Um algoritmo é uma sequência finita de passos formulada de maneira lógica para gerar um conjunto de saídas esperadas a partir de um conjunto de dados de entrada. Existem diversas maneiras de representação de um algoritmo, variando-se desde as abordagens mais próximas à nossa linguagem natural até os algoritmos computacionais. Por exemplo, uma representação alto nível de um algoritmo é a abordagem descritiva, que consiste em enumerar um passo-a-passo e descrever textualmente como resolver o problema em questão.
Vale ressaltar que o propósito do algoritmo é sempre o mesmo: descrever uma sequência de passos que fazem sentido a fim de se obter uma saída esperada ao resolver um problema a partir de dados de entrada.
Veja a seguir diferentes representações para o problema de imprimir a soma de dois números que são fornecidos como entrada:
1) Solicite que o usuário informe um número inteiro a por meio do teclado
2) Guarde esse valor na variável a
3) Solicite que o usuário informe um número inteiro b por meio do teclado
4) Guarde esse valor na variável b
5) Some a e b e armazene o resultado na variável s
6) Imprima na tela o valor da variável s
a <- Ler_Inteiro()
b <- Ler_Inteiro()
s <- a+b
Imprimir(s)
a = int(input("Informe o valor do numero a: "))
b = int(input("Informe o valor do numero b: "))
s=a+b
print(f"Soma de a e b eh: {s}")
Suponha que você desenvolveu um algoritmo em um código-fonte/script em uma determinada linguagem de programação. Queremos que esse código-fonte seja executado como um programa em computador. Para esse propósito, devemos converter o código-fonte/script para linguagem de máquina, em que essa mesma informação (comandos/instruções/dados) é representada no sistema binário (bits). A linguagem de máquina é a representação utilizada para viabilizar a comunicação entre o hardware e o software.
O processo de conversão de um código-fonte/script originalmente escrito em uma linguagem de alto nível para uma linguagem de baixo nível é denominado tradução. A figura abaixo ilustra o passo-a-passo desse processo:
A grande etapa de Tradução pode ser feita por meio de três abordagens: compilação, interpretaçãoe híbrida. Detalhamos abaixo cada uma das etapas mencionadas:
Se tratam dos algoritmos computacionais descritos em alguma linguagem de programação. Compare os dois códigos-fontes escritos nas linguagens Python e C, respectivamente (observe a diferença na sintaxe, estrutura e nome dos comandos):
Python
a = int(input("Informe o valor do numero a: "))
b = int(input("Informe o valor do numero b: "))
s=a+b
print(f"Soma de a e b eh: {s}")
C
#include<stdio.h>
int main(){
int a,b,s;
printf("Informe o valor do numero a: \n");
scanf("%d",&a);
printf("Informe o valor do numero b: \n");
scanf("%d",&b);
s=a+b;
printf("Soma de a e b eh: %d\n",s);
return 0;
}
Também conhecida como Assembly, é uma linguagem de nível intermediária entre a linguagem de alto nível e a linguagem de máquina. O Assembly possui uma sintaxe que é legível por humanos, mas que permite representar textualmente o conjunto de instruções de máquina (ISA) do computador.
O uso de uma linguagem de montagem tem como vantagens a melhora no desempenho do processo de tradução do código-fonte/script em linguagem de alto nível para a linguagem de máquina. Antigamente, nem sempre todos os computadores possuíam compiladores/interpretadores para rodar um programa escrito em determinada linguagem, então a linguagem de montagem, apesar da sintaxe mais complicada, se mostrou uma opção viável.
O exemplo é o resultado da conversão do código-fonte anterior em Assembly:
.data
.text
main:
li $s0, 10
li $s1, 17
add $s2,$s1,$s0
li $v0,1
la $a0, ($s2)
syscall
li $v0, 10
syscall
Um programa denominado montador é designado para converter os comandos/instruções Assembly em linguagem de máquina. Tal conversão depende da arquitetura do sistema computacional associado e da especificação do processador, não sendo portanto, única. No exemplo acima, é apresentado o código em linguagem Assembly MIPS (de Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages), apesar de existirem outros tipos como x86.
PS.: o propósito do MIPS é bem diferente do x86, já que baseiam em diferentes tipos de conjuntos de instruções! O MIPS se baseia em um conjunto reduzido de instruções, enquanto que o Assembly x86 se baseia em arquiteturas com conjuntos complexos de instrulões. Mas isso é conversa para outra disciplina: Organização e Arquitetura de Computadores.
Também conhecida como código de máquina, é a linguagem padrão dos computadores. A informação está representada por bits (zero e um), sendo lida, armazenada e processada pela unidade central de processamento (CPU).
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Como os computadores processam a informação em linguagem de máquina? Isso depende da arquitetura do computador e do seu conjunto de instruções (ISA - Instruction Set Architecture), que definem os modos de endereçamento de memória, conjunto de registradores, tamanho da palavra de memória, fluxo de controle etc. Esses estudos serão feitos de maneira detalhada em uma outra disciplina, denominada CIC0099 - Organização e Arquitetura de Computadores.
A compilação transforma o código-fonte escrito em uma linguagem de programação em alto nível em linguagem de máquina de uma única vez antes do programa ser executado. Como resultado, o processo de compilação gera um arquivo executável (exe para Windows e .bin para o Linux, por exemplo) que deve ser executado apenas em sistemas computacionais com características similares. O compilador apresenta todos os erros no código-fonte após o processo de compilação. Caso sejam encontrados erros de sintaxe, o arquivo executável não é gerado. A execução do arquivo executável é realizada pela unidade central de processamento, por meio do Sistema Operacional.
Exemplos de linguagens compiladas: C, C++, Pascal, Rust
A interpretação é a abordagem que converte cada comando/instrução em um programada desenvolvido em linguagem de alto nível em um respectivo comando/instrução em linguagem de máquina durante a execução do programa.
O programa que interpreta um código-fonte e possibilita sua execução é o interpretador. O interpretador é um programa que converte cada comando/instrução do código-fonte/script diretamente em linguagem de máquina. A tarefa do compilador e do interpretador é a mesma: converter o código-fonte em linguagem em alto nível para linguagem de máquina.
- O interpretador mostra os erros de cada linha, uma a uma, durante a execução do programa associado ao código-fonte/script passado como entrada.
Exemplos de linguagens interpretadas: Matlab, Javascript, Ruby, Perl, PHP
A abordagem híbrida compreende o processo de tradução que emprega tanto aspectos de compilação e interpretação para a geração do código em linguagem de máquina a partir do código-fonte. Nesses casos, existe um compilador que verifica erros de sintaxe no código-fonte e, consequentemente, gera um código em linguagem intermediária (bytecode). Esse programa em bytecode é então executado por meio de uma máquina virtual. Exemplos de linguagens híbridas: Java e Python.
Na linguagem Java, o compilador javac gera a representação bytecode, que fica salva como arquivos .class em disco, que são então executados pela Java Virtual Machine (JVM). A Java Virtual Machine está implementada no software OpenJDK. Por exemplo, seja um código-fonte em linguagem Java denominado Fonte.java. Para rodar esse programa, deve-se então digitar os dois comandos a seguir no terminal do Linux:
$ javac Fonte.java
que irá gerar o arquivo bytecode Fonte.class.
$ java Fonte
faz com que o bytecode seja executado pela JVM.
No caso do Python, o processo é similar, apesar de parecer "misterioso". Primeiramente, o python3 compila o código-fonte que está no arquivo em formato .py, resultando na geração de uma representação em bytecode. Observe que no caso do Python não ocorre a criação de um arquivo associado ao bytecode. Em seguida, a máquina virtual Python3 (Python Virtual Machine) executa o programa a partir da representação bytecode seguindo o processo de interpretação. Assim, do ponto de vista do programador, como apenas uma etapa é realizada (o programador apenas efetua o comando python3 para rodar o programa associado a um código-fonte), a linguagem Python é muitas vezes confundida como sendo interpretada.
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Programas compilados rodam mais rápido quando comparados aos programas baseados em linguagem interpretadas, sendo menos dependentes do desempenho do sistema operacional e da qualidade do hardware.
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Não existe a melhor abordagem, isto é, se linguagens interpretadas são melhores do que linguagens compiladas! Depende da aplicação, por exemplo, em um navegador web, em que os sites a serem apresentados pelo navegador variam conforme a navegação do usuário. Nesse caso, o uso de uma linguagem interpretada é mais apropriado.
