Professoras: Ariane Machado Lima Fátima L. S. Nunesariane/ach2001/ACH2001-Aula03... · 2009. 3....

SISTEMAS DEINFORMAÇÃO

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Professoras:

�Ariane Machado Lima

� Fátima L. S. Nunes


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� Mais sobre a arquitetura de Von Neumann.

� Linguagens, compiladores e interpretadores.

� Representação interna dos dados.


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AlgoritmosAlgoritmosAlgoritmosAlgoritmos

Programas e Programas e Programas e Programas e

LinguagensLinguagensLinguagensLinguagens


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Qual a diferenQual a diferenQual a diferenQual a diferençççça entre a entre a entre a entre computadores e computadores e computadores e computadores e calculadoras?calculadoras?calculadoras?calculadoras?


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Qual a diferença entre computadores e

calculadoras?

� Computadores são programáveis � permiterealizar tarefas complexas.

� A forma que essas tarefas devem ser realizadas precisa ser descrita em umalinguagem apropriada.

Qual a diferenQual a diferenQual a diferenQual a diferençççça entre a entre a entre a entre computadores e computadores e computadores e computadores e calculadoras?calculadoras?calculadoras?calculadoras?


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� Algoritmos e programas � conceitos nãorestritos à computação.

� Tarefas algorítmicas:◦ Cozinhar;◦ Montar brinquedos;◦ Realizar cálculos matemáticos;◦ Tocar uma música em um instrumento musical.


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� Algoritmos:

◦ Seqüências finitas de regras ou instruções queespecificam como determinadas operações básicas, executáveis mecanicamente, devem ser combinadaspara a realização de tarefas desejadas.


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� Algoritmos:◦ Receitas de cozinha, instruções de montagem, regras de cálculo e partituras musicais.

� Programa é uma notação para um algoritmo:◦ Receita de cozinha pode ser denotada por:� um texto;� um áudio;� um vídeo;


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� Os programas, por sua vez, são descritos emdiferentes linguagens:◦ Receita de cozinha:� um texto � língua escrita (português, inglês, etc.);

� um audio � língua falada (português, inglês, etc.);� um vídeo � língua falada e imagens.

� As linguagens possuem diferentes níveis de expressividade.


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� O que diferencia os conceitos de algoritmo e programas em computação?

� Algoritmos:◦ tarefas automatizáveis por computadores.

� Programas:◦ Descrição de como os computadores devem realizaressas


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� A descrição das tarefas a serem realizadaspelos computadores é feita por meio de programas.

� Os programas, por sua vez, são descritosutilizando linguagens de programação.

� A idéia ou processo abstrato que esseprograma representa é chamado de algoritmo.


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Linguagem do Linguagem do Linguagem do Linguagem do computadorcomputadorcomputadorcomputador


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� Computadores são capazes de executarapenas um pequeno número de operaçõesbásicas bastante simples – carregar um valor; somar, dividir, multiplicar valores;

� Porém, em princípio, pode ser usado pararesolver qualquer problema cuja solução podeser obtida por meio de um algoritmo.

� Conjunto reduzido de instruções paracombinação dessas operações básicas ésuficiente para expressar qualquer algoritmocomputável.

Linguagem do Linguagem do Linguagem do Linguagem do computadorcomputadorcomputadorcomputador


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� Bohm e Jacopini (1966):

◦ Mostraram que apenas três estruturas de controlesão necessárias para representar um algoritmo:

� SeqSeqSeqSeqüüüüênciaênciaênciaência: ação 1; ação 2;

� SeleSeleSeleSeleççççãoãoãoão: seleção de um dentre vários cursos de açõesde acordo com uma condição;

� RepetiRepetiRepetiRepetiççççãoãoãoão: repetição de várias ações ou seqüências de ações de acordo com uma condição.

Linguagem do computadorLinguagem do computadorLinguagem do computadorLinguagem do computador


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� Dispositivos eletrônicos atuais são capazesde distinguir dois tipos de sinais elétricos:

◦ Passagem de corrente em um sentido;

◦ Passagem de corrente em sentido inverso.

� Ou seja, permitem distinguir um alfabeto com apenas dois símbolos:

◦ 1 (um) e 0 (zero) chamado



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� Dispositivos eletrônicos atuais são capazesde distinguir dois tipos de sinais elétricos:

◦ Passagem de corrente em um sentido;

◦ Passagem de corrente em sentido inverso.

� Ou seja, permitem distinguir um alfabeto com apenas dois símbolos:

◦ 1 (um) e 0 (zero) chamado BITBITBITBIT



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� Dados e operações são representadosem um computador por meio dalinguagem binária de zeros e uns.

◦ 10101101010000 pode ser usadopara representar a operação de soma de dois números.

� Números são representados, em um computador, no sistema de numeração de base 2 (falaremos maisdisso à frente).

� 8 bits = 1 ????



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� Dados e operações são representadosem um computador por meio dalinguagem binária de zeros e uns.

◦ 10101101010000 pode ser usadopara representar a operação de soma de dois números.

� Números são representados, em um computador, no sistema de numeração de base 2 (falaremos maisdisso à frente).

� 8 bits = 1 bytebytebytebyte



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� A linguagemconstituída pelasinstruçõesexecutadas pelocomputador, representadas naforma de seqüências de bits, é chamada de linguagem de máquina.



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OrganizaOrganizaOrganizaOrganizaçççção de ão de ão de ão de ComputadoresComputadoresComputadoresComputadores

(s(s(s(sóóóó uma breve introduuma breve introduuma breve introduuma breve introduçççção...)ão...)ão...)ão...)


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� Apesar do avanço da tecnologia de construção de computadores, todocomputador moderno mantém a organizaçãobásica da arquitetura de ????

Arquitetura atualArquitetura atualArquitetura atualArquitetura atual


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� Apesar do avanço da tecnologia de construção de computadores, todocomputador moderno mantém a organizaçãobásica da arquitetura de Von Neumann.

� Característica:



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� Apesar do avanço da tecnologia de construção de computadores, todocomputador moderno mantém a organizaçãobásica da arquitetura de Von Neumann.

� Característica: programa armazenado, juntocom os dados, na memória



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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória

Disco Fita Impressora

Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema

Dispositivos de Entrada/Saída



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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema



Estrutura de interconexão


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Filme!Filme!Filme!Filme!


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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� CPU – Central Processing Unit.

� Unidade Central de Processamento(processador) – não é a torre!

� Executa as instruções de um programaexpresso em linguaguem de máquina.

� Interpreta a instrução corrente, executaa operação especificada nessa instrução;

� Determina qual a próxima instrução quedeve ser executada.


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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RegistradoresRegistradoresRegistradoresRegistradores

� Células de armazenamento

� Acesso RÁPIDO

� Um deles é o contador de programa�Guarda o endereço da próxima instrução

� Um deles é o acumulador:�Armazena temporariamente os operando e os

resultados das operações executadas na ULA


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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� Interpreta cada instrução do programa queestá sendo executado (na memória) e estabelece a ordem de execução dessasinstrução.

� Comanda a operação dos demaiscomponentes do computador.

� Usa pelo menos dois registradores:◦ Um para armazenar a instrução corrente;◦ Outro para armazenar o endereço da próximainstrução a ser executada (contador de programas).


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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� Executa, a comando da UC, operaçõesespecificadas nas instruções de um programa� Ex: adição ou comparação de dois números

(binários).

� Um conjunto de registradores é usado paraarmazenar temporiamente os dados e resultados das operações (acumuladores)

� ULA + registradores = Unidade de operação


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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� Comumente chamada de memóriaprincipal ou RAM (Random Access Memory – memória de acessoaleatório).

� Usada para armazenar osprogramas a serem executados pelocomputador e os dados manipulados por esses programas.

� Arquitetura Von Neumann: programas e dados armazenados namemória principal.


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� Consiste em uma seqüência finita de unidades de armazenamento de dados, cadaqual com o seu endereço.

� Normalmente implementada como um conjunto de registradores implementados porflip-flops (circuitos que armazenam um bit).

� Cada unidade de armazenamento de dados memória é chamada de ?.


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� Consiste em uma seqüência finita de unidades de armazenamento de dados, cadaqual com o seu endereço.

� Normalmente implementada como um conjunto de registradores implementados porflip-flops (circuitos que armazenam um bit).

� Cada unidade de armazenamento de dados memória é chamada de palavrapalavrapalavrapalavra.


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� Uma palavra de memória é composta de um número pequeno de bytes (4 ou 8)

� Os dados ou instruções do programa sãoarmazenados em uma ou mais palavras de memória do computador.


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� A linguagem de máquina de um computador contéminstruções paratransferência de dados damemória para osregistradores do processador, e vice-versa.

� Nessas instruções, os dados ou programas sãoreferenciados por meio dos endereços das palavras de memória.

ULA

UC

Registradores

CPU

Memória

Sistema


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ULA

UC

Registradores

CPU

Memória


Vídeo Teclado

Barramento de

Sistema




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� Usados para comunicação de dados entre o computador e o mundo externo.


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Dispositivos de entradaDispositivos de entradaDispositivos de entradaDispositivos de entrada

� Entrada para o computador


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O QUE MAIS?




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Dispositivos de saDispositivos de saDispositivos de saDispositivos de saíííídadadada

� Saída do computador


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Dispositivos de entrada Dispositivos de entrada Dispositivos de entrada Dispositivos de entrada e sae sae sae saíííídadadada


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O QUE MAIS?


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� Uma linguagem de máquina possui:

◦ Instruções para comandar a execução de operaçõesprimitivas, tais como: somar dois números oucomparar se dois números são iguais;

◦ Instruções para transferência de dados entre memória e registradores do processador ou entre memória e dispositivos de E/S;

◦ Instruções para controlar o fluxo de execução das instruções de um programa


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� Linguagem de máquina:◦ Exemplos:� Carregar no registrador R1 o

valor armazenado no endereço3006 da memória;

� Somar os valores contidos nosregistradores R1 e R2 e armazenar o resultado em R1;

� “Desviar” para a instruçãoarmazenada no endereço 520 da memória, se o resultadoobtidado pela execução dainstrução anterior for diferentede zero.


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� As instruções anteriores, formadaspor dezenas de bits, eram utilizadaspara descrever algoritmos.

� Programar era trabalhoso, sujeito a erros difíceis de detectar e corrigir.

� Programadores começaram a utilizarnomes para as operações e dados, escrevendo as instruções anteriorescomo:


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Linguagem de mLinguagem de mLinguagem de mLinguagem de mááááquinaquinaquinaquina

� Carregar no registrador R1 o valor armazenado no endereço 3006 da memória� MOV R1, 3006

� Somar os valores contidos nos registradores R1 e R2 e armazenar o resultado em R1� ADD R1, R2

� “Desviar” para a instrução armazenada no endereço520 da memória, se o resultado obtido pela execuçãoda instrução anterior for diferente de zero� JNZ 520


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Instruções mnemônicas


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� As instruções mnemônicas acimas eramtraduzidas manualmente para seqüências de bits e depois carregadas na memória para execução.

MONTAGEM


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� A montagem do programa (escrito emlinguagem mnemônica) para linguagem de máquina foi transferida para o computador.

� O programa que traduz para linguagem de máquina é chamado de montador(assembler).

� A notação mnemônica traduzida é chamadade linguagem de montagem (assembly language).


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MONTADOR

ASSEMBLER


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� Linguagem de montagem tambémé difícil de programar � muitopróxima da linguagem de máquina � pouca relação com as abstrações usualmenteempregadas para construção de algoritmos e solução de programas.


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� Linguagem de montagem tambémé difícil de programar � muitopróxima da linguagem de máquina � pouca relação com as abstrações usualmenteempregadas para construção de algoritmos e solução de programas.

� Nova linguagens foramdesenvolvidas para facilitar a tarefa de programação.


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� Chamadas de linguagem de alto nível, essas linguagens oferecem:◦ Um conjunto mais rico de operaçõese construções sintáticas adequadaspara expressar de maneira natural algoritmos utilizados na solução de problemas.

� Linguagem de máquina e de montagem são chamadaslinguagem de baixo nível, emcontraposição.


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� Problema: ◦ Programa escrito em uma linguagem de alto nívelprecisa ser traduzido para linguagem de máquinapara ser utilizado em um computador.

◦ Como resolver?


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� Problema: ◦ Programa escrito em uma linguagem de alto nívelprecisa ser traduzido para linguagem de máquinapara ser utilizado em um computador.

� Um programa, chamado compilador, realizaesse processo de tradução, chamado de compilação.


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Compilador

Linguagem objeto

(linguagem de máquina -

Assembler ou código binário)

programa objeto

(código objeto)

Linguagem fonte

(linguagem de alto nível: Java,

C, Pascal, Cobol)

programa fonte

(código fonte)


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� Analisa o texto do programa fonte paradeterminar se ele estásintaticamentecorreto, isto é, emconformidade com as regras da gramática dalinguagem e, em casoafirmativo, gera o código objetoequivalente.

� Ex: linguagem C


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� Outra maneira de executaruma linguagem de alto nível.

� A idéia é interpretardiretamente as frases do programa fonte.

� Isto é, simular a execuçãodo programa “fazendo de conta” que a linguagem de alto nível é a “linguagem de máquina do computador”.


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� Um programa, chamado interpretador, interpreta diretamente as frases do programafonte fornecidos como entrada (juntamentecom os dados).

� Pode ser centenas de vezes mais lenta que a execução de código objeto gerado pelocompilador.

� Por quê?


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� Envolve análise sintática e simulação da execução de cadainstrução do programa. �análise e simulação realizadasem tempo de execução.

� Na compilação, a análisesintática e a tradução é feitapreviamente (antes daexecução) � análise realizadaem tempo de compilação.


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� Vantagens:◦ Mais fácil desenvolver

um interpretador do que um compilador.◦ Execução independe da

linguagem de máquinado computador, desdeque existainterpretadores paradiferentes máquinas.

� Java: misturacompilação e interpretação.


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� Compilador Java traduz um programa Java para programasescritos em código de maisbaixo nível � bytecodes.

� Bytecodes são interpretados; as instruções definidas pelosbytecodes constituem a “máquina virtual Java” (JVM –Java Virtual Machine).

� O interpretador Java para as diferente plataformas (Win, Linux, Sun etc) é tambémchamado de “máquina virtual Java” (JVM).


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� Vantagens da JVM:

◦ Bytecodes são maisfáceis de interpretar do que programas fontesJava � interpretaçãomais rápida.

◦ Aplicações para a internet � programasem bytecodes podem ser transferidos através darede e executado emqualquer outrocomputador quedisponha de uma JVM.


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Sistema OperacionalSistema OperacionalSistema OperacionalSistema Operacional


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� Controla a operação emconjunto dos diversoscomponentes do computador –processador, memória e dispositivos de E/S – assimcomo a execução simultâneade diversos programas pelocomputador.

� O núcleo do SO é iniciado no momento em que é ligado o computador, quando étransferido do disco para a memória, ficando residenteenquanto o computador estiverligado.


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� O núcleo do SO provê umainterface adequada entre a máquina e os demaisprogramas do SO.

� Estes, por sua vez, oferecemuma interface adequada paraos diversos componentes do computador e para os usuáriose seus programas.


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� Camarão, C.; Figueiredo, L. “Programação de Computadores em Java”, Livros Técnicos e Científicos Editora, 2003. Capítulo 1.

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