GBT017 - Informática para Biotecnologia

GBT017 - Informática para Biotecnologia

Aula 01 - Apresentação da Disciplina e Introdução

 William Chaves de Souza Carvalho

 E-mails: william.carvalho@ufu.br e william.souza.carvalho@gmail.com

 Telefone e WhatsApp: (34) 99976 5680

 Sala: Campus Santa Mônica – Bloco 1B, piso superior, sala 1B201b

 Materiais: www.facom.ufu.br/~william

 Atendimento: agendar horário por e-mail ou WhatsApp (terças, quartas ou quintas-feiras)

O

BJETIVO

 O objetivo desta disciplina é ensinar os conceitos básicos de

programação de computadores, de modo que o biotecnólogo possa

fazer da computação uma ferramenta relevante no desenvolvimento

de suas pesquisas ou trabalhos.

 Nesta disciplina será usada a linguagem Python. É uma linguagem de

fácil aprendizagem, frequentemente utilizada em diversas áreas da

 Conceitos básicos de computação.

 Introdução aos algoritmos e programação.

 Introdução do Python.

 Variáveis. Comandos. Expressões. Funções.

 Comandos condicionais e de repetição.

 Laços e comandos de iterações.

 Comunicação com o exterior.

 Estrutura de dados. Modularidade. Pacotes.

 Exemplos na área de biotecnologia.

B

IBLIOGRAFIA

 Básica

 LUTZ, M.; ASCHER, D. Aprendendo Python. Tradução de João Tortello. Porto Alegre, Bookman, 2007.  SCHUERER, K. C. et al. Introduction to Programming Using Python (programming Course for Biologist

at the Pasteur Institute). Pasteur Institute, 2008.

 MENEZES, N. Introdução Programação com Python. São Paulo, Editora Novatec, 2010.  Slides e materiais utilizados nas aulas.

 Complementar

 ASCÊNCIO, A.; CAMPOS, E. Fundamentos da Programação de Computadores. Rio de Janeiro: Pearson-Prentice Hall, 2008.

 CAPRON, H. L.; JOHNSON, J. Introdução à Informática. Rio de Janeiro: Pearson-Prentice Hall, 2009.  MIZRAHI, V. Treinamento em Linguagem C. Rio de Janeiro: Pearson-Prentice Hall, 2008.

 SCHILDT, H. C. C Completo e Total. 3ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997.

 KERNIGHAN, B.; RITCHIE, D. M. The C Programming Language. 2ª ed. Prentice Hall: New Jersey, 1988.

A

VALIAÇÃO

 3 provas em sala.

 Data Prova 1: 15/04/2019 – 25 pontos.

 Data Prova 2: 13/05/2019 – 25 pontos.

 Data Prova 3: 24/06/2019 – 30 pontos.

 Programas Propostos ao longo do semestre (20 pontos).

 Datas de entrega a combinar.

 1 prova substitutiva, se necessário, abrangendo

o conteúdo do

semestre, substituindo a menor nota OU valendo 100, o que favorecer

o aluno.

C

RONOGRAMA

Data Conteúdo

11-Mar-19 Apresentação da Disciplina e Alguns Conceitos 18-Mar-19 Algoritmos e Fluxogramas

25-Mar-19 Preparação do Ambiente, Variáveis e Expressões 1-Apr-19 Estruturas e Comandos Condicionais

8-Apr-19 Estruturas e Comandos de Repetição

15-Apr-19 Prova P1

22-Apr-19 Listas, Tuplas e Dicionários 29-Apr-19 Strings

6-May-19 Funções

C

RONOGRAMA

Data Conteúdo

20-May-19 Arquivos 27-May-19 Classes

3-Jun-19 Estudos de Caso

10-Jun-19 Talvez não haverá aula

17-Jun-19 Algumas ferramentas e Bibliotecas úteis de Python

24-Jun-19 Prova P3

1-Jul-19 Apresentação Trabalho Final (TF)

G

RUPO

W

HATS

A

PP

 INF P/ BIOTEC UFU 2019-1

 Link: https://chat.whatsapp.com/FNSOptT5QKs1WaKlsBQzwZ

 Canal de difusão rápida de avisos, dúvidas, agendamentos, achados e perdidos, troca de materiais, etc. desde que relacionados à nossa disciplina.

 Todos os membros são administradores: todos podem ajudar no bom funcionamento, como por exemplo, incluir algum colega que ainda não tenha entrado. Observação: É uma boa ideia não excluir o professor do grupo...

 A participação NÃO é obrigatória, mas recomendada.  Grupo será apagado ao fim do semestre.

A

LGUNS

C

OMBINADOS

…

 Os pilares do nosso relacionamento são: Respeito, Confiança e Diálogo.

 Quatro horários seguidos: sim, é cansativo pra todo mundo!

 O estudo de programação exige um certo nível de concentração para

acompanhar a execução de uma série de instruções complexas escritas numa linguagem estranha.

 Evite conversas paralelas, refreie o impulso de “dar só uma olhadinha” no

Facebook, WhatsApp, Snap, e-mail. A exceção é o Tinder, porque senão você pode perder aquele match que estava esperando há tempos!

 Deu sono, acabou a paciência, precisa fazer trabalho mais urgente de outra disciplina ou precisa conversar com o colega? Não tem problema você sair, dar uma voltinha e voltar.

M

AIS

A

LGUNS

C

OMBINADOS

…

 Celular tocou? Se precisar atender, atenda! Apenas deixe o toque em volume baixo. Se a conversa for demorada, dê uma saidinha e depois volte!

 Ficou com dúvida?

 Por favor, interrompa a aula a qualquer momento.  Só não leve a dúvida para casa.

 A prova caiu numa semana apertada?  Perdeu a prova? Avise!

N

A

A

ULA DE

H

OJE

…

 Apresentação da Disciplina

 Informática, Dado, Informação e Conhecimento

 Representação de Dados

– Sistema Binário

 Hardware e Software

 Principais Componentes de Hardware

 Arquitetura de von Neumann

 Endereçamento de Memória

 Tipos de Computadores

I

NFORMÁTICA

 É o ramo de conhecimento humano que se dedica ao tratamento da

informação mediante o uso de computadores e demais dispositivos de

processamento de dados.

 O termo informática vem do francês

informatique

:

 União das palavras information, informação; e,

 Automatique, automática.

 Tratamento automatizado da informação mediante o uso de

computadores eletrônicos.

D

ADO

, I

NFORMAÇÃO E

C

ONHECIMENTO

Dado Informação Conhecimento

• Valores das vendas de hoje

• Histórico de vendas do mês

• Histórico das vendas deste mês e dos últimos anos

• Análise estatística

• Crescimento do Mercado • Posição dos concorrentes

• Perfil detalhado do consumidor

• Receptividade do

consumidor a novas ofertas e promoções

• Retorno as campanhas publicitárias

• Estudos de ciclo de vida do produto

Dado

• Observação sobre

algum componente

do mundo;

• Facilmente

estruturados;

• Passível de

obtenção por

máquinas;

• Frequentemente

quantificados;

• Facilmente

transferíveis.

Informação

• Dados dotados de

reelevância e

propósito;

• Requer unidade de

análise (

regras

);

• Consenso em relação

ao significado;

• Exige

necessariamente a

medicação humana

(

interpretação

).

Os ácidos nucleicos são moléculas gigantes (macromoléculas),

formadas por unidades

monoméricas (aminoácidos) menores conhecidas como nucleotídeos.

São formados por quatro tipos de nucleotídeos e quatro tipos de bases nitrogenadas (adenina,

timina, guanina e citosina) que irão formar moléculas de DNA distintas

conforme a sequência e a

quantidade desses nucleotídeos.

Conhecimento

• Produto valioso da

mente humana;

• Inclui reflexão,

síntese e contexto;

• Difícil estruturação;

• Difícil obtenção por

máquinas;

• Difícil

transferência.

N

A

P

RÁTICA

…

Dados Informação Conhecimento Ideia / Insigth Sabedoria

Inovação Solução Ação

Sensores, Bancos de Dados,

Business Intelligence,

Registros, Redes Computação Cognitiva, Big

Data, Deep Learning

E

XEMPLO

1: C

ONVERSÃO DE

L

IBRAS POR MINUTO

(

LB

/

MIN

)

PARA

K

MOL POR HORA

(

KMOL

/

H

)

1000 libras por minuto de um gás (peso molar médio = 30,24) está sendo enviado

para uma coluna de absorção. Qual é a taxa de fluxo molar (TFM) do gás em

Τ

𝑘𝑚𝑜𝑙 ℎ?

Solução:

1) Transformando lb em kg

⇒ 1000 𝑙𝑏 = 1000 𝑙𝑏 × 0,4536

𝑙𝑏

= 453,6 𝑘𝑔

2) A taxa de fluxo molar = 453,6

𝑘𝑔 𝑚𝑖𝑛 = 453,6 × 60 = 27216

Τ

𝑘𝑔 ℎ

Τ

3) Portanto, a 𝑇𝐹𝑀 =

E

XEMPLO

1: S

OLUÇÃO EM

P

YTHON

1 clc()

2 m = 1000 * 0.4536; // kg /min

3 M = 30.24; //gm/mol

4 m1 = m * 60 / M;

E

XEMPLO

2: C

ÁLCULO DO

N

ÚMERO DE MOLÉCULAS EM

691𝑔

DE

𝐾

₂

𝐶𝑂

₃

Quantas moléculas estão presentes em 691 𝑔 de 𝐾₂𝐶𝑂₃?

Solução:

1) O peso atômico dos elementos são: 𝐾 = 39.1; C = 12.0 e 𝑂 = 16.0

2) O peso molecular de 𝐾₂𝐶𝑂₃ é: 39.1 × 2 + 12 + 16 × 3 = 138.2

3) O no _{de moles de 691𝑔 de 𝐾}

2𝐶𝑂3 =

691

138.2 = 5 𝑚𝑜𝑙 𝐾2𝐶𝑂3

4) Como 1 mol de uma substância contém 6,023 × 1023 moléculas, 5 mol de 𝐾₂𝐶𝑂₃

1 clc() 2 MK = 39.1; 3 MC = 12.0; 4 MO = 16; 5 MK2CO3 = MK * 2 + MC + MO * 3; 6 m = 691; 7 N = m / MK2CO3 ; 8 A = 6.023 * 10^23; 9 moleculas = N * A;

10 disp(" moléculas " ,moleculas ," N Total de moleculas = ")

L

INGUAGEM DE

M

ÁQUINA

O computador é uma máquina

eletrônica capaz apenas de trabalhar com a variação da eletricidade que passa por seus componentes.

O computador é, essencialmente, uma máquina calculadora. Assim, a melhor forma de traduzir a linguagem humana para o computador é usar a matemática.

Regras matemáticas estão presentes nos circuitos eletrônicos do computador. Todos os dados armazenados,

processados e transmitidos por ele são convertidos em valores matemáticos e lógicos.

Como os circuitos eletrônicos variam apenas entre o estado ligado e desligado a matemática computacional utiliza o sistema numérico binário como base para todas a funções que o computador realiza.

R

EPRESENTAÇÃO DE

D

ADOS

 Os computadores entendem apenas

duas coisas: ligado e desligado.

 Dados são representados na forma

binária:

 Sistema numérico binário (base 2).  Contém somente 2 dígitos: 0 e 1.

 Corresponde a dois estados: ligado e desligado.

R

EPRESENTAÇÃO DE

D

ADOS

 Bit: abreviação de binary digit (dígito binário).

 Dois valores possíveis: 0 e 1.  Nunca pode estar vazio.

 Unidade básica para armazenar dados:  0 significa desligado; 1 significa ligado

 Byte: um grupo de 8 bits.

 Cada byte tem 256 (28_{) valores possíveis.}

 Para texto, armazena um caractere.

 Dispositivos de memória e armazenamento são medidos na quantidade de bytes que podem armazenar.

R

EPRESENTAÇÃO DE

D

ADOS

 Palavra: número de bits que a CPU processa como uma unidade.

 Tipicamente, um número inteiro de bytes.

 Quanto maior a palavra, mais potente é o computador.

 Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras.

R

EPRESENTAÇÃO DE

D

ADOS

R

EPRESENTAÇÃO DE

D

ADOS

C

APACIDADES DE

A

RMAZENAMENTO

 Kilobyte: 1024 bytes 2

.

 Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos.

 Megabyte: aproximadamente, um milhão 2

de bytes.

 Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-ROMs).

 Gigabyte: aproximadamente, um bilhão 2

de bytes.

 Memória de computadores pessoais.

 Dispositivos de armazenamento (HD’s, DVD’s, memória Flash, Blu-Ray).

 Terabyte: aproximadamente, um trilhão 2

de bytes.

 Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes.  Memória de mainframes e servidores de rede.

C

OMPONENTES BÁSICOS DO COMPUTADOR

 Hardware

:

 Equipamentos físicos, periféricos de entrada e saída; componentes físicos da máquina: carcaças, placas, fios, fontes de energia, cabos, etc.

 Software

:

 É constituído pelos programas que permitem atender às necessidades do usuário. Envolve um conjunto de

 (1) Instruções que são executadas para produzir a tarefa desejada;

 (2) Estrutura de dados que permitem que os programas manipulem corretamente as informações;  (3) Documentos: que descrevem a operação e uso do programas

D

ISPOSITIVOS DE

E

NTRADA E

S

AÍDA

Dispositivos de Entrada

Permitem ao computador acessar informações do mundo externo. É a forma como os dados são inseridos dentro do computador

Dispositivos de Saída

Permitem a saída de informações para meios externos e possibilitam sua

visualização, armazenamento ou utilização por outro equipamento

D

ISPOSITIVOS DE

E

NTRADA

 Teclado

 Scanner

 Mouse

 Tela sensível ao toque

 Caneta digitalizadora

D

ISPOSITIVOS DE

S

AÍDA

 Monitores VGA, Super VGA,

LCD, etc.

 Impressoras Laser, jato de tinta,

matricial, térmica

 Alto-falantes

P

RINCIPAIS

C

OMPONENTES DE

H

ARDWARE

1. Monitor de vídeo

2. Placa Mãe

3. Processador

4. Memória RAM

5. Placa de Vídeo, Modem, etc.

6. Fonte de Energia

7. Leitor de CD/DVD

8. Disco Rígido (HD)

9. Mouse / Teclado

 Conjunto de chips e conexões

que tem a função de conectar o

processador aos demais

componentes do computador

(memória, HD, placa de vídeo,

etc.);

 Gerencia a transação de dados

entre os componentes;

 Pode ter vários dispositivos

integrados (on-board), como

placa de vídeo, placa de som e

dispositivo de rede;

 Alguns fabricantes: ASUS,

ECS, Intel, MSI e Gigabyte.

 Os processadores (ou CPU, de Central Processing Unit) são responsáveis pela execução de cálculos, decisões lógicas e instruções. São constituídos por dois

componentes principais:

 ALU (Unidade Aritmética e Lógica);  Unidade de Controle.

 A maior parte do mercado está concentrada com a Intel e a AMD. Samsung e Qualcomm se destacam no

segmento móvel.

 A maioria dos chips compartilha determinadas

características: clock, bits internos, memória cache, uso de dois ou mais núcleos, etc.

C

LOCK DO

P

ROCESSADOR

 As atividades dos dispositivos do computador precisam ser sincronizadas. O clock é um sinal de sincronismo:

1. Quando os dispositivos recebem o sinal para executar, isso se chama “pulso de clock”. 2. A cada pulso, os dispositivos executam as tarefas, param e vão para o próximo clock.

 O clock é medido em hertz (Hz), que indica o número de ciclos que num certo, no caso, segundos.

 Se um processador trabalha a 800 Hz, ele é capaz de lidar com 800 operações de ciclos de clock por segundo.

 Megahertz (MHz) indica 1000 KHz (ou 1 milhão de hertz) e gigahertz (GHz) indica 1000 MHz. Um processador com frequência de 800 MHz pode trabalhar com 800 milhões de ciclos por segundo.

M

EMÓRIA

C

ACHE

 É um tipo de memória de alta velocidade localizada internamente no

processador. Armazena as instruções e os dados mais requisitados pela

CPU, evitando buscas repetitivas na memória principal.

 Ela é

mais cara

que a RAM,

não conta com o mesmo nível de

miniaturização

e consome

mais energia

, mas é muito

mais rápida

.

 Existem, basicamente, 2 tipos de cache: cache L1 (Level 1) e cache L2

(Level 2). O L2 é mais simples, ligeiramente maior e mais lento que L1.

 O cache L2 passou a ser utilizado quando cache L1 foi insuficiente.

 É possível encontrar modelos que contam com cache L3.

M

ÚLTIPLOS

N

ÚCLEOS

 Uma forma encontradas pelos fabricantes

para lidar com a limitação da frequência de

clock foi fabricar CPUs com mais de um

núcleo: dual core, quad core, octa core, etc.

 Contam com dois ou mais núcleos no

mesmo circuito integrado, como se

houvessem diversos processadores no chip.

 O dispositivo pode lidar com dois processos

por vez (ou mais), um para cada núcleo,

melhorando o desempenho do computador

M

EMÓRIA

P

RINCIPAL

(RAM)

 Armazena as instruções dos

programas que estão sendo

executados e os dados necessários

à sua execução;

 Quando a execução de um

programa é solicitada, normalmente

ele é carregado do disco rígido (HD)

para a memória RAM, de onde suas

instruções são buscadas e

executadas pela CPU.

 Memória de rápido acesso;

 Chamada memória volátil, pois

necessita de alimentação elétrica

para manter os dados armazenados;

 Os dados podem ser lidos ou

gravados em qualquer posição da

memória (acesso aleatório);

 Capacidade comuns: 16 MB (1996),

128, 256, 512 MB, 1, 2, 4 ou 8 GB.

M

EMÓRIA

A

UXILIAR

 Podem reter grande

quantidade de dados.

 Armazena os dados e

programas.

 Os dados não são

perdidos quando o

computador é

desligado (não é

volátil).

 Funcionamento muito

lento.

D

A

M

A

 Disco Rígido (HD – Hard Disk)

 Armazenamento Magnético

 Alta capacidade de armazenagem de dados: 160 GB, 250 GB, 400 GB, 1 TB, 2 TB, etc

 Fita Magnética

 Armazenamento Magnético

 Alta capacidade de armazenagem de dados: 200, 400, 800 GB, etc.  Acesso sequencial ao dados

 Armazenamento Óptico - CDs e DVDs

 CD-R (Compact Disc – Recordable): Capacidades comuns: 650 ou 700 MB.

 CD-RW (Compact Disc Rewritable): Como o CD-R, porém pode ser gravado várias vezes  DVD-R comum (Single Layer): Capacidade: 4,7 GB.

D

A

M

A

 Armazenamento Óptico – Blue-ray e HD-DVD  Disco do mesmo tamanho do CD ou DVD;

 Utilizados para armazenar vídeo de alta definição ou grandes quantidades de dados;  Alto custo;

 Capacidades de armazenagem: HD-DVD Dual Layer (30 GB), Blu-Ray Dual Layer (50 GB)  Memória Flash

 Tipo de memória não-volátil que pode ser apagada e reprogramada eletricamente;  Utilizada em dispositivos do tipo pen-drive, memory stick, mp3-player;

 Apresenta baixo consumo e boas taxas de transferência;  Já é utilizada em notebooks;

 BIOS

 Gravado em memória permanente (firmware)

 Responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, e início do sistema operacional.

 Alguns de seus parâmetros podem ser configurados.

A

RQUITETURA DE VON

N

EUMANN

John von Neumann

 Dados e programas a serem executados

são carregados para memória principal;

 A unidade central de processamento (CPU),

que executa realmente as instruções, é

separada da memória;

 As instruções dos programas e os dados

são transmitidos da memória principal para

a CPU, onde o processamento é realizado;

 Os resultados das operações na CPU

devem ser novamente transferidos para a

memória;

E

NDEREÇOS DE

M

EMÓRIA

 Bit: 0 ou 1

 Byte: conjunto de 8 bits

 Palavra: é o conjunto de bits que representa os blocos de informação

transferidos ou processados pela CPU. Os processadores atuais são

capazes de utilizar palavras de 64 bits, isto é, endereçam, processam

e transferem informações através de canais de 64 bits.

 Uma máquina de 64 bits tem registradores capazes de armazenar 64

bits e instruções para movimentar, manipular, somar, etc. palavras de

64 bits.

E

NDEREÇOS DE

M

EMÓRIA

 A memória é semelhante a uma rua cheia de edifícios de apartamentos.

 Cada edifício (palavra) possui vários apartamentos (bytes).

 Cada apartamento possui seu próprio endereço.

 Todos os apartamentos são numerados (endereçados) sequencialmente,

de 0 ao número total de apartamentos do condomínio.

 Os edifícios agrupam os apartamentos (a palavra faz o mesmo).

 O endereço dos apartamentos é fixo, mas as correspondências

E

NDEREÇOS DE

M

EMÓRIA

 Um

endereço de memória

identifica uma locação física na memória de um

computador de forma similar ao de um endereço residencial em uma

cidade.

 O endereço

aponta

para o local onde os dados estão armazenados, da

mesma forma como seu endereço indica onde você reside.

Quando você

muda de casa precisa atualizar seu endereço junto ao banco, Cemig,

DMAE, editoras, etc

.

 Dois endereços podem ser numericamente iguais, mas se referirem a locais

distintos se pertencerem a espaços de endereçamento diferentes.

Exemplo:

Pode existir o endereço “Av. Afonso Pena, 200” em Uberlândia e “Av.

Afonso Pena, 200” em Belo Horizonte. Espaço de endereçamento é uma

área de moradias, como um bairro, vila, cidade, etc.

E

NDEREÇOS DE

M

EMÓRIA

 Cada localização de memória tem um

endereço

 Um número único, como em uma caixa postal.

 Pode conter somente uma instrução ou

peça de dados

 Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído.

 Referenciado pelo número

 As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário.

T

IPOS DE

C

OMPUTADORES

 Existem vários tipos de computadores

 Smartphones (Sim, isso mesmo!)

 PDAs ou Handhelds (Parecidos com tablets)  Computadores portáteis (laptops)

 Computadores de mesa (desktops)

 Computadores de médio porte (servidores)  Mainframes

M

AINFRAMES

 Características:

 Computador de grande porte, dedicado normalmente ao processamento de um volume grande de informações;

 Disponibilizam alto nível de segurança;

 Possuem um grande número de processadores;

 Processamento de transações de cartões de crédito, gerenciamento de contas bancárias, aplicações de data mining e data warehouse, censo, sistemas de ERP, etc.

M

AINFRAMES

 Exemplo

 IBM System z9 Enterprise

Class Modelo 2094-S54

 54 processadores principais

 Até 512 GB de memória

principal

 Peso: Até 2003 kg

 Altura: 1,94 metro

S

UPERCOMPUTADORES

 Altíssima velocidade de processamento e grande capacidade de memória,

empregado normalmente em pesquisas científicas, aeroespaciais e militares.  Supercomputador da NASA

Columbia

 10240 processadores Intel Itanium;  20 terabytes de RAM;

 440 terabytes de armazenamento;  51.87 teraflops, ou 51.87 trilhões de

operações de ponto flutuante por segundo.

S

ISTEMA

O

PERACIONAL

 O Sistema Operacional é o conjunto de programas

essenciais de todo computador. Tablets e smartphones são computatores!

 Este conjunto de programas gerenciam recursos,

processadores, armazenamento, dispositivos de entrada e saída e dados da máquina e seus periféricos.

 O Sistema Operacional faz a comunicação entre o hardware e os demais softwares e cria uma plataforma comum a

E

XEMPLOS DE

S

ISTEMAS

O

PERACIONAIS

F

UNÇÕES

B

ÁSICAS DOS

S

ISTEMAS

O

PERACIONAIS

 As funções básicas dos sistemas operacionais incluem:

 Definição da interface com o usuário;

 Compartilhamento de hardware entre usuários;  Compartilhamento de dados entre usuários;

 Gerenciamento dos dispositivos de entrada e saída;  Tratamento e recuperação de erros.

 O sistema operacional, tem as funções básicas de interpretar os

comandos do usuário; controlar os periféricos (teclado, vídeo, discos,

impressora, mouse, plotter, etc) e organizar arquivos em disco.