Ciência da Computação do IGCSE

Um computador só pode trabalhar com dois estados: ligado e desligado. Você escreve esses como 1 e 0. Um sistema que usa apenas dois dígitos 数字 é chamado binário 二进制 (base 2).

Todo tipo de dado 数据 — números, texto, som e imagens — deve ser convertido para binário antes que um computador possa usá-lo. O computador processa esse binário usando portas lógicas 逻辑门 e armazena em registros 寄存器 (pequenos e rápidos armazenamentos dentro do processador 处理器).

Um sistema numérico 数制 é uma maneira de escrever números usando um conjunto fixo de dígitos. Você precisa de três deles.

• decimal 十进制 é o sistema normal de contagem (também chamado decimal).
• binário usa apenas 0 e 1.
• hexadecimal 十六进制 (hex) usa dezesseis dígitos: 0–9, depois A, B, C, D, E, F representam 10, 11, 12, 13, 14, 15.

A base 基数 diz quantos dígitos diferentes um sistema usa.

Valor posicional

Cada coluna em um número tem um valor posicional 位值. No binário, os valores dobram da direita para a esquerda. Para um número de 8 bits eles são:

128  64  32  16  8  4  2  1

Um bit 位 é um único 0 ou 1. Oito bits fazem um byte 字节. Quatro bits (metade de um byte) é um nibble 半字节.

Conversão entre sistemas numéricos

Decimal → Binário. Escreva os valores posicionais. Coloque um 1 sob cada valor necessário para somar seu número; coloque 0 nos demais.

Exemplo: mude decimal 150 para binário. $150 = 128 + 16 + 4 + 2$.

128 64 32 16 8 4 2 1
  1  0  0  1 0 1 1 0

Então $150$ = 10010110.

Binário → Decimal. Some os valores posicionais onde há um 1. 10010110 $= 128 + 16 + 4 + 2 = 150$.

Hexadecimal → Binário. Converta cada dígito hex para seu próprio grupo de 4 bits (um nibble).

Exemplo: hex F08. $F = 1111$, $0 = 0000$, $8 = 1000$, então F08 = 1111 0000 1000.

Binário → Hexadecimal. Agrupe os bits em nibbles de 4, começando da direita. Converta cada nibble para um dígito hex.

Decimal → Hexadecimal. A maneira fácil é mudar para binário primeiro, depois binário para hex.

Esta tabela ajuda com as letras hex:

Questões da Cambridge usam números binários de até 16 bits de comprimento.

Exemplo resolvido. Converta decimal 100 para binário de 8 bits, depois para hexadecimal.

$100 = 64 + 32 + 4$, então o binário é 01100100. Dividindo em nibbles, 0110 0100 $= 6$ e $4$, então o hexadecimal é 64.

Por que hexadecimal é usado

Hex é mais curto que binário e mais fácil para pessoas lerem e escreverem. Um dígito hex substitui 4 dígitos binários, assim você comete menos erros. O valor não muda — hex é apenas uma forma mais curta de mostrar o mesmo binário.

Cientistas da computação usam hex para:

• Endereços MAC e endereços IPv6
• Códigos de cores em HTML (por exemplo, #FF0000 é vermelho)
• endereços de memória 内存地址 e códigos de erro
• Mostrar o conteúdo da memória (um "voltagem de memória")

Você pode somar dois números binários de 8 bits, coluna por coluna da direita, assim como o decimal. As regras para uma coluna são:

Quando um carregamento também entra, $1 + 1 + 1 = 1$ com um carregamento de 1.

Exemplo: some 01110110 (118) e 00110000 (48).

  0 1 1 1 0 1 1 0    (118)
+ 0 0 1 1 0 0 0 0    (48)
-------------------
  1 0 1 0 0 1 1 0    (166)

Transbordamento

Um registrador de 8 bits pode armazenar valores decimais de 0 a 255 apenas. Se uma adição resultar em um valor acima de 255, a resposta precisará de um 9º bit. O registrador não consegue armazenar esse bit extra, então ele é perdido. Isso é chamado de overflow 溢出 (um erro de overflow). Isso acontece quando um valor sai do limite que o registrador pode armazenar.

Exemplo: 11001000 (200) $+$ 01001000 (72) $= 272$. Em binário isso é 1 00010000, que precisa de 9 bits. O 1 inicial não caberá em 8 bits, então a resposta armazenada estará errada.

Um deslocamento binário lógico 逻辑二进制移位 move todos os bits para a esquerda ou para a direita por um certo número de posições.

• Bits que saem da extremidade do registrador são perdidos.
• Zeros são adicionados na extremidade vazia.

Um deslocamento à esquerda multiplica o número por 2 para cada posição movida. Um deslocamento à direita divide-o por 2 para cada posição; os bits mais à direita (os bits menos significativos 最低有效位) são perdidos.

Exemplo: deslocar à esquerda 00110101 (53) em 2 posições.

start:         0 0 1 1 0 1 0 1
left shift 2:  1 1 0 1 0 1 0 0

O resultado é 11010100 (212), que é $53 \times 4$. Os dois bits mais à esquerda foram perdidos e dois zeros entraram pela direita. Se um 1 for empurrado para fora, essa informação está perdida para sempre.

Até agora os números eram positivos. O complemento de dois 补码 permite que um registrador de 8 bits armazene também números negativos.

No complemento de dois, o bit mais à esquerda (o bit mais significativo 最高有效位, ou MSB) tem um valor posicional negativo:

-128  64  32  16  8  4  2  1

• Se o MSB for 0, o número é positivo.
• Se o MSB for 1, o número é negativo.

Para tornar um número positivo negativo: escreva o binário positivo, inverter cada bit (0↔1), depois some 1.

Exemplo: tornar $-40$ negativo.

• $+40$ = 00101000
• inverter os bits = 11010111
• somar 1 = 11011000

Então $-40$ = 11011000. Verifique somando os valores posicionais: $-128 + 64 + 16 + 8 = -40$.

Para ler um número no complemento de dois negativo, basta somar os valores posicionais (o MSB conta como $-128$). A faixa de um número de complemento de dois de 8 bits é de $-128$ a $+127$.

Os computadores armazenam texto atribuindo um número a cada caractere e, em seguida, armazenando esse número em binário. O conjunto de caracteres que um computador pode usar, junto com seus números, é um conjunto de caracteres 字符集.

• ASCII usa 7 bits por caractere, portanto possui 128 caracteres diferentes. Isso é suficiente para letras, dígitos e símbolos comuns do inglês.
• Unicode usa mais bits por caractere. Pode representar muitos mais caracteres — muitas línguas, além de símbolos e emoji 表情符号.

Como o Unicode tem mais caracteres, ele precisa de mais bits por caractere que o ASCII, então o mesmo texto ocupa mais espaço de armazenamento 存储。

Uma onda sonora 声波 é suave e está sempre mudando. Para armazená-la, o computador mede a altura da onda em momentos regulares. Isso é chamado de amostragem 采样, e cada medição é uma amostra.

• taxa de amostragem 采样率 é o número de amostras coletadas por segundo (medido em Hz).
• resolução de amostragem 采样分辨率 é o número de bits usados para cada amostra. A altura da onda em um ponto de amostragem é sua amplitude 振幅。

Uma taxa de amostragem maior e uma resolução de amostragem maior fornecem uma gravação mais precisa, mas resultam em um arquivo maior.

Uma imagem de computador é composta por uma grade de pequenos pontos chamados pixels 像素。

• resolução 分辨率 é o número de pixels na imagem (por exemplo, $1920 \times 1080$).
• profundidade de cor 颜色深度 é o número de bits usados para armazenar a cor de cada pixel.

Uma resolução maior e uma profundidade de cor maior proporcionam uma imagem de melhor qualidade, mas resultam em um arquivo maior.

O armazenamento de dados é medido nas unidades abaixo. Um nibble tem 4 bits e um byte tem 8 bits; a partir do kibibyte para cima, cada unidade é 1024 vezes a anterior (porque $1024 = 2^{10}$, que se encaixa no binário).

Tamanho do arquivo de imagem (em bits) $=$ resolução $\times$ profundidade de cor $=$ largura $\times$ altura $\times$ profundidade de cor.

Exemplo: uma imagem tem $1024 \times 1024$ pixels com profundidade de cor de 2 bytes ($= 16$ bits).

• bits $= 1024 \times 1024 \times 16 = 16\,777\,216$ bits
• bytes $= \div 8 = 2\,097\,152$ bytes
• KiB $= \div 1024 = 2048$ KiB
• MiB $= \div 1024 = 2$ MiB

Tamanho do arquivo de som (em bits) $=$ taxa de amostragem $\times$ resolução de amostragem $\times$ duração em segundos.

Sempre divida por 1024 (não 1000) para converter para KiB, MiB e assim por diante. Dê sua resposta na unidade solicitada pela questão.

Exemplo resolvido. Um som é gravado por 30 segundos a uma taxa de amostragem de 8,000 Hz com uma resolução de amostra de 16 bits. Encontre o tamanho do arquivo em kibibytes (KiB).

• bits $= 8\,000 \times 16 \times 30 = 3\,840\,000$ bits
• bytes $= 3\,840\,000 \div 8 = 480\,000$ bytes
• KiB $= 480\,000 \div 1024 \approx 469$ KiB

Compactação 压缩 torna um arquivo menor. Um arquivo menor:

• ocupa menos espaço de armazenamento,
• precisa de menos largura de banda 带宽 (a quantidade de dados que uma conexão pode transportar),
• leva menos tempo para ser enviado (um tempo de transmissão 传输 mais curto).

Existem dois tipos.

Compactação sem perdas

Compactação sem perdas 无损 torna o arquivo menor com nenhuma perda permanente de dados. O arquivo original pode ser reconstruído exatamente.

Um método é codificação por comprimento de corrida 行程编码 (RLE). Ela substitui uma sequência de valores repetidos por uma cópia do valor e uma contagem de quantas vezes ele se repete. Por exemplo, WWWWWWWW (8 brancos) é armazenado como "8 W". Isso funciona bem quando os dados têm muitas repetições.

Compactação com perdas

Compactação com perdas 有损 torna o arquivo muito menor ao remover permanentemente alguns dados. Os dados removidos não podem ser recuperados. Por exemplo:

• reduzir a resolução ou profundidade de cor de uma imagem,
• reduzir a taxa de amostragem ou a resolução de amostragem de um som.

Use compactação sem perdas quando você precisar manter cada detalhe (arquivos de texto e programas). Use compactação com perdas para fotos, música e vídeo, onde uma pequena perda de qualidade vale um arquivo muito menor.

• Converta decimal → binário subtraindo os valores posicionais (128, 64, 32 …); binário → decimal somando os valores posicionais que contêm um 1.
• Para converter para hexadecimal, agrupe o binário em nibbles de 4 bits da direita; cada nibble corresponde exatamente a um dígito hexadecimal.
• Overflow acontece quando um resultado precisa de mais bits do que o registrador tem (um registrador de 8 bits armazena apenas 0–255), então o bit extra é perdido.
• Tamanho do arquivo em bits: para uma imagem, largura × altura × profundidade de cor; para som, taxa de amostragem × resolução × segundos. Divida por 8 para bytes, depois por 1024 para cada unidade maior.
• Compactação sem perdas mantém todos os bits (texto; codificação por comprimento de corrida); compactação com perdas remove dados permanentemente (fotos, música) para um arquivo muito menor.

Transmissão de dados 数据传输 significa mover dados de um lugar para outro — por exemplo, do seu computador para um site, ou de um telefone para uma impressora.

Os dados frequentemente viajam por um cabo. Dois exemplos comuns são mostrados abaixo.

Antes de ser enviado, os dados são divididos em pequenas peças de tamanho igual chamadas pacotes 数据包. Cada pacote viaja separadamente e são reunidos na outra ponta.

O uso de pacotes tem benefícios:

• se um pacote for perdido ou danificado, apenas aquele pacote é reenviado, não todo o arquivo;
• os pacotes podem tomar rotas diferentes, evitando assim rotas congestionadas ou quebradas;
• muitos usuários podem compartilhar a mesma conexão ao mesmo tempo.

Cada pacote tem três partes.

O cabeçalho do pacote armazena:

• o endereço IP do remetente 地址 (de onde o pacote veio),
• o endereço IP do destinatário (para onde está indo),
• o número do pacote (para que os pacotes possam ser reorganizados na ordem correta).

Comutação por pacotes 数据包交换 é a forma como os pacotes são enviados através de uma rede.

• Dispositivos especiais chamados roteadores 路由器 leem o cabeçalho de cada pacote e escolhem a melhor rota para ele.
• Cada pacote pode seguir seu próprio caminho, então os pacotes podem viajar por caminhos diferentes.
• Os pacotes podem chegar fora de ordem.
• Quando o último pacote chegar, os pacotes serão reorganizados usando seus números de pacote.

Serial e paralelo

Serial envia um bit após o outro ao longo de um único fio. Paralelo envia vários bits ao mesmo tempo ao longo de vários fios, sendo mais rápido em curtas distâncias.

Simplex, meia-duplex e full-duplex

Estes descrevem a direção pela qual os dados podem viajar.

Escolhendo um método

A escolha depende da distância, da velocidade necessária, do custo e se os dados precisam viajar em ambas as direções ao mesmo tempo.

O universal serial bus 通用串行总线 (USB) é uma interface 接口 comum (ponto de conexão) para ligar dispositivos a um computador.

Vantagens:

• o mesmo conector é usado por muitos dispositivos (um padrão);
• o dispositivo é detectado automaticamente e o driver correto é carregado;
• transmite energia, podendo carregar ou alimentar um dispositivo;
• o conector só encaixa em uma direção, dificultando conexões incorretas.

Desvantagens:

• o cabo pode ter apenas um comprimento limitado (poucos metros);
• versões mais antigas de USB são mais lentas que as novas;
• as velocidades de transferência podem ser menores que alguns outros tipos de conexão.

Enquanto os dados viajam, interferência 干扰 pode alterá-los. Três coisas podem dar errado:

• perda de dados — alguns bits não chegam;
• ganho de dados — bits extras são adicionados;
• alteração de dados — alguns bits são invertidos.

Assim, o destinatário verifica se os dados chegaram corretamente.

Verificação de paridade

Uma verificação de paridade 奇偶校验 adiciona um bit extra, o bit de paridade 奇偶校验位, a cada byte. Existem dois tipos:

• paridade par — o número total de 1s no byte (incluindo o bit de paridade) deve ser par;
• paridade ímpar — o número total de 1s deve ser ímpar.

Exemplo (paridade par): os dados 1011001 têm quatro 1s, que já é par, então o bit de paridade é 0:

parity bit + data
    0        1011001

Para encontrar um erro: o destinatário conta os 1s. Se foi acordada paridade par, mas um byte chega com um número ímpar de 1s, ocorreu um erro durante a transmissão.

Uma verificação de paridade não consegue detectar todos os erros. Se dois bits forem invertidos, a contagem ainda pode parecer correta.

Exemplo resolvido. Um único bit de paridade informa que um erro aconteceu, mas não onde. Um bloco de paridade 奇偶校验 block pode localizar o bit exato. Vários bytes são enviados juntos, cada um com um bit de paridade de linha, e um byte de paridade extra parity byte 奇偶校验字节 na parte inferior contém um bit de paridade para cada coluna. A paridade par é usada abaixo, e um bit foi invertido durante a transmissão. Encontre-o.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

A linha byte 3 viola a paridade par, e a coluna b3 também viola a paridade par. O bit invertido está onde elas se cruzam: byte 3, bit b3. Alterá-lo de volta de 1 para 0 corrige os dados. Um único bit de paridade apenas diz que um erro aconteceu; um bloco de paridade diz exatamente onde, permitindo que o destinatário até repare o erro.

Soma de verificação

Uma soma de verificação 校验和 é um valor calculado a partir de todos os dados antes do envio. O destinatário recalcula a soma de verificação a partir dos dados recebidos. Se os dois valores não coincidirem, ocorreu um erro e os dados são reenviados.

Verificação por eco

Em uma verificação por eco 回送校验, o destinatário reenvia os dados ao remetente. O remetente os compara com o original. Se diferirem, ocorreu um erro. (Isso exige que os dados sejam enviados duas vezes, sendo lento.)

Automatic Repeat reQuest (ARQ)

Automatic Repeat reQuest 自动重传请求 (ARQ) usa mensagens chamadas acknowledgements 确认.

• O destinatário envia um acknowledgement positivo se um pacote chegou corretamente, ou um acknowledgement negativo se não chegou.
• O remetente inicia um temporizador de timeout 超时. Se nenhum acknowledgement positivo retornar a tempo, o remetente reenvia o pacote.

Dígito verificador

Um dígito verificador 校验码 é um dígito extra colocado no final de um número, calculado a partir dos outros dígitos. É usado para encontrar erros quando um número é digitado.

Quando o número é inserido, o dígito verificador é recalculado e comparado. Pode capturar:

• um dígito incorreto digitado,
• um erro de transposição 换位错误 (dois dígitos trocados, ex.: 21 digitado como 12),
• um dígito omitido ou um dígito extra adicionado,
• um erro fonético (um dígito que soa similar, ex.: 13 e 30).

Dígitos verificadores são usados em códigos de barras 条形码 e ISBNs (números de livros).

Por que precisamos de criptografia

Criptografia 加密 embaralha os dados para que não possam ser compreendidos se forem interceptados 拦截 (capturados) por pessoa errada. Os dados legíveis são chamados de texto claro 明文; após a criptografia tornam-se texto cifrado 密文.

A criptografia não impede que os dados sejam interceptados. Ela apenas impede que os dados sejam compreendidos.

Criptografia simétrica

Criptografia simétrica 对称加密 usa uma única chave 密钥 tanto para criptografar quanto para descriptografar os dados. O remetente e o destinatário devem compartilhar essa mesma chave secreta. O risco é que a própria chave possa ser roubada durante o compartilhamento.

Criptografia assimétrica

Criptografia assimétrica 非对称加密 usa duas chaves diferentes:

• uma chave pública 公钥 que qualquer um pode ter, usada para criptografar;
• uma chave privada 私钥 que é mantida em segredo, usada para descriptografar.

Dados criptografados com a chave pública só podem ser descriptografados com a chave privada correspondente, portanto a chave nunca precisa ser compartilhada. Isso é mais seguro do que compartilhar uma única chave secreta.

• Os dados são enviados em pacotes (um cabeçalho com os endereços e número do pacote, um payload e um trailer). Os pacotes podem seguir rotas diferentes e chegar fora de ordem, sendo depois reordenados pelos seus números de pacote.
• Corresponda os tipos de transmissão: serial (um bit por vez, bom para longas distâncias) vs paralelo (vários bits ao mesmo tempo, curtas distâncias); simplex / half-duplex / full-duplex descrevem a direção.
• Um único bit de paridade mostra apenas que um erro aconteceu; um bloco de paridade localiza o bit exato errado — a linha e a coluna que falham.
• Aprenda os métodos de detecção de erros e o que cada um faz: verificação de paridade, soma de verificação, verificação por eco, ARQ e dígito verificador (para números digitados).
• Simétrica usa uma chave compartilhada; assimétrica usa uma chave pública para criptografar e uma chave privada para descriptografar, evitando o compartilhamento de chaves secretas.

A unidade central de processamento 中央处理器 (CPU) é a parte do computador que processa dados e executa instruções 指令. Ela roda programas repetindo um ciclo, milhões de vezes a cada segundo.

Componentes da CPU

Os componentes são conectados por barramentos 总线 — conjuntos de fios que transportam informações:

• o barramento de endereços 地址总线 carrega endereços de memória (uma direção);
• o barramento de dados 数据总线 carrega dados e instruções (ambas as direções);
• o barramento de controle 控制总线 carrega sinais de controle.

Registros especiais

Esses registros são usados durante o ciclo de busca-execução.

O ciclo de busca-execução

O ciclo de busca-execução 取指执行周期 tem três etapas, repetidas sucessivamente:

1. Busca — a instrução é copiada da memória 内存 para a CPU (usando PC, MAR e MDR). O PC então aumenta em 1.
2. Decodificação — a unidade de controle determina o significado da instrução.
3. Execução — a instrução é realizada (a ALU pode fazer um cálculo, com o resultado indo para o acumulador).

Memória cache

Cache 高速缓存 é uma pequena quantidade de memória muito rápida dentro ou próxima à CPU. Ela armazena dados e instruções que a CPU usa frequentemente. A CPU pode ler da cache muito mais rápido do que da memória principal, fazendo com que o computador funcione mais rápido.

O que afeta o desempenho da CPU

Exemplo resolvido. Dois computadores são idênticos, exceto que o A tem uma CPU single-core de 3.0 GHz com 2 MB de cache, e o B tem uma CPU quad-core de 2.4 GHz com 8 MB de cache. Qual é melhor para edição de vídeo, e por quê? A edição de vídeo divide-se em muitas tarefas que podem ser executadas simultaneamente, então os quatro núcleos do B podem processar vários fluxos em paralelo enquanto o A só pode trabalhar em um por vez. O cache maior do B também mantém mais dados frequentemente usados próximos à CPU, reduzindo a frequência de buscas na RAM. O B é a melhor escolha, mesmo com a menor velocidade de clock do A. Nunca responda apenas pela velocidade de clock: avalie núcleos, cache e velocidade de clock juntos, vinculando cada um à tarefa sendo realizada.

Sistemas embarcados

Um sistema embarcado 嵌入式系统 é um pequeno computador construído dentro de um dispositivo maior para realizar uma tarefa fixa. Ele é dedicado a essa tarefa, geralmente é pequeno e de baixo custo, e não possui sistema operacional geral. Exemplos: máquina de lavar, micro-ondas, set-top box.

Um dispositivo de entrada envia dados para dentro do computador.

Uma tela sensível ao toque pode funcionar de três maneiras:

• resistiva 电阻式 — duas camadas são pressionadas juntas onde você toca;
• capacitiva 电容式 — ela感知 o微小电荷 do seu dedo;
• infra-vermelha 红外线 — seu dedo interrompe uma grade de raios de luz.

Um dispositivo de saída envia dados para fora do computador para o usuário.

Armazenamento primário 主存储器 é memória que a CPU pode usar diretamente. Existem dois tipos.

Ambos são necessários: a ROM diz ao computador como iniciar, e a RAM guarda os programas que você executa.

Armazenamento secundário 辅助存储器 mantém dados permanentemente, mesmo quando a energia está desligada. É não volátil e usado para armazenamento de longo prazo. Existem três tipos.

Quando a RAM fica cheia, o computador pode usar parte do armazenamento secundário como memória extra, falsa. Isso é chamado de memória virtual 虚拟内存.

Dados que não são necessários agora são movidos da RAM para o disco, o que libera espaço na RAM para outros programas. Isso permite que você execute mais programas do que a RAM sozinha poderia armazenar. É mais lento, porque o armazenamento secundário é muito mais lento que a RAM.

Armazenamento em nuvem 云存储 mantém seus dados em servidores físicos remotos, acessados pela internet, em vez de no seu próprio dispositivo.

• Vantagens: acesso de qualquer lugar em qualquer dispositivo; nenhum hardware de armazenamento local para comprar ou manter; fácil de compartilhar arquivos e fazer backup automaticamente.
• Desvantagens: precisa de uma conexão com a internet funcionando; custo de assinatura recorrente; segurança e privacidade dependem do provedor; você depende desse provedor permanecer disponível e em funcionamento.

Placa de interface de rede (NIC)

Uma placa de interface de rede 网络接口卡 (NIC) é o hardware que permite que um dispositivo se conecte a uma rede e envie e receba dados. Cada NIC tem um endereço MAC embutido.

Endereço MAC e endereço IP

• Um endereço MAC (media access control 介质访问控制 address) é um número que identifica um dispositivo físico. O fabricante o define, e normalmente ele não muda. Ele é escrito em hexadecimal.
• Um endereço IP (internet protocol 网际协议 address) é um número que identifica um dispositivo em uma rede. Ele é atribuído pela rede e pode mudar.

Assim, um endereço MAC permanece com o dispositivo, enquanto um endereço IP depende da rede que o dispositivo está usando.

Existem duas versões de endereço IP. IPv4 é de 32 bits, escrito como quatro números decimais 0–255 (por exemplo 192.168.0.1); o mais novo IPv6 é de 128 bits, escrito como oito grupos de hexadecimais separados por dois-pontos, oferecendo imensamente mais endereços. Um endereço também pode ser estático 静态 (fixo, definido manualmente e nunca mudando) ou dinâmico 动态 (entregue pelo roteador/rede cada vez que o dispositivo se conecta, então pode mudar).

Roteador

Um roteador 路由器 conecta diferentes redes entre si — por exemplo, sua rede doméstica à internet. Ele lê o endereço IP em cada pacote e o encaminha para a rede correta.

• Aprenda o ciclo busca-decodificação-execução e os registradores especiais: o program counter segura o endereço da próxima instrução, o MAR/MDR carregam o endereço/dado, e o accumulator segura o resultado da ALU.
• O desempenho da CPU melhora com mais cores, um cache maior e uma clock speed mais alta.
• RAM é volátil (perde seus dados sem energia) e guarda programas em uso; ROM é não volátil e apenas-leitura (as instruções de inicialização).
• Combine os tipos de armazenamento secundário: magnético (HDD, fita), óptico (CD/DVD, lido por laser), estado sólido (SSD, USB, flash — sem partes móveis).
• Um endereço MAC identifica o dispositivo físico e normalmente não muda; um endereço IP é dado pela rede e pode mudar.

Um sistema computacional é composto por duas partes que trabalham juntas.

• Hardware 硬件 é as partes físicas 物理的 do computador — as partes que você pode tocar. Exemplos: a CPU, memória, teclado, tela e disco rígido.
• Software 软件 são os programas 程序 que controlam o computador e dizem ao hardware o que fazer.

O hardware não pode fazer nada útil sozinho. O software precisa de hardware para rodar. Ambos são necessários.

O software é dividido em dois tipos.

Software de sistema

Software de sistema 系统软件 controla o próprio computador e fornece uma base para outros programas rodarem. Exemplos:

• sistema operacional 操作系统 (veja abaixo);
• compilador 编译器 e linker 链接器 (ferramentas que transformam programas em uma forma que o computador pode executar);
• driver de dispositivo 设备驱动程序 — software que permite que o sistema operacional controle um pedaço de hardware;
• software utilitário 实用程序 — ferramentas pequenas que cuidam do computador (por exemplo antivírus, backup, limpeza de disco).

Abaixo do sistema operacional está o firmware 固件 – software armazenado permanentemente em ROM ou flash que roda no momento em que o computador é ligado. O BIOS e o bootloader 引导程序 são firmware: eles testam o hardware e depois carregam o sistema operacional. Assim, as camadas se empilham hardware → firmware → sistema operacional → software de aplicação, cada uma rodando na camada abaixo.

Software de aplicação

Software de aplicação 应用软件 permite que o usuário realize uma tarefa útil. Exemplos:

• processamento de texto 文字处理 software (escrever documentos);
• planilha 电子表格 software (trabalhar com números em uma grade);
• sistema de gerenciamento de banco de dados 数据库管理系统 (armazenar e buscar dados);
• navegador web 网页浏览器 (visualizar páginas da web).

Um sistema operacional (SO) é o principal software de sistema. Ele controla todo o computador e permite que o hardware, o software de aplicação e o usuário trabalhem juntos. Sem um SO, o computador é muito difícil de usar.

O SO tem muitas funções:

• gerenciando arquivos — salvar, abrir, nomear, mover e excluir arquivos;
• lidando com interrupções (veja abaixo);
• fornecendo uma interface do usuário 用户界面 para que o usuário controle o computador;
• gerenciando memória — decidindo o que é mantido na RAM e onde;
• gerenciando periféricos 外围设备和 seus drivers — controlando dispositivos como impressoras;
• gerenciando multitarefa 多任务处理 — permitindo que vários programas rodem ao mesmo tempo;
• fornecendo uma plataforma 平台 para executar software de aplicação;
• gerenciando segurança — contas de usuários, senhas e direitos de acesso.

Uma interrupção 中断 é um sinal enviado ao processador 处理器 para avisá-lo que algo precisa de atenção agora.

Uma interrupção pode vir de três fontes:

• hardware — por exemplo, uma tecla é pressionada, ou uma impressora acaba de papel;
• software — por exemplo, um programa tenta dividir por zero;
• o usuário — por exemplo, o usuário pressiona uma tecla "cancelar".

Quando uma interrupção chega, o processador para o que está fazendo, salva seu local e atende (lida com) a interrupção. Quando isso estiver feito, ele volta ao que estava fazendo antes. Isso permite que o computador reaja rapidamente a eventos importantes.

Todos os computadores processam dados usando a unidade central de processamento 中央处理器 (CPU). Para fazer a CPU realizar trabalho, pessoas escrevem programas em uma linguagem de programação 编程语言. Existem dois tipos.

Linguagens de alto nível

Uma linguagem de alto nível 高级语言 é escrita em palavras que se assemelham um pouco ao inglês (por exemplo Python). Ela é:

• fácil para pessoas lerem, escreverem e corrigirem;
• independente do computador — o mesmo programa pode rodar em diferentes tipos de computadores.

Linguagens de baixo nível

Uma linguagem de baixo nível 低级语言 está próxima do que o hardware realmente usa. Ela inclui:

• código de máquina 机器码 — instruções escritas em binário (0s e 1s), que a CPU executa diretamente;
• linguagem ensambladora 汇编语言 — código de máquina escrito com códigos de palavras curtas (mnemônicos) em vez de binário.

Uma linguagem de baixo nível relaciona-se a um tipo de CPU específico 特定的, então um programa escrito para uma CPU pode não rodar em outra. É usada quando o programador precisa de controle total do hardware ou de código muito rápido e pequeno.

A CPU só pode executar código de máquina. Um programa de alto nível deve primeiro ser convertido em código de máquina. O software que faz isso é um tradutor 翻译程序. Existem três tipos: um compilador e um interpretador (para código de alto nível), e um ensamblador (para código de baixo nível).

Compilador

Um compilador traduz o todo programa em código de máquina antes de ser executado. Após a tradução, o código de máquina pode ser executado várias vezes sem precisar traduzir novamente.

• a tradução ocorre uma única vez, em sua totalidade;
• ele relata todos os erros juntos, no final da tradução;
• o programa finalizado roda rápido e não precisa do compilador para funcionar.

Interpretador

Um interpretador 解释器 traduz e executa o programa linha por linha.

• ele para no primeiro erro que encontra, o que ajuda durante os testes;
• o programa roda mais devagar, pois é traduzido toda vez que é executado;
• o interpretador deve estar presente toda vez que o programa for executado.

Use um compilador quando quiser compartilhar um programa finalizado rápido. Use um interpretador quando estiver escrevendo e testando um programa e quiser encontrar erros facilmente.

Montador

Um ensamblador 汇编器 traduz um programa de linguagem ensambladora de baixo nível (escrito em mnemônicos como LDA, ADD) em código de máquina. Cada mnemônico torna-se uma instrução de máquina — uma tradução direta de um para um, diferentemente de um compilador ou interpretador, que trabalham com código de alto nível.

Exemplo resolvido. Uma equipe está escrevendo um programa. Durante o desenvolvimento, eles querem encontrar e corrigir erros rapidamente; quando o lançarem, querem que os clientes o executem rápido sem ver o código-fonte. Qual tradutor se adequa a cada etapa? Durante o desenvolvimento, use um interpretador: ele traduz e executa linha por linha e para no primeiro erro, então um erro é fácil de localizar. Para lançar, use um compilador: ele traduz todo o programa uma vez em código de máquina, que então roda rapidamente sem tradutor presente, e o cliente recebe apenas o executável e não o código-fonte. Os dois não são rivais - nomeie a etapa e dê a razão, porque "um compilador é mais rápido" sozinho não rende pontos.

Um ambiente de desenvolvimento integrado 集成开发环境 (IDE) é um software que ajuda você a escrever programas. Ele coloca muitas ferramentas úteis em um só lugar:

• um editor de código 代码编辑器 — para digitar seu programa;
• um ambiente de execução 运行时环境 — para executar o programa e testá-lo;
• um tradutor — um compilador ou interpretador para converter seu código em código de máquina;
• diagnóstico de erros 错误诊断 — mensagens que ajudam você a encontrar e entender erros;
• autocompletar 自动补全 e autocorrigir 自动纠错 — o IDE completa ou corrige o código à medida que você digita;
• formatagem estética 美化打印 — organizar o código de forma organizada com cores e recuos para facilitar a leitura.

• Hardware é as partes físicas; software são os programas. Software de sistema roda o computador (SO, drivers, utilitários); software de aplicação executa uma tarefa para o usuário.
• Um compilador traduz todo o programa de uma vez (o programa finalizado roda rápido, e todos os erros são relatados no final); um interpretador traduz linha por linha (ele para no primeiro erro, roda mais devagar e é necessário toda vez).
• Linguagens de alto nível estão próximas do inglês e rodam em qualquer computador; linguagens de baixo nível (ensambladora, código de máquina) estão vinculadas a um único tipo de CPU.
• Uma interrupção é um sinal que faz a CPU parar, salvar seu local, atender ao evento e depois continuar onde parou.
• Aprenda os papéis do sistema operacional: gerenciamento de arquivos, memória, periféricos, multitarefa, segurança e interface do usuário.

As pessoas frequentemente confundem esses dois termos, mas eles não são iguais.

• A internet 互联网 é a infraestrutura 基础设施 — a enorme rede mundial de computadores e os cabos, roteadores e conexões que os unem.
• A World Wide Web 万维网 (WWW) é uma coleção de sites 网站 e páginas da web que você visualiza usando a internet.

Então a internet é a rede; a web é uma das coisas que você usa nessa rede.

Um uniform resource locator 统一资源定位符 (URL) é um endereço baseado em texto para uma página da web. Você o digita em um navegador web 网页浏览器 para visitar uma página, por exemplo https://www.example.com/index.html.

Um navegador web é o programa que você usa para visualizar páginas da web. Seu papel inclui:

• renderizar 渲染 a linguagem de marcação de hipertexto 超文本标记语言 (HTML) — transformar o código da página no que você vê;
• exibir páginas da web na tela;
• gerenciar como uma página da web é apresentada — seu layout, texto e imagens.

Quando você digita um URL e pressiona Enter, vários passos ocorrem:

1. O navegador precisa do endereço IP 网际协议地址 do site, mas um URL usa um nome, não um número.
2. O navegador pergunta a um serviço de nome de domínio 域名服务 (DNS) — um sistema que armazena o endereço IP para cada endereço web.
3. O DNS encontra o endereço IP correspondente e o envia de volta ao navegador.
4. O navegador usa o endereço IP para entrar em contato com o servidor web 网页服务器 que armazena a página.
5. O servidor web envia o HTML da página de volta ao navegador.
6. O navegador transforma o HTML na página e a exibe.

*O navegador pede ao DNS o endereço IP do site, depois solicita a página do servidor web, que retorna o HTML

Se o DNS não tiver o endereço, ele pergunta a outro servidor DNS até que o endereço seja encontrado.

Exemplo resolvido. Decomponha o URL https://www.example.com/books/index.html. https é o protocolo, o conjunto de regras usado para transferir a página (o s significa que a transferência está criptografada). www.example.com é o nome de domínio, que identifica o servidor web e que um servidor DNS converte em um endereço IP. /books/index.html é o caminho do arquivo e nome do arquivo do recurso armazenado naquele servidor. Nomeie cada parte junto com seu papel: uma resposta que diz "a primeira parte" e "a última parte" descreve o URL sem nunca explicá-lo.

Um cookie é um pequeno arquivo de texto que um site armazena no seu dispositivo. Ele permite que o site lembre coisas sobre você. Existem dois tipos.

Cookies são usados para:

• salvar detalhes pessoais para que você não precise digitá-los novamente (como login ou endereço);
• rastrear preferências do usuário 用户偏好, como seu idioma ou coisas que você gosta, para que o site possa sugerir conteúdo.

Uma moeda digital 数字货币 é dinheiro que existe apenas em forma eletrônica 电子形式. Não há moedas ou notas. É armazenado e movido entre pessoas usando computadores, e pode ser usado para pagar coisas online.

Um problema com o dinheiro digital é a confiança: como evitar que alguém gaste o mesmo dinheiro duas vezes, ou altere os registros? Blockchain resolve isso.

Uma blockchain 区块链 é um digital ledger 数字账本 — um registro compartilhado de todas as transactions 交易. O registro é copiado em muitos computadores, de modo que nenhuma pessoa única o controla e é muito difícil alterá-lo.

As transações são mantidas em blocos conectados em uma cadeia. Cada bloco contém:

• os dados da transação (quem pagou a quem e quanto);
• um timestamp 时间戳 (data e hora);
• um hash value 哈希值 — um código especial calculado a partir do conteúdo do bloco.

Cada bloco também armazena o hash do bloco anterior. Se alguém alterar um bloco antigo, seu hash muda, deixando de corresponder ao próximo bloco. Isso quebra a cadeia e a alteração é detectada imediatamente. É assim que a blockchain rastreia transações com segurança.

Segurança cibernética 网络安全 significa manter computadores, redes e dados seguros contra ataques. Você deve conhecer essas ameaças.

Tipos de malware

Malware é qualquer software feito para prejudicar um computador. Os principais tipos são:

Impacto das ameaças

Esses ataques podem roubar dados pessoais, excluir ou alterar arquivos, impedir que um serviço funcione, custar dinheiro e fazer usuários perderem a confiança em uma empresa. Por exemplo, um ataque DDoS pode tornar uma loja online inutilizável, causando perda de vendas.

Você pode proteger dados usando estes métodos.

• access levels 访问权限 — cada usuário só pode ver ou alterar os dados que precisa, nada mais.
• anti-malware 反恶意软件 software, incluindo anti-virus 杀毒软件 e anti-spyware 反间谍软件 — verifica e remove software nocivo.
• authentication 身份验证 — provar quem você é antes de ter acesso. Métodos incluem:
  • biometrics 生物识别 (impressão digital ou rosto),
  • uma senha 密码,
  • two-step verification 两步验证 (um código enviado ao seu celular além da senha).
• automating software updates — atualizações corrigem pontos fracos (bugs) no software automaticamente.
• checking the spelling and tone of messages — ortografia ruim ou tom estranho/urgente pode indicar que uma mensagem é falsa (phishing).
• checking the URL attached to a link — um endereço web errado ou estranho avisa que o link é inseguro.
• firewall 防火墙 — verifica dados entrando e saindo de uma rede e bloqueia anything not allowed.
• privacy settings 隐私设置 — controlam quem pode ver suas informações online.

• proxy server 代理服务器 — fica entre o usuário e a internet, ocultando o IP do usuário e filtrando conteúdo inseguro.

• A internet é a rede mundial (a infraestrutura); a world wide web são as páginas que você visualiza nela — não confunda as duas.
• Aprenda como uma página carrega: o navegador pede o IP do site a um DNS, depois solicita a página ao web server, que devolve o HTML.
• Combine os tipos de malware: virus (se anexa a um arquivo), worm (se espalha sozinho pela rede), Trojan horse (finge ser útil), spyware, ransomware.
• Combine cada ameaça com uma defesa: phishing/pharming → verificar a URL; brute force → senhas fortes + two-step verification; interception → criptografia; hacking/DDoS → um firewall.
• Um cookie session é excluído quando você fecha o navegador; um cookie persistent é salvo para lembrá-lo entre visitas.

Um automated system 自动化系统是软件和硬件的混合体，能够感知并响应其环境 环境中的数据，无需human intervention 人工干预。换句话说，它自行工作。

Exemplos de sistemas automatizados:

• um sistema de aquecimento central 中央供暖;
• um processo químico 化学过程 em uma fábrica;
• uma greenhouse 温室 (para cultivar plantas);
• uma barreira de estacionamento 停车场道闸.

Sensores, microprocessadores e atuadores

Três partes funcionam juntas em um sistema automatizado.

O ciclo funciona assim:

1. O sensor envia dados ao microprocessador.
2. O microprocessador compara esses dados com stored values 存储值 e toma uma decisão.
3. O microprocessador envia sinais aos atuadores para tomar medidas.

Por exemplo, em uma estufa: um sensor de temperatura lê o calor; o microprocessador compara com o valor desejado; se estiver muito quente, o microprocessador sinaliza um atuador para abrir uma janela.

O programa escolar cita vários sensor types 传感器类型, cada um lendo uma quantidade física específica — por exemplo, um accelerometer 加速度计 (movimento ou inclinação), um sensor de humidity 湿度 (umidade no ar) e um sensor de proximity 接近 (um objeto próximo):

Para escolher um sensor para um cenário, selecione aquele que lê a right physical quantity: um aquário precisa de sensores de pH e temperatura; uma porta automática precisa de um sensor infra-vermelho / de proximidade.

Vantagens e desvantagens

Sistemas automatizados são usados em muitas situações, como indústria, transporte, agricultura 农业 (agricultura), clima (coleta de dados), jogos e iluminação.

Exemplo resolvido. Descreva como uma estufa automática mantém a temperatura em 25 °C. Um sensor de temperatura mede continuamente a temperatura e envia sua leitura, convertida para digital por um conversor analógico-digital (ADC), ao microprocessador. O microprocessador compara a leitura com o valor armazenado de 25 °C. Se a temperatura estiver acima dele, o microprocessador sinaliza a um atuador para abrir uma janela ou ligar um ventilador; se estiver abaixo, ele liga um aquecedor. Todo o ciclo então se repete continuamente. Duas marks quase sempre estão nas palavras "compares with a stored (pre-set) value" e "the process repeats" - a descrição que para em "o sensor diz ao computador" as deixa para trás.

Robótica 机器人技术 é o ramo da tecnologia que trata do projeto, construção e operação de robôs 机器人.

Um robô tem estas características:

• uma estrutura física 物理结构 (um corpo mecânico 机械的, como braços);
• componentes elétricos 电子元件 (motores, sensores e fiação);
• instruções programáveis 可编程指令 — ele segue um programa que pode ser alterado.

O que os robôs fazem

Os robôs podem desempenhar muitos papéis, por exemplo:

• equipamentos de fábrica 工厂设备 — construir carros, soldar, mover peças pesadas;
• eletrodomésticos 家用电器 — como um aspirador de pó robótico vacuum cleaner 吸尘器.

Uma limitação chave de um robô é que ele não pode pensar por si mesmo. Ele não pode tomar suas próprias escolhas quando algo inesperado acontece.

Inteligência artificial 人工智能 (IA) é a simulação 模拟 da inteligência humana por sistemas computacionais. Isso significa um computador realizando tarefas que normalmente exigem pensamento humano.

Características da IA

Sistemas de IA geralmente têm estes recursos:

• eles coletam dados e as regras 规则 para usar esses dados;
• eles têm a capacidade de raciocinar 推理 (resolver problemas usando as regras);
• eles têm a capacidade de tirar conclusões 得出结论, que podem ser aproximadas 近似的 (uma melhor aposta) ou definitivas 确定的 (certas);
• eles têm a capacidade de aprender 学习 a partir dos dados;
• eles têm a capacidade de se adaptar 适应 — de alterar seu comportamento à medida que recebem novos dados.

Exemplos de IA

• sistemas especialistas 专家系统 — software que dá conselhos como um especialista humano (por exemplo, ajudando um médico com um diagnóstico);
• processamento de linguagem natural 自然语言处理 — compreender fala ou texto humano;
• carros autônomos 自动驾驶汽车.

Dentro de um sistema especialista

Um sistema especialista armazena a experiência humana e raciocina a partir dela. Ele tem quatro partes:

• uma base de conhecimento 知识库 – os fatos armazenados sobre o assunto;
• uma base de regras 规则库 – as regras "se... então..." que um especialista humano aplicaria;
• um motor de inferência 推理引擎 – aplica as regras aos fatos para chegar a uma conclusão;
• uma interface do usuário 用户界面 – faz perguntas ao usuário e mostra o resultado.

A interface coleta fatos do usuário; o motor de inferência executa a base de regras contra a base de conhecimento; e o sistema emite um diagnóstico ou uma probabilidade – usado para ajudar um médico a diagnosticar uma doença ou encontrar uma falha em um carro.

Aprendizado de máquina

Aprendizado de máquina 机器学习 é um programa que melhora seu próprio desempenho através de experiência, sem ser explicitamente reprogramado. Ele encontra padrões nos dados e se adapta: um mecanismo de busca fica melhor em classificar resultados, um assistente de voz reconhece comandos falados com mais precisão, e um aspirador de pó robótico gradualmente aprende o layout de um quarto.

IA restrita, geral e forte

• Aprenda o ciclo de controle: um sensor mede uma quantidade → o microprocessador compara com um valor armazenado → um atuador toma ação; então o ciclo se repete.
• Não confunda as partes: um sensor envia dados para dentro; um atuador causa movimento para fora.
• Um robô segue instruções programáveis e não pode tomar suas próprias decisões quando algo inesperado acontece.
• IA simula o pensamento humano: coleta dados e regras, raciocina, tira conclusões e pode aprender e se adaptar.
• Conheça os níveis de IA: restrita (uma tarefa; toda IA atual), geral (qualquer tarefa humana), forte (autoconsciente; não existe ainda).

O ciclo de vida do desenvolvimento de programas 程序开发生命周期 é o conjunto de etapas usadas para criar um programa. Existem quatro etapas.

Análise

Na análise você entende o problema. Duas habilidades-chave ajudam:

• abstração 抽象 — manter apenas os detalhes importantes e ignorar o resto;
• decomposição 分解 — dividir um grande problema em partes menores e mais fáceis.

Projeto

No projeto você planeja a solução, frequentemente usando decomposição. Você pode mostrar as partes como sub-sistemas 子系统 em um diagrama estrutural 结构图 (um gráfico que divide um sistema em caixas menores).

Codificação e testes

Na codificação você escreve o código do programa. Você usa testes iterativos 迭代测试 — testa pequenas partes repetidamente à medida que as constrói. Nos testes você executa todo o programa com dados de teste 测试数据 para verificar se funciona.

Você pode planejar uma solução de três maneiras principais.

• um diagrama estrutural — mostra as partes de um sistema e como elas se encaixam;
• um fluxograma 流程图 — um diagrama usando caixas e setas para mostrar os passos em ordem;
• pseudocódigo 伪代码 — passos escritos em inglês simples, similar a código (não uma linguagem real).

Um algoritmo 算法 é um conjunto de passos, na ordem correta, que resolve um problema. Todo algoritmo pode ser dividido em três partes:

• entrada 输入 — os dados que entram;
• processamento 处理 — o trabalho realizado nos dados;
• saída 输出 — o resultado que sai.

Isso é chamado de decomposição em entradas, processos e saídas. Por exemplo, para "encontrar a média de três notas": as entradas são as três notas; o processamento é somá-las e dividir por 3; a saída é a média.

Quando os dados são inseridos, você os verifica para reduzir erros.

Validação 验证 verifica se os dados são razoáveis e seguem as regras. Ela não pode verificar se os dados são verdadeiros, apenas se são permitidos.

Verification 核实 verifica que os dados foram copiados ou inseridos corretamente (sem erros ao digitar). Dois métodos:

• visual check 目视检查 — uma pessoa compara os dados digitados com o original;
• double entry 双重输入 — os dados são inseridos duas vezes e as duas cópias são comparadas.

Uma trace table 追踪表 registra o valor de cada variável conforme um algoritmo é executado, passo a passo. Ela ajuda você a:

• verificar se um algoritmo funciona corretamente;
• descobrir o que um algoritmo faz seguindo-o com dados fornecidos.

Exemplo: faça a traça deste algoritmo com a entrada 5.

INPUT N
Total ← 0
FOR I ← 1 TO N
    Total ← Total + I
NEXT I
OUTPUT Total

A traça mostra que o algoritmo soma de 1 até n. Com entrada 5, a saída é 15.

Worked example. Faça a traça deste algoritmo e dê a saída.

X ← 20
Count ← 0
WHILE X > 1
    X ← DIV(X, 2)
    Count ← Count + 1
ENDWHILE
OUTPUT Count

DIV retorna apenas a parte inteira de uma divisão. Faça uma linha por passagem: x torna-se 10 (count 1), depois 5 (count 2), depois 2 (count 3), depois 1 (count 4). Agora x > 1 é falso, então o loop para e a saída é 4. Dois hábitos protegem essas marcas: teste a condição antes de cada passagem em vez de depois, e escreva uma nova linha para cada passagem — tentar guardar os valores na cabeça é o que causa erros nas traces.

Test data são dados usados para testar um programa. Existem quatro tipos que você deve saber.

Você deve conhecer esses algoritmos comuns.

Busca linear

Uma busca linear 线性查找 verifica cada item de uma lista, um por um, até encontrar o valor desejado ou chegar ao final.

Found ← FALSE
FOR I ← 0 TO 9
    IF List[I] = SearchValue
      THEN
        Found ← TRUE
    ENDIF
NEXT I
OUTPUT Found

Bubble sort (Ordenação por bolha)

Um bubble sort 冒泡排序 coloca uma lista em ordem. Ele compara cada par de itens adjacentes e os troca se estiverem na ordem errada. Isso se repete até que nenhuma mais troca seja necessária.

FOR I ← 0 TO 8
    IF List[I] > List[I + 1]
      THEN
        Temp ← List[I]
        List[I] ← List[I + 1]
        List[I + 1] ← Temp
    ENDIF
NEXT I

Somatório e contagem

• totalling 求和 — continuar somando valores a um total acumulado (Total ← Total + Value).
• counting 计数 — adicionar 1 a um contador cada vez que algo acontece (Count ← Count + 1).

Maximum, minimum and average

• para encontrar o maximum 最大值: manter o maior valor visto até agora.
• para encontrar o minimum 最小值: manter o menor valor visto até agora.
• para encontrar o average 平均值: dividir o total pela quantidade de valores.

Total ← 0
FOR I ← 0 TO 9
    Total ← Total + List[I]
NEXT I
Average ← Total / 10
OUTPUT Average

• Aprenda as quatro etapas do ciclo de vida: análise → design → codificação → teste. Abstraction mantém apenas os detalhes importantes; decomposition divide um problema em partes menores.
• Validação verifica se os dados são sensatos (verificações de faixa, comprimento, tipo, presença, formato); verification verifica se foram copiados corretamente (uma verificação visual ou entrada dupla).
• Aprenda os quatro tipos de dados de teste: normal (aceito), abnormal (rejeitado), extreme (os maiores/menores ainda permitidos), boundary (os valores de ambos os lados de um limite).
• Para descobrir o que um algoritmo faz, preencha uma trace table — anote o valor de cada variável em cada etapa.
• Conheça os algoritmos padrão: busca linear (verifique cada item em sequência) e bubble sort (troque pares adjacentes até que nenhuma troca seja necessária).

Uma variable 变量 é um armazém nomeado que segura um valor que pode mudar enquanto o programa executa. Uma constante 常量 é um armazém nomeado cujo valor é fixo e não muda.

Você deve declare 声明 eles (dizer seu nome e tipo) antes do uso:

DECLARE Score : INTEGER
DECLARE Name : STRING
CONSTANT Pi ← 3.142

Use uma constante para um valor que nunca muda (como Pi), para que seja definido em um único lugar e fácil de ler.

Um data type 数据类型 diz que tipo de valor uma variável segura. Você deve conhecer cinco tipos básicos.

Entrada 输入 lê um valor do usuário. Saída 输出 mostra um valor na tela.

OUTPUT "What is your name?"
INPUT Name
OUTPUT "Hello ", Name

Todo programa é construído a partir de três estruturas de controle.

Sequência

Sequência 顺序 significa que as etapas são executadas uma após a outra, em ordem, de cima para baixo.

INPUT Length
INPUT Width
Area ← Length * Width
OUTPUT Area

Seleção

Seleção 选择 escolhe quais etapas executar, baseado em uma condição. Use uma instrução IF, ou uma instrução CASE quando houver muitas opções.

IF Score >= 50
  THEN
    OUTPUT "Pass"
  ELSE
    OUTPUT "Fail"
ENDIF

CASE OF Grade
    'A' : OUTPUT "Excellent"
    'B' : OUTPUT "Good"
    OTHERWISE OUTPUT "Keep trying"
ENDCASE

Iteração

Iteração 迭代 (um loop 循环) repete etapas. Existem três tipos.

Um count-controlled loop 计数循环 repete um número fixo de vezes:

FOR I ← 1 TO 5
    OUTPUT "Hello"
NEXT I

Um pre-condition loop 前测循环 verifica a condição antes de cada repetição, então pode executar zero vezes:

WHILE Answer <> "stop" DO
    INPUT Answer
ENDWHILE

Um post-condition loop 后测循环 verifica a condição depois de cada repetição, então sempre executa pelo menos uma vez:

REPEAT
    INPUT Password
UNTIL Password = "secret"

• totalling 求和 — continuar somando valores a um total acumulado: Total ← Total + Value.
• counting 计数 — adicionar 1 a um contador cada vez: Count ← Count + 1.

*A trace table segue um loop de totalling e counting passo a passo

Total ← 0
FOR I ← 1 TO 10
    INPUT Mark
    Total ← Total + Mark
NEXT I
OUTPUT Total

Worked example. Um programa deve ler 5 notas, depois exibir o total e a média.

Total ← 0
FOR I ← 1 TO 5
    INPUT Mark
    Total ← Total + Mark
NEXT I
Average ← Total / 5
OUTPUT Total, Average

Duas linhas transportam as notas. Total ← 0 deve ficar antes do loop: coloque-o dentro e o total será reiniciado em cada passagem, então o programa exibirá apenas a última nota. E Average ← Total / 5 deve ficar depois do loop, porque o total não está completo até que todas as notas tenham sido somadas. Inicialize antes, calcule depois — essa ordem é o que a questão realmente testa.