESTRUTURADO se quero comprar carne então vou ao açougue se o açougue está fechado então vou comer miojo se o açougue não está fechado então vou escolher a carne se a carne está ruim então vou comer miojo se a carne não está ruim então compro a carne Mateus Raeder – março de 2010