Informá(ca para as Ciências e Engenharias Versão : C (Engenharia Civil) Pedro Barahona 2016 / 17

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Informá(ca para as Ciências e Engenharias Versão : C

(Engenharia Civil)

Pedro Barahona 2016 / 17

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Introdução

•  Esta unidade curricular, é uma variante de outras similares leccionadas a outros cursos da FCT/NOVA, sendo leccionada a todos os perﬁs do

«  MIEC - Mestrado Integrado em Engenharia Civil

e em que:

§  São introduzidos os conceitos básicos da arquitectura de um computador e do ciclo de vida de um programa.

§  É feita a aprendizagem dos conceitos fundamentais da programação impera(va para resolver problemas simples das áreas das Ciências e Engenharias.

§  É feita uma introdução muito sucinta às bases de dados relacionais, às redes de computadores e, em par(cular, à World Wide Web.

6 Março 2017 ICE-c Aula 1: Introdução 2

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Informação Geral

•  Docentes, obje(vos e tópicos do programa

•  Funcionamento e trabalho dos alunos

•  Avaliação

•  Bibliograﬁa

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Docentes e Objec(vos

•  Docentes

§  Teóricas

«  Pedro Barahona

§  Prá(cas

«  Susana Nascimento (Turnos P2 e P3)

«  A deﬁnir (Turno P1)

•  Objec(vos

§  Adquirir uma visão em largura das metodologias e ferramentas que a Informá(ca disponibiliza para a resolução de problemas das áreas das Ciências e Engenharias.

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Tópicos do Programa

1.  Introdução.

2.  Conceitos fundamentais da Programação (1ª parte).

3.  Redes de computadores. A Web.

4.  Conceitos fundamentais da Programação (2ª parte).

5.  Introdução às Bases de Dados.

6.  Aplicações especíﬁcas

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Funcionamento

•  Assume-se que os alunos não têm conhecimentos prévios de Informá(ca

•  As aulas teóricas já começaram: Hoje!

§  O estudo deve começar também hoje.

•  As aulas prá(cas começam para a semana.

§  Há uma aula prá(ca de 3 horas por semana.

•  A presença nas aulas é muito recomendada mas não é obrigatória.

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Trabalho do Aluno

•  6 créditos segundo o sistema ECTS

•  1 crédito = 28 horas de trabalho

•  Horas em contacto

§  Aulas teóricas (2h por semana)

§  Aulas prá(cas (3h por semana)

§  Esclarecimento de dúvidas (no horário de atendimento)

•  Horas em autonomia

§  Estudo da matéria das aulas teóricas e prá(cas, preparação para os testes e para os trabalhos prá(cos

§  Realização dos trabalhos prá(cos

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Trabalho do Aluno

•  6 ECTS * 28 horas / ECTS = 168 horas

•  Horas em contacto

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

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

•  Horas de estudo por semana

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

•  Avaliação

§  Realização dos trabalhos prá(cos: = 40 horas

§  Testes e Exame = 4 horas

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Avaliação (Teórica)

•  2 Testes ou Exame (de Recurso)

§  T1 – 29 de Abril às 9h00;

§  T2 – 5 de Junho às 18h00;

§  Ex – 7 de Julho às 9h00.

•  Nota da Comp. Teórico-Prá(ca (CompTP):

§  CompTP = (T1 + T2) / 2 ou CompTP = Ex

•  Para obter aprovação:

§  CompTP ≥ 8.5 (?)

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Avaliação (Prá(ca)

•  1 Trabalhos Prá(cos (grupos de 1 ou 2 alunos)

§  TP1 – entrega (eletrónica) até ???;

discussões marcadas com o docente.

•  3 Exercícios de Programação pequena dimensão (individuais)

§  EP1, EP2 e EP3 – datas a deﬁnir

§  Entregues via Web

•  Nota da Componente Laboratorial (CompL):

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

•  Para obter frequência:

§  CompL ≥ 8.5 (?)

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Avaliação (Aprovação)

•  Nota ﬁnal (NF) dos alunos com frequência:

§  NF = CompTP (se CompTP < 8.5)

§  NF = 0.4 CompL + 0.6 CompTP (se CompTP ≥ 8.5)

Notas Anteriores

•  Os alunos que ob(veram frequência a ICE após 2013/14:

§  Estão dispensados de realizar os trabalhos;

§  Se os realizarem, CompL é o máximo entre a CompL anterior e a ob(da este ano.

•  Os alunos com CompTP ≥ 8.5 a ICE após 2013/14:

§  Estão dispensados de realizar os testes e o exame;

§  Se os realizarem, CompTP é o máximo entre a CompTP anterior e a ob(da este ano.

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Informação Adicional

•  Bibliograﬁa

§  Allen B. Downey. Physical Modeling in MATLAB (version 1.1.3).

«  Versão PDF disponível em hvp://greenteapress.com/matlab/

§  Slides das Teóricas

•  Sowware

§  Octave – versão gratuita do sistema MATLAB

§  Descarregável para PCs (windows / Mac) – consultar a página de ICE-c

•  Página Web de iCE-c

§  2013/14:hvp://icec.ssdi.di.fct.unl.pt

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Sumário

•  Sistema computacional

§  Componentes

§  Execução de programas

•  Matlab

§  Modelo de execução – interpretador.

§  Expressões aritmé(cas e atribuição. Strings.

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Informá(ca

•  É o ramo da Ciência e da Engenharia que estuda o processamento automá(co de informação

§  os sistemas computacionais

§  a conceção e desenvolvimento de programas

§  os ambientes de programação, etc.

•  A Informá(ca contribui para a resolução de problemas de todas as áreas, nomeadamente ciências e engenharias.

•  Os computadores são usados para executar programas e também para os desenvolver.

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Sistema computacional

•  Hardware

§  Disposi(vos eletrónicos que compõem um computador

•  Sowware

§  Programas executados pelo hardware

«  Sowware de sistema: controla a execução de aplicações

«  Aplicações: executam as mais variadas funcionalidades

•  Dados

§  Informação que é lida ou escrita por uma aplicação

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Hardware: princípios elementares

•  Construído a par(r de disposi(vos eletrónicos que operam sobre sequências de elementos que podem ter dois estados diferentes (zero e um) – bit.

•  Um conjunto de oito bits designa-se por byte.

•  Toda a informação é codiﬁcada em (sequências de) bytes, incluindo:

§  Programas – conjunto de ações simples (instruções)

§  Dados manipulados pelos programas

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Hardware

Unidade Central de Processamento (CPU)

Memória

Armazenamento volá(l de bytes que

representam instruções e dados

Execução de instruções armazenadas na memória e envio de ordens para o teclado,

ecrã e disco

Eletrónica de controlo do teclado

Entrada de dados (e programas)

Eletrónica de controlo do disco

Armazenamento

permanente de bytes que representam dados e

programas

Eletrónica de controlo do ecrã

Saída de resultados

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Tipos de memória

•  Memória central (RAM)

§  Armazena dados e programas.

§  Volá(l: conteúdo perde-se quando o computador é desligado.

•  Memória de arquivo (discos)

§  Conteúdo preservado mesmo quando o computador é desligado.

§  A informação está arrumada em ﬁcheiros.

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Ficheiro

•  Do ponto de vista lógico, um ﬁcheiro contém uma sequência de bytes, que pode representar um texto, números, uma imagem, sons, etc.

•  Um ﬁcheiro é guardado no disco (para que a informação não se perca quando o computador não está a funcionar) e é acessível através de um iden(ﬁcador único (nome).

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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

0000 0001 1001 0111

1111 0110

Memória central (RAM): endereços e conteúdos

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Memória (RAM)

Endereço E

0000 0001 1001 0111

1111 0110

Funcionamento do CPU

•  O CPU executa as instruções guardadas na memória central, sequencialmente.

•  Em cada momento, o CPU m a n t é m a p o s i ç ã o d e memória da instrução que está a executar.

CPU

101:

102:

103:

104:

105:

PC:

104

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104

Memória (RAM)

Endereço E

1111 0110

Funcionamento do CPU

•  A instrução deﬁne a ação elementar a executar

§  Ações atuam sobre dados armazenados em memória central ou num disposi(vo de entrada/saída

•  Exemplo:

somar 100 101 102

Soma o conteúdo das posições 100 e 101 e armazena o resultado na posição 102

Lê instrução

CPU

PC:

104

0000 0001 1001 0111

1111 0110

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100

Memória (RAM)

Endereço E

0000 0001

0000 0001 1001 0111

1111 0110

Funcionamento do CPU

•  Exemplo:

somar 100 101 102

0000 0001

Lê dados:

posição 100

CPU

PC:

104

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101

Memória (RAM)

Endereço E

1001 0111 0000 0001 1001 0111

1111 0110

Funcionamento do CPU

•  Exemplo:

somar 100 101 102

1001 0111

Lê dados:

posição 101

CPU

PC:

0000 0001 104

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102

Memória (RAM)

Endereço E

1001 1000

0000 0001 1001 0111

1111 0110

Funcionamento do CPU

•  Exemplo:

somar 100 101 102

1001 0111

0000 0001 1001 0111 1001 1000 1111 0110

Executa operação e escreve resultado:

posição 102

CPU

PC:

104

1001 0111 0000 0001

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Sowware de sistema

•  Sistema opera(vo (SO): programa sempre residente no hardware e que gere o acesso ao hardware e a execução de programas.

•  Interpretador de comandos: programa que permite ao u(lizador humano especiﬁcar ações a efetuar pelo hardware.

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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 disco e coloca-os em execução

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Interpretador de comandos

Linha de comando

Gráfico

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Interpretador de comandos [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

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Interpretador de comandos [2]

•  Interface Gráﬁca (Graphical User Interface-GUI)

§  Duplo-click num ícone que representa o programa.

§  Duplo-click num ícone que representa dados. O programa associado a esses dados é executado, tendo os dados como argumento.

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Intodução ao Matlab

•  Sistema computacional.

§  Componentes.

§  Execução de programas.

•  Matlab.

§  Modelo de execução - interpretador.

§  Expressões aritméticas e atribuição. Strings.

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Programas em linguagens de alto nível

•  Compilação: um programa (compilador) traduz as instruções de alto nível para as instruções que o CPU entende e guarda- as.

•  Interpretação: um programa (interpretador) traduz cada linha (com as instruções de alto nível) num conjunto de ações e manda o CPU executá-las.

•  Em ICE, vamos fazer programas numa linguagem de alto nível (Matlab) e vamos usar um interpretador (Octave ou Matlab) para os executar.

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Operação de um interpretador

Leitura de linha

Análise do conteúdo

Execução das ações

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O Intepretador é um programa

CPU Memória

Teclado Ecrã

Código e dados do Interpretador Execução das

instruções

>> 5+2 ans = 7

>>

A azul o que é escrito pelo interpretador

A vermelho o que é escrito pelo u(lizador

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>> 5

ans = 5

>> -4.6

ans = -4.6000 Matlab – Constantes

•  5 e -4.6 são constantes numéricas.

•  Uma constante “vale” o seu valor.

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>> 5 + 14 ans = 19

>> -1.7 * ( 3 – 1 ) ans = -3.4000

>> 5^2 + 5 * 2 ans = 35

Matlab – Expressões aritmé(cas

•  Operadores aritmé(cos básicos: +, -, *, /, ^

•  Uma expressão aritmé(ca é avaliada e o resultado da avaliação é um valor numérico.

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>> cos(0) ans = 1

>> sqrt(26 - cos(0)) ans = 5

>> exp(1) + sqrt(16) ans = 6.7183

>> help sin

SIN Sine of … Matlab – Funções pré-deﬁnidas

•  Há muitas funções pré- deﬁnidas.

•  O r e s u l t a d o d e c a d a chamada a cos, sqrt e exp é um valor numérico.

•  help nomeDaFunção mostra a documentação online da função.

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>> 9^2 ans = 81

>> ans + 10 ans = 91

Matlab – Variáveis

•  Uma variável é um nome de uma posição de memória.

•  O valor de uma variável é o conteúdo dessa posição de memória.

•  ans é uma variável que é deﬁnida de uma forma a u t o m a ( c a p e l o intrepretador da linguagem.

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Matlab – Nomes de variáveis

•  Nome de uma variável: sequência de letras, algarismos e ‘_’, que começa por uma letra.

§  Exemplos: x, taxa_maxima, valorMinimo, y1.

•  NOTA: Dis(nguem-se as maiúsculas das minúsculas.

§  Exemplo: as variáveis soma e Soma são diferentes.

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Matlab – Instrução de atribuição

•  Sintaxe:

variável = expressão

•  A expressão é avaliada (o resultado é um valor).

•  Se a variável não existe, é criada.

•  O valor da expressão é colocado na posição da memória iden(ﬁcada pela variável.

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>> x = cos(0) + 3 x = 4

>> y = 2^x y = 16

>> x = y x = 16

>> x = x + 2 x = 18

Variáveis:

x 4

4 16

x y

16 16

x y

18 16

x y

Matlab – Variáveis e atribuições [1]

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>> x

ans = 18

>> x = sqrt(y) x = 4

>> x = sqrt(x) x = 2

Matlab – Variáveis e atribuições [2]

18 16

x y ans

18 16 18

x y ans

4 16 18

x y ans

2 16 18

x y ans

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Variáveis e endereços

•  As instruções do CPU especiﬁcam endereços de memória. O CPU executa operações com os conteúdos desses endereços.

•  Numa linguagem de alto nível, as variáveis são nomes para endereços de memória, nos quais é guardado o valor das variáveis.

•  O programador não precisa de conhecer os endereços nos seus programas.

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>> x = cos(0) + 3 x = 4

>> y = 2^x y = 16

>> x = y x = 16

>> x = x + 2 x = 18

Matlab – Variáveis e endereços

0001 0010 0001 0000 101:

102:

103:

104:

105:

100:

18 16

x y

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Tipos de dados manipulados pelos programas

•  Inteiros e reais: como nos exemplos anteriores.

•  Texto: Composto por sequências de símbolos – caracteres – que representam letras (maiúsculas e minúsculas), algarismos e sinais de pontuação.

§  Cada carácter é armazenado no computador usando uma dada codiﬁcação (sequência de bits).

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String

•  Uma string é uma sequência de caracteres.

•  Em Matlab,

§  escreve-se a sequência de caracteres entre plicas;

§  as variáveis podem armazenar strings.

•  Exemplo:

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

>>

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Strings – Funções pré-deﬁnidas [1]

•  stringRes = lower( string )

§  Converte as letras maiúsculas da string em minúsculas.

§  Ex.: lower(‘na FCT/UNL.’) vale ‘na fct/unl.’

•  stringRes = upper( string )

§  Converte as letras minúsculas da string em maiúsculas.

§  Ex: upper(‘na FCT/UNL.’) vale ‘NA FCT/UNL.’

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Strings – Funções pré-deﬁnidas [2]

•  número = str2num( string )

§  Converte a string no número correspondente.

§  Ex.: str2num(‘1.234’) vale 1.234

•  string = num2str( número )

§  Converte o número na string correspondente.

§  Ex.: num2str(1.234) vale ‘1.234’