Introdução à Ciência da Computação

1. Componente Curricular:

Introdução à Ciência da Computação

2. Carga Horária:

45 horas

3. Objetivo:

Capacitar o aluno a conhecer os princípios fundamentais do funcionamento e da programação dos computadores (hardware e software), entendendo os usos e as terminologias básicas do computador.

4. Ementa Oficial:

Estrutura e funcionamento de um computador digital. Noções de software básico: sistema operacional, compilador, interpretador, montador. Representação interna dos dados e sistema de numeração. Resolução de problemas e desenvolvimento de algoritmos: análise de problemas, estratégias de solução e representação. Disciplina de Documentação. Estruturação e modularização. Tipos e estruturas elementares de dados. Recursão e suas aplicações.

5. Conteúdo Programático:

• • Histórico e Fundamentos do Computador.

    • Evolução dos Computadores.

    • Representação e Processamento dos Dados.

    • Sistema de Numeração.

    • Estrutura e Funcionamento do Computador.

  • Software Básico.

    • A Programação do Computador.

    • Visão Geral dos Sistemas Operacionais.

  • Introdução à Programação.

    • Resolução de Problemas e Desenvolvimento de Algoritmos.

    • Executando um Programa.

    • Estratégias de Solução e Representação de Algoritmos.

    • Programação Estruturada e Modular.

    • Estruturas de Dados.

    • Recursão e suas aplicações.

6. Abordagem Metodológica:

Aprender fazendo e fazer aprendendo. As ações implementadas têm como foco o aprendizado dos fundamentos da computação pelo uso de recursos computacionais - privilegiando o projeto por simuladores e o desenvolvimento prático; seguido de exposições teóricas, apoiadas por: simulações, slides e vídeos. Em resumo, a metodologia tem como base a tríade Conteúdo, Atividade e Produto.

A nota final será dada pelas avaliações dos artefatos (relatório, lista de exercício - manuscritas, apresentação oral, pôster, postagem, vídeo, ...) produzidos durante as aulas e entregues em cada uma das datas especificadas. O aluno também será avaliado através de outros recursos, como p.ex. a frequência e a apresentação de artefatos não obrigatórios - os quais poderão até ter pontuação extra.

7. Plano de Aprendizado:

Aula 1

Conteúdo: 

• • • Evolução dos Computadores.

      • Introdução à Computação - UAB. (1)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (1)

      • Breve História do Computador.

      • Gerações de Computadores.

      • O que é um processador e qual a sua função?

Atividades: 

• • • Praticando a Evolução da Computação.

      • O computador como Máquina Analógica: Ábaco, Pascalina, Bombe, ...

      • O computador como Máquina Digital: Eniac, Altair, ULA de 1 Bit (protótipo), UCP de 2 Bits, ...

      • Evolução na Programação: Ada, Fortran, Fluxograma, Diagrama de Chapin, Blockly Demos, Scratch, AppInventor, ...

    • Brincando e aprendendo a programar com o Blockly Games.

Produtos: 

• • • Ábaco Online.

    • Pascaline.

    • Bombe Machine Demonstration.

    • Turing-Welchman Bombe Simulator.

    • ENIAC Simulator and Related Material.

    • MITS Altair Simulator.

    • Arduino Altair 8800 Simulator.

    • Software History: Emulators and Simulators.

    • Historia : A Evolução dos Computadores.

    • A História da Internet - TecMundo.

    • Documentário sobre Lógica de Programação.

    • Blind Bits e QR Audio.

Aula 2

Conteúdo: 

• • • Representação e Processamento dos Dados.

      • Introdução à Computação - UAB. (2)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (3)

      • Portas Lógicas, o LEGO do mundo eletrônico.

      • Representação de Dados.

      • Processamento de dados.

      • Álgebra booleana e portas lógicas NOT, AND, OR, XOR.

Atividades: 

• • • Ensinando a operação de Soma, para um computador:

      • Testando as Portas Lógicas básicas do Logic.ly.

        • Opcionalmente no TinkerCAD.

      • Construindo uma Tabela Verdade para Soma.

      • "Calculando" a expressão e o circuito lógico.

      • Construindo um Circuito de Soma no Logic.ly.

    • Exibindo um Caractere (Tabela ASCII) no Simple 8 Bit.

Produtos: 

• • • A Lógica da Comparação de Bits.

    • Portas Lógicas com Transistores.

    • Inversor - Porta NOT.

    • Why Do Computers Use 1s and 0s? Binary and Transistors Explained.

Aula 3

Conteúdo: 

• • • Sistema de Numeração.

      • Introdução à Computação - UAB. (3)

      • Sistemas de Numeração e Conversões de Bases.

      • Entenda o sistema binário e como ele funciona.

      • Operações no Sistema Binário.

Atividades: 

• • • Convertendo de Decimal para Binário.

      • E para Hexadecimal e outras Bases?

    • Programando a Conversão de Decimal para Binário.

    • Programando a Conversão de Binário para Decimal (processo).

    • Somando 1 bit com Blockly, Arduino e Micro:Bit (processo).

      • E para Somar 4 Bits?

Produtos: 

• • • Comparadores: (=,>,<) em 1 Bit, de Igualdade em 4 bits e de (=,>,<) em 4 Bits.

    • Programa verificador de igualdade sem "=".

    • Simulador Tinkercad e Arduino Básico.

    • Exploring How Computers Work.

Aula 4

Conteúdo: 

• • • Estrutura e Funcionamento do Computador.

      • Introdução à Computação - UAB. (4)

      • Funcionamento do Computador.

Atividades: 

• • • Entendendo a estrutura e o funcionamento do computador:

      • Comparando um estrutura de Alto Nível com uma de Baixo Nível.

      • Observando o funcionamento no Simulador K&S (Assembly K&S).

    • Implementando uma ULA de 4 Bits, no Logic.ly.

      • Construir uma ULA de 1 Bit e 4 Operações.

        • Construir o CI Somador.

        • Construir o CI Seletor.

        • Conectar as entradas aos circuitos AND, OR, NOT e de Soma, e integrar com o Seletor.

      • Integrar as 4 ULAs de 1 Bit.

Produtos: 

• • • ULA de 4 Bits com 4 ULAs de 1 Bit.

    • O que é um processador e qual a sua função?

    • CPU e os periféricos de entrada e saída.

    • Computer Basics: Inside a Computer.

    • Inside the CPU.

    • O que são barramentos?

    • How to Integrate Circuits correctly in Logicly.

Aula 5

Conteúdo: 

• • • Revisão de conteúdos e 1ª Avaliação.

Atividades: 

• • • Avaliando conhecimentos sobre a Representação e Processamento de Dados.

Produtos: 

• • • Relatório de Produto e/ou Prova Prática 1.

Aula 6

Conteúdo: 

• • • A Programação do Computador.

      • Introdução à Computação - UAB. (5)

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (2 e 4)

      • O que é Algoritmo?

      • O que são linguagens de programação?

      • Afinal qual a diferença entre Interpretadas e Compiladas?

      • Expressão Numérica Com Números Racionais.

Atividades: 

• • • Diferenciando Tradutores:

      • O Montador traduz da linguagem Assembly, para a linguagem da máquina.

        • Abra o 8-Bit Assembler e apague o programa na área de código.

        • Digite na área de código as instruções mov a, 10, add a, 5 e hlt. Uma instrução em cada linha.

        • Observe a RAM "zerada" e clique no botão "Assemble", abaixo da área de código.

        • Observe o código de máquina na RAM e opcionalmente clique em "Run" para executar o programa.

      • O Interpretador imediatamente traduz e executa a primeira instrução do seu programa, repetindo esta operação para as outras.

        • Com os Blocos de Código já disponibilizados, tente montar um programa semelhante ao anterior.

        • Clique no botão de execução e observe a quase que imediata exibição do resultado (se tudo foi montado corretamente).

        • Verifique nas guias de linguagens, como o aplicativo faz automaticamente a tradução.

      • O Compilador tem execução muito mais rápida que o interpretador.

        • Em ambientes de programação on-line como o JDoodle, o processo de compilação é executado automaticamente.

        • Ao clicar no botão "Execute" a aplicação Web envia o seu programa (código fonte) para o servidor que, automaticamente:

          • Executa o compilador que traduz todas as instruções de um programa.

          • Coloca as instruções traduzidas em um único bloco chamado código objeto. Aqui termina a compilação.

          • Executa o código objeto e exibe o resultado.

    • Criando Representação Computacional para Expressões Aritméticas e Lógicas.

      • Tendo como base a expressão entre parênteses mais a direita do exemplo (expressões), faça:

        • Abra o programa para acessar os Blocos de Código.

        • Identifique a sub-expressão com maior prioridade e monte o bloco de código equivalente.

        • Insira a expressão construída no passo anterior como um dos elementos  do bloco de código para a próxima operação.

        • Crie o bloco de código para a expressão final usando  a expressão construída no passo anterior e o dado necessário.

        • No bloco de exibição, adicione o bloco de expressão montado no passo anterior e execute o programa.

      • Como exercício faça o programa para resolver a expressão completa.

Produtos: 

• • • Exemplo de precedência de operadores Aritméticos e Lógicos.

Aula 7

Conteúdo: 

• • • Visão Geral dos Sistemas Operacionais.

      • Introdução à Computação - UAB. (6)

      • O Que É Sistema Operacional?

      • Historia dos Sistemas operacionais.

Atividades: 

• • • Incrementando de 1 no primeiro micro computador (Artigo de Lançamento).

      • Inicie o simulador do Altair.

      • Observe o código do programa.

      • Ligue o Altair para executar o Incremento de 1;

      • Selecione o endereço 0, ou seja: A7-A0 com 00000000 clicando em EXAMINE.

      • No endereço selecionado, insira o primeiro byte, ou seja: D7-D0 com 00111100 e DEPOSIT.

      • Nos endereços de 1 a 4, insira os outros bytes. Ou na guia Debug, entre com "3c 32 10 00 76".

      • Execute clicando em RESET e depois RUN.

      • Selecione o endereço 00010000 e verifique o conteúdo.

    • Incrementando de 1 em um computador com Linux.

      • Inicie o simulador do Linux.

      • Entre com o comando "expr 0 + 1".

    • Incrementando de 1 em seu computador ou celular.

      • Abra a sua calculadora preferida e execute a operação "0 + 1".

Produtos: 

• • • UNIX - Conheça a história do pai dos sistemas Operacionais.

    • Aprendizado com Simuladores: Assembly e UNIX.

Aula 8

Conteúdo: 

• • • Resolução de Problemas e Desenvolvimento de Algoritmos.

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (6)

      • O que são Tipos de Dados em Lógica de Programação.

      • Estruturas sequenciais, condicionais e de repetição.

      • Lógica de Programação - Estruturas de Controle.

Atividades: 

• • • Blockly: jeito fácil de aprender ou ensinar JavaScript, Python, PHP, Lua ou Dart.

      • Observando os conceitos de:

        • Algoritmos, Tipos Primitivos de Dados, Constantes, Variáveis e Programação Sequencial.

      • Testando as estruturas básicas de programação e variáveis indexadas.

Produtos: 

• • • EXERCÍCIOS e Respostas de Lógica de Programação.

    • Estrutura de Decisão Condicional Simples.

    • Estrutura de Decisão Condicional Composta.

    • Laço de Repetição Para em Lógica de Programação.

Aula 9

Conteúdo: 

• • • Executando um Programa.

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (7)

      • O que é um Teste de Mesa? Como aplicá-lo?

Atividades: 

• • • Como executar programas no computador e o Papel (Teste de Mesa).

      • Programando a resolução da Equação do Segundo Grau.

        • Iniciando pela Equação do Primeiro Grau.

      • Ensinando o computador a contar.

Produtos: 

• • • Blockly Demo.

Aula 10

Conteúdo: 

• • • Revisão de conteúdos e 2ª Avaliação.

Atividades: 

• • • Avaliando Conhecimentos  Básicos de Programação.

Produtos: 

• • • Relatório de Produto e/ou Prova Prática 2.

Aula 11

Conteúdo: 

• • • Estratégias de Solução e Representação de Algoritmos.

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (8)

      • O que são Vetores e Matrizes (arrays).

      • Tipo de dados Vetores da Lógica de Programação.

      • O que é ARRAY (Vetor - Matriz).

Atividades: 

• • • Praticando Algoritmos: Descrição Narrativa, Fluxograma, Pseudo-código.

      • Desenvolvendo programas para gerenciar listas:

        • Somando uma lista de 50 números (digitados pelo usuário na execução do programa).

        • Verificando pares e múltiplos de 7 na lista de 50 números.

        • Verificando o maior e o menor em uma lista de 50 números.

          • Digitando dados na execução do programa.

          • Inserindo a lista em uma estrutura de dados (vetor).

        • Calculando a soma dos elementos de duas matrizes 3x3.

        • Manipulando listas de caracteres.

          • Invertendo a lista.

          • Buscando dados na lista.

Produtos: 

• • • Conhecimentos Básicos para Iniciantes em Programação.

Aula 12

Conteúdo: 

• • • Programação Estruturada e Modular.

      • Introdução a Algoritmos e Programação. (9)

      • Aprenda PROGRAMAÇÃO ESTRUTURADA em 10 MINUTOS.

      • Programação modular.

Atividades: 

• • • Criando e diferenciando funções e procedimentos.

    • Resolução de Exercícios. Questões 39, 40, 44, 45, 50.

Produtos: 

• • • Lista de Exercícios Lógica de Programação Resolvido 1/50.

    • Como Melhorar a Lógica de Programação.

Aula 13

Conteúdo: 

• • • Estruturas de Dados.

Atividades: 

• • • Identificando os tipos e estruturas elementares de dados.

    • Resolução de Exercícios. Questões 51, 57, 58, 70, 71.

Produtos: 

• • • Introdução a Algoritmos e Programação. (A)

Aula 14

Conteúdo: 

• • • Recursão e suas aplicações.

Atividades: 

• • • Resolução de Exercícios. Questões 74, 75, 77, 78.

Produtos: 

• • • Resolução dos exercícios.

Aula 15

Conteúdo: 

• • • Revisão de conteúdos e 3ª Avaliação.

Atividades: 

• • • Praticando Programação Básica.

Produtos: 

• • • Relatório de Produto e/ou Prova Prática 3.

8. Bibliografia Básica:

• • BROOKSHEAR, J. G., 2013: Ciência da Computação uma Visão Abrangente. - 11. ed., Bookman, 561p.

  • GUIMARÃES, A. M., 1984: Introdução à Ciência da Computação. - LTC, 165p.

  • TERADA, R., SETZER, V., 1991: Introdução à Computação e à Construção de Algoritmos. - McGraw-Hill, 135p.

9. Materiais de Apoio:

Para as Aulas:

• • Algoritmos: Aposto que Você Já os Conhece.

  • Fluxograma e Pseudocódigo.

  • Fluxogramas, Diagrama de Blocos e de Chapin.

  • Tipos de Dados, Constantes e Variáveis.

  • Tradução, Montagem, Compilação, Ligação e Interpretação.

Para os Trabalhos e Atividades:

• • IDEs e Compiladores C.

  • Coding Ground.

  • Como é Feito o Cálculo de Validação do CPF.

  • Algoritmo da Raiz Quadrada.

  • Apostila de ANSI C.

  • Guia de Referência (resumo) para Linguagem de Programação C.