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ICE-B

1 - Introdução

Ludwig Krippahl

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Introdução

Resumo■ Informações sobre o funcionamento de ICE-B■ Objectivos de ICE-B■ Informática e sistemas computacionais■ Porquê aprender a programar?■ Sistemas computacionais• Hardware, Sofware (sistema operativo e aplicações)

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Introdução

Informações

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Informações

Docentes:■ Regência, teóricas e "teórico-práticas":• Ludwig Krippahl ([email protected])

■ Práticas:• Nuno Marques, David Carmo, Sérgio Casca

■ Página de ICE-B: iceb.ssdi.di.fct.unl.pt/1718• Aulas, slides, apontamentos e gravaçoes• Planeamento• Nota: esta é a primeira edição em Python, e só ICE-B

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Informações

Livro aconselhado:■ Lutz, M.

"Learning python" (5ª ed.) O'Reilly Media, 2013

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Informações

Trabalho do aluno■ Presencial, 5h por semana:• Aulas teóricas, 2h por semana• Aulas teórico-práticas, 1h por semana• Aulas práticas, 2h por semana (começam dia 12 de Março)

■ Autónomo, ~6h por semana:• 55h de estudo• 35h de trabalhos

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Informações

Trabalho do aluno■ Aulas teóricas, 2h por semana• Para perceber e esclarecer dúvidas.• ~70% exposição, ~30% discussão• Não há nada para decorar (exposição disponível em vídeo)

■ Aulas "teórico-práticas", 1h por semana• Começam dia 12 de Março• Apresentação dos exercícios e preparação para as práticas• (Servem como primeira parte da aula prática)• MIEQB: 11:00; LBCM: 12:00

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Informações

Trabalho do aluno■ Aulas práticas, 2h por semana• (começam dia 12 de Março)• Login nos PC do laboratório: credenciais do CLIP• Usem a vossa pasta em C:/users para trabalhar

• No final copiem para drive Z: ou enviem por email• (podem usar pendisk mas não aconselho)• Devem ir preparados para praticar• Sem perceber a teórica é mais difícil

■ Mudar de turno: entre vocês, pelo CLIP

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Informações

Avaliação■ Teórico-prática (testes ou exame)• Testes: 28 de Abril e 6 de Junho

■ Componente laboratorial (trabalhos práticos)• Dois trabalhos em grupos de 2 alunos (25 Abril, 18 Maio)• Formar grupos até 6 de abril

■ Defesa de nota• No final de cada teste perguntas específicas acerca de cada trabalho

• Limitam a nota que poderão obter no trabalho

Fraude: reprovação imediata■ Qualquer acto que vicie o processo de avaliação• Copiar, ceder trabalho para cópia, assinar trabalhos que não se fez, etc...

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Informações

Trabalhos práticos■ Entregas e formação de grupos• Endereço: [email protected]• Enviar sempre do vosso endereço oficial na FCT• Este endereço não é para dúvidas; o processamento é automático

■ Para formar grupos• Máximo 2 alunos.

• Cada aluno tem de enviar um email para [email protected], do seuendereço oficial, indicando o número de aluno do outro membro do grupo

• Cada grupo é formado apenas se ambos enviarem o email indicando o número doparceiro

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Informações

Trabalhos práticos■ Entregas e formação de grupos• Endereço: [email protected]• Enviar sempre do vosso endereço oficial na FCT• Este endereço não é para dúvidas; o processamento é automático

■ Para entregar Trabalhos• Têm de enviar o mesmo ficheiro .zip para [email protected]

• O trabalho será considerado entregue se o ficheiro estiver de acordo com asespecificações e for igual para ambos os membros do grupo

• O conteúdo do ficheiro .zip será indicado para cada trabalho

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Informações

Avaliação, notas■ Condições necessárias• Frequência: TP1 ≥ 9.5 ou TP2 ≥ 9.5• Aprovação: Frequência e CompTP ≥ 8.5

■ Notas:• CompL = (TP1+TP2) / 2• CompTP = 0.4 * T1 + 0.6 * T2 (ou exame)

■ Nota final (só com frequência)• Se CompTP<8.5, Nota final = CompTP• Caso contrário, Nota Final = 0.4 * CompL + 0.6* CompTP

■ Frequência de 2 anos anteriores• (Mas notem que a linguagem é diferente)

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Introdução

Objectivos

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Objectivos

Objectivos de ICE-B■ Visão abrangente da informática, com ênfase na programação• Metodologias e ferramentas da Informática para a resolução de problemas em

Ciência e nas Engenharias.

• Fundamentos de programação;

• (Breve) introdução a bases de dados;

• Noções de redes e protocolos de comunicação;

• Aplicações: simulação, análise de dados, ...

■ Plano resumido• Introdução à programação imperativa (Python)• Gráficos, ficheiros e uso de recursos remotos (Internet)• Introdução às bases de dados e SQL

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Introdução

Informática e Computadores

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Informática: Processamento de informação■ Sistemas computacionais■ Ambientes de programação■ Concepção e implementação de programas■ Bases de dados■ IA, Aprendizagem automática,■ ...Contribui para a resolução de problemas em todas asáreas de ciência e tecnologias.

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Componentes de um sistema computacional■ Hardware• Dispositivos electrónicos que compõem o computador

■ Software: programas executados pelo hardware• Sistema Operativo: controla a execução de aplicações• Aplicações: executam várias funções

■ Dados• Informação lida ou escrita pelo software

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Hardware■ O hardware opera sobre sequências de elementos em dois estados• zero e um, desligado e ligado, bit (binary digit)

■ Um conjunto de 8 bits é um byte■ Tudo é codificado em sequências de bytes:• Programas, dados (texto, imagens, músicas, vídeos).• Efeito depende de como a informação é interpretada.

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Hardware■ Unidade Central de Processamento (CPU)

■ Microprocessador:• Circuito integrado que opera,

sequencialmente, em valoresbinários (voltagem, 0 e 1).

■ Pentium pro, 1995• 5.5 milhões de transistores (Core)

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Hardware■ Unidade Central de Processamento (CPU)

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Hardware■ Motherboard: circuitos para comunicação e controlo

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Hardware■ Random Access Memory (RAM): memória volátil rápida

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Hardware■ Disco: memória não volátil, mais capacidade mas mais lenta

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Hardware■ Disco: Periféricos (input, output, rede, ...)

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Hardware■ Valores binários, materializados de formas diferentes

0101001010101010101001011011001001011011010100110101010100101010010101101010010101010010101010010010101010101010010101001001110100010101010101010100010101001001010010101010101010010110110110110101011010010101010101001010100101011010100101010100101010100100101010101010100101010101000101001101010101010101000101010010010100101010101010100101101101101101010011010101010010100110101001010110101001010101001010101001001010101010101001010101010001010101010101001001010001010100100100100101001010101010101001011011011011010100110101010100101010010101101010010101010010001010101010010010101010101010010101010100010101010101010100010101001001010010101010101001101010010110110110110101001101010101001010100101011010100101010100101010100100100100101010101010100101010101000101010101010101000101010010101010010101010010010101011001010101010010101010100010101010101010100010101001001010010101010101010010110110110001010110101001101010101001010100101011010100101010100101010100100101010101010100101000101010101000101010101010101000101010010010100101010101010100101101101101101010011010101001101010010101001010110101001010101001010101001001010101010101001010101010001010100100101010101010001010100100101001010101010100110101001011011011011010100110101010100101010010101101010010101010010101010010010010010101010101010010101010100010101010101010100010101001010101001010101001001010101100101010101001010101010001010101010101010001010100100101001010101010101001011011011000101011010100110101010100101010010101101010010

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Hardware■ Em memória, organizados em palavras• 8, 16, 32 ou 64 bits, por exemplo (1 byte = 8 bits)• Endereço fixo, conteúdo variável

Endereço Valor

201 01010110001101011101111101101010

202 01110000000110100100110010010111

203 10000010111010010100001000110000

204 01100100011010000111001000000101

205 11110001100000010110000110111001

206 11110001011111110100001111000110

... ...

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Hardware■ Leitura da memória RAM:• CPU apresenta endereço à memória (e.g. 203)• RAM devolve uma cópia do valor

Endereço Valor

201 01010110001101011101111101101010

202 01110000000110100100110010010111

203 10000010111010010100001000110000

204 01100100011010000111001000000101

205 11110001100000010110000110111001

206 11110001011111110100001111000110

... ...

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Hardware■ Escrita na memória RAM:• CPU apresenta endereço e novo conteúdo (e.g. 205, 0000...)• RAM escreve uma cópia do valor apresentado

Endereço Valor

201 01010110001101011101111101101010

202 01110000000110100100110010010111

203 10000010111010010100001000110000

204 01100100011010000111001000000101

205 00000000000000000000000000000000

206 11110001011111110100001111000110

... ...

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Execução de código no CPU■ CPU obtém instruções guardadas em memória (RAM)• Em cada momento guarda o endereço da instrução a executar• Executa sequencialmente, a menos de instruções específicas

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Execução de código no CPU■ Exemplo (simplificado): SOMA 106 107 110• Obtém valores em 106 e 107• Soma e guarda o resultado em em 110

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Sistema Operativo■ Funções de acesso a periféricos e ficheiros• Sistema de ficheiros, drivers, etc.• Invocadas pelos programas em execução

■ Carregador• Usando funções anteriores, carrega programas em memória e coloca-os em

execução

■ Interpretador de comandos• Usando as funções anteriores, lê comandos do teclado e invoca o carregador para

executar programas.

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Sistema Operativo■ Qualquer ficheiro é uma sequência de bits (1,0)• Organizado em bytes (8 bits)• Pode representar um texto, números, imagem, sons, ...• Depende apenas de como é interpretado

■ O ficheiro é guardado no disco• Não se perde ao desligar o computador• Tem um identificador único (caminho/nome).

■ E.g. ficheiro com código fonte• código escrito pelo programador

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Sistema Operativo■ Gere recursos do sistema• Controla os periféricos• Gere a memória central (RAM)• Gere o acesso aos ficheiros (HDD, SSD, MC, PD...)• Gere a interacção com o utilizador

■ Quando a energia é ligada• O CPU começa a executar código que carrega o SO do sistema de ficheiros para a

RAM.

• O CPU executa instruções que fazem a inicialização do SO

• Terminada a inicialização, passa a ser executado o código do interpretador decomandos.

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Interpretador de comandos■ Consola• Apresenta prompt• Lê comando• Executa, mostra resultado• Volta ao prompt

■ Interface Gráfica• GUI: Graphical User Interface• Ícones• Janelas• Botões• Menus

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Introdução

Introdução à Programação

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Programação

Porquê programar?■ Versatilidade• Não estamos limitados aos programas que já estão feitos

• E que temos, e que sabemos como usar

• Se soubermos programar podemos resolver muito mais problemas e aproveitarmelhor o potencial do computador

■ Reprodutibilidade• Fazer coisas “à mão” não é reprodutível

■ Fiabilidade• Uma vez testado, se funciona, funciona

■ Conveniência• O investimento inicial pode compensar muito

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Programação

Programa para calcular massa molecular:■ Exemplo: massa molecular da alanina, )COOHCH3CH(NH2

... def molecular_mass(formula,elements): fragments = [] while formula!='': fragment,formula = parse_fragment(formula) fragments.append(fragment) mass = 0 for fragment in fragments: mass+=elements[fragment['element']]['mass']*fragment['number'] return mass def calc_mass(formula): elements = load_elements('elementos.txt') return molecular_mass(formula,elements)

In : calc_mass('CH3CH(NH2)COOH') Out: 89.09318

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Programação

Para programar precisamos de dar instruções ao CPU■ O CPU funciona a mais

"baixo nível"• Operações algébricas, leitura e

escrita, condições acerca dosvalores em memória

... mov ax,'00' mov di,counter mov cx,digits+cntDigits/2 cld inc ax ...

■ Linguagens de "alto nível" estão mais próximas dos humanos• Instruções e estruturas de dados mais complexos, "traduzidas" para o CPU

def solve_quadratic(a,b,c): delta = b**2 - 4*a*c if delta<0: return [] elif delta>0: return [(-b -delta**0.5)/(2*a),(-b + delta**0.5)/(2*a)] else: return [-b/(2*a)]

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Programação

Precisamos de:■ Linguagem de programação• C++, Java, MATLAB, Python, ...

■ Um compilador...• Traduz o programa escrito na linguagem de programação e cria um ficheiro num

formato que o SO pode carregar em memória e o CPU executar

• E.g. Em C++, o programa é compilado para um executável (*.exe em Windows)

■ ...ou um interpretador• Traduz cada instrução da linguagem de programação em instruções para o CPU

conforme percorre o nosso programa

• E.g. Em Python, o nosso programa tem de ser executado com o auxílio dointerpretador

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Programação

Vamos usar:■ Python: linguagem (Python 3.x) e Interpretador■ iPython: consola que permite interagir com o Interpretador■ Spyder: Ambiente integrado de programação que gere ficheiros,

consola e Interpretador

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Extras

Material extra■ Por vezes vou mencionar alguns detalhes que não são

directamente relevantes para a avaliação• Podem ser úteis para ajudar a perceber os mecanismos subjacentes a algumas

operações

• Ou podem ser úteis para, de futuro, utilizarem melhor a Linguagem

■ Será matéria complementar e opcional, e assinalada pela imagem"EXTRA" nos slides e apontamentos.

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Introdução

Resumo

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Introdução

Resumo■ Funcionamento da disciplina: CLIP e iceb.ssdi.di.fct.unl.pt/1718■ Sistema computacional• Hardware e Software

■ Programação• Porquê programar• Linguagens de alto nível (Python)• Interpretador e IDE (Spyder)

Leitura adicional:■ Recomendada: Capítulo 1 dos apontamentos■ Opcional: Learning Python, Caps 1 e 2 (introdução ao Python)

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