Unidad 1 PROGRAMAS DE COMPUTADORA
1. Introducción
Casi cualquier problema en las áreas
de tecnología servicios y negocios puede ser resuelto con programas de
computadora, estas soluciones generalmente son más confiables y de menor costo.
Los programas de
computadoras son parte esencial para la solución de problemas a cualquier
nivel, estas soluciones son llamadas aplicaciones y son realizadas por un
equipo multidisciplinario donde se encuentran los programadores, diseñadores y
analistas de sistemas, entre otros especialistas.
Los programadores
utilizan lenguajes de programación para desarrollar las aplicaciones, estos
lenguajes sirven como puente de enlace entre el análisis realizado por el
equipo de desarrolladores y la capacidad de cálculo que ofrece la computadora. En
otras palabras por medio del lenguaje de programación, el programador le
indicará al computador la secuencia de instrucciones que se deben ejecutar para
obtener la solución esperada por los clientes.
Por todo lo
anteriormente mencionado deducimos que el programador debe tener cierta lógica
para trabajar con el lenguaje, esto es, debe saber exactamente las capacidades
brindadas por el lenguaje y mas aun debe tener nociones claras de los
fundamentos generales de la programación.
La programación requiere una serie
de conocimientos básicos comunes a cualquier lenguaje de programación que
permitan indicarle al computador inequívocamente las tareas a realizar. Dichos
conocimientos se conocen como fundamentos de programación, los cuales son un
conjunto de reglas técnicas y conceptos que ayudan a definir lo que se puede
hacer con un lenguaje de programación y así dar los primeros pasos para la
solución de problemas computacionales.
2. Sistema
de procesamiento
Un ordenador es una maquina de
procesamiento de información. Maquina porque tiene cables, circuitos y otros
elementos mecánicos; de procesamiento porque es capaz de transformar o procesar
datos y de información porque maneja conjuntos ordenados de datos.
3. Algoritmos
Proceso para resolver problemas.
Conjunto de acciones o secuencia de
operaciones que ejecutadas en un determinado orden resuelven un problema
planteado.
Creado por: Abú Jafar Mohammed Imn
Musa Khwararizmi
Características:
v Tiene que
estar bien definido
v Tiene que
ser preciso
v Tiene que
ser finito
Básicamente un algoritmo es un
proceso que define una serie finita de pasos sencillos y sin ambigüedades para
la solución de un problema.
La programación
consiste adaptar un algoritmo al ordenador. El algoritmo es independiente de la
implementación en algún lenguaje de programación.
4. Metodología
para diseñar algoritmos
El diseño de un algoritmo es un proceso creativo ya
que no existe un conjunto de reglas que indiquen expresamente como escribir un
algoritmo correctamente.
Sin embargo, existen una serie de
pasos que permiten resolver el problema de una manera más conveniente:
v Análisis
del problema
v Diseño del
algoritmo
v Verificación
del algoritmo
4.1 Análisis del problema
El primer paso es identificar el
problema. Se debe revisar cuidadosamente el problema para determinar que tipo
de información se necesita producir como salida. Luego se identifica toda la
información que se necesita para encontrar la solución. En otras palabras es
importante considerar lo que se nos esta pidiendo, con que elementos se cuenta
y cuales se deben solicitar para así establecer el camino a seguir o la solución
a implementar.
4.2 Implementación del
algoritmo
Es necesario buscar la manera más fácil
para simplificar la propuesta. Una forma de hacerlo es identificar los procesos
más importantes y colocarlos en orden ascendente según su importancia y
precedencia, esto sirve como algoritmo inicial. Este puede ser refinado en
sucesivas operaciones hasta obtener la solución más detallada y más fácil de
traducir a un lenguaje de programación.
4.3 Verificación del algoritmo
Cuando el algoritmo
está listo, es necesario comprobar que cumple con los procesos diseñados y
produce el resultado esperado. Una manera de hacerlo es por medio de la
ejecución manual, que consiste en realizar una prueba con datos significativos
y comprobar que al ejecutar todos los procesos se obtienen los resultados
esperados.
5.
programas de computadora
Es una secuencia de instrucciones que le indican al
computador que realice operaciones específicas para lograr un resultado
deseado. Consiste en uno o más módulos o rutinas, cada uno de los cuales puede
estar compuesto de varios subprogramas. Un programas es un conjunto de
instrucciones que ejecutadas ordenadamente resuelven un problema, es la
implementación de un algoritmo.
Un programa de computadora no es:
v Una caja mágica
v Intrínsicamente correcto.
Un programa de computadora es:
v Una solución a un problema.
v Secuencia de instrucciones hechas para ejecutarse
en una computadora
v Sólo tan correcto como un programador lo haya
hecho.
1.
Definiciones
básicas
Lenguaje de alto
nivel: es
un lenguaje de programación orientado al problema, es el más cercano al
lenguaje humano. Ejemplo: cobol, PL/I, fortran, java, etc.
Algunos lenguajes de alto nivel se
denominan orientados a objetos (ó OOPL): smalltalk, java, c++, eiffel, etc.
Ventajas:
v Son
independientes del procesador.
v Fáciles de
aprender, implementar y mantener.
v Tienen
carácter genérico.
Desventajas:
v Menos
eficientes en el manejo de los recursos.
v Requiere un
proceso de traducción.
Lenguajes de bajo
nivel (ensamblador): es un lenguaje fuente que usa el programador
para codificar sentencias simbólicas que un compilador puede convertir una a
una en instrucciones de lenguaje de maquina, hace uso de mnemotecnicos,
abreviaturas, para representar instrucciones de maquina.
Ventajas:
v No es tan
complicado como el lenguaje de maquina.
v Eficiente
en el manejo de los recursos.
Desventajas:
v Cada
procesador tiene su propio juego de
instrucciones en ensamblador.
v Debe ser
traducido.
Lenguaje de
maquina: puede
ser interpretado directamente por los circuitos internos de la computadora y
está basado de ceros (0) y unos (1).
Ventajas:
v No necesita
ser traducido.
v Opera
directamente con la maquina.
v Puede
llegar a ser muy eficiente en el manejo de los recursos.
Desventajas:
v Extremadamente
difícil de aprender, implementar y mantener.
v Es único y
particular de cada procesador.
Compilar: traducir un
programa hecho en un lenguaje de alto nivel a un lenguaje de maquina. Generalmente
una instrucción de alto nivel se traduce a varias de lenguaje de maquina.
El proceso de compilar se divide en
2 pasos:
1. Compilar
las instrucciones de alto nivel para producir lo que se denomina el código
objeto.
2. Enlazar
(link) que es tomar el código objeto generado y cualquier otro código objeto
requerido para que el programa este completo y colocarlos juntos para tener el
programa ejecutable.
Base de datos: colección
de datos completa e integrada, organizada para evitar duplicados, que permite
recuperar información para satisfacer a una amplia variedad de usuarios,
Sistema operativo: es una
colección organizada de software que se usa para ayudar y controlar las
operaciones de una computadora.
Almacenamiento: se refiere
a un dispositivo en el que los datos se
pueden ingresar y retener y posteriormente recuperar.
2.
Crear un
programa de computadora
Para crear un
programa el programador debe escribir las instrucciones del código fuente en un
editor. Este conjunto de instrucciones se denominan archivo fuente, éste es la
entrada para el compilador, que lo convierte en un conjunto de comandos
entendibles por el computador llamado “programa ejecutable”
Si se encuentra algún error en la
sintaxis de los comandos en el archivo fuente, el compilador listará cada uno
de ellos y no produce el ejecutable.
3.
Funcionamiento
del compilador/enlazador
El compilador crea un archivo objeto y un listado del
programa respalda la salida. El archivo objeto se usa como entrada al enlazador
para realizar lo que se denomina el paso
de “edición de enlace”. El enlazador combina el archivo objeto con otros
archivos objetos ya existentes (éstos generalmente se encuentran en un archivo
en disco llamado librería de enlace) para producir un programa ejecutable.
4.
Datos,
tipos de datos, operaciones incorporadas
Para que un programa de computadora pueda ser
ejecutado debe ser cargado en memoria. La unidad del procesamiento del
computador sólo puede trabajar con los datos
instrucciones cargadas en memoria.
4.1 Dato
Es cualquier
elemento de información que se usa a lo largo del programa, son elementos sobre
los que se opera cuando se efectúa alguna instrucción.
Normalmente un dato tiene un nombre
que lo identifica y distingue de los demás, dicho nombre no es más que otra
forma de referenciar la dirección de memoria que ocupa el dato.
Los datos pertenecen a un tipo de
dato específico, que indica el rango de valores que dicho dato puede aceptar y
las operaciones que sobre él se pueden hacer.
4.2 Tipo de dato
Es una definición que agrupa los valores válidos para
un conjunto de datos y las operaciones que se pueden realizar sobre ellos.
Los tipos de datos pueden ser:
v Primitivo:
tipos básicos o simples predefinidos en el sistema o definidos por el usuario.
o
numéricos: enteros, real.
o
lógicos o boléanos.
o
carácter.
o
cadena o string.
v Complejos:
agregados por el programador.
Los diversos lenguajes de
programación pueden añadir más tipos de datos. En algunos lenguajes se definen
tipos especiales para la fecha y hora, sobre todo en los mas modernos tales
como java.
4.3 Constantes y variables
Las constantes son instancias de un tipo de dato cualquiera que tiene un valor fijo,
que se le da cuando se define. Este valor no puede ser modificado durante la
ejecución del programa.
Las variables son instancias de un
tipo de dato cualquiera cuyo valor pude cambiar durante la ejecución del
programa. Las variables deben declararse
indicando su nombre y su tipo, antes de usarlas.
El nombre que se le da a una
variable tiene que ser significativo, éste será un conjunto de caracteres que
dependiendo del lenguaje pueden tener ciertas restricciones, a esto se le
conoce como reglas para construir identificadores.
Un identificador es una palabra que
no es propia del lenguaje, la construye el programador basándose en ciertas
reglas.
En algunos lenguajes las variables
pueden tomar un valor por defecto si al declararla no se le asigna un valor
inicial.
Las constantes
pueden llevar asociados un nombre o no, si no lo llevan se llaman
literales. Su valor hay que darlo al
momento de la declaración y ya no puede cambiar a lo largo del programa. Y en
cuanto al tipo de dato en algunos lenguajes hay que ponerlo, en otros no hace falta.
4.4 Relación entre variables y
constantes en memoria
Al declarar una variable o constante
con nombre, el sistema reserva un espacio de memoria. El espacio reservado
depende del tipo de dato de la variable o constante.
En esa zona es en la que se guarda
el valor asociado a la variable o constante y cuando el programa use la
variable o constante, irá a ese lugar a buscar el valor.
5.
Expresiones:
tipos y operadores
Una expresión es una combinación de
constantes, variables, signos de operación, paréntesis y nombres especiales,
con un sentido univoco y definido. De la evaluación de una expresión resulta un
único valor o resultado.
Toda expresión tiene asociada un
tipo que se corresponde con el tipo del valor que devuelve la expresión cuando
se evalúa. Existen expresiones numéricas y lógicas.
5.1 Expresiones numéricas:
operadores aritméticos
Es una combinación de variables y constantes numéricas
con operadores aritméticos y que al evaluarla devuelve un valor numérico. Los
operadores más comunes: +,-,*,/.
Otras operaciones aritméticas soportadas en algunos
lenguajes de programación son:
Operación resto: devuelve el resto de una división
lenguaje
|
operador
|
ejemplo
|
resultado
|
c
|
%
|
5%2
|
1
|
pascal
|
mod
|
5mod2
|
1
|
Operación división entera: devuelve el cociente de una
división entera en la que no se consideran los decimales.
lenguaje
|
operador
|
ejemplo
|
resultado
|
c
|
/
|
5/2
|
2
|
pascal
|
div
|
5 div 2
|
2
|
Operación potencia: devuelve el valor de una base
elevada a una potencia dada.
lenguaje
|
operador
|
ejemplo
|
resultado
|
basic
|
^
|
5^2
|
25
|
Todos los anteriores son operadores binarios, el
operador de coloca en el medio y toma 2 operandos. También existen los operadores que utilizan sólo un
operando y se denominan unarios.
El signo
negativo: devuelve el valor actual del operando multiplicado por (-1)
lenguaje
|
operador
|
ejemplo
|
resultado
|
c
|
-
|
x=5; -x
|
x=-5
|
Operador decremento e incremento: devuelven el valor
actual decrementado o incrementado en una unidad.
--5;
++5;
5.2 Reglas de precedencia
El
orden en que se evalúan los operadores aritméticos dentro de una expresión
influye directamente en el resultado que retorna en dicha expresión veamos el
siguiente ejemplo para comprender:
2+3*2+3;
Si se evalúa en el orden de aparición
tendríamos algo como lo siguiente
(((2+3)*2)+3);
Resultado: 13
Si se evalúa primero las sumas y
luego la multiplicación se tendrá la siguiente expresión:
(2+3)*(2+3);
Resultado: 25
Si se evalúa primero la
multiplicación y luego la suma se tendría la expresión:
2+(3*2)+3;
Resultado: 11
Entonces, como resolver esta
situación potencialmente problemática?
La solución es aplicar prioridad
entre los operadores de modo que ante la posibilidad de usar varios operadores
aritméticos en una misma expresión
siempre aplicaremos primero el de mayor prioridad.
Cada lenguaje puede establecer sus
propias reglas de prioridad. Siempre se puede utilizar los paréntesis para
definir y cambiar el orden en que se evalúa una expresión aritmética.
El orden de precedencia definido
comúnmente para los operadores aritméticos básicos es:
- ^
- *, /, div y mod
- +y-
Entre dos operadores que tienen la
misma precedencia para resolver la ambigüedad hay que usar la regla de
asociatividad. La más normal es la de la asociatividad por la izquierda.
1.2 expresiones lógicas: operadores
relaciónales y lógicos
Una expresión lógica es aquella que
solo puede devolver uno de dos valores (verdadero o falso). Los valores que
pueden aparecer en una expresión lógica son de dos tipos. Lógicos y
relacionales. Los operadores lógicos solo trabajan sobre expresiones o datos que retornan valores
booleanos. Los operadores relacionales trabajan con expresiones numéricas para
realizar comparaciones que retornan un valor booleanos. Es común tener expresiones que combinan tanto
los operadores lógicos como relacionales, en estas expresiones se evalúan más de una condición o relación por medio de
operadores lógicos.
Los operadores relacionales mas
usados son:
< menor que
> mayor que
= igualdad (= =)
<> diferente (en c: ¡=)
<= menor o igual que
=> mayor o igual que
¿Cómo se evalúa una
expresión relacional?
- se evalúa el primer operando y se sustituye por su
valor
- se evalúa el segundo operando y se sustituye por
su valor.
- se evalúa el operador relacional y se devuelve el
valor booleano correspondiente.
((5*4)+1 –(5^2)) <(2-1);
-4
< 1; la expresión retorna a verdadero.
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