Física Computacional A
DFAT/
FiscompFA
Ambiente de Trabalho e Física Computacional A
Professor: Anibal Leonardo Pereira última atualização: março 2011
Estagiários:
2004/1 a 2005/2 Luciana Conceição Iecker Lima 2010/1 Magali dos Santos Leodato 2009/1 a 2010/2 Filipe da Fonseca Cordovil
Monitores:
2001/1 Diego Chagas Garcia 2002/2 Erick Azevedo Meirelles
2003/1 a 2003/2 Luciana Maria dos Santos Azevedo 2003/1 a 2003/2 Tatiana Gonçalves Martins
2003/1 a 2005/2 Renato Nascente Júnior
2004/1 a 2005/2 Públio Martins Romano M. Carreiro 2006/1 a 2007/2 Luiz Fernando Rosalba Telles Souza 2006/1 a 2007/2 Paulo Henrique Pfitzner
2008/1 a 2008/2 Filipe da Fonseca Cordovil 2008/1 a 2009/2 Magali dos Santos Leodato
2011/1 a Filipe da Fonseca Cordovil
1. Introdução
A disciplina Física Computacional A disponibiliza um conjunto de textos contendo informações e atividades que dão suporte ao processo de aprendizado da linguagem de programação Fortran. As atividades são utilizadas para apresentar, para exemplificar a utilização do Fortran, para dar destaque à técnica de programação estruturada e também para evidenciar os métodos matemáticos abordados pela disciplina.
Portanto, o conjunto de atividades disponibilizado é muito importante e foi especialmente elaborado para favorecer a apresentação, o entendimento e a fixação dos conhecimentos além de possibilitar a obtenção de alguma proficiência em programação.
2. Material da disciplina
2.1 Nota Interna
Parte do material disponibilizado pela disciplina está nas Nota Interna. Por exemplo, a Nota Interna
DFAT/Nota Interna/Fiscomp-02 Visualizador de Gráficos – Gnuplot 4.4 que por simplicidade é referenciada apenas por Fiscomp-02 Visualizador de Gráficos – Gnuplot 4.4 é uma delas.
As seguintes notas internas Fiscomp estão disponíveis:
Nota Interna contém material sobre:
Fiscomp-01 Uso do Laboratório de Física Computacional A
acesso ao laboratório / segurança do laboratório
horário de funcionamento / usuário e conta sistema operacional / ligando, desligando e reinicializando o microcomputador
Nota Interna contém material sobre:
Fiscomp-02 Visualizador de Gráficos - Gnuplot 4.4
evidencia os detalhes mais importantes necessários para se trabalhar com o visualizador de gráficos Gnuplot. O Gnuplot é um software grátis muito poderoso, simples e extremamente útil que permite a construção de vários tipos de gráficos.
O Gnuplot existe e pode ser utilizado tanto no sistema operacional Linux quanto MS-Windows. O gnuplot pode ser baixado em:
www.gnuplot.info/download.html
Fiscomp-03 Princípios da Boa Programação
destaca as principais técnicas para se escrever bons programas. Estas técnicas e princípios não podem ser desconhecidas por ninguém que trabalhe com programação
Fiscomp-04 FORTRAN 77
contém material sobre o FORTRAN 77. Nesta nota interna a versão 77 do FORTRAN é apresentada de forma bastante simples e curta. Útil para ter acesso rápido às principais regradas e conceitos do FORTRAN 77
2.2. Folha de Atividades
As folhas de atividades da disciplina, identificadas por FiscompFA, essencialmente contêm uma apresentação sucinta de vários conceitos do Fortran e várias atividades.
O conjunto de atividades disponibilizada nas folhas de Atividades contém atividades exemplos, atividades para serem escritas (propostas) e atividades para serem modificadas e/ou acrescidas pelo usuário.
É importante destacar que as atividades das folhas poderão ser alteradas e/ou acrescidas pelo professor responsável pela disciplina e/ou pelo professor de laboratório, conforme necessidade ou conveniência.
2.3. Folha de Tarefas
As folhas de tarefas, FiscompTA, contêm um conjunto de tarefas (simples e diretas, de média complexidade e também de alta complexidade). As tarefas disponíveis nestas folhas podem e devem ser utilizadas (independentemente de solicitação) para treinar os conhecimentos sobre computação.
2.4. Notas de Aula
As notas de aula de Física Computacional A contêm materiais com vários conhecimentos relacionados à disciplina. A maior parte deles serão abordados em sala de aula.
2.5. Fortran 2003 e Fortran 95
O texto Fortran 95– Versão Provisória (está é a versão disponibilizada) contém material sobre a linguagem de programação Fortran 95. O texto Fortran 2003 está sendo preparado e assim que possível será disponibilizado.
2.6. Home Page
A home page da disciplina contém e disponibiliza o material citado e outros mais, além de conter as principais informações pertinentes à disciplina.
Website
http://m4-dfat.fis.uerj.br A página da disciplina pode ser acessada neste endereço
3. Sistema Operacional
Os computadores do laboratório da disciplina utilizam o Ubuntu (a pronuncia é feita com ênfase no segundo u: ubuntu). A distribuição Ubuntu é Linux (corretamente seria uma distribuição gnu/Linux, mas é comum usar-se apenas linux) baseado no Debian, que é uma distribuição bastante estável, segura que disponibiliza muitos programas úteis (todos grátis).
4. Dispondo do Ubuntu no seu microcomputador
Utilizar o Ubuntu (sistema operacional Linux – Ubuntu) no seu computador ou então num microcomputador que você tenha acesso fora do laboratório amplia muito a sua capacidade de estudar e trabalhar com o Fortran. Há algumas formas de se ter o Ubuntu rodando num computador:
1. Virtual Box
O VirtualBox é um software de virtualização.
A virtualização é um processo que permite enganar o sistema operacional (S.O.) instalado no computador fazendo-o pensar que ele está sendo executado sozinho no computador. Numa forma bastante simplificada, pode-se pensar que o hardware do computador foi dobrado, um para cada sistema operacional. É como se existissem dois computadores em vez de um, um para cada S.O..
O Virtual Box pode ser baixado do site: http://www.virtualbox.org/wiki/Downloads (acessado em: 10/03/2011)
Baixado o programa do Virtual Box (escolha o adequado para o seu sistema – por exemplo: Windows host – x86/amd64) o passo seguinte é instalar o Virtual Box no seu sistema. Este processo é bastante simples e solicita apenas algumas confirmações durante o processo. Depois de instalado é necessário instalar o Ubuntu no Virtual Box, o que também é bastante fácil e simples. Ao fim do processo você poderá executar uma máquina virtual (VM – Virtual Machine) contendo o sistema operacional Linux – Ubuntu dentro do sistema operacional MS-Windows, sem nenhum tipo de conflito entre os dois sistemas operacionais.
2. Live CD
O Live CD permite a execução do Ubuntu diretamente do CD. Para isto é necessário:
• entrar no setup da BIOS do computador e habilitar como primeira opção de boot o CD-ROM • colocar o CD do Ubuntu no drive de CD
• e depois permitir que o computador inicie o processo de boot (ligá-lo)
A partir daí, o computador inicia a execução do Ubuntu pelo CD, não do sistema operacional que está instalado no HD do computador. Isto fará com que o Ubuntu seja executado no seu computador, sem que qualquer software seja instalado no seu computador. Ao encerrar a execução do Ubuntu, o computador estará intacto, isto é, na condição em que se encontrava antes da execução do Ubuntu (nada foi instalado, alterado ou perdido), a menos que você intencionalmente tenha instalado ou modificado algo no seu HD.
O cuidado a ser tomado é de salvar todo os dados (trabalho que deseja preservar) num pendrive ou no HD do computador (que o Ubuntu pode acessar) pois tudo que for preservado desta forma não será perdido.
3. Instalação do Ubuntu no microcomputador
A forma mais conveniente de ter os dois sistemas (MS-Windows e Ubuntu) instalados num microcomputador é criar partições diferentes no HD e instalar cada sistema operacional numa partição diferente. O cuidado a ser tomado neste procedimento é fazer um backup (cópia de segurança) de todos os seu dados e ter disponível o necessário para reinstalar os softwares que for necessário pois há a possibilidade de (ocorrendo algo inesperado) se perder a instalação do MS-Windows original do computador (atualmente fato muito raro de acontecer). Entretanto, tendo-se feito um backup dos dados e dispondo-se dos softwares para (re)instalação, pode-se reinstalar tudo de novo e conseguir de volta o ambiente de trabalho igual ao original.
5. Acessando o microcomputador no Laboratório
Todo aluno inscrito na disciplina Física Computacional A tem uma conta ou login (pessoal e intransferível) para trabalhar nos computadores do laboratório.
Obtenha com o seu professor de laboratório sua conta e senha.
6. Verificando se o micro esta ligado
Usualmente os microcomputadores do laboratório estarão ligados. Se o microcomputador estiver mostrando uma aparência de desligado (por causa do funcionamento do protetor de tela – screen save) antes de qualquer ação
verifique se ele realmente está desligado fazendo uso do:
• mouse
movimente o mouse, ou
• teclas
<espaço> ou <shift> ou uma das teclas de movimento de cursor
(seta para baixo) ou (seta para baixo) ou ↓ ↑ ← (seta para esquerda) ou → (seta para direita)
Estas teclas são as mais seguras pois não intencionam fazer com que o computador inicie a execução de alguma tarefa. Se o micro estiver ligado ele irá mostrar uma tela onde você poderá fornecer os dados necessários (conta e senha) para utilizar o microcomputador.
Atenção:
O aparecimento de atividade na tela do micro (vídeo) pode demorar um pouco se a opção salvar energiatambém estiver ativada, porque o vídeo do micro leva algum tempo para religar. Aguarde um instante antes de executar outra ação.
7. Acessando a sua conta
Depois do usuário ter verificado que o micro está ligado, o micro só poderá ser utilizado pelo usuário após ele identificar-se de forma apropriada (fornecer a conta e a sua senha) para o sistema.
Atenção:
O Linux diferencia letra maiúscula e minúscula. Verifique se você está escrevendo tanto o usuário (conta) quanto a senha de forma apropriada (com relação à correção e ao uso de letras maiúsculas e minúsculas).Após identificar o usuário o computador disponibilizará a conta no ambiente gráfico do Ubuntu, muito provavelmente, o ambiente gráfico Gnome (dependendo de como o Ubuntu foi configurado).
Se você cometeu algum erro ao digitar o usuário e/ou a senha, o sistema emitirá uma mensagem de erro e voltará à condição inicial, possibilitando nova entrada de usuário e senha. Tente novamente, agora, com mais cuidado ao digitar os dados.
8. Saindo da conta
Para sair da conta (desconectar-se) faça o seguinte:
• salve seus dados
se tiver algum dado a ser preservado
• execute o comando Encerrar sessão...
quando o sistema solicitar, confirme a ação. Depois de encerrar a sessão você pode, simplesmente, deixar o computador ligado para que outro usuário possa encontrá-lo em condições de uso.
9. Segurança
Cada usuário do laboratório possuí uma conta pessoal e intransferível nos micros do laboratório e é responsável por ela.
Por isto preserve sua senha, mantendo-a só para você, não forneça a sua conta e senha para terceiros e, principalmente, não deixe sua conta "aberta" (disponível) para ser usada por outra pessoa.
Você será responsabilizado pelo uso indevido de sua conta, mesmo que outros tenham feito uso dela.
10. Ambiente Gráfico
No Ubuntu o gerenciador de janela (window manager) é chamado Gnome (the Gnu Network Object Model). O Gnome oferece uma interface simples, de fácil uso e bastante poderosa. Seu uso é bastante intuitivo.
A configuração dos computadores do laboratório possibilita que o usuário acesse sua conta no modo gráfico. O ambiente gráfico do gnu/Linux e o ambiente gráfico do MS-Windows são bastantes similares, portanto aqueles que utilizam o MS-Windows não encontrarão dificuldades para trabalhar no ambiente gráfico do Linux.
Área de Trabalho:
A partir do momento que o sistema disponibiliza a área de trabalho (desktop) do usuário, é possível acessar a maioria dos programas instalados no computador.
10.1 Painel
A barra (o painel) existente na parte superior da área de trabalho (desktop) pode ser colocada em outro local se desejado. Ela pode estar a direita, a esquerda ou na parte de cima da tela. Usualmente ela se encontra na parte superior.
No painel inferior (barra inferior) aparece um botão para cada aplicativo (programa) que está sendo executado. Utilizando-se estes botões, pode-se facilmente alternar o foco da atenção entre as aplicações. Basta dar um clique com o botão esquerdo sobre o ícone do botão do programa existente na barra.
O painel inferior tem na sua parte mais a esquerda o botão que permite mostrar a área de trabalho,
minimizando todas as aplicações abertas.
10.2 O gerenciador de Arquivos
O gerenciador de arquivo pode ser aberto clicando-se em Pasta pessoal: Locais>Pasta Pessoal
Quando o gerenciador de arquivos for lançado irá aparecerá uma janela com dois painéis (geralmente aparecem dois painéis, mas isto depende de como o sistema está configurado): o painel da esquerda mostra os diretórios (pastas) e dispositivos conectados, enquanto o da direita mostra os arquivos que existem dentro do diretório em que se está no momento.
10.3 Arrastando e soltando Arquivo ou Pasta
Utilizando-se o gerenciador de arquivos, arquivos e diretórios podem ser movidos e/ou copiados utilizando-se a técnica de arrastar e soltar (drag and drop).
• clique com o botão esquerdo sobre o objeto (arquivo ou diretório) que deseja mover
• mantendo pressionado o botão esquerdo, arraste o objeto para cima do local desejado (diretório) • quando estiver sobre o diretório, solte o botão esquerdo
10.4 Movendo e alterando o tamanho das janelas
Qualquer janela (em princípio qualquer uma) pode ser movida e alterada com respeito ao seu tamanho.
Para mover uma janela, basta clicar e manter pressionado o botão do mouse sobre a barra de título (barra superior da janela) onde está escrito o nome da aplicação e arrastá-la para outro local.
A alteração do tamanho da janela é feita colocando-se o cursor do mouse numa de suas bordas. Quando o cursor mudar para uma seta dupla, pressione o botão esquerdo e mantenha pressionado. Após isto move a seta dupla para alterar o tamanho da janela.
Na barra superior da janela existe três botões que permitem minimizar, maximizar e fechar a janela que podem estar disposto como na figura que segue:
10.5 Terminal
Para se dispor de um terminal, uma das formas mais simples é: Locais>Acessórios>Terminal
Aviso de comando ou prompt (pronto ou em prontidão) é o termo usado para indicar que o computador se encontra em estado de esperade comando (pronto para uso). Em nosso texto usa-se sem distinção os termos aviso de comando e prompt (prompt é o termo inglês).
A representação gráfica do prompt será feita pelo símbolo $> (cifrão seguido do símbolo maior). Quando o símbolo $> (ou o seu equivalente real) aparecer no terminal, isto indica que o sistema está em estado de espera de comando. Usualmente é dito:
1.
quando o prompt aparecer ou então2. quando o aviso de comando aparecer
Quando se trabalha no ambiente gráfico (usualmente o Gnome) todo o trabalho no modo texto (CLI – Command Line Interface – Interface de Linha de Comando) é feito dentro de um terminal, isto é, na janela que contém o prompt.
Modo Texto significa trabalhar no terminal ou no console
Console é um ambiente textual, isto é, um ambiente em que tudo é feito escrevendo-se comandos, onde usualmente o uso do mouse e outros recursos gráficos e pouco usado ou até mesmo indisponível.
A partir deste momento, o terminal está pronto para uso. Como exemplo, veja o uso do comando cal.
O comando cal é a abreviação de calendar – calendário
Para executar o comando cal (calendar),
no prompt que aparece na janela (no terminal),
digite o comando cal e pressione a tecla enter (<enter>):
$> cal <enter>
11. Página da disciplina
Na área de trabalho (desktop) do usuário existe um ícone do navegador Firefox que está configurado para abrir a página da disciplina. Basta clicar nele que o navegador Firefox abrirá na página da disciplina, que será similar a :
A home page da disciplina permite acesso fácil e rápido às informações e material da disciplina, tais como:
• ementa da disciplina • datas de provas
• tarefas, atividades e os prazos de entrega • programas auxílio
• critério usado para o calculo da média • notas de aulas
• material de Fortran
• material referente ao compilador Fortran
e muito mais
Consulte a Home Page da disciplina com regularidade ela é permanentemente atualizada com informações relevantes à disciplina
12. Preservando o trabalho
Para preservar seu trabalho é necessário que os seus arquivos sejam salvos num pendrive. Conforme norma do laboratório, você tem que trazer um pendrive para o laboratório para salvar seu trabalho neles.
13. Atividades a serem feitas
na ordem em que aparecem
As atividades que seguem foram programadas para que você realize algumas ações bastantes
simples que ajudarão na compreensão do modo de trabalhar do sistema disponibilizado no
laboratório.
Atividade
1
Entrando na conta
Se ainda não está conectado na sua conta, conecte-se.
Para fazer isto execute as seguintes ações.
● na tela inicial oferecida pelo micro digite seu login (usuário ou conta) e senha
Se os dados foram fornecidos corretamente, após algumas ações do micro, você estará conectado na sua conta. Caso contrário, tente de novo, mas agora tomando mais cuidado ao digitar os dado (quanto à correção e ao tipo de letra – maiúscula e minúscula).
Atividade
2
Saindo da conta
Se no ambiente de trabalho (desktop) existir alguma janela aberta ou programa sendo executado (geralmente numa janela própria), o primeiro passo é fechá-los (terminar a execução dos programas).
Proceda assim:
● salve seus dados
se houver dados a serem preservados, salve-os
● termine a execução dos programas
feche todas as janelas na sua área de trabalho, isto fará com que os programas que estiverem sendo
executados terminem
Após isto clique em encerrar sessão...
quando o sistema solicitar, confirme a ação.
Treine os procedimentos de entrar e sair de sua conta (atividades 1 e 2) para ter segurança nos procedimentos.
Atividade
3
Criando diretório
Abra o gerenciador de arquivos :
Criar diretório é uma tarefa bastante comum. Cria-se diretórios para guardar arquivos conforme necessidade ou conveniência. Diretórios (pastas) ajudam a manter seus arquivos organizados, facilitando o seu trabalho.
Crie 5 diretórios:
atividade_01 atividade_02 atividade_03 a_decidir lixo
1. no painel da direita
clique, sobre o painel direito, com o botão direito do mouse Selecione criar pasta
Entre com o nome do diretório e pressione a tecla <enter>
2. outra forma
no menu arquivo do Navegador de Arquivo escolha criar pasta arquivo > criar pasta
forneça o nome da pasta e confirme
Atividade
4
Apagando diretório
Apague os diretórios: atividade_03 e lixo.
1. abra o gerenciador de arquivo caso não esteja aberto, abra-o
2. selecione o diretório
clique sobre o diretório com o botão direito e escolha mover para a lixeira
3. outra forma
Atividade
5
Usando o editor de texto
O editor de texto gedit pode ser lançado (executado) assim:
● pelo menuAplicativos>Acessórios>Editor de texto gedit
Depois de abrir o editor de texto gedit e escreva o texto contido na caixa:
O gfortran é o compilador Fortran da GNU utilizado em nossa disciplina.
O código fonte dos programas escrito em nossa disciplina são compilados com o gfortran.
Salve o texto escrito no arquivo editor.txt dentro do diretório atividade_01.
Atividade
6
Copiando texto
Copia de texto pode ser feito usando-se combinações das teclas control-C e control-V
Control-C
no editor, selecione o texto desejado
pressione (e mantenha pressionada) a tecla control depois pressione a tecla c Isto copia o texto selecionado
Control-V
coloque o cursor onde deseja introduzir o texto copiado
pressione (e mantenha pressionado) a tecla control depois pressione a tecla v Isto copia o texto para o local indicado
Usando o editor de texto crie dois novos arquivos: a.txt e b.txt.
● a.txt
O arquivo a.txt deve conter o seguinte texto:
Salve o arquivo no diretório atividade_02
● b.txt
O arquivo b.txt deve conter o seguinte texto:
O arquivo [b.txt] contém somente esta linha.
Salve o arquivo no diretório atividade_03
Atividade
7
Movendo arquivos
Os arquivos podem ser movidos assim:
● selecionar o arquivo pressione as teclas ctrl-x vá para o local desejado pressione as teclas ctrl-v
● coloque o cursor sobre o arquivo pressione o botão direito
selecione: recortar vá para o local desejado pressione o botão direito selecione: colar
Transfira os arquivos a.txt para o diretório atividade_02 e o arquivo b.txt para o diretório atividade_03.
Atividade
8
Copiando arquivos
Copia de arquivo pode ser feita assim:
● selecionar o arquivo pressione as teclas ctrl-c vá para o local desejado pressione as teclas ctrl-v
● coloque o cursor sobre o arquivo pressione o botão direito
selecione: copiar
vá para o local desejado pressione o botão direito selecione: colar
Transfira o arquivo a.txt para o diretório atividade_03 e o arquivo b.txt para o diretório atividade_02.
Atividade
9
Apagando arquivos
As seguintes formas podem ser utilizadas:
● selecione o arquivo
no menu principal vá para editar editar > remover
● com o cursor sobre o arquivo pressione a tecla direita selecione: mover para lixeira
Apague os arquivos a.txt e b.txt no diretório atividade_02.
Montando e desmontando um pendrive
Trabalhando com mídia removível
A política do laboratório é de preservar o conteúdo das contas dos usuários, mas esta capacidade no momento está comprometida, por este motivo a única forma de garantir que seu trabalho seja preservado é guardá-lo num pendrive.
Traga seu pendrive para o laboratório
para preservar o trabalho
Algumas palavras sobre o processo de montar e desmontar um pendrive.
•
Montar
Montar uma mídia significa tornar o conteúdo da mídia acessível.
Antes da mídia ter sido montado o sistema operacional não sabe sobre a sua existência e por isto não é capaz de trabalhar com ela. Depois de ter sido montado, todas as tarefas possíveis com a mídia podem ser executadas sem problema.
•
Desmontar
Um sistema operacional multitarefas e multiusuários (como o Linux e o MS-Windows), quando recebem instrução para realizar uma tarefa, verifica a prioridade da tarefa. Se a tarefa tiver alta prioridade, ela é executada imediatamente. Se a prioridade for baixa (por exemplo: acessar um pendrive) ela pode, dependendo do momento em que a tarefa foi solicitada, ficar numa fila até o momento de ser executada.
Escrever um arquivo numa mídia removível (ou salvar um arquivo) tem baixa prioridade, por isto, muitas vezes, o sistema operacional não escreve na mídia imediatamente após receber a ordem, mas espera um momento mais adequado para executar o serviço solicitado. Este é um dos motivos porque não se pode retirar a mídia antes de desmontá-la. A escrita do arquivo, pode ainda não ter sido completada (ou realizada). A tarefa ainda pode estar na fila de espera.
Por outro lado, quando você solicita que a mídia seja desmontada esta ação passa a ter alta prioridade, e quando o sistema operacional é informado da sua intenção de retirar a mídia, o sistema passa a(s) tarefa(s) pendente(s) referentes à mídia que está sendo desmontada para a frente da lista, isto é, executa imediatamente tudo o que possa estar pendente com relação à mídia para que você possa retirá-lo sem problema.
Dispositivo Ocupado:
Antes de desmontar a mídia o sistema operacional verifica se o mesmo não está sendo utilizado por algum programa ou usuário. Caso esteja, ele emite uma mensagem dispositivo ocupado, isto é, dispositivo está sendo utilizado e por isto não é possível desmontar a mídia.
Para montar um pendrive proceda assim:
• Coloque o pendrive na porta USB do computador
depois de um breve tempo aparecerá na área de trabalho o ícone do pendrive e imediatamente depois será aberto o gerenciador de arquivo apontando para o pendrive. A montagem é automática.
Depois de todas as tarefas e ações desejadas terem sido realizadas, proceda assim para remover o pendrive
feche todos os programas que estejam conectados com o pendrive
clique, botão direito do mouse, sobre o ícone que caracteriza o pendrive na área de trabalho
selecione a opção desmontar volume
(pode aparecer as seguintes opções: desmontar ou Ejetar entre outras)
