PDF de programación - FP01 - Computadoras y programación

Fundamentos de la programación

1

Grado en Ingeniería Informática
Grado en Ingeniería del Software
Grado en Ingeniería de Computadores
Facultad de Informática
Luis Hernández Yáñez
Universidad Complutense

Informática, computadoras y programación
Lenguaje máquina y ensamblador
Lenguajes de programación de alto nivel
Un poco de historia
Programación e Ingeniería del Software
El lenguaje de programación C++
Sintaxis de los lenguajes de programación 
Un primer programa en C++
Herramientas de desarrollo
C++: Un mejor C

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Informática (Ciencia de la computación)

Conjunto de conocimientos científicos y técnicas
que hacen posible el tratamiento automático
de la información por medio de ordenadores
Máquina electrónica, analógica o digital,
dotada de una memoriade gran capacidad
y de métodos de tratamientode la información,
capaz de resolver problemasmatemáticos y lógicos
mediante la ejecuciónde programasinformáticos

Computadora

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En todas partes y con muchas formas

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Hardware

Componentes que integran
la parte material
de una computadora
Programas, instrucciones
y reglas informáticas
para ejecutar tareas
en una computadora

Software

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Programar

Indicar a la computadora qué es lo que tiene que hacer
Secuencia de instrucciones
Instrucciones que entiende la computadora
Y que persiguen un objetivo: ¡resolver un problema!

Programa

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Trabajo en equipo
Múltiples roles...
Gestores
Analistas
Diseñadores
Programadores
Probadores
Administradores de
sistemas
...

Parque Jurásico

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Esquema general

Dispositivos
de entrada

Teclado
Ratón
Escáner
Táctil

…

Memoria
temporal
C.P.U.
Almacenamiento
Almacenamiento
permanente
permanente

Unidad Central de Proceso
Central Processor Unit

Dispositivos
Dispositivos
de salida
de salida

Monitor
Monitor
Monitor
Impresora
Impresora
Impresora
Altavoz
Altavoz
Altavoz

…
…
…

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La arquitectura de Von Neumann

Dispositivos de E/S
C.P.U. (Procesador)
A.L.U.
Unidad Aritmético‐Lógica
Unidad de Control

Una ALU de 2 bits (Wikipedia)

Memoria

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La memoria

Memoria

Bus 
de 
datos

01
02
03
04
05
06
07
08

. . .

Dirección

Cada celda en una dirección
Celdas de 8 / 16 / 32 / 64 bits
Información volátil
1 Bit = 0 / 1
1 Byte = 8 bits = 1 carácter
1 Kilobyte (KB) = 1024 Bytes
1 Megabyte (MB) = 1024 KB
1 Gigabyte (GB) = 1024 MB
1 Terabyte (TB) = 1024 GB
1 Petabyte (PB) = 1024 TB

210 = 1024  1000

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Los procesadores trabajan con ceros y unos (bits)

Unidad de memoria básica: Byte(8 bits)
(2 dígitos hexadecimales: 01011011 0101 1011 5B)
Códigos hexadecimales que representan instrucciones,
registros de la CPU, direcciones de memoria o datos

Lenguaje máquina

Lenguaje de bajo nivel

Dependiente de la máquina

Instrucción Significado
A0 2F
3E 01
A0 30
3E 02
1D
B3 31

Acceder a la celda de memoria 2F
Copiarlo el registro 1 de la ALU
Acceder a la celda de memoria 30
Copiarlo en el registro 2 de la ALU
Sumar
Guardar el resultado en la celda de memoria 31

Programación difícil

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A0  READ   3E  REG   1D  ADD   …

Nemotécnicos para los códigos hexadecimales:
Mayor legibilidad:
Código fuente
(lenguaje ensamblador)
Programa
ensamblador
Código objeto
(lenguaje máquina)

Lenguaje de nivel medio

READ 2F
REG 01 
READ 30
REG 02 
ADD   
WRITE 31

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Más cercanos a los lenguajes natural y matemático
Mayor legibilidad, mayor facilidad de codificación
Estructuración de datos / abstracción procedimental

resultado = dato1 + dato2;

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Traducción

Compiladores:
Compilan y enlazan
programas completos
Intérpretes:
Compilan, enlazan
y ejecutan instrucción
a instrucción

Código fuente
Compilador
Código objeto
Enlazador
Programa
ejecutable

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{

}

cout << "Hola Mundo!" << endl;
return 0;

0100010100111010011100…

Código
objeto de
biblioteca

Para una arquitectura concreta
y un sistema operativo

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FORTRAN
FORTRAN

PL/I

COBOL
COBOL

1954
1954

1959
1959

Genealogía de lenguajes
1964PL/I
1964PL/I
1964
CPL1963CPL1963CPL1963
1964
1964
1964
1964
1964
1964

Fuente:
Fuente:
http://www.levenez.com/lang/
http://www.levenez.com/lang/

1958
1958
1958

ALGOL
ALGOL
ALGOL

BASIC
BASIC
BASIC

Simula
Simula
Simula

Prolog
Prolog

1970
1970
C1971C1971C1971
1970
1970
1970

Pascal
Pascal
Pascal

1971
1971
1971

Smalltalk
Smalltalk
Smalltalk

C++1983C++1983C++1983

1975Modula
1975Modula
1975

Modula

Ada1979Ada1979Ada1979

Lisp1958Lisp1958

1975
1975
1975

Scheme
Scheme
Scheme

Logo1968
Logo1968
Logo1968

Versiones / Estándares

Java1995
Java1995
Java1995
C#2000C#2000C#2000

1991
1991
1991

Python
Python
Python

Eiffel
Eiffel
Eiffel

1986
1986
1986
1987
1987

Haskell
Haskell

1993Ruby
1993Ruby
1993

Ruby

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La prehistoria
El ábaco
Siglo XIX
Máquina analítica de Charles Babbage

(Wikipedia)

Lady Ada Lovelace
es considerada
la primera
programadora

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Siglo XX
1936 Máquina de Turing
1946 ENIAC: Primera computadora digital
de propósito general
1947 El transistor
1953 IBM 650: Primera
computadora a gran escala
1966 ARPANET: Origen de Internet
1967 El disquete
1970 Sistema operativo UNIX
1972 Primer virusinformático (Creeper)
Lenguaje de programación C
1974 Protocolo TCP. Primera red local

ENIAC (Wikipedia)

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1975 Se funda Microsoft
1976 Se funda Apple
1979 Juego Pacman
1981 IBM PC
Sistema operativo MS‐DOS
1983 Lenguaje de programación C++
1984 CD‐ROM
1985 Windows1.0
1990 Lenguaje HTML
1991 Sistema operativo Linux

World Wide Web

Apple II (Wikipedia)

Linux

IBM PC (Wikipedia)

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1992 Windows 3.1
1995 Lenguaje de programación Java
DVD
1998 Se funda Google
1999 MSN Messenger
Siglo XXI
2001 Windows XP
Mac OSX
2002 MozillaFirefox
2007 iPhone
2008 Android...

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¿Qué es programar?

Entrada

Decirle a un tonto muy rápido exactamente lo que tiene que hacer

Especificar la estructuray el comportamientode un programa,
así como probarque el programa realiza su tarea
adecuadamentey con un rendimientoaceptable
Programa: Transforma entrada en salida
Salida
Programa
Algoritmo: Secuencia de pasos y operaciones que debe realizar
el programa para resolver el problema
El programa implementa el algoritmo en un lenguaje concreto

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La programación es sólo una etapa del proceso de desarrollo

Modelo de desarrollo “en cascada”:
Planificación
Recursos necesarios, presupuesto, plan, …
¿Qué? ¿Cómo?Implementación
Análisis
Análisis
Diseño
Diseño
Programación
Programación
Prueba y depuración
Prueba y depuración
Mantenimiento
Mantenimiento

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Bjarne Stroustrup (1983)

Hola Mundo!

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{

cout << "Hola Mundo!" << endl;
// Muestra Hola Mundo!

return 0;

}

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Instrucciones
Datos: literales, variables, tipos
Subprogramas (funciones)
Comentarios
Directivas
...

#include <iostream>
#include <iostream>
using namespace std;
using namespace std;

Directiva
Directiva

Subprograma
Subprograma

int main()
int main()
{
{

Dato

Instrucción
Instrucción

Instrucción
Instrucción

}
}

cout << "Hola Mundo!" << endl;
cout << "Hola Mundo!" << endl;
// Muestra Hola Mundo!
// Muest