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  • Disciplina: Mtodos Computacionais / 1 Semestre de 2005 Parte 1 Conceitos Fundamentais da Linguagem Fortran Verso F90

    1. Introduo 1 2. Linguagens de Programao 1 3. Uso da Linguagem Fortran em Computadores 3 4. Formatao de um Programa em Fortran 3 5. Estrutura de um Programa em Fortran 4 6. Constantes e Variveis 5 6.1 Declarao de Constantes e Variveis 6 6.2 Inicializao de Valores de Variveis 6 6.3 Programa com Diferentes Tipos de Variveis 7 7. Leitura e Impresso de Dados em Arquivo Externo 8 8. Comentrios 9 9. Formatao de Dados de Entrada e Sada 9 10. Funes Internas 11 11. Expresses Aritmticas e Lgicas 11 11.1 Exemplos 12 12. Comandos IF e DO 12 13. Sub-rotinas e Funes 13 14. Arranjos ou Variveis Compostas 14 14.1 Dimensionamento Dinmico de Arranjos 15 14.2 Operaes com Arranjos em F90 15 Anexo Lista de Programas 16 Referncias Bibliogrficas 35

    Autor: Renato Csar Gavazza Menin Braslia, 22 de Maro de 2005

  • Mtodos Computacionais / 1 Semestre de 2005 1

    1. Introduo:

    Soluo Analtica. Laboratrio. Computador.

    Forma Vantagens Desvantagens

    Sol. Analtica Resposta exata. Visualizao de todo o processo.

    Necessrio fazer simplificaes ( linearizaes, homogeneizao de materiais, simetrias ...). Invivel para problemas complexos (tempo).

    Laboratrio Realismo. Disponibilidade e custos de materiais, equipamentos e mo de obra). Necessidade de grande quantidade de ensaios.

    Computador Sem simplificaes. Rapidez, relativamente barato.

    Uso de softwares no confiveis. Anlise inadequada de resultados.

    2. Linguagens de Programao: Os programadores escrevem instrues em vrias linguagens de programao, algumas entendidas diretamente pelo computador e outras que exigem passos intermedirios de traduo. Centenas de linguagens computacionais esto atualmente em uso. Estas podem ser divididas em trs tipos gerais:

    Linguagens de mquina. Linguagens assembly. Linguagens de alto nvel.

    Qualquer computador pode entender apenas a sua prpria linguagem de mquina, que est relacionada intimamente com o seu projeto de hardware. Geralmente as linguagens de mquina consistem em strings de nmeros (reduzidos em ltima anlise de 1s e 0s) que dizem ao computador para realizar uma de suas operaes mais elementares de cada vez. As linguagens de mquina so dependentes da mquina (no padronizadas), ou seja, uma determinada linguagem de mquina s pode ser usada com um tipo de computador. As linguagens de mquina so complicadas para os humanos, como se pode ver no trecho de um programa em linguagem de mquina extrado de Deitel & Deitel [1994], que adiciona o Termo_B ao Termo_A e armazena o resultado no Termo_C. +1300042774 +1400593419 : linguagem de mquina +1200274027 medida que os computadores se tornaram mais populares, ficou claro que a programao em linguagem de mquina era muito lenta e tediosa para a maioria dos programadores. Em vez de usar strings de nmeros que os computadores podiam entender diretamente, os programadores comearam a usar abreviaes parecidas com palavras em ingls para representar as operaes elementares de um computador. Estas abreviaes formam a base das linguagens assembly. Foram desenvolvidos programas tradutores, chamados assemblers, para converter programas de linguagem assembly para linguagem de mquina. O trecho de um programa em linguagem assembly a seguir, extrado de Deitel & Deitel [1994], tambm

  • Mtodos Computacionais / 1 Semestre de 2005 2

    adiciona o Termo_B ao Termo_A e armazena o resultado no Termo_C, porm isto feito de uma forma mais clara que o programa equivalente em linguagem de mquina. LOAD Termo_A ADD Termo_B : linguagem assembly STORE Termo_C O uso do computador aumentou rapidamente com o advento das linguagens assembly, mais elas ainda exigiam muitas instrues para realizar mesmo as tarefas mais simples. Para acelerar o processo de programao, foram desenvolvidas linguagens de alto nvel, nas quais podiam ser escritas instrues simples para realizar tarefas fundamentais. Os programas tradutores que convertiam linguagens de alto nvel em linguagem de mquina so chamados compiladores. As linguagens de alto nvel permitem aos programadores escrever instrues que se parecem com o idioma ingls comum e contm as notaes matemticas normalmente usadas. O mesmo trecho de programa comentado acima pode se escrito em uma linguagem de alto nvel da seguinte forma: Termo_C = Termo_A + Termo_B : linguagem de alto nvel Obviamente, as linguagens de alto nvel so muito mais desejveis do ponto de vista do programador do que as linguagens de mquina ou assembly. Dentre as linguagens de computador de alto nvel mais comuns hoje em dia, destacam-se: Ada, Basic, Cobol, C, C++, Delphi, Fortran e Pascal. Destas linguagens, o Fortran tem sido uma das linguagens mais utilizadas nos ltimos cinqenta anos para clculos cientficos em geral, tendo sido empregada para uma grande variedade de aplicaes: modelos computacionais de centrais nucleares, projetos de aeronaves, sistemas de processamento de sinais ssmicos, programao em supercomputadores, computao paralela de grande porte, etc... A linguagem Fortran foi a primeira linguagem de alto nvel usada para programao de computadores. Foi proposta em 1953 por J. Backus, mas o seu primeiro compilador, feito para o computador IBM 704, s foi liberado em 1957. Seu nome formado pelas letras iniciais das palavras FORmula TRANslation, que indicam sua principal inovao na poca: a facilidade de transcrio de frmulas matemticas para serem usadas em computadores. Posteriormente, numerosos aperfeioamentos foram introduzidos em novas verses, sendo principais as denominadas Fortran II (1958), Fortran IV (1961), Fortran 66 (1966) e o Fortran 77 (1977), o qual resultou de um esforo para modernizar as verses anteriores e formar um padro que foi aprovado pelo American National Standards Institute (ANSI). Dentre as modernizaes destacam-se a introduo de estruturas de controle, (bloco IF) e facilidades na manipulao de variveis literais. A prxima grande atualizao da linguagem foi representada pelo Fortran 90. Dentre os avanos do Fortran 90 podem-se destacar: new free source format (na verso Fortran 77, as colunas 1 a 5 deveriam conter o nmero do comando ou declarao, quando usado, a coluna 6 era usada para indicar a continuao da linha anterior e os comandos deveriam estar compreendidos entre as colunas 7 a 72 ao passo que na verso Fortran 90, pode-se iniciar a digitao dos comandos na coluna 1); facilidades na criao e operaes de manipulao de arrays (vetores e matrizes); interfaces mais amigveis; etc... Nas prximas sees sero apresentadas algumas estruturas, palavras chaves, comandos de atribuio, comandos de entrada e sada de dados, ferramentas para modularizao (subrotinas e funes) e aspectos em geral para construo de programas na linguagem Fortran, dando-se nfase verso F90, porm fazendo uma analogia verso F77 quando necessrio.

  • Mtodos Computacionais / 1 Semestre de 2005 3

    3. Uso da Linguagem Fortran em Computadores: A utilizao da linguagem Fortran para resolver um problema em um computador faz-se, como em outras linguagens de programao, atravs de sucessivas fases:

    Definio do Problema. a descrio e a delimitao do problema a ser resolvido, caracterizando-o de maneira clara e completa.

    Desenvolvimento de um Algoritmo. Objetiva a descrio, geralmente desenvolvida por etapas (refinamentos), do processamento a ser realizado para resolver o problema e obter os resultados desejados no computador.

    Transcrio do algoritmo para a Linguagem Fortran. Objetiva a obteno de um programa equivalente, de acordo com as regras e recursos oferecidos pela linguagem.

    Processamento do Programa pelo Computador. Obedecendo a um programa denominado compilador da linguagem Fortran, o computador verifica a correo sinttica do programa que lhe apresentado e o traduz para um novo programa em linguagem de mquina. Em seguida este novo programa executado e passa a controlar o computador atravs das suas instrues, fazendo a resoluo do problema e obtendo os resultados desejados.

    Anlise de Resultados. Os resultados obtidos pelas primeiras execues de um programa num computador devem ser cuidadosamente analisados, pois eles podem estar parcial ou totalmente comprometidos com erros cometidos nas quatro primeiras fases. Se houver erro, ser necessrio retornar fase correspondente, fazer as devidas correes e repassar as fases seguintes.

    4. Formatao de um programa em Fortran: O texto de um programa em Fortran 77 deve ficar disposto em linhas. As linhas devem ter 80 colunas, e cada coluna s pode conter um caractere (letra, dgito ou sinal especial). As colunas 73 a 80 no so analisadas pelo compilador e geralmente so deixadas em branco. Antigamente, quando os programas eram digitados em cartes perfurados (cada linha em um carto), estas colunas eram usadas para numerar os cartes e facilitar a sua reordenao caso acidentalmente ficassem desordenados. Cada linha de um programa pode conter um comentrio, uma declarao ou um comando. Se a linha contiver um comentrio, a coluna 1 deve ter a letra C, e as colunas 2 a 72, os dizeres do comentrio. Se a linha contiver um comando ou uma declarao, as colunas devem ser

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