Teorias psicológicas y pedagógicas

Con el fin de exponer una noción de lo que es programar veamos el

siguiente ejemplo, suponga que un familiar suyo estuvo de viaje, visitó

Japón, y le trajo de presente un robot, que solamente atiende a los dos

siguientes tipos de ordenes:

avanzar X centímetros

girar X grados.

Una secuencia de ellas es posible dárselas al robot, para que recorra un

camino determinado. Si queremos indicarle al robot (la carita feliz de color

turquesa) que aparece en la figura 1.1 que se desplace hasta donde está el

objetivo debemos de algúnmodo ”decirle” lo que debe hacer, si suponemos

que cada rectángulo de la cuadricula tiene diez centímetros de lado, las ordenes

le dariamos a nuestro alegre amigo para alcanzar el objetivo podrian

ser algo como:

Código 1 Ejemplo de instrucciones para llegar al objetivo.

1 avanzar 70cm.

2 girar 90 grados a la izquierda.

3 avanzar 250cm.

4 avanzar 80 cm.

Aunque ahora es posible darle algunas instrucciones a las máquinas

mediante la voz, por ahora se las daremos a la antigua, escribiendolas,

1

2 1.1. Un ejemplo

Figura 1.1: Un robot.

para hacerlo, debe existir algún tipo de teclado que nos permita digitarlas.

La ordenes se graban para que se ejecuten una a una.

Si el robot toma las instrucciones dadas anteriormente relizará un recorrido

como el mostrado en la figura 1.2. Lo que se acaba de hacer es programar,

la programación de sistemas reales no difiere mucho de lo aquí

mostrado, bueno, posiblemente se tengan a la mano más instrucciones y

un sistema que no se llame ”smile”.

Figura 1.2: Ejecución de intrucciones.

1. Introducción a la programaciónpreliminar 18 de febrero de 2008 3

1.2. Sistemas programables, algoritmos y programas

Hoy en día, las computadoras, ya sean de propósito general o especifico

están por todas partes, teléfonos, electrodomésticos, aviones, etc; y realizan

tareas de todo tipo, desde reproducir vídeo hasta controlar trayectorias

de disparo de tanques, todas esasmáquinas de cómputo requieren, como

cualquier máquina, que se enciendan y sean controladas para realizar

una realizar una tarea específica, la diferencia entre una computadora y

un tractor (sin computadora de abordo) es que al tractor lo controla una

persona y a la computadora lo que denominamos un programa, también

llamado software.

Las computadoras son un ejemplo de sistemas básados en programa almacenado,

todos estos sistemas poseen un procesador central, cuya actividad

de una forma simple puede resumirse a:

1. Obtener una instrucción.

2. Determinar que instrucción es.

3. Ejecutar la instrucción

4. Ir al paso número 1

El conjunto de instrucciones que se desea que el sistema ejecute se almacena

en algun tipo de memoria, RAM o ROM, dependiendo del sistema,

por ejemplo muchos de los microcontroladores el programa se almacena

en ROM, mientras que en las computadoras los programas son cargados a

memoria RAM por el sistema operativo para su ejecución. En la figura 1.3

se muestra un ejemplo de estructura de un sistema basado en procesador.

Todo programa comienza con idea, algo que se quiere hacer, generalmente

ese algo resulta como solución a un problema específico, la solución

de un problema requiere el diseño de un algoritmo.

Algoritmo Palabra que proviene del nombre de un matemático y astrónomo

árabe Al-Khôwarizmi del sigo IX, que escribio un tratado sobre la

manipulación de números y ecuaciones llamado Kitab al-jabr w’almugabala.

Un algoritmo es una secuencia ordenada de pasos, no ambiguos, expresados

en lenguaje natural que conducen a la solución de un problema dado.

Los algoritmos deben cumplir con algunas características:

4 1.2. Sistemas programables, algoritmos y programas

Figura 1.3: Sistema basado en procesador.

Preciso. Indica el orden de realización de cada uno de los pasos.

Definido. Si a un algoritmo se le suministra varias veces los mismos

datos los resultados deben ser los mismos.

Finito. El algoritmo debe terminar en algún momento.

Los algoritmos son soluciones abstractas a problemas, ellos generalmente

son codificados en un lenguaje de programación y luego traducidos para

que una computadora los pueda ejecutar y solucionar entonces un problema

real. Los algoritmos son independientes del lenguaje de programación

y de la máquina que lo ejecute, una analogia de la vida real [joyanes1989],

la receta de un plato de cocina puede expresarse en ingles, frances o español

e indicará la misma preparación independientemente del cocinero.

Lenguaje de programación Son conjuntos de instruccines con que se

pueden escribir los algoritmos para que un sistema lo ejecute. Existen

múltiples tipos de lenguajes de programación:

Lenguaje de máquina. Es un lenguaje compuesto por códigos binarios

que un sistema puede ejecutar directamente, los programas ejecutables

son precisamente secuencias de instrucciones en lenguaje de

máquina, un ejemplo de intrucciones en lenguaje de máquina es:

0011 0000 0001

0101 0001 0011

Las anteriores intrucciones le indican a un procesador que sume dos

datos y que luego multipliquen ese resultado por otro. Las instrucciones

en lenguaje de máquina estan compuestas de un código que

1. Introducción a la programaciónpreliminar 18 de febrero de 2008 5

identifica la instrucción (opcode) y uno o varios operandos (o referencias

a los mismos). Depende del tipo de procesador sobre la cual

se esté programando, Intel, Motorola, Atmel, etc, cada uno de ellos

tiene códigos de operación diferentes.

Lenguajes ensambladores. Escribir programas funcionales en lenguaje

de máquina es una tarea que pocas personas desean hacer, pues es

muy propenso a errores y tedioso, por ello a alguien se le ocurrío

asociar símbolos o mnemonicos a las instrucciones que una máquina

podia realizar, por ejemplo en algun lenguaje ensamblador las instrucciones

en lenguaje de máquina antes mencionadas quedarían:

add [0] [1]

mul [1] [3]

Para convertir los programas en lenguaje ensamblador a código de

máquina se usa un programa llamado ensamblador.

Lenguajes de alto nivel. Son lenguajes que tienen conjuntos de instruccines

similares a las palabras del idioma ingles (o algún otro) que

son más fáciles de entender por los seres humanos. En C, las instrucciones

para hacer lo que hicimos en lenguaje de máquina y ensamblador

serían:

res=(a+b)*c;

Existen muchos lenguajes que se pueden llamar de alto nivel, Basic,

Pascal, Fortran. Lenguaje C, comparado con el lenguaje ensamblador

es de alto nivel, pero tiene la característica de permitir acceder a muchos

de los recursos de hardware disponibles en un sistema, por lo

que mucho lo clasifican como lenguaje de nivel medio. Para convertir

los programas escritos en un lenguaje de alto nivel en codigo de

máquina se tienen las siguientes opciones:

• Intérpretes. En los lenguajes interpretados, cuando se ejecuta un

programa cada instrucción se traduce a lenguaje de máquina y

a continuación se ejecuta, ejemplos de lenguajes interpretados

son matlab, python, smalltalk.

6 1.2. Sistemas programables, algoritmos y programas

• Compiladores. Traducen completamente los programa fuente a

lenguaje de máquina, ejemplos de lenguajes compilados son,

C/C++, Pascal, Fortran, COBOL.

• Híbridos. En los últimos años aparece una especie de lenguajes

que combinan las dos opciones anteriores, existe un compilador

que traduce el código fuente en un código intermedio que es ejecutado

por un programa especial denominadomáquina virtual.

Ejemplos de esto son Java y los lenguajes de la plataforma .Net

de Microsoft.

1.2.1. El proceso de traducción

Como se había mencionado antes, cuando se tiene un algoritmo listo,

es posible programarlo en algún lenguaje de programación con el fin de

ejecutarlo en una computadora, para ello, es necesario traducirlo a código

de máquina, el proceso de generación de un programa puede dividirse en

los siguientes pasos:

1. Se escribe el algoritmo en algún lenguaje de programación en un editor

de texto y se guarda en un archivo.

2. Se utiliza un compilador para generar el ejecutable, en este paso si

existen errores de sintaxis el compilador genera unmensaje de aviso.

En la figura 1.4 se muestra esquematicamente el proceso de traducción de

un programa escrito en un lenguaje de alto nive a código entendible por

una máquina.

1.2.2. Un poco de historia de los lenguajes de programación

Según lo que se dice, fue Charles Babage a mediados del sigo XIX el

que creo el primer lenguaje de programación, dicho lenguaje era para una

máquina diseñada por él, llamada la máquina analítica, como compañera

de Babage estaba Ada Byron considerada como la primera persona que escribio

un

...