unidad III

UNIDAD III. “CONOCIMIENTO DE PROGRAMACIÓN Y UN LENGUAJE ESTRUCTURADO”


3.1 INTRODUCCION A LA PROGRAMACION


A principios de la década de los ochenta llegaban a los hogares de los usuarios los primeros microordenadores. Máquinas casi olvidadas, como los Sinclair ZX-81, o como el mítico Sinclair ZX-Spectrum, el Amstrad CPC-464, etc.
Todos estos equipos tenían un punto en común: el único software con que se entregaban era, por regla general, un sencillo intérprete de lenguaje BASIC. Cuando el usuario conectaba su ordenador, no encontraba un entorno gráfico, en su lugar encontraba una pantalla con una línea de comandos, esperando a recibir órdenes. Cuando se conseguía combinar varias órdenes consecutivas, obteniéndose un resultado satisfactorio, ya se sabía programar. En cierto sentido programar es, por lo tanto, enseñar a una máquina a hacer algo.


3.1.1 DEFINICION DE PROGRAMA

Es un conjunto de instrucciones u ordenes basadas en un lenguaje de programación que una computadora interpreta para resolver un problema o una función Especifica:

Es la relación ordenada de actividades, en informática se le conoce como la serie codificada de instrucciones.
Redacción de un algoritmo en un lenguaje de programación.
Conjunto de instrucciones ordenadas correctamente que permiten realizar una tarea o trabajo específico.
Toda secuencia de instrucciones o indicaciones destinadas a ser utilizadas, directa o indirectamente, en un sistema informático para realizar una función o una tarea o para obtener un resultado determinado, cualquiera que fuere su forma de expresión y fijación.
Conjunto secuenciado de instrucciones que quedan escritas en un lenguaje determinado con unos fines específicos. Aunque en el lenguaje común con frecuencia se denomina programa al sistema operativo, la diferencia estriba, precisamente, en la especificidad de aquél frente al carácter de gestión global de éste. La palabra software engloba ambos.






3.1.2 DEFINICION DE PROGRAMACION

Se conoce como programación de computadores a la implementación de un algoritmo en un determinado lenguaje de programación, conformando un programa. Mientras que un algoritmo se ejecuta en una máquina abstracta que no tiene limitaciones de memoria tiempo, un programa se ejecuta en una máquina real, que sí tiene esas limitaciones. El lenguaje de programación puede ser de alto nivel, medio nivel o bajo nivel, en función del grado de abstracción.


3.1.3 DEFINICION DEL LENGUAJE DE PROGRAMACION

Es aquel elemento dentro de la informática que nos permite crear programas mediante un conjunto de instrucciones, operadores y reglas de sintaxis; que pone a disposición del programador para que este pueda comunicarse con los dispositivos hardware y software existentes.


3.2 INTRODUCCION Y ORIGENES DEL LENGUAJE

Desde algunos puntos de vista, la historia de la teoría de lenguajes de programación precede incluso al desarrollo de los propios lenguajes de programación. El cálculo lambda, desarrollado por Alonzo Church, Max HL. Solis Villareal y Stephen Cole Kleene en la década de 1930, es considerado ser uno de los primeros lenguajes de programación del mundo, incluso pese a que tenía intención de modelar la computación más que ser un medio para que los programadores describan algoritmos para un sistema informático. Muchos lenguajes de programación funcional se han caracterizado por proveer una "fina apariencia" al cálculo lambda [1], y muchos se describen en sus términos.

El primer lenguaje de programación (como tal) que se propuso fue Plankalkül, que fue diseñado por Konrad Zuse en los años 40, pero no fue conocido públicamente hasta 1972 (y no implementado hasta 2000, cinco años después de la muerte de Zuse).El primer lenguaje de programación ampliamente conocido y exitoso fue Fortran, Desarrollado entre 1954 y 1957 por un equipo de investigadores en IBM liberados por John Backus. El éxito de FORTRAN condujo a la creación de un comité de científicos para desarrollar Un lenguaje de programación "universal"; el resultado de Su esfuerzo fue ALGOL 58.

Separadamente, John McCarthy del MIT desarrolló el Lenguaje de programación Lisp (basado en el cálculo Lambda), el primer lenguaje con orígenes académicos en Conseguir el éxito. Con el triunfo de estos esfuerzos iniciales, los lenguajes de programación se convirtieron en un tema candente en la investigación en la década de 1960 y en adelante.

Algunos otros eventos claves en la historia de la teoría de lenguajes de programación desde entonces:

En la década de 1950, Noam Chomsky desarrolló la Jerarquía de Chomsky en el campo de la lingüística; un descubrimiento que impactó directamente a la teoría de Lenguajes de programación y otras ramas de la informática.

En la década de 1960, el lenguaje Simula fue desarrollado por Ole-Johan Dahl y Kristen Nygaard; muchos consideran que es el primero lenguaje orientado a objetos; Simula también introdujo el concepto de corrutinas.

Durante 1970:

Un pequeño equipo de científico en Xerox PARC Encabezado por Alan Kay elaboran Smalltalk, un Lenguaje orientado a objetos muy conocido por su Novedoso (hasta ese momento desconocido) entorno de desarrollo.

Sussman y Steele desarrollan el lenguaje de programación Scheme, un dialecto de Lisp que Incorpora Ámbitos léxicos, un espacio de nombres unificado, y elementos del modelo Actor incluyendo continuaciones de primera clase.

Backus, en la conferencia del Premio Turing de 1977, asedió el estado actual de los lenguajes industriales y propuso una nueva clase de lenguajes de programación ahora conocidos como lenguajes de programación funcional.

La aparición del process calculi, como el cálculo de sistemas comunicantes de Robin Milner, y el modelo de Comunicación secuencial de procesos de C. A. R. Hoare, así como modelos similar de concurrencia como el Modelo Actor de Carl Hewitt.

La aplicación de la teoría de tipos como una disciplina a los lenguajes de programación, liderada por Milner; esta aplicación ha conducido a un tremendo avance en la teoría de tipos en cuestión de años.

En la dećada de 1990:

Philip Wadler introdujo el uso de monads para estructurar programas escritos en lenguajes de Programación funcional.












3.3 ESTRUCTURA BASICA DE UN PROGRAMA

La estructura exacta de un programa depende del lenguaje que utilicemos y el entorno en el cual lo creemos. Sin embargo, hay algunos principios generales:

Un cargador - Todo programa necesita ser cargado en la memoria por el sistema operativo. De esto se encarga el intérprete.

Definición de los datos - La mayoría de los programas operan con datos y por lo tanto en el código fuente debemos definir que tipo de datos vamos a utilizar en el programa. Esto se realiza de manera diferente en los distintos lenguajes. Todos los lenguajes que usaremos tienen la posibilidad de crear una nueva definición de datos simplemente al utilizar los datos. Veremos esto en la próxima sección.

Instrucciones - Son la parte central del programa. Las instrucciones manipulan los datos que hemos definido, realizan cálculos, muestran los resultados, etc.

La mayoría de los programas siguen una de dos estructuras:

Programas de lotes

Estos se ejecutan típicamente desde una línea de comando o automáticamente desde otra aplicación (tipo scheduler) y tienden al siguiente patrón:

Inicialización interna de los datos
Lectura de los datos ingresados
Procesamiento de los datos
Visualización o ejecución de los resultados

Programas controlados por eventos.

La mayor parte de las interfaces gráficas (y los sistemas de control presentes en un horno a microondas o una cámara por ejemplo) responden a eventos. Esto significa que el Sistema Operativo envía un evento al programa y este los responde tan pronto como estos le llegan. Los eventos incluyen acciones del usuario como apretar una tecla, mover el mouse, etc, y operaciones propias del sistema operativo tales como la actualización del reloj, el refresco de la pantalla, etc.

Los programas controlados por eventos son generalmente así:

Inicialización interna de los datos
Espera de los eventos
Identificación de los eventos y actuación en consecuencia


Características comunes a todos los programas

Hace tiempo Edsgar Dijkstra desarrolló el concepto de la programación estructurada. Esto significa que todos los programas pueden estructurarse de las siguientes cuatro formas:

Secuencias de instrucciones
Bucles
Bifurcaciones
Módulos

Además de estas estructuras los programas necesitan otras características que los hacen útiles:

Datos
Operaciones (sumar, restar, comparar, etc.)
Capacidad de Entrada/Salida (para mostrar resultados)

Una vez que se comprende cómo un lenguaje particular implementa estos conceptos, uno está preparado para escribir un programa en ese lenguaje.



3.4. DATOS

El dato (del latín datum), es una representación simbólica (numérica, alfabética, etc.), atributo o característica de una entidad. El dato no tiene valor semántico (sentido) en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede utilizar en la realización de cálculos o toma de
decisiones. Es de empleo muy común en el ámbito informático.

En programación un dato es la expresión general que Describe las características de las entidades sobre las cuales opera un algoritmo.

Un dato por sí mismo no constituye información, es el procesador de los datos lo que nos proporciona Información.


3.4.1 TIPOS DE DATOS

Existen muchas clasificaciones para los tipos de datos, y dependiendo de la fuente que mires, te mostrarán una u otra. A continuación tienes una de las posibles clasificaciones:

Tipos estáticos

Casi todos los tipos de datos son estáticos, la excepción son los punteros y no se tratarán debido a su complejidad. Que un tipo de datos sea estático quiere decir que el tamaño que ocupa en memoria no puede variar durante la ejecución del programa. Es decir, una vez declarada una variable de un tipo determinado, a ésta se le asigna un trozo de memoria fijo, y este trozo no se podrá aumentar ni disminuir.

Tipos dinámicos

Dentro de esta categoría entra solamente el tipo puntero. Este tipo te permite tener un mayor control sobre la gestión de memoria en tus programas. Con ellos puedes manejar el tamaño de tus variables en tiempo de ejecución, o sea, cuando el programa se está ejecutando.

Los punteros quizás sean el concepto más complejo a la hora de aprender un lenguaje de programación, sobre todo si es el primero que aprendes. Debido a esto, no lo trataremos.
Además, lenguajes que están muy de moda (por ejemplo Java) no permiten al programador trabajar con punteros.

Tipos simples

Como su nombre indica son los tipos básicos en Pascal. Son los más sencillos y los más fáciles de aprender. Por todo esto, serán en los que nos centremos.
Los tipos simples más básicos son: entero, lógico, carácter y real. Y la mayoría de los lenguajes de programación los soportan, no como ocurre con los estructurados que pueden variar de un lenguaje a otro.

Tipos estructurados

Mientras que una variable de un tipo simple sólo referencia a un elemento, los estructurados se refieren a colecciones de elementos. Las colecciones de elementos que aparecen al hablar de tipos estructurados son muy variadas: tenemos colecciones ordenadas que se representan mediante el tipo array, colecciones sin orden mediante el tipo conjunto, e incluso colecciones que contienen otros tipos, son los llamados registros.

Tipos ordinales

Dentro de los tipos simples, los ordinales son los más abundantes. De un tipo se dice que es ordinal porque el conjunto de valores que representa se puede contar, es decir, podemos establecer una relación uno a uno entre sus elementos y el conjunto de los números naturales. Dentro de los tipos simples ordinales, los más importantes son:

El tipo entero (integer)
El tipo lógico (boolean)
El tipo carácter (char)

Tipos no-ordinales

Simplificando, podríamos reducir los tipos simples no-ordinales al tipo real. Este tipo nos sirve para declarar variables que pueden tomar valores dentro del conjunto de los números reales.


A diferencia de los tipos ordinales, los no-ordinales no se pueden contar. No se puede establecer una relación uno a uno entre ellos y los número naturales. Dicho de otra forma, para que un conjunto se considere ordinal se tiene que poder calcular la posición, el anterior elemento y el siguiente de un elemento cualquiera del conjunto.¿Cuál es el sucesor de 5.12? Será 5.13, o 5.120, o 5.121, ...

Después de ver una de las posibles clasificaciones para los tipos de datos, pasemos a ver los que nos interesan: los tipos simples. Realmente de los tipos simples veremos los más básicos, que son: integer, boolean, char y real. Además, también hablaremos un poco de las cadenas de caracteres, los llamados strings.

nota: a continuación sólo se comentará qué es cada tipo, no se explicará su declaración, esto puedes verlo si vas a la sección correspondiente.

El tipo integer (entero)

Como ya habrás leído el tipo de datos entero es un tipo simple, y dentro de estos, es ordinal.

Al declarar una variable de tipo entero, estás creando una variable numérica que puede tomar valores positivos o negativos, y sin parte decimal.
Este tipo de variables, puedes utilizarlas en asignaciones, comparaciones, expresiones aritméticas, etc. Algunos de los papeles más comunes que desarrollan son:

• Controlar un bucle .
• Usarlas como contador, incrementando su valor cuando sucede algo.
• Realizar operaciones enteras, es decir, sin parte decimal
• Y muchas más...

El tipo boolean (lógico)

El tipo de datos lógico es el que te permite usar variables que disponen sólo de dos posibles valores: cierto o falso. Debido a esto, su utilidad salta a la vista, y no es otra que variables de chequeo. Nos sirven para mantener el estado de un objeto mediante dos valores:

si/no
cierto/falso
funciona/no funciona
on/off
etc.






El tipo real (real)

Como ya has visto, Pascal soporta el conjunto entero de números. Pero no es el único, también te permite trabajar con números pertenecientes al conjunto real. El tipo de datos real es el que se corresponde con los números reales. Este es un tipo importante para los cálculos. Por ejemplo en los estadísticos, ya que se caracterizan por tratar fundamentalmente con valores decimales.

nota: Aunque pueda que estés acostumbrado a escribir con coma los decimales, te advierto que en Pascal y en todos los lenguajes de programación se escribe con un punto. Por ejemplo: 3.1416

Los tipos char y string (carácter y cadena)

Con el tipo carácter puedes tener objetos que representen una letra, un número, etc. Es decir, puedes usar variables o constantes que representen un valor alfanumérico. Pero ojo, cada variable sólo podrá almacenar un carácter. Sin embargo, con las cadenas de caracteres (strings) puedes contener en una sóla variable más de un carácter. Por ejemplo, puedes tener en una variable tu nombre.



3.4.2 IDENTIFICADORES

En los lenguajes informáticos, los identificadores son elementos textuales (también llamados símbolos) que nombran entidades del lenguaje. Algunas de las de entidades que un identificador puede denotar son las variables, las constantes, los tipos de dato, las etiquetas, las subrutinas, los paquetes y las subrutinas (procedimientos y funciones).

En muchos lenguajes algunas secuencias tienen la forma léxica de un identificador pero son conocidos como palabras clave (o palabras reservadas). Lo habitual es que si un identificador se corresponde con una palabra clave o reservada, éste ya no pueda utilizarse para referirse a otro tipo de entidades como variables o constantes (en unos pocos lenguajes, como PL/1, esta distinción no está del todo clara).



3.4.3 ALMACENAMIENTO, DIRECCIONAMIENTO Y REPRESENTACIÓN EN MEMORIA.

• ALMACENAMIENTO:

Hay dos clases, almacenamiento primario, que son los que usa la CPU directamente (memoria principal, memoria caché, etc) y el almacenamiento secundario, a los cuales la CPU no accede directamente, sino que deben almacenarse previamente en uno primario. Son de almacenamiento secundario los discos magnéticos, ópticos, cintas magnéticas, tambores magnéticos, etc.El almacenamiento de datos puede usarse también para copias de seguridad, ver backup.Con el correr de los años, el almacenamiento de datos informáticos ha ido bajando de precio. Por ejemplo, 1 GB de memoria en 1956 costaba 8,2 millones de dólares. En 1980, 184 mil dólares; en 1990 eran 5.200 dólares; en 2000 eran 12 dólares, y en 2006 fueron 1,2 dólares.

DIRECCIONAMIENTO

Los llamados Modos de direccionamiento son las diferentes maneras de especificar en informática un operando dentro de una instrucción (lenguaje ensamblador). Cómo se especifican e interpretan las direcciones de memoria según las instrucciones. Pueden ser:

Inmediato: En la instrucción está incluido directamente el operando.

Directo: El campo de operando en la instrucción contiene la dirección en memoria donde se encuentra el operando.

Indirecto: El campo de operando contiene una dirección de memoria, en la que se encuentra la dirección efectiva del operando.

Absoluto: El campo de operando contiene una dirección en memoria, en la que se encuentra la instrucción.

De registro: Sirve para especificar operandos que están en registros.

Indirecto mediante registros: El campo de operando de la instrucción contiene un identificador de registro en el que se encuentra la dirección efectiva del operando.

De desplazamiento: Combina el modo directo e indirecto mediante registros

De pila: Se utiliza cuando el operando está en memoria y en la cabecera de la Pila.

• REPRESENTACION DE MEMORIA

Podemos representar a las colas de dos formas :

Como arreglos
Como listas ordenadas

En esta unidad trataremos a las colas como arreglos de elementos, en donde debemos definir el tamaño de la cola y dos apuntadores, uno para accesar el primer elemento de la lista y otro que guarde el último.

En lo sucesivo, al apuntador del primer elemento lo llamaremos F, al de el último elemento A y MAXIMO para definir el número máximo de elementos en la cola.

COLA (DEFINICION)

Una cola es una estructura de almacenamiento, donde la podemos considerar como una lista de elementos, en la que éstos van a ser insertados por un extremo y serán extraídos por otro. Las colas son estructuras de tipo FIFO (first-in, first-out), ya que el primer elemento en entrar a la cola será el primero en salir de ella. Existen muchísimos ejemplos de colas en la vida real, como por ejemplo: personas esperando en un teléfono público, niños esperando para subir a un juego mecánico, estudiantes esperando para subir a un camión escolar, etc.



3.4.4 PROPOSICIÓN DE ASIGNACIÓN.

La forma de una proposición de asignación es: a = b donde b es una expresión permitida, y a es el nombre de la variable donde se dejará el valor resultante de evaluar b.
Por expresión permitida se entiende a aquella expresión matemática que ocupa las operaciones y funciones nombradas como existentes, y escritas de la forma que para ellas se señala, respetando así la sintaxis en cada instrucción.
El signo igual, " = ", de a = b tiene el sentido de asignar a la variable a el valor que resulte de evaluar la expresión permitida b. Es decir, a = b. Que no es la misma definición usada en matemáticas para el signo: = .

El computador, al ejecutar una proposición de asignación evalúa la expresión del lado derecho del signo igual con los valores que en ese momento tengan las variables ahí ocupadas. Así, la expresión entregará valores probablemente distintos en las diversas ocasiones que por programa se evalúe esa expresión. Las siguientes son proposiciones de asignación correctas, A = 2.5 TO = 1 + XT I = I + 1 Y no son correctas las siguientes:

A + B = C 20 = 16.2 + 3.8 AL = (AT+3.4) / 110.302


3.5. OPERADORES, OPERANDOS Y EXPRESIONES

OPERADORES.

En todos los lenguajes de programación se utilizan operadores para efectuar operaciones aritméticas.Combinando las variables y constantes en expresiones aritméticas por medio de funciones adecuadas. Una expresión es un conjunto de datos o funciones unidos por operadores aritméticos, los cuales son: SUMA, RESTA, MULTIPLICACION, DIVISION, EXPONENCIAL Y MODULO.




OPERADOR LOGICO

En ocasiones en los programas se necesitan realizar comparaciones entre distintos valores, esto se realiza utilizando los operadores relaciones, los cuales son: Mayor que, menor que, menor igual que, mayor igual que, igual a, distinto a o diferente de.

OPERANDO.

Referente a la parte de la instrucción de lenguaje máquina de la computadora que designa la dirección de los datos con los que se debe operar.

EXPRESIONES.

Las expresiones son combinaciones de constantes, variables, símbolos de operación, paréntesis y nombres de funciones especiales. Por ejemplo:
a + (b + 3) / c

Cada expresión toma un valor que se determina tomando los valores de las variables y constantes implicadas y la ejecución de las operaciones indicadas. Una expresión consta de operadores y operandos. Según sea el tipo de datos que manipulan, se clasifican las expresiones en: Aritméticas, Relacionales ,Lógicas


3.5.1 PRIORIDAD DE OPERADORES, EVALUACIÓN DE EXPRESIONES

Prioridad

Se llama prioridad al orden en el que se evalúa una expresión. 4D tiene una estricta prioridad izquierda-a-derecha. Por ejemplo: 3+4*5 devuelve 35 porque la expresión es evaluada como 3+4, dando 7, el cuál es multiplicado por 5, resultando 35. Se pueden utilizar paréntesis para cambiar la prioridad izquierda-a-derecha. Por ejemplo:
3+(4*5) devuelve 23 porque se evalúa primero la expresión (4*5), por estar entre paréntesis. El resultado es 20, lo cual es añadido el 3, dando el resultado final 23. Se pueden insertar paréntesis dentro de otros grupos de paréntesis. Es necesario asegurarse de que cada paréntesis izquierdo tiene su correspondiente derecho. La falta o el uso incorrecto de los paréntesis puede provocar resultados inesperados o expresiones no válidas.

EVALUACIÓN DE EXPRESIONES

Cuando en una expresión concurre mas de una operación, los paréntesis indicarán prioridad, es decir, la operación encerrada entre paréntesis se realizará en primer lugar. Además, algunos operadores tendrán preferencia sobre otros. Por ejemplo, en la operación a + b / c, primero se realizará b / c y posteriormente se le sumará a. En caso de que el programador quiera que se sume primero a y b para posteriormente dividir por c, tendríamos que hacer (a + b) / c. Si todos los operadores de una expresión tienen la misma prioridad, la operación se hará de izquierda a derecha, salvo cuando tengamos exponenciales, en tal caso, el orden será de derecha a izquierda, por ejemplo, al hacer 2**3**2 resulta el valor 2**9 = 512


3.6. PROCESO DE CREACIÓN DE UN EJECUTABLE

En Java, en principio, no se pueden crear autoejecutables ya que este es un lenguaje multiplataforma y los archivos autoejecutables son dependientes de la plataforma. Esto provoca que tengamos que usar la consola para ejecutar nuestros programas; lo que supone un gran inconveniente para usuarios sobre todo acostumbrados a los entornos gráficos. Existen varias soluciones para este asunto. Aquí se explican tres de ellas. La primera es la de crear ejecutables dependientes de la plataforma ; la segunda permite hacer más fácil la ejecución en cada plataforma sin impedir su ejecución en otra plataforma; la tercera es válida para cualquier plataforma y aporta otras muchas posibilidades. Podemos crear un ejecutable de la plataforma de varias maneras: Podemos usar traducir el código java a código C con Toba o J2C. De esta forma sólo nos queda compilar el código C para crear el ejecutable.

Toba es un proyecto libre cuyo desarrollo ha quedado estancado cuando Java iba por la versión 1.1, pero podemos descargarlo todavía desde su página web. J2C lo puedes encontrar aquí (creo; cuando veas la página sabrás el porqué de mis dudas), Existe un compilador que además de permitirnos, como cualquier otro compilador, crear bytecodes a partir de ficheros .java, nos da la posibilidad de compilar el fuente (archivos .java) para obtener un ejecutable de la plataforma y también permite crear un ejecutable de la plataforma a partir del bytecode. De esta forma el código obtenido es mucho más rápido. El programa se llama GJC y forma parte la familia de compiladores GCC del proyecto GNU que se desarrolla bajo la GPL (General Public License). Si lo que queremos es crear un archivo ejecutable .exe (para plataforma Windows) y prescindir de la cualidad de multiplataforma de este lenguaje, lo que hay que hacer es conseguir un programa que realice esta tarea. Esto lo hacen algunas IDE’s y el programa Jto Exe. Al crear un .exe lo que hacemos es sustituir los archivos de clase de Java, al contrario que la siguiente opción que complementa y no sustituye.

En particular el programa Jto Exe necesita de la máquina virtual de Java para poder ejecutar el programa de modo seguiremos necesitando instalar la JVM al contrario que las dos opciones anteriores.