Software

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.