Informáca para as Ciências e Engenharias Versão : C (Engenharia …icec.ssdi.di.fct.unl.pt/1617/teoricas/T01/icec_t01.pdf · (Engenharia Civil) Pedro Barahona 2016 / 17 Introdução

Informá(caparaasCiênciaseEngenhariasVersão:C

(EngenhariaCivil)

PedroBarahona

2016/17

Introdução

•  Esta unidade curricular, é uma variante de outras similaresleccionadasaoutroscursosdaFCT/NOVA,sendoleccionadaatodososperfisdo

«  MIEC-MestradoIntegradoemEngenhariaCivil

eemque:§  São introduzidos os conceitos básicos da arquitectura de um

computadoredociclodevidadeumprograma.

§  É feita a aprendizagemdos conceitos fundamentais daprogramaçãoimpera(vapara resolverproblemas simplesdasáreasdasCiênciaseEngenharias.

§  Éfeitaumaintroduçãomuitosucintaàsbasesdedadosrelacionais,àsredesdecomputadorese,empar(cular,àWorldWideWeb.

6Março2017 ICE-cAula1:Introdução 2

InformaçãoGeral

•  Docentes,obje(vosetópicosdoprograma

•  Funcionamentoetrabalhodosalunos

•  Avaliação•  Bibliografia


DocenteseObjec(vos

•  Docentes§  Teóricas

«  PedroBarahona

§  Prá(cas«  SusanaNascimento(TurnosP2eP3)

«  Adefinir(TurnoP1)

•  Objec(vos§  Adquirirumavisãoemlarguradasmetodologiaseferramentasque

a Informá(ca disponibiliza para a resolução de problemas dasáreasdasCiênciaseEngenharias.


TópicosdoPrograma

1.  Introdução.

2.  ConceitosfundamentaisdaProgramação(1ªparte).

3.  Redesdecomputadores.AWeb.

4.  ConceitosfundamentaisdaProgramação(2ªparte).

5.  IntroduçãoàsBasesdeDados.

6.  Aplicaçõesespecíficas


Funcionamento

•  Assume-sequeosalunosnãotêmconhecimentospréviosdeInformá(ca

•  Asaulasteóricasjácomeçaram:Hoje!§  Oestudodevecomeçartambémhoje.

•  Asaulasprá(cascomeçamparaasemana.§  Háumaaulaprá(cade3horasporsemana.

•  A presença nas aulas é muito recomendada mas não é

obrigatória.


TrabalhodoAluno

•  6créditossegundoosistemaECTS•  1crédito=28horasdetrabalho•  Horasemcontacto

§  Aulasteóricas(2hporsemana)§  Aulasprá(cas(3hporsemana)§  Esclarecimentodedúvidas(nohoráriodeatendimento)

•  Horasemautonomia§  Estudodamatériadasaulasteóricaseprá(cas,preparaçãoparaos

testeseparaostrabalhosprá(cos§  Realizaçãodostrabalhosprá(cos


TrabalhodoAluno

•  6ECTS*28horas/ECTS=168horas•  Horasemcontacto

§  Aulasteóricas:14semanas*2h/semana = 28horas

§  Aulasprá(cas:14semanas*3h/semana = 42horas

•  Horasdeestudoporsemana§  Estudo:14semanas*4h/semana = 56horas

•  Avaliação§  Realizaçãodostrabalhosprá(cos: = 40horas

§  TesteseExame = 4horas


Avaliação(Teórica)

•  2TestesouExame(deRecurso)§  T1–29deAbrilàs9h00;

§  T2–5deJunhoàs18h00;

§  Ex–7deJulhoàs9h00.

•  NotadaComp.Teórico-Prá(ca(CompTP):§  CompTP=(T1+T2)/2ouCompTP=Ex

•  Paraobteraprovação:§  CompTP≥8.5(?)


Avaliação(Prá(ca)

•  1TrabalhosPrá(cos(gruposde1ou2alunos)§  TP1–entrega(eletrónica)até???;discussõesmarcadascomodocente.

•  3ExercíciosdeProgramaçãopequenadimensão(individuais)§  EP1,EP2eEP3–datasadefinir§  EntreguesviaWeb

•  NotadaComponenteLaboratorial(CompL):§  CompL=(4TP1+EP1+EP2+EP3)/7

•  Paraobterfrequência:§  CompL≥8.5(?)


Avaliação(Aprovação)

•  Notafinal(NF)dosalunoscomfrequência:§  NF=CompTP (seCompTP<8.5)§  NF=0.4CompL+0.6CompTP(seCompTP≥8.5)

NotasAnteriores•  Osalunosqueob(veramfrequênciaaICEapós2013/14:

§  Estãodispensadosderealizarostrabalhos;§  Seos realizarem,CompLéomáximoentreaCompLanterioreaob(da

esteano.

•  OsalunoscomCompTP≥8.5aICEapós2013/14:§  Estãodispensadosderealizarostesteseoexame;§  Seosrealizarem,CompTPéomáximoentreaCompTPanterioreaob(da

esteano.


InformaçãoAdicional

•  Bibliografia§  AllenB.Downey.PhysicalModelinginMATLAB(version1.1.3).

«  VersãoPDFdisponívelemhvp://greenteapress.com/matlab/

§  SlidesdasTeóricas

•  Sowware§  Octave–versãogratuitadosistemaMATLAB

§  Descarregável paraPCs (windows /Mac) – consultar a páginadeICE-c

•  PáginaWebdeiCE-c§  2013/14:hvp://icec.ssdi.di.fct.unl.pt


Sumário

•  Sistemacomputacional§  Componentes

§  Execuçãodeprogramas

•  Matlab§  Modelodeexecução–interpretador.

§  Expressõesaritmé(caseatribuição.Strings.


Informá(ca

•  É o ramo da Ciência e da Engenharia que estuda oprocessamentoautomá(codeinformação§  ossistemascomputacionais

§  aconceçãoedesenvolvimentodeprogramas

§  osambientesdeprogramação,etc.

•  A Informá(ca contribui para a resolução de problemas detodasasáreas,nomeadamenteciênciaseengenharias.

•  Os computadores são usados para executar programas etambémparaosdesenvolver.


Sistemacomputacional

•  Hardware§  Disposi(voseletrónicosquecompõemumcomputador

•  Sowware§  Programasexecutadospelohardware

«  Sowwaredesistema:controlaaexecuçãodeaplicações

«  Aplicações:executamasmaisvariadasfuncionalidades

•  Dados§  Informaçãoqueélidaouescritaporumaaplicação


Hardware:princípioselementares

•  Construído a par(r de disposi(vos eletrónicos que operamsobre sequênciasdeelementosquepodem terdois estadosdiferentes(zeroeum)–bit.

•  Umconjuntodeoitobitsdesigna-seporbyte.

•  Toda a informação é codificada em (sequências de) bytes,incluindo:§  Programas–conjuntodeaçõessimples(instruções)

§  Dadosmanipuladospelosprogramas


Hardware

UnidadeCentraldeProcessamento(CPU)

Memória

Armazenamentovolá(ldebytesque

representaminstruçõesedados

Execuçãodeinstruçõesarmazenadasna

memóriaeenviodeordensparaoteclado,

ecrãedisco

Eletrónicadecontrolodoteclado

Entradadedados(eprogramas)

Eletrónicadecontrolododisco

Armazenamentopermanentedebytesquerepresentamdadose

programas

Eletrónicadecontrolodoecrã

Saídaderesultados


Tiposdememória

•  Memóriacentral(RAM)§  Armazenadadoseprogramas.

§  Volá(l:conteúdoperde-sequandoocomputadorédesligado.

•  Memóriadearquivo(discos)§  Conteúdopreservadomesmoquandoocomputadorédesligado.

§  Ainformaçãoestáarrumadaemficheiros.


Ficheiro

•  Dopontodevistalógico,umficheirocontémumasequênciade bytes, que pode representar um texto, números, umaimagem,sons,etc.

•  Umficheiroéguardadonodisco(paraqueainformaçãonãose perca quando o computador não está a funcionar) e éacessívelatravésdeumiden(ficadorúnico(nome).


Conteúdo

101:

102:

103:

104: 105:

Cada posição de memória tem um endereço (que é fixo e único) e um conteúdo (que pode variar). O endereço permite identificar (sem ambiguidade) cada posição da memória.

Endereço

O conteúdo da posição de memória com o endereço 104 é 1111 0110

00000001

10010111

11110110

Memóriacentral(RAM):endereçoseconteúdos


Memória (RAM)

Endereço E

00000001

10010111

11110110

FuncionamentodoCPU

•  O CPU executa as instruçõesguardadas na memór iacentral,sequencialmente.

•  Em cada momento, o CPUman tém a po s i ç ão dememória da instrução queestáaexecutar.

CPU

101:

102:

103:

104: 105:

PC: 104


104

Memória (RAM)

Endereço E

1111 0110

FuncionamentodoCPU

•  A instrução define a açãoelementaraexecutar§  Ações atuam sobre dados

armazenados em memóriacentralounumdisposi(vodeentrada/saída

•  Exemplo:somar100101102Soma o conteúdo dasposições 100 e 101 earmazena o resultado naposição102

Lê instrução


CPU

PC: 104

00000001

10010111

11110110

100

Memória (RAM)

Endereço E

0000 0001 00000001

10010111

11110110

FuncionamentodoCPU




0000 0001

Lê dados: posição 100


CPU

PC: 104

101

Memória (RAM)

Endereço E

1001 0111 00000001

10010111

11110110

FuncionamentodoCPU




1001 0111

Lê dados: posição 101


CPU

PC: 104

0000 0001

102

Memória (RAM)

Endereço E

1001 1000 00000001

10010111

11110110

FuncionamentodoCPU




1001 0111

00000001

10010111

10011000

11110110

Executa operação e escreve resultado: posição 102


CPU

PC: 104

1001 0111 0000 0001

Sowwaredesistema

•  Sistema opera(vo (SO): programa sempre residente nohardwareequegereoacessoaohardwareeaexecuçãodeprogramas.

•  Interpretador de comandos: programa que permite aou(lizadorhumanoespecificaraçõesaefetuarpelohardware.


Funções de um SO

•  Funções essenciais §  Supervisonar a utilização dos recursos do sistema

§  Controlar o acesso ao CPU §  Controlar os periféricos §  Gerir a memória central §  Gerir o disco (os ficheiros)

•  Carregador§  Usando as funções anteriores, carrega programas guardados no

discoecoloca-osemexecução


Interpretadordecomandos

Linha de comando

Gráfico


Interpretadordecomandos[1]

prompt > comando argumento1 argumento2 …

Comando interno Executado pelo próprio interpretador. Exemplos: dir cd print type …

Comando externo É o nome de um programa. Pede-se ao SO para verificar se o programa existe, invoca-se o carregador e o CPU começa a executar as instruções que compõem o programa 6Março2017 ICE-cAula1:Introdução 29

Interpretadordecomandos[2]

•  InterfaceGráfica(GraphicalUserInterface-GUI)§  Duplo-clicknumíconequerepresentaoprograma.

§  Duplo-click num ícone que representa dados. O programaassociado a esses dados é executado, tendo os dados comoargumento.


IntoduçãoaoMatlab

•  Sistema computacional. §  Componentes.

§  Execução de programas.

•  Matlab. §  Modelo de execução - interpretador.

§  Expressões aritméticas e atribuição. Strings.


Programasemlinguagensdealtonível

•  Compilação:umprograma (compilador) traduzas instruçõesdealtonívelparaasinstruçõesqueoCPUentendeeguarda-as.

•  Interpretação:umprograma(interpretador)traduzcadalinha(com as instruções de alto nível) num conjunto de ações emandaoCPUexecutá-las.

•  EmICE,vamosfazerprogramasnumalinguagemdealtonível(Matlab)evamosusarum interpretador (OctaveouMatlab)paraosexecutar.


Operação de um interpretador

Leituradelinha

Análisedoconteúdo

Execuçãodasações


O Intepretador é um programa

CPU

Memória

Teclado Ecrã

CódigoedadosdoInterpretador

Execuçãodasinstruções

>>5+2ans=7>>

Aazuloqueéescritopelointerpretador

Avermelhooqueéescritopelou(lizador


>> 5

ans = 5

>> -4.6

ans = -4.6000

Matlab–Constantes

•  5 e -4.6 são constantesnuméricas.

•  Umaconstante“vale”oseuvalor.


>> 5 + 14

ans = 19

>> -1.7 * ( 3 – 1 )

ans = -3.4000

>> 5^2 + 5 * 2

ans = 35

Matlab–Expressõesaritmé(cas

•  Operadores aritmé(cosbásicos:+,-,*,/,^

•  Umaexpressãoaritmé(caéavaliada e o resultado daava l iação é um valornumérico.


>> cos(0) ans = 1 >> sqrt(26 - cos(0)) ans = 5 >> exp(1) + sqrt(16) ans = 6.7183 >> help sin SIN Sine of …

Matlab–Funçõespré-definidas

•  Há muitas funções pré-definidas.

•  O resu l t ado de cadachamadaacos,sqrteexpéumvalornumérico.

•  helpnomeDaFunçãomostraa documentação online dafunção.


>> 9^2

ans = 81

>> ans + 10

ans = 91

Matlab–Variáveis

•  Umavariável éumnomedeumaposiçãodememória.

•  O valor de uma variável é oconteúdo dessa posição dememória.

•  ans é uma variável que édefinida de uma formaa u t o m a ( c a p e l ointrepretadordalinguagem.


Matlab–Nomesdevariáveis

•  Nomedeumavariável:sequênciade letras,algarismose ‘_’,quecomeçaporumaletra.§  Exemplos:x,taxa_maxima,valorMinimo,y1.

•  NOTA:Dis(nguem-seasmaiúsculasdasminúsculas.§  Exemplo:asvariáveissomaeSomasãodiferentes.


Matlab–Instruçãodeatribuição

•  Sintaxe:variável=expressão

•  Aexpressãoéavaliada(oresultadoéumvalor).

•  Seavariávelnãoexiste,écriada.

•  O valor da expressão é colocado na posição da memóriaiden(ficadapelavariável.


>> x = cos(0) + 3 x = 4 >> y = 2^x y = 16 >> x = y x = 16 >> x = x + 2 x = 18

Variáveis:

4x

4 16x y

16 16x y

18 16x y

Matlab–Variáveiseatribuições[1]


>> x ans = 18 >> x = sqrt(y) x = 4 >> x = sqrt(x) x = 2

Matlab–Variáveiseatribuições[2]

18 16x y ans

18 16 18x y ans

4 16 18x y ans

2 16 18x y ans


Variáveiseendereços

•  As instruçõesdoCPUespecificamendereçosdememória.OCPUexecutaoperaçõescomosconteúdosdessesendereços.

•  Numa linguagem de alto nível, as variáveis são nomes paraendereços de memória, nos quais é guardado o valor dasvariáveis.

•  O programador não precisa de conhecer os endereços nosseusprogramas.


>> x = cos(0) + 3 x = 4 >> y = 2^x y = 16 >> x = y x = 16 >> x = x + 2 x = 18

Matlab–Variáveiseendereços

00010010

00010000101:

102:

103:

104: 105:

100:

18 16x y 6Março2017 ICE-cAula1:Introdução 44

Tiposdedadosmanipuladospelosprogramas

•  Inteirosereais:comonosexemplosanteriores.

•  Texto: Compostopor sequências de símbolos – caracteres –querepresentamletras(maiúsculaseminúsculas),algarismosesinaisdepontuação.§  Cada carácter é armazenado no computador usando uma dada

codificação(sequênciadebits).


String

•  Umastringéumasequênciadecaracteres.

•  EmMatlab,§  escreve-seasequênciadecaracteresentreplicas;

§  asvariáveispodemarmazenarstrings.

•  Exemplo:

>> str = ‘Estudante na FCT/UNL.’ str = Estudante na FCT/UNL. >>


Strings–Funçõespré-definidas[1]

•  stringRes=lower(string)§  Converteasletrasmaiúsculasdastringemminúsculas.

§  Ex.:lower(‘naFCT/UNL.’)vale‘nafct/unl.’

•  stringRes=upper(string)§  Converteasletrasminúsculasdastringemmaiúsculas.

§  Ex:upper(‘naFCT/UNL.’)vale‘NAFCT/UNL.’


Strings–Funçõespré-definidas[2]

•  número=str2num(string)§  Converteastringnonúmerocorrespondente.

§  Ex.:str2num(‘1.234’)vale1.234

•  string=num2str(número)§  Converteonúmeronastringcorrespondente.

§  Ex.:num2str(1.234)vale‘1.234’


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