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Laboratório I
Mateus Raeder
Material baseado nos originais da Profa. Denise Bandeira e do Prof. Aníbal P. Cardoso
Mateus Raeder – março de 2010
Introdução
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
Arquitetura de Von Neumann
Mateus Raeder – março de 2010
Arquitetura de Von Neumann
CPU
Entradae Saída Memória Principal
Unidade de Controle
UnidadeAritmética e Lógica
Arquitetura de Von Neumann
Mateus Raeder – março de 2010
Arquitetura de Von Neumann
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)
Mas o que é uma instrução?
Mateus Raeder – março de 2010
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
7 – 5 =
Mateus Raeder – março de 2010
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
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?
Linguagem de máquina
Linguagem de programação de alto nível
Tipo mais primitivo de linguagem. É a linguagem que o computador entende.
Tipo de linguagem criada para facilitar a comunicação com a máquina. Deve ser traduzida em linguagem de máquina.
Mateus Raeder – março de 2010
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
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
ExecuçãoInterpretador
Programa fonteExemplo: teste.py
Mateus Raeder – março de 2010
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
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
Processo de Compilação
Compilador
Programa fonteExemplo: teste.c
010011100110011101001011000111101010110011001001
Programa objeto
Arquitetura Execução
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
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)
Compiladorjavac
Programa fonteExemplo: teste.java
010011100110011101001011000111101010110011001001
Programa objeto (bytecode)
Máquina Virtual Java
(JVM)Execução
Exemplo: teste.class
Mateus Raeder – março de 2010
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
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
Algoritmo
Exemplos de algoritmos do dia-a-dia:
- vir para a Unisinos
- escovar os dentes
- comprar comida
- outros?
Mateus Raeder – março de 2010
Algoritmo
Formas de representação de um algoritmo: FLUXOGRAMA
Ir até o açougue
Açougue fechado?
Escolher carne
Carneruim?
Comer miojo
Comprar carnenão
sim
sim
não
Início
Mateus Raeder – março de 2010
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