Conceptos basicos de programacion

Introducción a la Programación

Tema 1:
Conceptos básicos de programación
Profesor
Federico Peinado
Elaboración del material
Mercedes Gómez
Pablo Moreno
Manuel Ortega
Federico Peinado
Ingeniería Técnica en Informática de Gestión
Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia Artificial
Curso 2009-2010

Qué es la Informática

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

 Informática (Del fr. informatique). 1. f. Conjunto de
conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el
tratamiento automático de la información por medio de
ordenadores.
(Extraído del Diccionario de la RAE, 2001)

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Un poco de historia...
Ábaco – 2000 a.c.
El sumador de Pascal – mediados s. XVII
La calculadora de G.W. von Leibniz – finales s. XVII
La máquina de diferencias de Babbage – s. XIX
 Concepto de programa externo
 1945: Comienzo de la era de la Informática
 Modelo J. von Neumann: estructura de la computadora tal y
como la conocemos hoy; concepto de programa interno
 Coincide con el desarrollo de la electrónica






1.1

Qué es la Informática

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

Más sobre la Historia de la
Informática en el MIGS
http://www.fdi.ucm.es/migs

1.2

Qué es una computadora
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Computadora electrónica 1. f. Máquina electrónica digital,
dotada de una memoria de gran capacidad y de métodos de
tratamiento de la información, capaz de resolver problemas
matemáticos y lógicos mediante la utilización automática de
programas informáticos.


Hardware (Voz ingl.).1. m.
Inform. Conjunto de los

componentes que integran la
parte material de una
computadora.



Software (Voz ingl.).1. m.
Conjunto de programas,
instrucciones y reglas
informáticas para ejecutar
ciertas tareas en una
computadora.

(Extraído del Diccionario de la RAE, 2001)

Fundamentos de computadores

Introducción a la programación

1.3

Un poco de hardware
Dispositivo de salida

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software

Carcasa (tipo torre)

Monitor

Descripción de
lenguajes de
programación

Unidad
de CD-ROM

Unidad Central
de Procesamiento

Unidad
de disquetes
Memoria principal
(ambos dentro)
y Unidad de Disco
Duro

Memori
a

Teclado
Ratón

Dispositivos de
entrada

Memoria
secundaria

1.4

Un poco de hardware: el Modelo Von Neumann
Tema 1

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

Unidad de Control

Unidad Aritmético-Lógica

Ingeniería del
Software

Unidad de Memoria

Descripción de
lenguajes de
programación

 Ideas importantes:
 Un programa es una cadena secuencial de instrucciones
 Las instrucciones ordenan al ordenador realizar una
operación sobre unos datos
 Las instrucciones se ejecutan una tras otra, aunque puede
haber bifurcaciones condicionales (usar un dato para
decidir entre dos instrucciones diferentes por donde
continuar)
 El computador procesa tanto instrucciones como sus datos
 Las instrucciones y los datos se almacenan juntos en memoria

1.5

Un poco de hardware: la Unidad de Memoria (UM)
Tema 1

 Almacena las instrucciones y los datos del programas

Introducción:
El Hardware

Selector

Lenguajes y
Programas

Registro de Dirección (RD)

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

Registro de Intercambio
de Datos (RID)
UM


...
Celdas

El almacén está formado por celdas
 Identificadas unívocamente por su dirección
 Siempre contienen información
 Se puede leer o escribir información en ellas


1.6

Un poco de hardware: la Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
Tema 1
Introducción:
El Hardware

 Realiza las operaciones elementales aritméticas (suma,
resta, multiplicación, división, etc.) y lógicas (comparaciones
de igualdad, mayor, menor, etc.)

Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

Banco de Registros
Temporales (BRT)

Operador

Acumulador


UAL

1.7

Un poco de hardware: la Unidad de Control (UC)
Tema 1
Introducción:
El Hardware

 Obtiene y almacena los datos en la UM, obtiene e identifica
las instrucciones del programa de la UM y manda ejecutar las
operaciones a la UAL

Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software

Secuenciador

Descripción de
lenguajes de
programación

Decodificador

Contador de Programa (CP)

Registro de Instrucción (RI)

Operación

Direcciones de 3 operandos

UC


1.8

Ejecución de una instrucción
 Los pasos del ciclo de instrucción según Von Neumann

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

El CP indica la dirección de la celda donde está
la instrucción que se debe copiar al RI

Ingeniería del
Software

LEER
INSTRUCCIÓN

Descripción de
lenguajes de
programación

El operando del RI (que puede ser un dato o
la dirección de la celda de un dato) se copia en el BRT
(Esto se repite para todos los operandos de entrada)

DECODIFICAR
INSTRUCCIÓN

CAPTURAR
DATOS

REALIZAR
OPERACIÓN
CALCULAR
INSTRUCCIÓN
SIGUIENTE

ALMACENAR
RESULTADOS

La dirección de celda de la
siguiente instrucción se copia al CP
El resultado del Acumulador se copia en la dirección de la celda
del resultado, generalmente indicada en el último operando de la instrucción
(Esto se repite para todos los resultados)

Ejecución de una instrucción (cont.)
Operación: SUMA-CELDAS

Operando 1: X

Operando 2: Y

Operando 3: Z

SUMA-CELDAS suma el dato de la primera dirección al de la segunda y lo guarda en la tercera

1.10

¿Qué entiende la computadora?
Tema 1
Introducción:
El Hardware

La computadora manipula únicamente información digital:

Lenguajes y
Programas

Datos e instrucciones se codifican como
dígitos binarios (0’s y 1’s)

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 ¿Por qué no se usa una representación de otro tipo?
 Problema tecnológico (es más fácil representar ceros y unos)

 ¿A qué nos conduce la solución adoptada para evitar el
problema tecnológico?
 La máquina sólo puede trabajar con cadenas de ceros y unos


1.11

Lenguaje máquina
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Pasos

a = (b + c)/(d + e)
y
x

 sumar b y c, y guardar el resultado en una dirección de memoria
temporal X
 sumar d y e, y guardar el resultado en una dirección de memoria
temporal Y
 dividir el contenido de X por el de Y y guardar el resultado en la
dirección de memoria de a

 Ejemplo de código máquina
 codigoOp direccOp1 direccOp2 direccRes
Código de la suma

Direcc. Temporal X

0000 00001000 00001100 00001110
0000 00011000 00011100 00011110
0101 00011110 00001110 00000100
Direcc. Temporal Y
Código de la división

1.12

Lenguaje máquina (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Inconvenientes
 Grandes posibilidades de error
 Portabilidad: máquina-dependiente
 No se puede llevar el programa a otra máquina porque,
entre otras cosas, el repertorio de instrucciones es distinto
 Tedioso
 Nula capacidad de abstracción
 Es muy complicado formular una solución a problemas del
mundo real con ese lenguaje tan específico


1.13

Lenguaje ensamblador
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Lenguaje simbólico con una mínima capacidad de abstracción
 Nombres nemotécnicos para los códigos de operación
 Nombres simbólicos para las direcciones de memoria

 Ejemplo de instrucción de código ensamblador
codigoSimbOp direccSimbOp1, direccSimbOp2, direccSimbRes

 Códigos simbólicos de las operaciones

 SUM = La suma
 DIV = La división

a = (b + c)/(d + e)
SUM B, C, X

SUM D, E, Y
DIV


X, Y, A

1.14

Lenguaje ensamblador (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

 Cuestiones
 ¿Cómo entiende la máquina el lenguaje ensamblador?
 Si las direcciones de memoria son simbólicas ¿en qué
direcciones de memoria se colocan los datos?

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

Código fuente
(lenguaje ensamblador)

Programa ensamblador

Código objeto
(lenguaje máquina)

 Programa ensamblador
 Traducción a código binario de códigos simbólicos de operación
 Traducción de las direcciones simbólicas a direcciones reales de
memoria

 Inconveniente: sigue siendo dependiente de la máquina


1.15

Lenguajes de alto nivel
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Lenguaje que permite representar el mecanismo de
resolución de los problemas usando instrucciones
independientemente de la computadora
 Cercanía conceptual al programador
 Pascal, C, Java, etc. son lenguajes de alto nivel

 Capacidad de abstracción
 Abstracción procedimental (poder representar operaciones más
complejas como calcular las raíces de un polinomio)
 Abstracción de datos (poder representar información más
compleja como el estado de una cuenta bancaria)

 ¿Cómo conseguir que la computadora “entienda” los
programas escritos en lenguajes de alto nivel?
 Intérprete
 Analiza el programa fuente y lo ejecuta directamente en la máquina

 Compilador
 Analiza el programa fuente y lo traduce a lenguaje máquina
 Ej. Turbo Pascal es un compilador de Pascal

1.16

El sistema operativo
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Programa básico encargado de manejar el hardware y
facilitar el trabajo a los demás programas (aplicaciones)
proporcionándoles un conjunto de servicios genéricos
Asignación de tiempos de CPU
Control y asignación racional de los recursos de la computadora
Ejecución de programas
Controlar la E/S (ej., almacenar/recuperar en/de memoria
permanente)
 Control de errores y protección (ej., monitorizar la ejecución de
un programa)
 Interfaz con el usuario
 ...





 ¡Sin sistema operativo todo sería mucho más complicado!


1.17

El sistema operativo (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 ¿Quién ejecuta el sistema operativo?
 Las computadoras suelen estar preparadas para, al arrancar,
ejecutar un pequeño programa que, a su vez, se encarga de
ejecutar el sistema operativo
 En el caso de los PCs normales, se almacena en memoria un
programa denominado BIOS (Basic Input/Output System),
capaz de localizar en memoria secundaria el programa
“cargador” del sistema operativo


1.18

Aplicaciones de propósito específico
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Programas que permite en uso de la computadora para la
realización de trabajos específicos y que se implantan sobre
el sistema operativo







Procesadores de texto
Hojas de cálculo
Sistemas de gestión de bases de datos
Herramientas de diseño e ingeniería
Juegos
...


1.19

La programación: resolución de problemas
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Un programa es una secuencia de instrucciones con un propósito
concreto que un ordenador puede interpretar y ejecutar

 Programar es resolver problemas

 Conjunto de actividades implicadas en la descripción, el desarrollo y la
implementación eficaz de soluciones algorítmicas a problemas bien
especificados
Algoritmo 1. m. Conjunto ordenado y finito de operaciones que permite
hallar la solución de un problema.
(Extraído del Diccionario de la RAE, 22ª edición)

 Un algoritmo es, por tanto, una sistemática que transforma un
estado inicial en un estado final

 La entrada del programa: Precondiciones
 Descripción del estado inicial (datos y situación de partida)
 La salida del programa: Postcondiciones
 Descripción del estado final (datos y situación deseada al acabar)


1.20

La programación: resolución de problemas (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Utilizamos los lenguajes de programación para expresar los
algoritmos de forma que el ordenador los entienda
 De igual forma, que utilizamos la lengua castellana para
expresar nuestras ideas a otras personas

 Recuerda: Programar BIEN no es sólo conocer la
sintaxis de uno o varios lenguajes de programación


1.21

La programación: resolución de problemas (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 El problema del montón de fichas
Supongamos que tenemos un montón de fichas, cada una de las cuales tiene
escrito el nombre de una persona junto con otros datos personales (fecha de
nacimiento, dirección, número de teléfono). Las fichas están ordenadas
alfabéticamente por el nombre.
Creamos una nueva ficha y deseamos incorporarla al montón existente.
¿Cómo dividimos el montón original en dos montones, tales que todas las
fichas del primer montón precedan a la nueva en la ordenación y todas las
del segundo no le precedan, pudiendo estar alguno de los montones finales
vacío?





¿Cuáles son las precondiciones?
¿Cuáles son las postcondiciones?
¿Qué algoritmos se te ocurren?
¿Qué lenguaje utilizamos para describir todo lo anterior?


1.22

El Ciclo de Vida del Software
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software

 Todas las tareas a realizar desde que se concibe un
programa hasta que se deja de utilizar (no sólo “hasta que se
codifica” ni “hasta que se instala”)
 Existen distintos modelos del ciclo de vida software, aunque
nosotros estudiaremos el más simple: Modelo en Cascada

Descripción de
lenguajes de
programación

Análisis
Diseño
Implementación

Pruebas
Mantenimiento

1.23

¿Qué significa todo esto?

Casa

Software

“Quiero 3 habitaciones,
2 baños, garaje...”

Análisis

Planos, diseño circuito
eléctrico y de agua...

Diseño

Se construye la casa

Se comprueba la solidez de la
estructura, el funcionamiento de
las instalaciones, el acabado...
Algunas reparaciones, se cierra
la terraza, se instala aire
acondicionado...

¿Qué tiene que hacer
exactamente nuestro
programa?
¿Cómo vamos a organizar
el programa? ¿Qué partes
tendrá y cómo funcionará?

Implementación

Se construye el software

Pruebas

Ponemos a prueba nuestro
programa, incluso en
situaciones límite

Mantenimiento

Pequeñas modificaciones o
correcciones (parches),
actualizaciones, etc...

1.24

Fases en el desarrollo de una aplicación (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Análisis
 Actividad en la que se analizan y clarifican los diferentes
aspectos del problema que debe ser resuelto por la aplicación,
con el fin de establecer claramente qué debe ser construido
 El resultado es, normalmente, un documento de requisitos
software que especifica claramente las funcionalidades de la
aplicación
 Funcionalidad = lo que tiene que hacerse (sin saber
todavía cómo)


1.25

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Diseño
 Actividad en la que se decide la organización y la estructura de
una aplicación que satisfaga los diferentes requisitos
establecidos en la fase de análisis
 El resultado es uno (o varios) documentos de diseño que
especifican claramente cómo construir la aplicación
 Mientras que el análisis se ocupa de qué hay que hacer, el
diseño se ocupa de cómo hacerlo
 Hay varias técnicas de diseño, nosotros estudiaremos una de las
más básicas: el diseño funcional


1.26

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Implementación
 Actividad en la que se construye (codifica) la aplicación
utilizando un lenguaje de programación concreto, y siguiendo,
las directrices marcadas por los documentos de diseño
 Si las actividades anteriores han sido realizadas correctamente,
la fase de implementación debería ser bastante trivial
 La implementación se encarga de concretar el diseño teniendo
en cuenta un lenguaje y herramienta de desarrollo concreta


1.27

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Pruebas
 Actividad en la que se asegura que la aplicación construida
satisface los requisitos del usuario
 Se debe invertir mucho tiempo en hacer pruebas (¡mucho más
que en su implementación!)
 Dos pasos diferenciados
 Verificación: ¿Se ajusta la aplicación construida a los
requisitos establecidos?
 Validación: ¿Resuelve la aplicación el problema que
realmente tenía el usuario?


1.28

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Mantenimiento
 Actividad en la que la aplicación se modifica para satisfacer
cambios o ampliaciones en los requisitos del usuario, corregir
errores, etc.
 ¡Es la actividad más costosa en el desarrollo de software!
(Tened en cuenta que hay programas que están muchos años
en funcionamiento y lo usan miles de personas)
 Estos costes pueden aliviarse si se hacen bien todo lo anterior

 *Otras actividades





Confección de los manuales de usuario
Planificación y control del proyecto
Gestión de versiones
...


1.29

Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Este Modelo en Cascada, tan lineal, no suele aplicarse “tal
cual” en la vida real
 Conviene hacer pruebas desde las primeras fases de desarrollo,
por ejemplo para detectar y corregir errores prematuros, etc.
 Los programas suelen construirse en varias iteraciones
(sacando primero una versión básica, luego otra con más
funcionalidad añadida, etc.)
 Cada iteración es un ciclo completo (análisis, diseño,
pruebas, etc.), siendo el diseño más importante en las
primeras y la implementación más importante en las últimas


1.30

Lenguajes de programación
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Un lenguaje de programación puede describirse a tres niveles
distintos:
 Nivel sintáctico
 Descripción de la forma (= sintaxis) de las instrucciones
 Suelen utilizarse lenguajes artificiales con mucho
“formalismo” (= rigor matemático y lógico)
 Nivel semántico
 Descripción del significado (= semántica) de las
instrucciones
 Puede utilizarse lenguaje natural (español, inglés, etc.) o
intentar expresarse de manera más formal
 Nivel pragmático
 Descripción de cómo se utilizan las instrucciones
 Suelen utilizarse tutoriales y ejemplos de programas…


1.31

Sintaxis de los lenguajes de programación
Tema 1
Introducción:
El Hardware

 Conjunto de reglas que especifican y permiten verificar la
corrección formal de las sentencias de un lenguaje

Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Formalismos utilizados:
 Notación BNF (Backus-Naur Form)
 Notación EBNF (Extended Backus-Naur Form)
 Diagramas sintácticos

 Todos ellos pueden expresar la forma de cualquier lenguaje
de programación, sólo hay que elegir el que nos sea cómodo
 Estos formalismos se usan para escribir documentación técnica
que leen quienes quieren conocer con exactitud un lenguaje


1.32

Notación BNF
Tema 1

 TERMINAL

Símbolo (ej. una palabra) del lenguaje a definir

 <no terminal>

Símbolo que se define en términos de otros
símbolos (tanto terminales como no terminales)

Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

(se escribe en letras minúsculas y entre <>)

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

(se escribe en letras mayúsculas)

 Regla de producción Descripción de un símbolo no terminal como
equivalente a 1) una combinación de terminales
y no terminales, o 2) al vacío (Ø)

(Un mismo no terminal puede tener varias reglas de producción)
 Metasímbolo


Símbolo propio de la notación BNF, está reservado
y no puede utilizarse en ningún otro símbolo
::=
Equivalencia
(lo de la izquierda equivale a lo de la
derecha; es una regla de producción)
|
Alternativa
(lo de la izquierda o lo de la derecha)

1.33

Notación BNF (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Sintaxis de los números enteros positivos en notación BNF
<numero entero> ::= <signo opcional> <secuencia dígitos>
<signo opcional> ::= + | <nada>
<secuencia dígitos> ::= <dígito> | <dígito> <secuencia dígitos>
<dígito> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
<nada> ::=
Recursividad

Que un símbolo aparezca dentro de su propia definición
¡OJO! Pero evitando las definiciones circulares

 ¿Sintaxis de los números reales en notación BNF?


1.34

Notación EBNF
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Añade metasímbolos nuevos y cambia la forma de presentar
las cosas
BNF

EBNF

TERMINAL

“terminal”

<no terminal>

No-terminal

Metasímbolo
::= Equivalencia
|
Alternativa

Metasímbolo
::=
|
(...)
[...]
{...}

Recursividad permitida

Equivalencia
Alternativa
Agrupación
Aparición opcional
Aparición 0, 1 o más veces

Recursividad NO permitida (se suple con {…})

Si algún símbolo del lenguaje coincide con un
metasímbolo, el símbolo del lenguaje se pone
entre „comillas simples‟

1.35

Notación EBNF (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas
Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

 Sintaxis de los números enteros positivos en notación EBNF
Numero-entero ::= [Signo] Secuencia-dígitos
Signo ::= “+”
Secuencia-dígitos ::= Dígito {Dígito}
Dígito ::= “0” | “1” | “2” | “3” | “4” | “5” | “6” | “7” | “8” | “9”

 ¿Sintaxis de los números reales en notación EBNF?


1.36

Diagramas sintácticos
Tema 1
Introducción:
El Hardware

TERMINAL

Lenguajes y
Programas

No Terminal
*En las reglas de producción el no terminal
de la izquierda se deja sin recuadro

Ingeniería del
Software
Descripción de
lenguajes de
programación

Alternativa

Aparición 0, 1 o más veces


Aparición opcional

1.37

Diagramas sintácticos (cont.)
Tema 1
Introducción:
El Hardware
Lenguajes y
Programas

 Sintaxis de los números enteros positivos en notación de
diagramas sintácticos
Nº entero positivo
Dígito

Ingeniería del
Software

Dígito

+

Descripción de
lenguajes de
programación

Dígito

0
1
…
9

 ¿Sintaxis de los números reales en notación de diagramas
sintácticos?


1.38

Críticas, dudas, sugerencias…

Federico Peinado
www.federicopeinado.es

1.39

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