FACOM31102 - Aula 02 - Conceitos

Algoritmos, Programas e Máquinas

O que é Computação?

• Computação não é sobre computadores, mas sobre processamento de informação
  • A Computação é a ciência de resolução de problemas
  • A ferramenta universal que usamos para resolver esses problemas é a máquina de processar informação, os computadores.

O que é Ciência da Computação

• Estudo sistemático e teórico dos processos algorítmicos que descrevem e transformam a informação
  • Abrange a teoria da computação, o projeto e a arquitetura de sistemas de computação e o desenvolvimento de software e hardware.

• Em termos simples:
  • É a arte e a ciência de resolver problemas através da criação de algoritmos (sequências lógicas de passos) e da programação de máquinas (computadores) para uma execução rápida e eficiente.

O que são Sistemas de Informação?

• Sistemas de Informação (SI) são muito mais do que apenas softwares ou computadores
  • Representam um campo do conhecimento e um conjunto de componentes essenciais para o funcionamento e a estratégia de qualquer organização moderna.

• Numa definição mais abrangente, um Sistema de Informação é um conjunto organizado de elementos inter-relacionados que trabalham juntos para coletar, processar, armazenar e distribuir dados e informações, apoiando as operações, a gestão e o processo de tomada de decisão dentro de uma organização.

Resumo

• A chave para o processamento da informação reside em três conceitos interligados:
  • Algoritmo: A ideia de como resolver. (O "o quê" e "como").
  • Programa: A tradução dessa ideia para a máquina. (O "código").
  • Máquina: O executor da tradução. (O "hardware").

Foco Principal

• Enquanto outros campos de TI (Tecnologia da Informação) podem focar em aspectos práticos (como sistemas de informação ou engenharia de hardware), a Ciência da Computação possui um forte embasamento teórico e matemático.

• Seus principais focos incluem:
  • Teoria da Computação: Estudo dos limites e possibilidades da computação (o que pode ou não ser resolvido por um computador).
  • Algoritmos e Estruturas de Dados: O desenvolvimento de receitas eficientes para processar informações.
  • Linguagens de Programação: A criação e o estudo de linguagens que permitem a comunicação com o computador.
  • Arquitetura de Sistemas: Entendimento de como o hardware e o software se organizam para formar sistemas funcionais.

O Conceito Fundamental: O Algoritmo

• O algoritmo é a base de tudo
  • É uma receita, um passo a passo finito e não ambíguo para resolver um problema.

• Definição:
  • É uma sequência finita e ordenada de passos que resolve um problema específico.

• Analogia:
  • Instrução
    • Cada passo do manual
      • Ex: "Prenda a peça 'A' na peça 'B' usando o parafuso '1'"
        • Uma instrução clara e não ambígua
  • Ordem
    • A ordem sequencial dos passos
      • Se você prender o puxador antes de montar a gaveta, o resultado será um erro
        • O algoritmo deve ser seguido na ordem exata para ser correto
  • Finitude
    • O manual tem um número limitado de passos
      • A montagem tem um fim
        • Um algoritmo não pode ser um processo infinito
  • Entrada (Input)
    • A caixa de peças, parafusos, porcas, etc
      • Os dados brutos que o algoritmo deve processar
        • Dados de entrada serão processados
  • Saída (Output)
    • O móvel montado e funcional
      • A solução correta e esperada do problema
        • O resultado final é o que se esperava no início.

Abstração

• Algoritmos não precisam de computadores. Eles existiam na matemática (Euclides) muito antes da eletricidade. Eles são uma entidade abstrata e universal.

• De Algoritmos a Programas
  • Se o algoritmo é uma receita, o programa é a receita escrita em uma linguagem que o cozinheiro (a máquina) entende.
• Definição:
  • Um programa é a implementação formal de um ou mais algoritmos, escrita em uma linguagem de programação específica.
• O Papel da Linguagem:
  • Pense em traduzir a receita de bolo do português para o "linguajar" da sua máquina (Python, Java, etc.). Cada linguagem tem suas regras (sintaxe).
• Instruções e Dados:
  • O programa manipula dados (ingredientes) seguindo instruções (passos da receita).

A História das Máquinas de Processar Informação

• Como a Máquina evoluiu para executar nossos Programas?

• Níveis e Funções
• Aplicação/Usuário
  • Resolver o problema final do usuário
    • Um aplicativo de streaming
      • Spotify, Netflix
• Software de Sistema
  • Gerenciar recursos e fornecer serviços ao software de aplicação.
    • Sistema Operacional
      • Windows, Linux, iOS
• Linguagens de Máquina
  • Conjunto de instruções binárias diretas (0s e 1s) que o processador entende
    • Código binário bruto
• Hardware
  • Executar fisicamente as instruções binárias
    • CPU (Processador), Memória (RAM), Placa- Mãe.

• O Loop Fechado:
• Você usa um Programa (Aplicação).
• O Sistema Operacional traduz as requisições em comandos.
• O Hardware (CPU) executa esses comandos como operações elétricas.
• O resultado, correto e eficiente, retorna ao usuário.

• Ponto-chave: Um bom cientista de computação entende que precisa de um bom algoritmo (ideia), traduzido em um bom programa (código) para ser executado em uma boa máquina (hardware/sistema operacional). A falha em qualquer nível (como vimos nos casos de corretude, confiabilidade ou eficiência) compromete a qualidade final.

• Conclusão
  • Computação é Engenharia de Abstração: Você aprende a transformar uma ideia abstrata (algoritmo) em uma solução concreta (programa) que é executada por física pura (máquina).

• Questões:
• Qual é a diferença mais crucial entre um Algoritmo e um Programa?
• Qual invenção tecnológica vocês consideram o ponto de virada definitivo na história da computação?