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1 1. Conceptos b´asicos de programaci´ on
Cap´ıtulo 1
Conceptos b´asicos de programaci´^ on
1.1 Ordenador y perif´ericos
Un ordenador s´olo es capaz de ejecutar ´ ordenes y operaciones muy b´ asicas, tales como:
� Aritm´etica entera: sumar, restar, multiplicar, etc.
� Comparar valores num´ericos o alfanum´ericos
� Almacenar o recuperar informaci´on
Con la combinaci´on de estas operaciones b´ asicas, y gracias a su gran potencia de c´ alculo, el orde nador puede llevar a cabo procesos muy complejos. Sin embargo, en cualquier caso existe una estrecha dependencia del ordenador con el programador. Es el programador quien indica a la m´aquina c´ omo y qu´e debe hacer, mediante la l´ ogica y el razonamiento previo, expresado en forma de un programa.
En definitiva, el ordenador s´olo es capaz de aceptar datos de entrada, procesarlos y facilitar otros datos o resultados de salida. Los datos se introducen u obtienen del ordenador mediante los perif´ericos de entrada y salida. Estos son los encargados de facilitar la relaci´ on entre el coraz´´ on del ordenador y el mundo exterior, y en particular los usuarios de ordenadores. Dependiendo de su funci´on particular, los perif´ericos pueden clasificarse en:
Perif´ericos de entrada: cuya funci´on es facilitar la introducci on de datos y ´´ ordenes al ordenador: te clado, rat´on, l´ apiz ´ optico, lector de c´ odigo de barras, esc´ aner, tableta digitalizadora, etc.
Perif´ericos de salida: cuya funci´on es mostrar al exterior informaci´on almacenada en memoria o los resultados de las operaciones realizadas por el ordenador: pantalla, impresora, plotter, etc.
Perif´ericos de entrada y salida: capaces tanto de introducir como de extraer informacion del ordena´ dor: discos y cintas magn´eticos, discos ´ opticos, etc.
Perif´ericos de comunicaci´ on: encargados de establecer y facilitar el intercambio de informaci´on entre dos ordenadores: m´odem, tarjetas de red ( Ethernet , Token Ring , RDSI ,... ), etc.
1.2. Bits, bytes y palabras 2
Programador
Lenguaje natural
Lenguaje de programación
Lenguaje máquina
Ordenador
Figura 1.1: Niveles de abstracci´on en los lenguajes de programaci´on
1.2 Bits, bytes y palabras
La unidad de memoria m´as peque na en un ordenador se denomina˜ bit (del ingles´ bi nary digi t ). Puede tomar unicamente dos posibles valores:´ 0 o 1. En ocasiones, debido a la relacion intr´ ´ınseca con los valores en las senales el˜ ´ectricas en circuitos digitales, se dice que un bit esta´ bajo o alto , o bien desco nectado o conectado. Como puede verse, no es posible almacenar mucha informacion en un solo bit.´ Sin embargo, un ordenador posee cantidades ingentes de ellos, por lo que podr´ıa decirse que los bits son los bloques basicos con los que se construye la memoria del ordenador.´
El byte , compuesto por ocho bits (algunos autores se refieren a esta unidad como octeto ), es una unidad de memoria m´as util. Puesto que cada bit puede tomar el valor´ 0 o 1 , en un byte pueden represen tarse hasta 2 8 � 256 combinaciones de ceros y unos (256 c´odigos binarios ). Con estas combinaciones pueden representarse, por ejemplo, los enteros entre 0 y 255 ( 0 : : : 28 ; 1 ), un conjunto de caracteres, etc.
La unidad natural de memoria para un ordenador es la palabra. Los ordenadores de sobremesa actuales, por ejemplo, suelen trabajar con palabras de 32 o 64 bits. En grandes ordenadores, el tamano˜ de la palabra puede ser mucho mayor, pero siempre formada por un numero de bits, potencia de´ 2. En cualquier caso, los ordenadores encadenan dos o mas palabras de memoria con el´ fin de poder almacenar datos complejos y, en general, de mayor tamano.˜
1.3 Lenguajes de programacion´
Un lenguaje de programaci on podr´ ´ıa definirse como una notacion o conjunto de s´ ´ımbolos y caracteres que se combinan entre s´ı siguiendo las reglas de una sintaxis predefinida, con el fin de posibilitar la transmision de instrucciones a un ordenador. Dichos s´ ´ımbolos y caracteres son traducidos internamente a un conjunto de senales el˜ ectricas representadas en sistema binario, es decir, s´ ´olo dos valores: 0 y 1. Esta traduccion es necesaria porque el procesador s´ olo entiende ese lenguaje, al cual nos referiremos´ como lenguaje m´aquina.
1.4. Elaboraci´on de un programa 4
Diseño
Análisis
Codificación
Mantenimiento
00000000001111111111 Explotación 01
Figura 1.3: Ciclo de vida de un programa
en otros ordenadores con procesadores distintos. Por ello, el programador no necesita conocer a fondo el funcionamiento del ordenador en el que programa, sino que el lenguaje le permite abstraerse de los detalles de bajo nivel. Esta abstraccion de la arquitectura de la m´ aquina implica que todo programa´ escrito en un lenguaje de alto nivel debera traducirse a lenguaje m´ aquina, de forma que pueda ser´ entendido y ejecutado por el ordenador. Para ello cada tipo de ordenador debera disponer de unos´ programas especiales que realicen dicha traduccion (ver Sec. 1.5).´
1.4 Elaboracion de un programa´
El desarrollo de un programa para solucionar un determinado problema inform´aticamente puede resu mirse en el ya clasico concepto de´ ciclo de vida. Este puede desglosarse en los siguientes pasos a seguir^ ´ secuencialmente: an´alisis, dise no, codi˜ ficacion, explotaci´ on y mantenimiento (ver Fig. 1.3).´
Analisis´
En la fase de an´alisis se estudia cu al es el problema a resolver y se especi´ fican a muy alto nivel los procesos y estructuras de datos necesarios, de acuerdo con las necesidades del cliente. Para realizar un buen an´alisis ser a necesario interaccionar con el cliente y conocer a fondo sus necesidades. Antes´ de proceder al diseno es muy importante haber comprendido correctamente los requerimientos del˜ problema.
Dise no˜
Una vez bien definido el problema y las l´ıneas generales para solucionarlo, se requiere una solucion´ adecuada a un conjunto de recursos determinado. Tanto f´ısicos: en que ordenador va a funcionar la´ aplicacion, de qu´ e tipo de perif´ ericos se dispone... , como l´ ogicos: qu´ e sistema operativo se usar´ a, que´ ´ herramientas de desarrollo, que bases de datos... Finalmente se dise´ nar˜ a un conjunto de algoritmos´ que resuelvan los distintos subproblemas en que se haya dividido el desarrollo.
Codificacion´
Consiste en la traduccion de los algoritmos dise´ nados previamente, utilizando el lenguaje y entorno de˜ desarrollo escogidos en la fase anterior. Sera necesario realizar pruebas que garanticen al m´ aximo la´ calidad de los programas desarrollados. Entre otras cosas, que est´en libres de errores.
La documentaci on generada en esta fase junto con la de las fases anteriores ser´ a muy util en el´ ´ futuro para las eventuales actuaciones de mantenimiento.
5 1. Conceptos b´asicos de programaci´ on
Instrucción 1 Intérprete Ejecución 1
Instrucción 2 Intérprete Ejecución 2
Instrucción 3 Intérprete Ejecución 3
Figura 1.4: Fases en la interpretaci´on de un programa
Explotacion´
Los diferentes programas desarrollados en la fase anterior se instalan en el entorno final de trabajo. Si es necesario se instalaran tambi´ en otras herramientas de utilidad, necesarias para el correcto funciona´ miento del sistema. Se debe proporcionar documentacion, manuales de usuario, formaci´ on, etc.´
Mantenimiento
En esta fase se realizaran correcciones al sistema desarrollado, bien para solventar errores no depura´ dos, bien para cambiar o anadir nuevas funcionalidades requeridas por el cliente. Dependiendo de la˜ importancia del caso, sera necesario retomar el ciclo de vida a nivel de codi´ ficacion, dise´ no o incluso˜ analisis (ver Fig. 1.3).´
Cuanto mejor se haya documentado el desarrollo en las primeras fases del ciclo de vida, menor sera´ el tiempo necesario para llevar a cabo los distintos tipos de mantenimiento.
1.5 Traductores
Como ya se ha comentado, el unico lenguaje directamente inteligible por el ordenador es el lenguaje´ maquina. Por ello, si se programa usando lenguajes de alto nivel ser´ a necesario alg´ un programa traduc´ tor. Este, a su vez, ser^ ´ a el encargado de comprobar que los programas est´ en escritos correctamente, de´ acuerdo con la definicion del lenguaje de programaci´ on empleado. Pueden distinguirse varios tipos de´ traductores:
1.5.1 Ensambladores
Los programas ensambladores son los encargados de traducir a lenguaje maquina los programas escritos´ en lenguaje ensamblador. La correspondencia entre ambos lenguajes es muy directa, por lo que los ensambladores suelen ser programas relativamente sencillos.
1.5.2 Interpretes´
El objetivo de un interprete es procesar una a una las instrucciones de un programa escrito en un lenguaje´ de alto nivel. Para cada instruccion se veri´ fica la sintaxis, se traduce a codigo m´ aquina y´ finalmente se ejecuta. Es decir, que la traduccion y la ejecuci´ on se realizan como una sola operaci´ on (ver Fig. 1.4).´
