PDF de programación - Parte I: Programación en Ada - 1. Introducción a los computadores y su programación

Parte I: Programación en Ada

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

1. Introducción a los computadores y su programación
2. Elementos básicos del lenguaje
3. Modularidad y programación orientada a objetos
4. Estructuras de datos dinámicas
5. Tratamiento de errores
6. Abstracción de tipos mediante unidades genéricas
7. Entrada/salida con ficheros
8. Herencia y polimorfismo
9. Programación concurrente y de tiempo real

GRUPO DE COMPUTADORES Y TIEMPO REAL
FACULTAD DE CIENCIAS

© Javier Gutiérrez, Michael González

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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.

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1.1 Arquitectura básica de un
computador

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

instrucciones o programa

• 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

Unidad de

Salida

Caché

Instrucciones
Datos

Datos

Programa

Memoria

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Notas:

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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. Esta 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. Esta 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 Memoria

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Almacena dos tipos fundamentales de información:
• datos

- 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, constituida 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 dispositivos ópticos.

La unidad de memoria es un elemento fundamental de un computador. Su capacidad y tiempo de
acceso fijan, en gran medida, la potencia del mismo.

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Clasificación de los compu-
tadores por su capacidad

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Categoría

Supercomputador

“Mainframe”

Servidor

Workstation

PC

Microcontrolador

Aplicación

Cálculo numérico
Grandes bases de

datos

Comunicaciones y

bases de datos

Coste

> 1 M euros
0.1-1M euros

5-100 K euro

Diseño, ingeniería

5-30 K euros
Oficinas, uso doméstico 500-5000 eur
Sistemas empotrados

> 1 euro

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Notas:

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El tipo de computador a emplear depende en gran medida de la aplicación a la que se destina.
Existen varias categorías:

• Supercomputador. Aplicaciones científicas de cálculo numérico muy complejas. (IBM Deep

Blue, IBM Blue Gene, Fujitsu VPP5000).

• “Mainframe”. Computador de propósito general grande, principalmente para aplicaciones de

grandes bases de datos. (Sun Fire 15K, IBM Z900).

• Servidor. Computador de propósito general a mitad de camino entre un mainframe y una

estación de trabajo. Da servicio a una red de computadores más pequeños. (IBM RS6000,
Sun Fire V100).

• Estación de Trabajo (“Workstation”). Computador de propósito general, de bajo costo,

generalmente con capacidad multiproceso. (IBM Intellistation E, Sun Blade 2000)

• Computador Personal. Computador con un microprocesador como CPU, normalmente

configurado para un aplicación específica. (IBM-PC, Apple Machintosh).

• Microcontrolador. Computador de propósito especial basado en un conjunto integrado de

microprocesador, memoria y dispositivos de entrada/salida, y que forma parte de un sistema
mayor, tal como una máquina, instrumento, electrodoméstico, etc.

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1.2 El Software del Sistema

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Las instrucciones de un programa son códigos numéricos
almacenados en la memoria del computador
• la programación mediante códigos numéricos se conoce

como lenguaje máquina

• es muy compleja

Además, la programación de las unidades de entrada y salida
es tediosa y común a muchas aplicaciones

Por ello, junto al computador se ofrece el software del sistema
• con lenguajes de programación
• con un sistema operativo
• un entorno de desarrollo, y programas de aplicación

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Notas:

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Desde el punto de vista de constitución física, el ordenador es una máquina compuesta de un
entramado de circuitos electrónicos y dispositivos mecánicos de precisión. Sin embargo, el salto de
máquina a ordenador es posible gracias a lo que constituye el software del sistema.

En el momento actual, un computador es un sistema electrónico muy complejo, capaz de realizar a
muy alta velocidad una secuencia de operaciones, de acuerdo con un programa previamente
almacenado en sus elementos de memoria electrónica.

Para programar y manejar un computador que aún no ha sido programado (todavía no sería un
computador propiamente dicho) sería necesario conocer las operaciones básicas que puede
realizar, así como la forma que debe ser codificada en la memoria electrónica del mismo. Esto es lo
que se denomina la programación del computador en lenguaje máquina.

Para hacer accesible el manejo de un computador a cualquier persona, el fabricante acompaña el
equipo físico con un conjunto de programas de ayuda, desarrollados por él o por personas
especializadas, que tienen como función presentar al usuario el computador de acuerdo con un
modelo abstracto (informático) sencillo e independiente de su estructura electrónica interna:

• ensambladores, compiladores e intérpretes
• sistema operativo
• entorno de desarrollo
• programas de aplicación

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Ejemplo de lenguaje máquina

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Ejemplo de