"Conceptos Básicos"
1.1 Introducción
Los sistemas
modernos de computación consisten en una gran conjunción de elementos de
circuitos (hardware) y de programación (software) que han sido diseñados para
proporcionar a la computación un ambiente productivo y hasta cierta medida
agradable.
El término Sistema de Cómputo
se utiliza para señalar lo que el usuario emplea, en lugar del término Computadora.
En los primeros años de la computación, los usuarios del sistema debían
interactuar más estrechamente con el hardware real que lo que es hoy necesario,
muchas funciones que debían realizar los usuarios mismos se manejan ahora por software
mediante Sistemas
Operativos. El sistema operativo crea un ambiente en el
cual los usuarios pueden preparar programas y ejecutarlos sin tener que entrar
en los detalles del hardware del sistema.
Para
satisfacer el crecimiento de la demanda de medios de computación, es que se ha
desarrollado la multiprogramación, en la cual varios usuarios
emplean el sistema de forma simultánea, como Windows por ejemplo.
Un
término fundamental de esta materia es el Programa,
el cual es simplemente una secuencia de instrucciones que orienta a la Unidad
de Control de Procesamiento (CPU) en el desarrollo de los cálculos, el cual
debe expresarse de forma que sea entendido por el CPU.
Un CPU sólo puede
entender instrucciones que estén expresadas en términos de su lenguaje máquina,
pero esto se explicará más adelante.
1.2 Definición de Lenguaje de Programación
Un Lenguaje de Programación es aquél que es
utilizado para escribir programas de computadoras que puedan ser entendidos por
ellas. Estos lenguajes se clasifican en tres grandes categorías :
- Lenguaje Máquina
- Lenguaje de Bajo nivel (ensamblador)
- Lenguaje de Alto nivel.
1.3 Definición de algoritmo
"Un algoritmo
se define como un método que se realiza paso a paso para solucionar un
problema que termina en un número finito de pasos".
- Debe ser preciso. e indicar el orden de realización de cada paso.
- Debe ser definido. Si se sigue un algoritmo dos veces, se debe obtener el mismo resultado cada vez.
- Debe ser finito. Si se sigue un algoritmo, se debe terminar en algún momento ; o sea debe tener un número finito de pasos.
1.4 Algoritmos Cotidianos
Se refiere a
todos aquéllos algoritmos que nos ayudan a resolver problemas diarios, y que
los hacemos casi sin darnos cuenta de que estamos siguiendo una metodología
para resolverlos.
Algunos ejemplos son :
1.
Inicio.
2.
Traer gato.
3.
Levantar el coche con el gato.
4.
Aflojar tornillos de las llantas.
5.
Sacar los tornillos de las llantas.
6.
Quitar la llanta.
7.
Poner la llanta de repuesto.
8.
Poner los tornillos.
9.
Apretar los tornillos.
10.
Bajar el gato.
11.
Fin
Pasos del algoritmo :
Inicio
Leer el
pedido
Examinar ficha del cliente
Si el cliente es solvente aceptar pedido, en caso contrario
rechazar pedido
FinDeterminar el mayor de tres números enteros.
Pasos del algoritmo :
- Comparar el primero y el segundo
entero, deduciendo cuál es el mayor.
- Comparar el mayor anterior con el
tercero y deducir cuál es el mayor. Este será el resultado.
Los pasos anteriores se pueden descomponer en otros pasos más simples en los
que se denomina refinamiento
del algoritmo.
- Obtener el primer número
(entrada), denominado NUM1
- Obtener el segundo número (entrada),
denominado NUM2
- Compara NUM1 con NUM2 y
seleccionar el mayor ; si los dos enteros son iguales, seleccionar
NUM1. Llamar a este número MAYOR.
- Obtener el tercer número
(entrada), y se denomina NUM3.
- Compara MAYOR con NUM3 y seleccionar
el mayor ; si los dos enteros son iguales, seleccionar el MAYOR.
Denominar a este número MAYOR.
- Presentar el valor MAYOR (salida).
- Fin
1.5 Definición de Lenguajes Algorítmicos
Los algoritmos
pueden describirse utilizando diversos lenguajes. Cada uno de estos lenguajes
permiten describir los pasos con mayor o menor detalle.
La clasificación de los lenguajes para algoritmos
puede enunciarse de la siguiente manera :
·
Lenguaje Natural.
·
Lenguaje de Diagrama de Flujo.
·
Lenguaje Natural de Programación.
·
Lenguaje de Programación de Algoritmos.
Es aquél que
describe en español, para nuestro caso, los pasos a seguir utilizando un
vocabulario cotidiano. Se le conoce como lenguaje
jerga cuando se utilizan términos especializados de una determinada
ciencia, profesión o grupo.
Es aquél que
se vale de diversos símbolos para representar las ideas o acciones a
desarrollar. Es útil para organizar las acciones o pasos de un algoritmo pero
requiere de etapas posteriores para implementarse en un sistema de cómputo.
Son aquéllos
que están orientados a la solución de problemas que se definen de una manera
precisa. Generalmente son aplicados para la elaboración de fórmulas o métodos
científicos.
Tiene las siguientes características :
·
Evita la ambigüedad (algo confuso que se
puede interpretar de varias maneras).
·
Son precisos y bien definidos.
·
Utilizan términos familiares al sentido
común.
·
Elimina instrucciones innecesarias.
Lenguaje de Programación de Algoritmos
Es aquél que se utiliza para introducir en la
computadora un algoritmo específico. Se les conoce también como Lenguaje de Programación.
Es
un conjunto de palabras, símbolos y reglas sintácticas mediante los cuales
puede indicarse a la computadora los pasos a seguir para resolver un problema.
·
Lenguaje Máquina.
·
Lenguaje de bajo Nivel
(ensamblador).
·
Lenguajes de Alto Nivel.
Lenguaje Máquina
Son aquéllos que están
escritos en lenguajes directamente inteligibles por la máquina (computadora),
ya que sus instrucciones son cadenas
binarias (cadenas o series de caracteres de dígitos
0 y 1) que especifican una operación y las posiciones (dirección) de memoria
implicadas en la operación se denominan instrucciones de máquina o código máquina.
El código máquina es el conocido código
binario.
Las instrucciones en
lenguaje máquina dependen del hardware de la computadora y, por tanto,
diferirán de una computadora a otra.
Ventajas del Lenguaje Máquina
- Posibilidad de cargar (transferir un programa a la memoria) sin necesidad de traducción posterior, lo que supone una velocidad de ejecución superior a cualquier otro lenguaje de programación.
Desventajas del Lenguaje Máquina
Dificultad y lentitud en la codificación.
|
|
Poca fiabilidad.
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|
Gran dificultad para verificar y poner a punto los programas.
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|
Los programas solo son ejecutables en el mismo procesador (CPU).
|
En la actualidad, las
desventajas superan a las ventajas, lo que hace prácticamente no recomendables
a los lenguajes máquinas.
Son más fáciles de
utilizar que los lenguajes máquina, pero al igual que ellos, dependen de la
máquina en particular. El lenguaje de bajo nivel por excelencia es el ensamblador.
Las instrucciones en lenguaje ensamblador son instrucciones conocidas como nemotécnicos. Por
ejemplo, nemotécnicos típicos de operaciones aritméticas son : en
inglés : ADD, SUB, DIV, etc. ; en español : SUM, RES, DIV, etc.
Una instrucción típica de suma sería :
ADD M, N, P
Esta instrucción
significa "sumar el contenido en la posición de memoria M al número
almacenado en la posición de memoria N y situar el resultado en la posición de
memoria P" . Evidentemente es más sencillo recordar la instrucción
anterior con un nemotécnico que su equivalente en código máquina.
0110 1001 1010 1011
Un programa escrito en
lenguaje ensamblador, requiere de una fase de traducción al
lenguaje máquina para poder ser ejecutado directamente por la computadora.
El programa original
escrito en lenguaje ensamblador se denomina programa fuente y el programa
traducido en lenguaje máquina se conoce como programa objeto, el cual ya es
directamente entendible por la computadora.
Ventajas del lenguaje ensamblador frente al lenguaje máquina
- Mayor facilidad de codificación y, en general, su velocidad de cálculo.
Desventajas del lenguaje ensamblador
·
Dependencia total de la máquina
lo que impide la transportabilidad de los programas (posibilidad de ejecutar un
programa en diferentes máquinas. El lenguaje ensamblador del PC es distinto del
lenguaje ensamblador del Apple Machintosh.
·
La formación de los programadores
es más compleja que la correspondiente a los programadores de alto nivel, ya
que exige no solo las técnicas de programación, sino también el conocimiento
del interior de la máquina.
Los lenguajes
ensamblador tienen sus aplicaciones muy reducidas, se centran básicamente en
aplicaciones de tiempo real, control de procesos y de dispositivos
electrónicos.
Lenguajes de Alto Nivel
Estos lenguajes son los más utilizados por los programadores. Están diseñados
para que las personas escriban y entiendan los programas de un modo mucho más
fácil que los lenguajes máquina y ensambladores. Un programa escrito en
lenguaje de alto nivel es independiente de la máquina (las instrucciones no
dependen del diseño del hardware o de una computadora en particular), por lo
que estos programas son portables
o transportables. Los programas escritos en lenguaje
de alto nivel pueden ser ejecutados con poca o ninguna modificación en
diferentes tipos de computadoras.
Ventajas de los lenguajes de alto
nivel
· El tiempo de formación de los
programadores es relativamente corto comparado con otros lenguajes.
· La escritura de programas se basa
en reglas sintácticas similares a los lenguajes humanos. Nombres de las
instrucciones tales como READ, WRITE, PRINT, OPEN, etc.
·
Las modificaciones y puestas a
punto de los programas son más fáciles.
·
Reducción del coste de los
programas.
·
Transportabilidad.
Desventajas de los lenguajes de
alto nivel
· Incremento del tiempo de puesta a
punto al necesitarse diferentes traducciones del programa fuente para conseguir
el programa definitivo.
·
No se aprovechan los recursos
internos de la máquina que se explotan mucho mejor en lenguajes máquina y ensambladores.
·
Aumento de la ocupación de
memoria.
·
El tiempo de ejecución de los
programas es mucho mayor.
Para una mejor compresión de este tema se
definirá el concepto de programa, por ser este un término
muy utilizado en el diseño
estructurado de algoritmos.
Programa :
Es un conjunto de instrucciones escritas en un lenguaje de
programación que indican a la computadora la secuencia de pasos para resolver un
problema.
1.6 Historia y Aplicación de los
Lenguajes Algorítmicos
Al
igual que los idiomas sirven de vehículo de comunicación entre los seres
humanos, existen lenguajes que realizan la comunicación entre los seres humanos
y las computadoras. Estos lenguajes permiten expresar los programas o el
conjunto de instrucciones que el operador humano desea que la computadora
ejecute.
Los lenguajes de computadoras toman diferentes formas; los de las primeras
computadoras, como la ENIAC y la EDSAC, se componían en el lenguaje real de las
máquinas mismas. La dificultad de programar las máquinas de esta manera
limitaba drásticamente su utilidad y proporcionaba un fuerte incentivo para que
se desarrollaran lenguajes de programación más orientados hacia la expresión de
soluciones con la notación de los problemas mismos.
Los primeros lenguajes de programación se conocieron como Lenguajes Ensambladores,
un ejemplo es: TRANSCODE, desarrollado para la computadora FERUT. En los
lenguajes ensambladores se define un código especial llamado mnemónico para cada una de las
operaciones de la máquina y se introduce una notación especial para especificar
el dato con el cual debe realizarse la operación.
A
mediados de los años 60’s aparecieron los primeros lenguajes de propósito
general como FORTRAN, FORTRAN IV, ALGOL, COBOL, BASIC, PL/I, ADA, C,C++,
PASCAL, etc. pero el desarrollo de nuevas tecnologías, tanto en arquitectura de
computadoras como en lenguajes de programación, continúa a paso acelerado, cada
vez con mayor velocidad, el panorama está cambiando de una etapa de sistemas y
lenguajes especialmente desarrollados para aplicaciones individuales. Los
lenguajes de programación actuales son los conocidos como Lenguajes visuales,
como por ejemplo Visual Fox, Visual Basic, Visual C .
