fundamentos de programación- unidad 1 [algoritmos y programas]

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(unidad 1) algoritmos y programas (1.1) esquema de la unidad

(1.1) computadora y sistema operativo___________________________________________________ 6 (1.1.1) computadora............................................................................................................................................................. 6 (1.1.2) hardware y software................................................................................................................................................8 (1.1.3) Sistema Operativo....................................................................................................................................................8

(1.2) codificacin de la informacin______________________________________________________11 (1.2.1) introduccin............................................................................................................................................................... 11 (1.2.2) sistemas numricos.................................................................................................................................................. 11 (1.2.3) sistema binario de numeracin.......................................................................................................................... 13 (1.2.4) representacin de texto en el sistema binario ............................................................................................... 13 (1.2.5) representacin binaria de datos no numricos ni de texto ........................................................................ 14 (1.2.6) mltiplos para medir dgitos binarios............................................................................................................... 14

(1.3) algoritmos________________________________________________________________________ 15 (1.3.1) nocin de algoritmo ............................................................................................................................................... 15 (1.3.2) caractersticas de los algoritmos......................................................................................................................... 16 (1.3.3) elementos que conforman un algoritmo......................................................................................................... 16 (1.3.4) fases en la creacin de algoritmos..................................................................................................................... 17

(1.4) aplicaciones ______________________________________________________________________ 17 (1.4.1) programas y aplicaciones ..................................................................................................................................... 17 (1.4.2) historia del software. La crisis del software..................................................................................................... 17 (1.4.3) el ciclo de vida de una aplicacin ..................................................................................................................... 18

(1.5) errores ___________________________________________________________________________20 (1.6) lenguajes de programacin _______________________________________________________ 21

(1.6.1) breve historia de los lenguajes de programacin .......................................................................................... 21 (1.6.2) tipos de lenguajes ................................................................................................................................................. 26 (1.6.3) intrpretes ............................................................................................................................................................... 27 (1.6.4) compiladores.......................................................................................................................................................... 28

(1.7) programacin ____________________________________________________________________ 29 (1.7.1) introduccin ............................................................................................................................................................. 29 (1.7.2) programacin desordenada .............................................................................................................................. 29 (1.7.3) programacin estructurada............................................................................................................................... 29 (1.7.4) programacin modular.......................................................................................................................................30 (1.7.5) programacin orientada a objetos ..................................................................................................................30

fundamentos de programacin (Unidad 1) algoritmos y programas

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(1.8) ndice de ilustraciones ____________________________________________________________ 31

(1.2) computadora y sistema operativo (1.2.1) computadora

Segn la RAE (Real Academia de la lengua espaola), una computadora es una mquina electrnica, analgica o digital, dotada de una memoria de gran capacidad y de mtodos de tratamiento de la informacin, capaz de resolver problemas matemticos y lgicos mediante la utilizacin automtica de programas informticos.

En cualquier caso cualquier persona tiene una imagen clara de lo que es una computadora, o como se la conoce popularmente, un ordenador. La importancia del ordenador en la sociedad actual es importantsima; de hecho casi no hay tarea que no est apoyada en la actualidad por el ordenador.

Debido a la importancia y al difcil manejo de estas mquinas, aparece la informtica como la ciencia orientada al proceso de informacin mediante el uso de computadoras. Es decir, es la ciencia que estudia el manejo y funcionamiento del ordenador.

Inicialmente, las primeras computadoras eran mquinas basadas en el funcionamiento de rels o de ruedas. Por ello slo eran capaces de realizar una nica tarea.

A finales de los aos cuarenta Von Newman escribi en un artculo lo que seran las bases del funcionamiento de los ordenadores (seguidos en su mayor parte hasta el da de hoy).

Ilustracin 1, Modelo de Von Newman

1er curso de administracin de sistemas informticosautor: Jorge Snchez www.jorgesanchez.net

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Las mejoras que consigui este modelo (entre otras) fueron:

Incluir el modelo de Programa Almacenado (fundamental para que el ordenador pueda realizar ms de una tarea)

Aparece el concepto de Lenguaje de Programacin. Aparece el concepto de programa como amo secuencia de instrucciones

secuenciales (aunque pueden incluir bifurcaciones y saltos).

El modelo no ha cambiando excesivamente hasta la actualidad de modo que el modelo actual de los ordenadores es el que se indica en la Ilustracin 2.

De los componentes internos del ordenador, cabe destacar el procesador (o microprocesador, lo de micro hace referencia al tamao del mismo). Se trata de un chip que contiene todos los elementos de la Unidad Central de Proceso; por lo que es capaz de realizar e interpretar instrucciones. En realidad un procesador slo es capaz de realizar tareas sencillas como:

Operaciones aritmticas simples: suma, resta, multiplicacin y divisin Operaciones de comparacin entre valores Almacenamiento de datos

Ilustracin 2, arquitectura de los ordenadores actuales


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En definitiva los componentes sobre los que actualmente se hace referencia son:

Procesador. Ncleo digital en el que reside la CPU del ordenador. Es la parte fundamental del ordenador, la encargada de realizar todas las tareas.

Placa base. Circuito interno al que se conectan todos los componentes del ordenador, incluido el procesador.

Memoria RAM. Memoria principal del ordenador, formada por un circuito digital que est conectado mediante tarjetas a la placa base. Su contenido se pierde cuando se desconecta al ordenador. Lo que se almacena no es permanente. Mientras el ordenador est funcionando contiene todos los programas y datos con los que el ordenador trabaja.

Memoria cach. Memoria ultrarrpida de caractersticas similares a la RAM, pero de velocidad mucho ms elevada por lo que se utiliza para almacenar los ltimos datos utilizados de la memoria RAM.

Perifricos. Aparatos conectados al ordenador mediante tarjetas o ranuras de expansin (tambin llamados puertos). Los hay de entrada (introducen datos en el ordenador: teclado, ratn, escner,...), de salida (muestran datos desde el ordenador: pantalla, impresora, altavoces,...) e incluso de entrada/salida (mdem, tarjeta de red).

Unidades de almacenamiento. En realidad son perifricos, pero que sirven para almacenar de forma permanente los datos que se deseen del ordenador. Los principales son el disco duro (unidad de gran tamao interna al ordenador), la disquetera (unidad de baja capacidad y muy lenta, ya en desuso), el CD-ROM y el DVD.

(1.2.2) hardware y software

hardware

Se trata de todos los componentes fsicos que forman parte de un ordenador: procesador, RAM, impresora, teclado, ratn,...

software

Se trata de la parte conceptual del ordenador. Es decir los datos y aplicaciones que maneja y que permiten un grado de abstraccin mayor. Cualquier cosa que se pueda almacenar en una unidad de almacenamiento es software (la propia unidad sera hardware).

(1.2.3) Sistema Operativo Se trata del software (programa) encargado de gestionar el ordenador. Es la aplicacin que oculta la fsica real del ordenador para mostrarnos un interfaz que permita al usuario un mejor y ms fcil manejo de la computadora.


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funciones del Sistema Operativo

Las principales funciones que desempea un Sistema Operativo son:

Permitir al usuario comunicarse con el ordenador. A travs de comandos o a travs de una interfaz grfica.

Coordinar y manipular el hardware de la computadora: memoria, impresoras, unidades de disco, el teclado,...

Proporcionar herramientas para organizar los datos de manera lgica (carpetas, archivos,...)

Proporcionar herramientas para organizar las aplicaciones instaladas. Gestionar el acceso a redes Gestionar los errores de hardware y la prdida de datos. Servir de base para la creacin de aplicaciones, proporcionando

funciones que faciliten la tarea a los programadores.

Administrar la configuracin de los usuarios. Proporcionar herramientas para controlar la seguridad del sistema.

algunos sistemas operativos

Windows. A da de hoy el Sistema Operativo ms popular (instalado en el 95% de computadoras del mundo). Es un software propiedad de Microsoft por el que hay que pagar por cada licencia de uso.


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ServerProfessional

S.E.

ProfessionalHome

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Versiones de casao pequea oficina

Versiones profesionales

Versiones de servidor

VersionesHome

VersionesBusiness,Enterprisey Ultimate

WindowsMillenium Edition

Microsoft

Ilustracin 3, Histrico de versiones de Windows

Unix. Sistema operativo muy robusto para gestionar redes de todos los tamaos. Actualmente en desuso debido al uso de Linux (que est basado en Unix), aunque sigue siendo muy utilizado para gestionar grandes redes (el soporte sigue siendo una de las razones para que se siga utilizando)

Solaris. Versin de Unix para sistemas de la empresa Sun. Linux. Sistema operativo de cdigo abierto, lo que significa que el cdigo

fuente est a disposicin de cualquier programador, lo que permite adecuar el sistema a las necesidades de cada usuario. Esta libertad ha hecho que posea numerosas distribuciones, muchas de ellas gratuitas. La variedad de distribuciones y opciones complica su


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aprendizaje al usuario inicial, pero aumenta las posibilidades de seleccin de un sistema adecuado. La sintaxis de Linux est basada en Linux, de hecho se trata de un Unix de cdigo abierto pensado fundamentalmente para los ordenadores de tipo PC. Actualmente las distribuciones Linux ms conocidas son:

Red Hat Fedora (versin gratuita de Red Hat) Debian Ubuntu (variante de Debian de libre distribucin, quiz el Linux ms

exitoso de la actualidad)

Mandriva SUSE

MacOs. Sistema operativo de los ordenadores MacIntosh. Muy similar al sistema Windows y orientado al uso de aplicaciones de diseo grfico.

(1.3) codificacin de la informacin (1.3.1) introduccin

Un ordenador maneja informacin de todo tipo. Nuestra perspectiva humana nos permite rpidamente diferenciar lo que son nmeros, de lo que es texto, imagen,

Sin embargo al tratarse de una mquina digital, el ordenador slo es capaz de representar nmeros en forma binaria. Por ello todos los ordenadores necesitan codificar la informacin del mundo real a el equivalente binario entendible por el ordenador.

Desde los inicios de la informtica la codificacin ha sido problemtica y por la falta de acuerdo en la representacin. Pero hoy da ya tenemos numerosos estndares.

Fundamentalmente la informacin que un ordenador maneja es: Nmeros y Texto. Cualquier otro tipo de informacin (imagen, sonido, vdeo,) se considera binaria (aunque como ya hemos comentado, toda la informacin que maneja un ordenador es binaria).

(1.3.2) sistemas numricos En general, a lo largo de la historia han existido numerosos sistemas de numeracin. Cada cultura o civilizacin se ha servido en la antigedad de los sistemas que ha considerado ms pertinentes. Para simplificar, dividiremos a todos los sistemas en dos tipos:


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Sistemas no posicionales. En ellos se utilizan smbolos cuyo valor numrico es siempre el mismo independientemente de donde se siten. Es lo que ocurre con la numeracin romana. En esta numeracin el smbolo I significa siempre uno independientemente de su posicin.

Sistemas posicionales. En ellos los smbolos numricos cambian de valor en funcin de la posicin que ocupen. Es el caso de nuestra numeracin, el smbolo 2, en la cifra 12 vale 2; mientras que en la cifra 21 vale veinte.

La historia ha demostrado que los sistemas posicionales son mucho mejores para los clculos matemticos por lo que han retirado a los no posicionales. La razn: las operaciones matemticas son ms sencillas utilizando sistemas posicionales.

Todos los sistemas posicionales tienen una base, que es el nmero total de smbolos que utiliza el sistema. En el caso de la numeracin decimal la base es 10; en el sistema binario es 2.

El Teorema Fundamental de la Numeracin permite saber el valor decimal que tiene cualquier nmero en cualquier base. Dicho teorema utiliza la frmula:

...+ X3B3 + X2B2 + X1B1 + X0B0 + X-1B-1 + X-2B-2+...

Donde:

Xi Es el smbolo que se encuentra en la posicin nmero i del nmero que se est convirtiendo. Teniendo en cuenta que la posicin de las unidades es la posicin 0 (la posicin -1 sera la del primer decimal)

B Es la base del sistemas que se utiliza para representar al nmero Por ejemplo si tenemos el nmero 153,6 utilizando e sistema octal (base ocho), el paso a decimal se hara:

182 + 581 + 380 + 68-1 = 64 + 40 + 3 + 6/8 = 107,75


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(1.3.3) sistema binario de numeracin

conversin binario a decimal

El teorema fundamental de la numeracin se puede aplicar para saber el nmero decimal representado por un nmero escrito en binario. As para el nmero binario 10011011011 la conversin se hara (los ceros se han ignorado):

1210 + 127 + 126 + 124 + 123+ 121+ 120 = 1243 conversin decimal a binario

El mtodo ms utilizado es ir haciendo divisiones sucesivas entre dos. Los restos son las cifras binarias. Por ejemplo para pasar el 39:

39:2 = 19 resto 1 19:2 = 9 resto 1 9:2 = 4 resto 1 4:2 = 2 resto 0 2:2 = 1 resto 0 1:2 = 0 resto 1

Ahora las cifras binarias se toman al revs. Con lo cual, el nmero 100111 es el equivalente en binario de 39.

(1.3.4) representacin de texto en el sistema binario Puesto que una computadora no slo maneja nmeros, habr dgitos binarios que contengan informacin que no es traducible a decimal. Todo depende de cmo se interprete esa traduccin.

Por ejemplo en el caso del texto, lo que se hace es codificar cada carcter en una serie de nmeros binarios. El cdigo ASCII ha sido durante mucho tiempo el ms utilizado. Inicialmente era un cdigo que utilizaba 7 bits para representar texto, lo que significaba que era capaz de codificar 127 caracteres. Por ejemplo el nmero 65 (1000001 en binario) se utiliza para la A mayscula.

Poco despus apareci un problema: este cdigo es suficiente para los caracteres del ingls, pero no para otras lenguas. Entonces se aadi el octavo bit para representar otros 128 caracteres que son distintos segn idiomas (Europa Occidental usa unos cdigos que no utiliza Europa Oriental).

Eso provoca que un cdigo como el 190 signifique cosas diferentes si cambiamos de pas. Por ello cuando un ordenador necesita mostrar texto, tiene que saber qu juego de cdigos debe de utilizar (lo cual supone un tremendo problema).

Una ampliacin de este mtodo de codificacin es el cdigo Unicode que puede utilizar hasta 4 bytes (32 bits) con lo que es capaz de codificar cualquier carcter en cualquier lengua del planeta utilizando el mismo conjunto de cdigos.


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Poco a poco es el cdigo que se va extendiendo; pero la preponderancia histrica que ha tenido el cdigo ASCII, complica su popularidad.

(1.3.5) representacin binaria de datos no numricos ni de texto En el caso de datos ms complejos (imgenes, vdeo, audio) se necesita una codificacin ms compleja. Adems en estos datos no hay estndares, por lo que hay decenas de formas de codificar.

En el caso, por ejemplo, de las imgenes, una forma bsica de codificarlas en binario es la que graba cada pxel (cada punto distinguible en la imagen) mediante tres bytes: el primero graba el nivel de rojo, el segundo el nivel de azul y el tercero el nivel de verde. Y as por cada pxel.

Por ejemplo un punto en una imagen de color rojo puro 11111111 00000000 00000000

Naturalmente en una imagen no solo se graban los pxeles sino el tamao de la imagen, el modelo de color, de ah que representar estos datos sea tan complejo para el ordenador (y tan complejo entenderlo para nosotros).

(1.3.6) mltiplos para medir dgitos binarios Puesto que toda la informacin de un ordenador se representa de forma binaria, se hizo indispensable el utilizar unidades de medida para poder indicar la capacidad de los dispositivos que manejaban dichos nmeros.

As tenemos:

BIT (de Binary diGIT). Representa un dgito binario. Por ejemplo se dice que el nmero binario 1001 tiene cuatro BITS.

Byte. Es el conjunto de 8 BITS. Es importante porque normalmente cada carcter de texto almacenado en un ordenador consta de 8 bits (luego podemos entender que en 20 bytes nos caben 20 caracteres).

Kilobyte. Son 1024 bytes. Megabyte. Son 1024 Kilobytes. Gigabyte. Son 1024 Megabytes. Terabyte. Son 1024 Gigabytes. Petabyte. Son 1024 Terabytes.


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(1.4) algoritmos (1.4.1) nocin de algoritmo

Segn la RAE: conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la solucin de un problema.

Los algoritmos, como indica su definicin oficial, son una serie de pasos que permiten obtener la solucin a un problema. La palabra algoritmo procede del matemtico rabe Mohamed Ibn Al Kow Rizmi, el cual escribi sobre los aos 800 y 825 su obra Quitad Al Mugabala, donde se recoga el sistema de numeracin hind y el concepto del cero. Fibonacci, tradujo la obra al latn y la llam: Algoritmi Dicit.

El lenguaje algortmico es aquel que implementa una solucin terica a un problema indicando las operaciones a realizar y el orden en el que se deben efectuarse. Por ejemplo en el caso de que nos encontremos en casa con una bombilla fundida en una lmpara, un posible algoritmo sera:

(1) Comprobar si hay bombillas de repuesto

(2) En el caso de que las haya, sustituir la bombilla anterior por la nueva

(3) Si no hay bombillas de repuesto, bajar a comprar una nueva a la tienda y sustituir la vieja por la nueva

Los algoritmos son la base de la programacin de ordenadores, ya que los programas de ordenador se puede entender que son algoritmos escritos en un cdigo especial entendible por un ordenador.

Lo malo del diseo de algoritmos est en que no podemos escribir lo que deseemos, el lenguaje ha utilizar no debe dejar posibilidad de duda, debe recoger todas las posibilidades.

Por lo que los tres pasos anteriores pueden ser mucho ms largos:

[1] Comprobar si hay bombillas de repuesto (1.1) Abrir el cajn de las bombillas (1.2) Observar si hay bombillas

[2] Si hay bombillas: (2.1) Coger la bombilla (2.2) Coger una silla (2.3) Subirse a la silla (2.4) Poner la bombilla en la lmpara

[3] Si no hay bombillas (3.1) Abrir la puerta (3.2) Bajar las escaleras....


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Cmo se observa en un algoritmo las instrucciones pueden ser ms largas de lo que parecen, por lo que hay que determinar qu instrucciones se pueden utilizar y qu instrucciones no se pueden utilizar. En el caso de los algoritmos preparados para el ordenador, se pueden utilizar slo instrucciones muy concretas.

(1.4.2) caractersticas de los algoritmos

caractersticas que deben de cumplir los algoritmos obligatoriamente

Un algoritmo debe resolver el problema para el que fue formulado. Lgicamente no sirve un algoritmo que no resuelve ese problema. En el caso de los programadores, a veces crean algoritmos que resuelven problemas diferentes al planteado.

Los algoritmos son independientes del ordenador. Los algoritmos se escriben para poder ser utilizados en cualquier mquina.

Los algoritmos deben de ser precisos. Los resultados de los clculos deben de ser exactos, de manera rigurosa. No es vlido un algoritmo que slo aproxime la solucin.

Los algoritmos deben de ser finitos. Deben de finalizar en algn momento. No es un algoritmo vlido aquel que produce situaciones en las que el algoritmo no termina.

Los algoritmos deben de poder repetirse. Deben de permitir su ejecucin las veces que haga falta. No son vlidos los que tras ejecutarse una vez, ya no pueden volver a hacerlo por la razn que sea.

caractersticas aconsejables para los algoritmos

Validez. Un algoritmo es vlido si carece de errores. Un algoritmo puede resolver el problema para el que se plante y sin embargo no ser vlido debido a que posee errores

Eficiencia. Un algoritmo es eficiente si obtiene la solucin al problema en poco tiempo. No lo es si es lento en obtener el resultado.

ptimo. Un algoritmo es ptimo si es el ms eficiente posible y no contiene errores. La bsqueda de este algoritmo es el objetivo prioritario del programador. No siempre podemos garantizar que el algoritmo hallado es el ptimo, a veces s.

(1.4.3) elementos que conforman un algoritmo

Entrada. Los datos iniciales que posee el algoritmo antes de ejecutarse. Proceso. Acciones que lleva a cabo el algoritmo. Salida. Datos que obtiene finalmente el algoritmo.


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(1.4.4) fases en la creacin de algoritmos Hay tres fases en la elaboracin de un algoritmo:

(1) Anlisis. En esta se determina cul es exactamente el problema a resolver. Qu datos forman la entrada del algoritmo y cules debern obtenerse como salida.

(2) Diseo. Elaboracin del algoritmo.

(3) Prueba. Comprobacin del resultado. Se observa si el algoritmo obtiene la salida esperada para todas las entradas.

(1.5) aplicaciones (1.5.1) programas y aplicaciones

Programa. La definicin de la RAE es: Conjunto unitario de instrucciones que permite a un ordenador realizar funciones diversas, como el tratamiento de textos, el diseo de grficos, la resolucin de problemas matemticos, el manejo de bancos de datos, etc. Pero normalmente se entiende por programa un conjunto de instrucciones ejecutables por un ordenador. Un programa estructurado es un programa que cumple las condiciones de un algoritmo (finitud, precisin, repeticin, resolucin del problema,...)

Aplicacin. Software formado por uno o ms programas, la documentacin de los mismos y los archivos necesarios para su funcionamiento, de modo que el conjunto completo de archivos forman una herramienta de trabajo en un ordenador.

Normalmente en el lenguaje cotidiano no se distingue entre aplicacin y programa; en nuestro caso entenderemos que la aplicacin es un software completo que cumple la funcin completa para la que fue diseado, mientras que un programa es el resultado de ejecutar un cierto cdigo entendible por el ordenador.

(1.5.2) historia del software. La crisis del software Los primeros ordenadores cumplan una nica programacin que estaba definida en los componentes elctricos que formaban el ordenador.

La idea de que el ordenador hiciera varias tareas (ordenador programable o multipropsito) hizo que se idearan las tarjetas perforadas. En ellas se utilizaba cdigo binario, de modo que se hacan agujeros en ellas para indicar el cdigo 1 o el cero. Estos primeros programas lgicamente servan para hacer tareas muy concretas.


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La llegada de ordenadores electrnicos ms potentes hizo que los ordenadores se convirtieran en verdaderas mquinas digitales que seguan utilizando el 1 y el 0 del cdigo binario pero que eran capaces de leer miles de unos y ceros. Empezaron a aparecer los primeros lenguajes de programacin que escriban cdigo ms entendible por los humanos que posteriormente era convertido al cdigo entendible por la mquina.

Inicialmente la creacin de aplicaciones requera escribir pocas lneas de cdigo en el ordenador, por lo que no haba una tcnica especificar a la hora de crear programas. Cada programador se defenda como poda generando el cdigo a medida que se le ocurra.

Poco a poco las funciones que se requeran a los programas fueron aumentando produciendo miles de lneas de cdigo que al estar desorganizada hacan casi imposible su mantenimiento. Slo el programador que haba escrito el cdigo era capaz de entenderlo y eso no era en absoluto prctico.

La llamada crisis del software ocurri cuando se percibi que se gastaba ms tiempo en hacer las modificaciones a los programas que en volver a crear el software. La razn era que ya se haban codificado millones de lneas de cdigo antes de que se definiera un buen mtodo para crear los programas.

La solucin a esta crisis ha sido la definicin de la ingeniera del software como un oficio que requera un mtodo de trabajo similar al del resto de ingenieras. La bsqueda de una metodologa de trabajo que elimine esta crisis parece que an no est resuelta, de hecho los mtodos de trabajo siguen redefinindose una y otra vez.

(1.5.3) el ciclo de vida de una aplicacin Una de las cosas que se han definido tras el nacimiento de la ingeniera del software ha sido el ciclo de vida de una aplicacin. El ciclo de vida define los pasos que sigue el proceso de creacin de una aplicacin desde que se propone hasta que finaliza su construccin. Los pasos son:

(1) Anlisis. En esta fase se determinan los requisitos que tiene que cumplir la aplicacin. Se anota todo aquello que afecta al futuro funcionamiento de la aplicacin. Este paso le realiza un analista

(2) Diseo. Se especifican los esquemas de diseo de la aplicacin. Estos esquemas forman los planos del programador, los realiza el analista y representan todos los aspectos que requiere la creacin de la aplicacin.

(3) Codificacin. En esta fase se pasa el diseo a cdigo escrito en algn lenguaje de programacin. Esta es la primera labor que realiza el programador

(4) Pruebas. Se trata de comprobar que el funcionamiento de la aplicacin es la adecuada. Se realiza en varias fases:


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a) Prueba del cdigo. Las realizan programadores. Normalmente programadores distintos a los que crearon el cdigo, de ese modo la prueba es ms independiente y generar resultados ms ptimos.

b) Versin alfa. Es una primera versin terminada que se revisa a fin de encontrar errores. Estas pruebas conviene que sean hechas por personal no informtico.

c) Versin beta. Versin casi definitiva del software en la que no se estiman fallos, pero que se distribuye a los clientes para que encuentren posibles problemas. A veces est versin acaba siendo la definitiva (como ocurre con muchos de los programas distribuidos libremente por Internet).

(5) Mantenimiento. Tiene lugar una vez que la aplicacin ha sido ya distribuida, en esta fase se asegura que el sistema siga funcionando aunque cambien los requisitos o el sistema para el que fue diseado el software. Antes esos cambios se hacen los arreglos pertinentes, por lo que habr que retroceder a fases anteriores del ciclo de vida.

Anlisis

Diseo

Codificacin

Pruebas

Mantenimiento

Ilustracin 4, Ciclo de vida de una aplicacin


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(1.6) errores Cuando un programa obtiene una salida que no es la esperada, se dice que posee errores. Los errores son uno de los caballos de batalla de los programadores ya que a veces son muy difciles de encontrar (de ah que hoy en da en muchas aplicaciones se distribuyan parches para subsanar errores no encontrados en la creacin de la aplicacin).

tipos de errores

Error del usuario. Errores que se producen cuando el usuario realiza algo inesperado y el programa no reacciona apropiadamente.

Error del programador. Son errores que ha cometido el programador al generar el cdigo. La mayora de errores son de este tipo.

Errores de documentacin. Ocurren cuando la documentacin del programa no es correcta y provoca fallos en el manejo

Error de interfaz. Ocurre si la interfaz de usuario de la aplicacin es enrevesada para el usuario impidiendo su manejo normal. Tambin se llaman as los errores de protocolo entre dispositivos.

Error de entrada / salida o de comunicaciones. Ocurre cuando falla la comunicacin entre el programa y un dispositivo (se desea imprimir y no hay papel, falla el teclado,...)

Error fatal. Ocurre cuando el hardware produce una situacin inesperado que el software no puede controlar (el ordenador se cuelga, errores en la grabacin de datos,...)

Error de ejecucin. Ocurren cuando la ejecucin del programa es ms lenta de lo previsto.

La labor del programador es predecir, encontrar y subsanar (si es posible) o al menos controlar los errores. Una mala gestin de errores causa experiencias poco gratas al usuario de la aplicacin.


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(1.7) lenguajes de programacin (1.7.1) breve historia de los lenguajes de programacin

inicios de la programacin

Charles Babbage defini a mediados del siglo XIX lo que l llam la mquina analtica. Se considera a esta mquina el diseo del primer ordenador. La realidad es que no se pudo construir hasta el siglo siguiente. El caso es que su colaboradora Ada Lovelace escribi en tarjetas perforadas una serie de instrucciones que la mquina iba a ser capaz de ejecutar. Se dice que eso signific el inicio de la ciencia de la programacin de ordenadores.

En la segunda guerra mundial debido a las necesidades militares, la ciencia de la computacin prospera y con ella aparece el famoso ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator), que se programaba cambiando su circuitera. Esa es la primera forma de programar (que an se usa en numerosas mquinas) que slo vale para mquinas de nico propsito. Si se cambia el propsito, hay que modificar la mquina.

cdigo mquina. primera generacin de lenguajes (1GL)

No mucho ms tarde apareci la idea de que las mquinas fueran capaces de realizar ms de una aplicacin. Para lo cual se ide el hecho de que hubiera una memoria donde se almacenaban esas instrucciones. Esa memoria se poda rellenar con datos procedentes del exterior. Inicialmente se utilizaron tarjetas perforadas para introducir las instrucciones.

Durante mucho tiempo esa fue la forma de programar, que teniendo en cuenta que las mquinas ya entendan slo cdigo binario, consista en introducir la programacin de la mquina mediante unos y ceros. El llamado cdigo mquina. Todava los ordenadores es el nico cdigo que entienden, por lo que cualquier forma de programar debe de ser convertida a cdigo mquina.

Slo se ha utilizado por los programadores en los inicios de la informtica. Su incomodidad de trabajo hace que sea impensable para ser utilizado hoy en da. Pero cualquier programa de ordenador debe, finalmente, ser convertido a este cdigo para que un ordenador puede ejecutar las instrucciones de dicho programa.

Un detalle a tener en cuenta es que el cdigo mquina es distinto para cada tipo de procesador. Lo que hace que los programas en cdigo mquina no sean portables entre distintas mquinas.

lenguaje ensamblado. segunda generacin de lenguajes (2GL)

En los aos 40 se intent concebir un lenguaje ms simblico que permitiera no tener que programar utilizando cdigo mquina. Poco ms tarde se ide el lenguaje ensamblador, que es la traduccin del cdigo mquina a una forma ms textual. Cada tipo de instruccin se asocia a una palabra mnemotcnica (como SUM para sumar por ejemplo), de forma que cada palabra tiene traduccin directa en el cdigo mquina.


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Tras escribir el programa en cdigo ensamblador, un programa (llamado tambin ensamblador) se encargar de traducir el cdigo ensamblador a cdigo mquina. Esta traduccin es rpida puesto que cada lnea en ensamblador tiene equivalente directo en cdigo mquina (en los lenguajes modernos no ocurre esto).

La idea es la siguiente: si en el cdigo mquina, el nmero binario 0000 significa sumar, y el nmero 0001 significa restar. Una instruccin mquina que sumara el nmero 8 (00001000 en binario) al nmero 16 (00010000 en binario) sera:

0000 00001000 00010000

Realmente no habra espacios en blanco, el ordenador entendera que los primeros cuatro BITS representan la instruccin y los 8 siguientes el primer nmero y los ocho siguientes el segundo nmero (suponiendo que los nmeros ocupan 8 bits). Lgicamente trabajar de esta forma es muy complicado. Por eso se podra utilizar la siguiente traduccin en ensamblador:

SUM 8 16

Que ya se entiende mucho mejor. Ejemplo1 (programa que saca el texto Hola mundo por pantalla):

DATOS SEGMENT saludo db "Hola mundo!!!","$" DATOS ENDS CODE SEGMENT assume cs:code,ds:datos START PROC mov ax,datos mov ds,ax mov dx,offset saludo mov ah,9 int 21h mov ax,4C00h int 21h START ENDP CODE ENDS END START

1 Ejemplo tomado de la pgina http://www.victorsanchez2.net


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Puesto que el ensamblador es una representacin textual pero exacta del cdigo mquina; cada programa slo funcionar para la mquina en la que fue concebido el programa; es decir, no es portable.

La ventaja de este lenguaje es que se puede controlar absolutamente el funcionamiento de la mquina, lo que permite crear programas muy eficientes. Lo malo es precisamente que hay que conocer muy bien el funcionamiento de la computadora para crear programas con esta tcnica. Adems las lneas requeridas para realizar una tarea se disparan ya que las instrucciones de la mquina son excesivamente simples.

Fortran1954

Algol1958

Cobol1960

Lisp1958

CPL1963

B1969

C1971

C++1983

Logo1968Pascal

1970

Basic1964

Oak1991

Java1995

Java 21998

Delphi1995

Turbo Pascal1988

Quick Basic1984

Visual Basic1991

JavaScript1995

PHP1995

Perl1987

Simula1964

C#2000

Awk1978

Sh1971

Modula1975

Python1991

VBScript1993

ASP1996

SmallTalk1973

PL/I1963

Ilustracin 5, Evolucin de algunos lenguajes de programacin


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lenguajes de alto nivel. lenguajes de tercera generacin (3GL)

Aunque el ensamblador signific una notable mejora sobre el cdigo mquina, segua siendo excesivamente crptico. De hecho para hacer un programa sencillo requiere miles y miles de lneas de cdigo.

Para evitar los problemas del ensamblador apareci la tercera generacin de lenguajes de programacin, la de los lenguajes de alto nivel. En este caso el cdigo vale para cualquier mquina pero deber ser traducido mediante software especial que adaptar el cdigo de alto nivel al cdigo mquina correspondiente. Esta traduccin es necesaria ya que el cdigo en un lenguaje de alto nivel no se parece en absoluto al cdigo mquina.

Tras varios intentos de representar lenguajes, en 1957 aparece el que se considera el primer lenguaje de alto nivel, el FORTRAN (FORmula TRANslation), lenguaje orientado a resolver frmulas matemticos. Por ejemplo la forma en FORTRAN de escribir el texto Hola mundo por pantalla es:

PROGRAM HOLA PRINT *, 'Hola, mundo!' END

Poco a poco fueron evolucionando los lenguajes formando lenguajes cada vez

mejores (ver ). As en 1958 se crea LISP como lenguaje declarativo para expresiones matemticas.

Programa que escribe Hola mundo en lenguaje LISP:

(format t "Hola, mundo!")

En 1960 la conferencia CODASYL se creo el COBOL como lenguaje de gestin en 1960. En 1963 se creo PL/I el primer lenguaje que admita la multitarea y la programacin modular. En COBOL el programa Hola mundo sera ste (como se ve es un lenguaje ms declarativo):

IDENTIFICATION DIVISION. PROGRAM-ID. HELLO. ENVIRONMENT DIVISION. DATA DIVISION. PROCEDURE DIVISION. MAIN SECTION. DISPLAY "Hola mundo" STOP RUN.

BASIC se creo en el ao 1964 como lenguaje de programacin sencillo de

aprender en 1964 y ha sido, y es, uno de los lenguajes ms populares. En 1968 se crea LOGO para ensear a programar a los nios. Pascal se creo con la misma idea acadmica pero siendo ejemplo de lenguaje estructurado para


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programadores avanzados. El creador del Pascal (Niklaus Wirdth) creo Modula en 1977 siendo un lenguaje estructurado para la programacin de sistemas (intentando sustituir al C).

Programa que escribe por pantalla Hola mundo en lenguaje Pascal):

PROGRAM HolaMundo; BEGIN Writeln('Hola, mundo!'); END.

lenguajes de cuarta generacin (4GL)

En los aos 70 se empez a utilizar ste trmino para hablar de lenguajes en los que apenas hay cdigo y en su lugar aparecen indicaciones sobre qu es lo que el programa debe de obtener. Se consideraba que el lenguaje SQL (muy utilizado en las bases de datos) y sus derivados eran de cuarta generacin. Los lenguajes de consulta de datos, creacin de formularios, informes,... son lenguajes de cuarto nivel. Aparecieron con los sistemas de base de datos

Actualmente se consideran lenguajes de ste tipo a aquellos lenguajes que se programan sin escribir casi cdigo (lenguajes visuales), mientras que tambin se propone que ste nombre se reserve a los lenguajes orientados a objetos.

lenguajes orientados a objetos

En los 80 llegan los lenguajes preparados para la programacin orientada a objetos todos procedentes de Simula (1964) considerado el primer lenguaje con facilidades de uso de objetos. De estos destac inmediatamente C++.

A partir de C++ aparecieron numerosos lenguajes que convirtieron los lenguajes clsicos en lenguajes orientados a objetos (y adems con mejoras en el entorno de programacin, son los llamados lenguajes visuales): Visual Basic, Delphi (versin orientada a objetos de Pascal), Visual C++,...

En 1995 aparece Java como lenguaje totalmente orientado a objetos y en el ao 2000 aparece C# un lenguaje que toma la forma de trabajar de C++ y del propio Java.

El programa Hola mundo en C# sera:

using System; class MainClass { public static void Main() { Console.WriteLine("Hola, mundo!"); } }


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lenguajes para la web

La popularidad de Internet ha producido lenguajes hbridos que se mezclan con el cdigo HTML con el que se crean las pginas web. HTML no es un lenguaje en s sino un formato de texto pensado para crear pginas web. stos lenguajes se usan para poder realizar pginas web ms potentes.

Son lenguajes interpretados como JavaScript o VB Script, o lenguajes especiales para uso en servidores como ASP, JSP o PHP. Todos ellos permiten crear pginas web usando cdigo mezcla de pgina web y lenguajes de programacin sencillos.

Ejemplo, pgina web escrita en lenguaje HTML y JavaScript que escribe en pantalla Hola mundo (de color rojo aparece el cdigo en JavaScript):

Hola Mundo document.write("Hola mundo!");

(1.7.2) tipos de lenguajes Segn el estilo de programacin se puede hacer esta divisin:

Lenguajes imperativos. Son lenguajes donde las instrucciones se ejecutan secuencialmente y van modificando la memoria del ordenador para producir las salidas requeridas. La mayora de lenguajes (C, Pascal, Basic, Cobol, ...son de este tipo. Dentro de estos lenguajes estn tambin los lenguajes orientados a objetos (C++, Java, C#,...)

Lenguajes declarativos. Son lenguajes que se concentran ms en el qu, que en el cmo (cmo resolver el problema es la pregunta a realizarse cuando se usan lenguajes imperativos). Los lenguajes que se programan usando la pregunta qu queremos? son los declarativos. El ms conocido de ellos es el lenguaje de consulta de Bases de datos, SQL.

Lenguajes funcionales. Definen funciones, expresiones que nos responden a travs de una serie de argumentos. Son lenguajes que usan expresiones matemticas, absolutamente diferentes del lenguaje usado por las mquinas. El ms conocido de ellos es el LISP.


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Lenguajes lgicos. Lenguajes utilizados para resolver expresiones lgicas. Utilizan la lgica para producir resultados. El ms conocido es el PROLOG.

(1.7.3) intrpretes A la hora de convertir un programa en cdigo mquina, se pueden utilizar dos tipos de software: intrpretes y compiladores.

En el caso de los intrpretes se convierte cada lnea a cdigo mquina y se ejecuta ese cdigo mquina antes de convertir la siguiente lnea. De esa forma si las dos primeras lneas son correctas y la tercera tiene un fallo de sintaxis, veramos el resultado de las dos primeras lneas y al llegar a la tercera se nos notificara el fallo y finalizara la ejecucin.

El intrprete hace una simulacin de modo que parece que la mquina entiende directamente las instrucciones del lenguaje, pareciendo que ejecuta cada instruccin (como si fuese cdigo mquina directo).

El BASIC era un lenguaje interpretado, se traduca lnea a lnea. Hoy en da la mayora de los lenguajes integrados en pginas web son interpretados, la razn es que como la descarga de Internet es lenta, es mejor que las instrucciones se vayan traduciendo segn van llegando en lugar de cargar todas en el ordenador. Por eso lenguajes como JavaScript (o incluso, en parte, Java) son interpretados.

proceso

Un programa que se convierte a cdigo mquina mediante un intrprete sigue estos pasos:

(1) Lee la primera instruccin

(2) Comprueba si es correcta

(3) Convierte esa instruccin al cdigo mquina equivalente

(4) Lee la siguiente instruccin

(5) Vuelve al paso 2 hasta terminar con todas las instrucciones

ventajas

Se tarda menos en crear el primer cdigo mquina. El programa se ejecuta antes.

No hace falta cargar todas las lneas para empezar a ver resultados (lo que hace que sea una tcnica idnea para programas que se cargan desde Internet)

desventajas

El cdigo mquina producido es peor ya que no se optimiza al valorar una sola lnea cada vez. El cdigo optimizado permite estudiar varias lneas a


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la vez para producir el mejor cdigo mquina posible, por ello no es posible mediante el uso de intrpretes.

Todos los errores son errores en tiempo de ejecucin, no se pueden detectar antes de lanzar el programa. Esto hace que la depuracin de los errores sea ms compleja.

El cdigo mquina resultante gasta ms espacio. Hay errores difcilmente detectables, ya que para que los errores se

produzcan, las lneas de errores hay que ejecutarlas. Si la lnea es condicional hasta que no probemos todas las posibilidades del programa, no sabremos todos los errores de sintaxis cometidos.

(1.7.4) compiladores Se trata de software que traduce las instrucciones de un lenguaje de programacin de alto nivel a cdigo mquina. La diferencia con los intrpretes reside en que se analizan todas las lneas antes de empezar la traduccin.

Durante muchos aos, los lenguajes potentes han sido compilados. El uso masivo de Internet ha propiciado que esta tcnica a veces no sea adecuada y haya lenguajes modernos interpretados o semi-interpretados, mitad se compila hacia un cdigo intermedio y luego se interpreta lnea a lnea (esta tcnica la siguen Java y los lenguajes de la plataforma .NET de Microsoft).

ventajas

Se detectan errores antes de ejecutar el programa (errores de compilacin)

El cdigo mquina generado es ms rpido (ya que se optimiza) Es ms fcil hacer procesos de depuracin de cdigo

desventajas

El proceso de compilacin del cdigo es lento. No es til para ejecutar programas desde Internet ya que hay que

descargar todo el programa antes de traducirle, lo que ralentiza mucho su uso.


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(1.8) programacin (1.8.1) introduccin

La programacin consiste en pasar algoritmos a algn lenguaje de ordenador a fin de que pueda ser entendido por el ordenador. La programacin de ordenadores comienza en los aos 50 y su evolucin a pasado por diversos pasos.

La programacin se puede realizar empleando diversas tcnicas o mtodos. Esas tcnicas definen los distintos tipos de programaciones.

(1.8.2) programacin desordenada Se llama as a la programacin que se realizaba en los albores de la informtica (aunque desgraciadamente en la actualidad muchos programadores siguen emplendola). En este estilo de programacin, predomina el instinto del programador por encima del uso de cualquier mtodo lo que provoca que la correccin y entendimiento de este tipo de programas sea casi ininteligible.

Ejemplo de uso de esta programacin (listado en Basic clsico):

10 X=RANDOM()*100+1; 20 PRINT escribe el nmero que crees que guardo 30 INPUT N 40 IF N>X THEN PRINT mi numero es menor GOTO 20 50 IF N


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El listado anterior en un lenguaje estructurado sera (listado en Pascal):

PROGRAM ADIVINANUM; USES CRT; VAR x,n:INTEGER; BEGIN X=RANDOM()*100+1; REPEAT WRITE(Escribe el nmero que crees que guardo); READ(n); IF (n>x) THEN WRITE(Mi nmero es menor); IF (n>x) THEN WRITE(Mi nmero es mayor); UNTIL n=x; WRITE(Acertaste);

La ventaja de esta programacin est en que es ms legible (aunque en este caso el cdigo es casi ms sencillo en su versin desordenada). Todo programador debera escribir cdigo de forma estructurada.

(1.8.4) programacin modular Completa la programacin anterior permitiendo la definicin de mdulos independientes cada uno de los cuales se encargar de una tarea del programa. De este forma el programador se concentra en la codificacin de cada mdulo haciendo ms sencilla esta tarea. Al final se deben integrar los mdulos para dar lugar a la aplicacin final.

El cdigo de los mdulos puede ser invocado en cualquier parte del cdigo. Realmente cada mdulo se comporta como un subprograma que, partir de unas determinadas entradas obtienen unas salidas concretas. Su funcionamiento no depende del resto del programa por lo que es ms fcil encontrar los errores y realizar el mantenimiento.

(1.8.5) programacin orientada a objetos Es la ms novedosa, se basa en intentar que el cdigo de los programas se parezca lo ms posible a la forma de pensar de las personas. Las aplicaciones se representan en esta programacin como una serie de objetos independientes que se comunican entre s.

Cada objeto posee datos y mtodos propios, por lo que los programadores se concentran en programar independientemente cada objeto y luego generar el cdigo que inicia la comunicacin entre ellos.

Es la programacin que ha revolucionado las tcnicas ltimas de programacin ya que han resultado un importante xito gracias a la facilidad que poseen de encontrar fallos, de reutilizar el cdigo y de documentar fcilmente el cdigo.


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Ejemplo (cdigo Java):

/** *Calcula los primos del 1 al 1000 */ public class primos { /** Funcin principal */ public static void main(String args[]){ int nPrimos=10000; boolean primo[]=new boolean[nPrimos+1]; short i; for (i=1;i

fundamentos de programación- unidad 1 [algoritmos y programas]

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