PDF de programación - Parte I: El computador y el proceso de programación - 1.Introducción a los computadores y su programación

Parte I: El computador y el proceso de
programación
• 1.Introducción a los computadores y su programación
• 2. Introducción al análisis y diseño de algoritmos
• 3. Introducción al análisis y diseño de programas
• 4. Verificación de programas

UNIVERSIDAD
DE CANTABRIA

DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS,
ESTADÍSTICA Y COMPUTACIÓN
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© Michael González Harbour

23/sept/08

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Notas:

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1. Introducción a los computadores y su programación

• Arquitectura básica de un computador.El software del sistema. Lenguajes de Alto Nivel. El proceso de

compilación. El ciclo de vida del software.

2. Introducción al análisis y diseño de algoritmos.

• Diseño de un programa. Concepto de algoritmo. Descripción de algoritmos: el pseudolenguaje.

Tiempo de ejecución de algoritmos. La notación O(n). Ejemplos de análisis.

3. Introducción al análisis y diseño de programas

• Actividades del ciclo de vida del software. Paradigmas de desarrollo de programas. Análisis y

especificación. Diseño arquitectónico. Técnicas de diseño detallado.

4. Verificación de programas

• Importancia de la verificación. Estrategias de prueba. Depuración. Elección de datos para la prueba.

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1.1 Arquitectura básica de un
computador
Un computador es una máquina que:
• acepta información de entrada
• la procesa ejecutando paso a paso una secuencia de

instrucciones o programa

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• y produce una información de salida.
El computador está por tanto compuesto por un equipo
electrónico (hardware) y un conjunto de programas (software)
El computador puede realizar dos tipos de instrucciones:
• acciones
• decisiones

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Notas:

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Un computador es una máquina que acepta información de entrada y la procesa ejecutando paso a paso
una secuencia de instrucciones que posee almacenada, a la que llamamos programa, produciendo una
información de salida.

Por ello, el computador está compuesto por un equipo electrónico, que denominamos hardware, y un
conjunto de programas, que denominamos software.

Una de las características que distinguen al computador de una máquina automática es la capacidad de
realizar dos tipos de instrucciones:

• Acciones. Tienen como consecuencia la modificación o intercambio de la información almacenada
en el computador.
• Decisiones. Permiten comprobar el propio estado del computador y, en función del mismo, elegir uno
de dos caminos alternativos.

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Estructura de un computador

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CPU

Unidad de
Control

Regs.

ALU

Unidad de
Entrada

Instrucciones
Datos

Datos

Programa

Memoria

Unidad de

Salida

Caché

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Los computadores actuales son sistemas electrónicos digitales complejos capaces de realizar muchos
millones de operaciones por segundo. Los computadores de propósito general presentan una estructura
básica denominada “máquina de Von Neumann”, compuesta de cinco unidades funcionales:

• UNIDAD DE ENTRADA. Está compuesta por aquellos elementos a través de los cuales el computador
recibe información de exterior, tanto en lo que se refiere a datos como a programas. Sistemas típicos
que forman la unidad de entrada son: teclados, digitalizadores, instrumentos de medida, etc.

• UNIDAD DE SALIDA. Compuesta por el conjunto de dispositivos destinados a proporcionar al exterior

la información generada por el computador. Ejemplos típicos son: pantalla, impresora, plotter,
máquina herramienta, etc.

• MEMORIA. Está compuesta por el conjunto de circuitos y dispositivos electrónicos destinados a

almacenar y retener los diferentes tipos de información que el computador utiliza o genera.

• UNIDAD DE CONTROL. Es la parte central del computador, encargada de interpretar las

instrucciones del programa y ordenar su ejecución, generando las señales de control adecuadas que
activan las diferentes unidades del computador.

• UNIDAD ARITMETICA Y LOGICA (ALU). Realiza las operaciones de transformación, comparación y
transferencia de datos. La ALU y la unidad de control se integran, normalmente, en un sistema único
denominado CPU (Central Processing Unit).

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La Unidad Central de Procesado (CPU)
Integra la Unidad de Control y la Unidad Aritmética y Lógica
Funciona sincronizada con un reloj
La capacidad de cálculo de la CPU depende de ese reloj, y de la
arquitectura interna
La Unidad de Control controla las señales electrónicas internas
del computador. Funciona repitiendo:
• a) lee de la memoria una instrucción del programa
• b) comprueba cuál es su significado
• c) organiza la ejecución de esa instrucción

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Notas:

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La ALU y la unidad de control se integran, normalmente, en un sistema único denominado CPU (Central
Processing Unit, o Unidad Central de Procesado). Funciona mediante un “reloj” que indica mediante una
señal electrónica los instantes en los que se hace cada operación.

El reloj de la CPU funciona a una frecuencia que suele medirse en Megahercios (MHz). Por ejemplo, una
CPU de 500 MHz tiene un reloj que oscila 500 millones de veces por segundo.

• Para dos CPUs del mismo tipo, la velocidad de operación depende de la velocidad del reloj. Por

ejemplo es más rápida una CPU de 500 MHz que una de 200MHz.

• Sin embargo, si dos CPUs son de distinto tipo, la velocidad ya no depende sólo del reloj. Por ejemplo,

un Pentium-III a 300MHz puede ser más rápido que un Pentium a 350 MHz

La CPU tiene dos partes: La Unidad de Control, y la Unidad Aritmética y lógica.

• Unidad de control: controla mediante señales electrónicas el funcionamiento de todo el computador.

Funciona repitiendo constantemente lo siguiente:
- a) lee de la memoria una instrucción del programa.
- b) comprueba cuál es su significado.
- c) organiza la secuencia de acciones a realizar por cada elemento electrónico del computador para

ejecutar la instrucción leída

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La Unidad Aritmética y Lógica
Hace cálculos sencillos con números
Manipula textos también mediante operaciones numéricas
Tiene un conjunto pequeño de memorias: los registros de la CPU

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La unidad aritmética y lógica:

• Hace todos los cálculos con números y textos. Por ejemplo, sumas, restas, multiplicaciones,

divisiones, comparaciones, etc.

• Tiene un conjunto pequeño de memorias denominadas registros de la CPU.
- En cada registro cabe un dato.
- Se usan para guardar los datos que se están usando en ese momento

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La memoria
Almacena dos tipos fundamentales de información:
• datos

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- numéricos
-

texto

• programas
En un computador suele haber varios tipos de memoria:
• registros de la CPU
• memoria de caché
• memoria principal
• memoria secundaria o masiva

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Notas:

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Existen dos tipos básicos de información:

• Datos, que se utilizan o generan en la ejecución del programa. Pueden ser datos numéricos o datos

con información alfanumérica (texto).

• Programa, constituido por la secuencia de instrucciones a ejecutar.

La memoria de un computador se puede clasificar en varios niveles, segun su capacidad y tiempo de
acceso:

• Registros de la CPU, internos a la misma, y de acceso muy rápido
• Memoria de caché: Situada entre la CPU y la memoria principal. Es una memoria electrónica de alta
velocidad y poca capacidad. Se intenta colocar en ella los datos e instrucciones más frecuentemente
usados por el computador.

• Memoria principal. Electrónica, directamente accesible en tiempos muy cortos, pudiendo a su vez ser

memoria de lectura y escritura (RAM) o de solo lectura (ROM).

• Memoria masiva. Normalmente, en soportes magnéticos, con gran capacidad de almacenamiento

pero con unos tiempos de acceso mucho mas altos que la anterior. Como ejemplo, los discos,
diskettes, cintas, y CD-ROM. La información de la memoria masiva se almacena en “trozos” o
unidades llamadas ficheros o archivos, que se distinguen de otros por su nombre. Los ficheros se
guardan en carpetas o directorios. A su vez, una carpeta puede contener más carpetas, con otras
carpetas o ficheros en su interior.

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La memoria: capacidad
Existen diversas unidades de medida:
• bit: una cifra binaria (0, 1)
• byte: 8 bits
• kilobyte (Kb): 1024 bytes
• megabyte (Mb): 1024*1024 bytes
• gigabyte (Gb): 1024*1024*1024 bytes
• terabyte (Tb): 1024 gigabytes

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Notas:

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La memoria es un elemento fundamental de un computador. Su capacidad y tiempo de acceso fijan, en gran
medida, la potencia del mismo. La Capacidad de la memoria: se mide en bits, bytes, kilobytes (Kb),
megabytes (Mb), y Gigabytes (Gb):

• Bit: Es la unidad más pequeña de información. Representa el estado de un circuito digital, que puede

estar encendido o apagado. Esto se usa