Programación Orientada a Objetos
o Objetivos de aprendizaje
La programación orientada a objetos o POO (OOP según sus siglas en inglés) es un paradigma de programación que usa objetos y sus interacciones para diseñar aplicaciones y programas de ordenador. Está basado en varias técnicas, incluyendo herencia, modularidad, polimorfismo y encapsulamiento. Su uso se popularizó a principios de la década de 1990. Actualmente son muchos los lenguajes de programación que soportan la orientación a objetos.
Los objetos son entidades que combinan estado, comportamiento e identidad:
El estado está compuesto de datos, será uno o varios atributos a los que se habrán asignado unos valores concretos (datos).
El comportamiento está definido por los procedimientos o métodos con que puede operar dicho objeto, es decir, qué operaciones se pueden realizar con él.
La identidad es una propiedad de un objeto que lo diferencia del resto, dicho con otras palabras, es su identificador (concepto análogo al de identificador de una variable o una constante).
La programación orientada a objetos expresa un programa como un conjunto de estos objetos, que colaboran entre ellos para realizar tareas. Esto permite hacer los programas y módulos más fáciles de escribir, mantener, y reutilizar.
De aquella forma, un objeto contiene toda la información que permite definirlo e identificarlo frente a otros objetos pertenecientes a otras clases e incluso frente a objetos de una misma clase, al poder tener valores bien diferenciados en sus atributos. A su vez, los objetos disponen de mecanismos de interacción llamados métodos que favorecen la comunicación entre ellos. Esta comunicación favorece a su vez el cambio de estado en los propios objetos. Esta característica lleva a tratarlos como unidades indivisibles, en las que no se separan ni deben separarse el estado y el comportamiento.
Los métodos (comportamiento) y atributos (estado) están estrechamente relacionados por la propiedad de conjunto. Esta propiedad destaca que una clase requiere de métodos para poder tratar los atributos con los que cuenta. El programador debe pensar indistintamente en ambos conceptos, sin separar ni darle mayor importancia a alguno de ellos. Hacerlo podría producir el hábito erróneo de crear clases contenedoras de información por un lado y clases con métodos que manejen a las primeras por el otro. De esta manera se estaría realizando una programación estructurada camuflada en un lenguaje de programación orientado a objetos.
Esto difiere de la programación estructurada tradicional, en la que los datos y los procedimientos están separados y sin relación, ya que lo único que se busca es el procesamiento de unos datos de entrada para obtener otros de salida. La programación
72
estructurada anima al programador a pensar sobre todo en términos de procedimientos o funciones, y en segundo lugar en las estructuras de datos que esos procedimientos manejan. En la programación estructurada sólo se escriben funciones que procesan datos. Los programadores que emplean éste nuevo paradigma, en cambio, primero definen objetos para luego enviarles mensajes solicitándoles que realicen sus métodos por sí mismos.
15.1. Origen
Los conceptos de la programación orientada a objetos tienen origen en Simula 67, un lenguaje diseñado para hacer simulaciones, creado por Ole-Johan Dahl y Kristen Nygaard del Centro de Cómputo Noruego en Oslo. Al parecer, en este centro, trabajaban en simulaciones de naves, y fueron confundidos por la explosión combinatoria de cómo las diversas cualidades de diversas naves podían afectar unas a las otras. La idea ocurrió para agrupar los diversos tipos de naves en diversas clases de objetos, siendo responsable cada clase de objetos de definir sus propios datos y comportamiento. Fueron refinados más tarde en Smalltalk, que fue desarrollado en Simula en Xerox PARC (y cuya primera versión fue escrita sobre Basic) pero diseñado para ser un sistema completamente dinámico en el cual los objetos se podrían crear y modificar "en marcha" en lugar de tener un sistema basado en programas estáticos.
La programación orientada a objetos tomó posición como el estilo de programación dominante a mediados de los años ochenta, en gran parte debido a la influencia de C++, una extensión del lenguaje de programación C. Su dominación fue consolidada gracias al auge de las Interfaces gráficas de usuario, para las cuales la programación orientada a objetos está particularmente bien adaptada. En este caso, se habla también de programación dirigida por eventos.
Las características de orientación a objetos fueron agregadas a muchos lenguajes existentes durante ese tiempo, incluyendo Ada, BASIC, Lisp, Pascal, entre otros. La adición de estas características a los lenguajes que no fueron diseñados inicialmente para ellas condujo a menudo a problemas de compatibilidad y en la capacidad de mantenimiento del código. Los lenguajes orientados a objetos "puros", por otra parte, carecían de las características de las cuales muchos programadores habían venido a depender. Para saltar este obstáculo, se hicieron muchas tentativas para crear nuevos lenguajes basados en métodos orientados a objetos, pero permitiendo algunas características imperativas de maneras "seguras". El Eiffel de Bertrand Meyer fue un temprano y moderadamente acertado lenguaje con esos objetivos pero ahora ha sido esencialmente reemplazado por Java, en gran parte debido a la aparición de Internet, y a la implementación de la máquina virtual de Java en la mayoría de navegadores. PHP en su versión 5 se ha ido modificando y soporta una orientación completa a objetos, cumpliendo todas las características propias de la orientación a objetos.
15.2. Conceptos fundamentales
La programación orientada a objetos es una forma de programar que trata de encontrar una solución a estos problemas. Introduce nuevos conceptos, que superan y amplían conceptos antiguos ya conocidos. Entre ellos destacan los siguientes:
73
Clase: definiciones de las propiedades y comportamiento de un tipo de objeto concreto. La instanciación es la lectura de estas definiciones y la creación de un objeto a partir de ellas.
Herencia: (por ejemplo, herencia de la clase D a la clase C) Es la facilidad mediante la cual la clase D hereda en ella cada uno de los atributos y operaciones de C, como si esos atributos y operaciones hubiesen sido definidos por la misma D. Por lo tanto, puede usar los mismos métodos y variables publicas declaradas en C. Los componentes registrados como "privados" (private) también se heredan, pero como no pertenecen a la clase, se mantienen escondidos al programador y sólo pueden ser accedidos a través de otros métodos públicos. Esto es así para mantener hegemónico el ideal de OOP.
Objeto: entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos) y de comportamiento o funcionalidad (métodos) los mismos que consecuentemente reaccionan a eventos. Se corresponde con los objetos reales del mundo que nos rodea, o a objetos internos del sistema (del programa). Es una instancia a una clase.
Método: Algoritmo asociado a un objeto (o a una clase de objetos), cuya ejecución se desencadena tras la recepción de un "mensaje". Desde el punto de vista del comportamiento, es lo que el objeto puede hacer. Un método puede producir un cambio en las propiedades del objeto, o la generación de un "evento" con un nuevo mensaje para otro objeto del sistema.
Evento: Es un suceso en el sistema (tal como una interacción del usuario con la máquina, o un mensaje enviado por un objeto). El sistema maneja el evento enviando el mensaje adecuado al objeto pertinente. También se puede definir como evento, a la reacción que puede desencadenar un objeto, es decir la acción que genera.
Mensaje: una comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute uno de sus métodos con ciertos parámetros asociados al evento que lo generó.
Propiedad o atributo: contenedor de un tipo de datos asociados a un objeto (o a una clase de objetos), que hace los datos visibles desde fuera del objeto y esto se define como sus características predeterminadas, y cuyo valor puede ser alterado por la ejecución de algún método.
Estado interno: es una variable que se declara privada, que puede ser únicamente accedida y alterada por un método del objeto, y que se utiliza para indicar distintas situaciones posibles para el objeto (o clase de objetos). No es visible al programador que maneja una instancia de la clase.
Componentes de un objeto:atributos, identidad, relaciones y métodos.
Identificación de un objeto: un objeto se representa por medio de una tabla o entidad que esté compuesta por sus atributos y funciones correspondientes.
En comparación con un lenguaje imperativo, una "variable", no es más que un contenedor interno del atributo del objeto o de un estado interno, así como la "función" es un procedimiento interno del método del objeto.
74
15.3. Características de la POO
Hay un cierto acuerdo sobre exactamente qué características de un método de programación o lenguaje le definen como "orientado a objetos", pero hay un consenso general en que las características siguientes son las más importantes:
Abstracción: Denota las características esenciales de un objeto, donde se capturan sus comportamientos.Cada objeto en el sistema sirve como modelo de un "agente" abstracto que puede realizar trabajo, informar y cambiar su estado, y "comunicarse" con otros objetos en el sistema sin revelar cómo se implementan estas características. Los procesos, las funciones o los métodos pueden también ser abstraídos y cuando lo están, una variedad de técnicas son requeridas para ampliar una abstracción.
Encapsulamiento: Significa reunir a todos los elementos que pueden considerarse pertenecientes a una misma entidad, al mismo nivel de abstracción. Esto permite aumentar la cohesión de los componentes del sistema. Algunos autores confunden este concepto con el principio de ocultación, principalmente porque se suelen emplear conjuntamente.
Principio de ocultación: Cada objeto está aislado del exterior, es un módulo natural, y cada tipo de objeto expone una interfaz a otros objetos que especifica cómo pueden interactuar con los objetos de la clase. El aislamiento protege a las propiedades de un objeto contra su modificación por quien no tenga derecho a acceder a ellas, solamente los propios métodos internos del objeto pueden acceder a su estado. Esto asegura que otros objetos no pueden cambiar el estado interno de un objeto de maneras inesperadas, eliminando efectos secundarios e interacciones inesperadas. Algunos lenguajes relajan esto, permitiendo un acceso directo a los datos internos del objeto de una manera controlada y limitando el grado de abstracción. La aplicación entera se reduce a un agregado o rompecabezas de objetos.
Polimorfismo: comportamientos diferentes, asociados a objetos distintos, pueden compartir el mismo nombre, al llamarlos por ese nombre se utilizará el comportamiento correspondiente al objeto que se esté usando. O dicho de otro modo, las referencias y las colecciones de objetos pueden contener objetos de diferentes tipos, y la invocación de un comportamiento en una referencia producirá el comportamiento correcto para el tipo real del objeto referenciado. Cuando esto ocurre en "tiempo de ejecución", esta última característica se llama asignación tardía o asignación dinámica. Algunos lenguajes proporcionan medios más estáticos (en "tiempo de compilación") de polimorfismo, tales como las plantillas y la sobrecarga de operadores de C++.
Herencia: las clases no están aisladas, sino que se relacionan entre sí, formando una jerarquía de clasificación. Los objetos heredan las propiedades y el comportamiento de todas las clases a las que pertenecen. La herencia organiza y facilita el polimorfismo y el encapsulamiento permitiendo a los objetos ser definidos y creados como tipos especializados de objetos preexistentes. Estos pueden compartir (y extender) su comportamiento sin tener que volver a implementarlo. Esto suele hacerse habitualmente agrupando los objetos en clases y estas en árboles o
75
enrejados que reflejan un comportamiento común. Cuando un objeto hereda de más de una clase se dice que hay herencia múltiple.
Recolección de basura: la Recolección de basura o Garbage Collector es la técnica por la cual el ambiente de Objetos se encarga de destruir automáticamente, y por tanto desasignar de la memoria, los Objetos que hayan quedado sin ninguna referencia a ellos. Esto significa que el programador no debe preocuparse por la asignación o liberación de memoria, ya que el entorno la asignará al crear un nuevo Objeto y la liberará cuando nadie lo esté usando. En la mayoría de los lenguajes híbridos que se extendieron para soportar el Paradigma de Programación Orientada a Objetos como C++ u Object Pascal, esta característica no existe y la memoria debe desasignarse manualmente.
15.4. Lenguajes orientados a objetos
Entre los lenguajes orientados a objetos se destacan los siguientes:
ABAP
ABL Lenguaje de programación de OpenEdge de Progress Software
ActionScript
ActionScript 3
Ada
C++
C#
Clarion
Clipper (lenguaje de programación) (Versión 5.x con librería de objetos Class(y))
D
Object Pascal (Delphi)
Flex builder (adobe)
Gambas
Harbour
Eiffel
Java
JavaScript (la herencia se realiza por medio de la programación basada en prototipos)
Lexico (en castellano)
Objective-C
Ocaml
Oz
R
Perl (soporta herencia múltiple. La resolución se realiza en preorden, pero puede modificarse al algoritmo C3 por medio del módulo Class::C3 en CPAN)
PHP (en su versión 5)
PowerBuilder (Todas la Versiones)
Python
Ruby
Smalltalk (Proyecto investigativo. Influenció a Java.)
76
Magik (SmallWorld)
Vala
VB.NET
Visual FoxPro (en su versión 6)
Visual Basic 6.0
Visual Objects
XBase++
Lenguaje DRP
Muchos de estos lenguajes de programación no son puramente orientados a objetos, sino que son híbridos que combinan la POO con otros paradigmas.
Al igual que C++ otros lenguajes, como OOCOBOL, OOLISP, OOPROLOG y Object REXX, han sido creados añadiendo extensiones orientadas a objetos a un lenguaje de programación clásico.
Un nuevo paso en la abstracción de paradigmas de programación es la Programación Orientada a Aspectos (POA). Aunque es todavía una metodología en estado de maduración, cada vez atrae a más investigadores e incluso proyectos comerciales en todo el mundo.
martes, 2 de agosto de 2011
Programacion estructurada
Programación Estructurada
Programación estructurada Método disciplinado de escribir programas que sean claros, que se demuestren que son correctos y fáciles de modificar Un programa se compone de: a. Estructuras de datos.- Los hechos reales, representación en forma de datos, manera en que se organizan los datos. b. Operaciones primitivas elementales.- Son acciones que se ejecutan sobre los datos para transformarlos en información. c. Estructuras de control.- Son los métodos que existen para dirigir el flujo de acciones que la computadora deberá ejecutar sobre los datos manejados por el programa.
14.1. Estructura de control secuencial La computadora ejecutará automáticamente enunciados uno después del otro, en el orden en el cual se han escrito de inicio a fin. Ejemplo Sumar dos números: Pseudocódigo Inicio Entero a,b,c declara las variables a utilizar Leer a,b solicita el valor de a y b c= a+b suma a y b y lo almacena en c Imprimir c muestra el resultado almacenado en la variable c
68
fin Diagrama de flujo
14.2. ESTRUCTURA DE CONTROL SELECTIVA Existen tres tipos de estructuras de control selectivas, estas se basan en una condición o en una opción para decidir la parte del programa por el que pasará. a. Simple b. Doble o compuesta c. Múltiple Selectiva simple.- evalúa una condición, si esta es verdadera ejecuta la acción o acciones especificadas, si es falsa no realiza ninguna acción. Nota: Si existe sola una instrucción o sentencia dentro de la condición no es necesario marcarlos con inicio y fin, en caso contrario si, como se muestra en el diagrama anterior. Selectiva doble o compuesta.- evalúa una condición, si esta es verdadera ejecuta la acción o acciones especificadas, si es falsa ejecuta otra acción o acciones.
69
Nota: Si existe sola una instrucción o sentencia dentro de la condición no es necesario marcarlos con inicio y fin como en este caso que la condición fue falsa, en caso contrario si, en este ejemplo cuando la condición fue verdadera. Ejemplo: Imprimir si un número es positivo o negativo Nota: las variables no se especifican en el diagrama de flujo, pero si en el pseudocódigo
Tipos de Programacion
Tipos de programación
o Objetivos de aprendizaje
Los tipos o técnicas de programación son bastante variados, aunque puede que muchos de los lectores sólo conozcan una metodología para realizar programas. En la mayoría de los casos, las técnicas se centran en programación modular y programación estructurada, pero existen otros tipos de programación. Los explicaremos a lo largo del artículo.
13.1. Programación estructurada (PE)
La programación estructurada esta compuesta por un conjunto de técnicas que han ido evolucionando aumentando considerablemente la productividad del programa reduciendo el tiempo de depuración y mantenimiento del mismo. Esta programación estructurada utiliza un número limitado de estructuras de control, reduciendo así considerablemente los errores. Esta técnica incorpora:
Diseño descendente (top-dow): el problema se descompone en etapas o estructuras jerárquicas.
Recursos abstractos (simplicidad): consiste en descompones las acciones complejas en otras más simples capaces de ser resueltas con mayor facilidad.
Estructuras básicas: existen tres tipos de estructuras básicas:
Estructuras secuénciales: cada acción sigue a otra acción secuencialmente. La salida de una acción es la entrada de otra.
Estructuras selectivas: en estas estructuras se evalúan las condiciones y en función del resultado de las mismas se realizan unas acciones u otras. Se utilizan expresiones lógicas.
Estructuras repetitivas: son secuencias de instrucciones que se repiten un número determinado de veces.
Las principales ventajas de la programación estructurada son:
Los programas son mas fáciles de entender
Se reduce la complejidad de las pruebas
Aumenta la productividad del programador
Los programas queden mejor documentados internamente.
65
Un programa esta estructurado si posee un único punto de entrada y sólo uno de salida, existen de "1 a n" caminos desde el principio hasta el fin del programa y por último, que todas las instrucciones son ejecutables sin que aparezcan bucles infinitos.
13.2. Programación modular
En la programación modular consta de varias secciones dividas de forma que interactúan a través de llamadas a procedimientos, que integran el programa en su totalidad. En la programación modular, el programa principal coordina las llamadas a los módulos secundarios y pasa los datos necesarios en forma de parámetros. A su vez cada modulo puede contener sus propios datos y llamar a otros módulos o funciones.
13.3. Programación orientada a objetos (POO)
Se trata de una técnica que aumenta considerablemente la velocidad de desarrollo de los programas gracias a la reutilización de los objetos. El elemento principal de la programación orientada a objetos es el objeto. El objeto es un conjunto complejo de datos y programas que poseen estructura y forman parte de una organización. Un objeto contiene varios datos bien estructurados y pueden ser visibles o no dependiendo del programador y las acciones del programa en ese momento. El polimorfismo y la herencia son unas de sus principales características y por ello dedicaremos más adelante un artículo exclusivamente a tratar estos dos términos. En DesarrolloWeb.com hemos publicado anteriormente una explicación de lo que es la programación orientada a objetos.
13.4. Programación concurrente
Este tipo de programación se utiliza cuando tenemos que realizar varias acciones a la vez. Se suele utilizar para controlar los accesos de usuarios y programas a un recurso de forma simultanea. Se trata de una programación más lenta y laboriosa, obteniendo unos resultados lentos en las acciones.
66
13.5. Programación funcional
Se caracteriza principalmente por permitir declarar y llamar a funciones dentro de otras funciones.
13.6. Programación lógica
Se suele utilizar en la inteligencia artificial y pequeños programas infantiles. Se trata de una programación basada en el cálculo de predicados (una teoría matemática que permite lograr que un ordenador basándose en hecho y reglas lógicas, pueda dar soluciones inteligentes).
o Objetivos de aprendizaje
Los tipos o técnicas de programación son bastante variados, aunque puede que muchos de los lectores sólo conozcan una metodología para realizar programas. En la mayoría de los casos, las técnicas se centran en programación modular y programación estructurada, pero existen otros tipos de programación. Los explicaremos a lo largo del artículo.
13.1. Programación estructurada (PE)
La programación estructurada esta compuesta por un conjunto de técnicas que han ido evolucionando aumentando considerablemente la productividad del programa reduciendo el tiempo de depuración y mantenimiento del mismo. Esta programación estructurada utiliza un número limitado de estructuras de control, reduciendo así considerablemente los errores. Esta técnica incorpora:
Diseño descendente (top-dow): el problema se descompone en etapas o estructuras jerárquicas.
Recursos abstractos (simplicidad): consiste en descompones las acciones complejas en otras más simples capaces de ser resueltas con mayor facilidad.
Estructuras básicas: existen tres tipos de estructuras básicas:
Estructuras secuénciales: cada acción sigue a otra acción secuencialmente. La salida de una acción es la entrada de otra.
Estructuras selectivas: en estas estructuras se evalúan las condiciones y en función del resultado de las mismas se realizan unas acciones u otras. Se utilizan expresiones lógicas.
Estructuras repetitivas: son secuencias de instrucciones que se repiten un número determinado de veces.
Las principales ventajas de la programación estructurada son:
Los programas son mas fáciles de entender
Se reduce la complejidad de las pruebas
Aumenta la productividad del programador
Los programas queden mejor documentados internamente.
65
Un programa esta estructurado si posee un único punto de entrada y sólo uno de salida, existen de "1 a n" caminos desde el principio hasta el fin del programa y por último, que todas las instrucciones son ejecutables sin que aparezcan bucles infinitos.
13.2. Programación modular
En la programación modular consta de varias secciones dividas de forma que interactúan a través de llamadas a procedimientos, que integran el programa en su totalidad. En la programación modular, el programa principal coordina las llamadas a los módulos secundarios y pasa los datos necesarios en forma de parámetros. A su vez cada modulo puede contener sus propios datos y llamar a otros módulos o funciones.
13.3. Programación orientada a objetos (POO)
Se trata de una técnica que aumenta considerablemente la velocidad de desarrollo de los programas gracias a la reutilización de los objetos. El elemento principal de la programación orientada a objetos es el objeto. El objeto es un conjunto complejo de datos y programas que poseen estructura y forman parte de una organización. Un objeto contiene varios datos bien estructurados y pueden ser visibles o no dependiendo del programador y las acciones del programa en ese momento. El polimorfismo y la herencia son unas de sus principales características y por ello dedicaremos más adelante un artículo exclusivamente a tratar estos dos términos. En DesarrolloWeb.com hemos publicado anteriormente una explicación de lo que es la programación orientada a objetos.
13.4. Programación concurrente
Este tipo de programación se utiliza cuando tenemos que realizar varias acciones a la vez. Se suele utilizar para controlar los accesos de usuarios y programas a un recurso de forma simultanea. Se trata de una programación más lenta y laboriosa, obteniendo unos resultados lentos en las acciones.
66
13.5. Programación funcional
Se caracteriza principalmente por permitir declarar y llamar a funciones dentro de otras funciones.
13.6. Programación lógica
Se suele utilizar en la inteligencia artificial y pequeños programas infantiles. Se trata de una programación basada en el cálculo de predicados (una teoría matemática que permite lograr que un ordenador basándose en hecho y reglas lógicas, pueda dar soluciones inteligentes).
Compilador o Interprete
Compilador o Intérprete
o Objetivos de aprendizaje
12.1. Partes de un compilador
La construcción de un compilador involucra la división del proceso en una serie de fases que variará con su complejidad. Generalmente estas fases se agrupan en dos tareas: el análisis del programa fuente y la síntesis del programa objeto.
Análisis: Se trata de la comprobación de la corrección del programa fuente, e incluye las fases correspondientes al Análisis Léxico (que consiste en la descomposición del programa fuente en componentes léxicos), Análisis Sintáctico (agrupación de los componentes léxicos en frases gramaticales ) y Análisis Semántico (comprobación de la validez semántica de las sentencias aceptadas en la fase de Análisis Sintáctico).
Síntesis: Su objetivo es la generación de la salida expresada en el lenguaje objeto y suele estar formado por una o varias combinaciones de fases de Generación de Código (normalmente se trata de código intermedio o de código objeto) y de Optimización de Código (en las que se busca obtener un código lo más eficiente posible).
Alternativamente, las fases descritas para las tareas de análisis y síntesis se pueden agrupar en Front-end y Back-end:
Front-end: es la parte que analiza el código fuente, comprueba su validez, genera el árbol de derivación y rellena los valores de la tabla de símbolos. Esta parte suele ser independiente de la plataforma o sistema para el cual se vaya a compilar, y está compuesta por las fases comprendidas entre el Análisis Léxico y la Generación de Código Intermedio.
Back-end: es la parte que genera el código máquina, específico de una plataforma, a partir de los resultados de la fase de análisis, realizada por el Front End.
Esta división permite que el mismo Back End se utilice para generar el código máquina de varios lenguajes de programación distintos y que el mismo Front End que sirve para analizar el código fuente de un lenguaje de programación concreto sirva para generar código máquina en varias plataformas distintas. Suele incluir la generación y optimización del código dependiente de la máquina.
El código que genera el Back End normalmente no se puede ejecutar directamente, sino que necesita ser enlazado por un programa enlazador (linker)
54
12.2. Historia
En 1946 se desarrolló la primera computadora digital. En un principio, estas máquinas ejecutaban instrucciones consistentes en códigos numéricos que señalaban a los circuitos de la máquina los estados correspondientes a cada operación, lo que se denominó lenguaje máquina.
Pronto los primeros usuarios de estos ordenadores descubrieron la ventaja de escribir sus programas mediante claves más fáciles de recordar que esos códigos; al final, todas esas claves juntas se traducían manualmente a lenguaje máquina. Estas claves constituyen los llamados lenguajes ensambladores.
Pese a todo, el lenguaje ensamblador seguía siendo el de una máquina, pero más fácil de manejar. Los trabajos de investigación se orientaron hacia la creación de un lenguaje que expresara las distintas acciones a realizar de una manera lo más sencilla posible para una persona. El primer compilador fue escrito por Grace Hopper, en 1952 para el lenguaje de programación A-0, En 1950 John Backus dirigió una investigación en IBM sobre un lenguaje algebraico. En 1954 se empezó a desarrollar un lenguaje que permitía escribir fórmulas matemáticas de manera traducible por un ordenador; le llamaron FORTRAN (FORmulae TRANslator). Fue el primer lenguaje de alto nivel y se introdujo en 1957 para el uso de la computadora IBM modelo 704.
Surgió así por primera vez el concepto de un traductor como un programa que traducía un lenguaje a otro lenguaje. En el caso particular de que el lenguaje a traducir es un lenguaje de alto nivel y el lenguaje traducido de bajo nivel, se emplea el término compilador.
La tarea de realizar un compilador no fue fácil. El primer compilador de FORTRAN tardó 18 años-persona en realizarse y era muy sencillo. Este desarrollo de FORTRAN estaba muy influenciado por la máquina objeto en la que iba a ser implementado. Como un ejemplo de ello tenemos el hecho de que los espacios en blanco fuesen ignorados, debido a que el periférico que se utilizaba como entrada de programas (una lectora de tarjetas perforadas) no contaba correctamente los espacios en blanco.
El primer compilador autocontenido, es decir, capaz de compilar su propio código fuente fue el creado para Lisp por Hart y Levin en el MIT en 1962. Desde 1970 se ha convertido en una práctica común escribir el compilador en el mismo lenguaje que este compila, aunque Pascal y C han sido alternativas muy usadas.
Crear un compilador autocontenido genera un problema llamado bootstrapping, es decir el primer compilador creado para un lenguaje tiene que o bien ser compilado por un compilador escrito en otro lenguaje o bien compilado al ejecutar el compilador en un intérprete.
55
12.3. Tipos de compiladores
Esta taxonomía de los tipos de compiladores no es excluyente, por lo que puede haber compiladores que se adscriban a varias categorías:
Compiladores cruzados: generan código para un sistema distinto del que están funcionando.
Compiladores optimizadores: realizan cambios en el código para mejorar su eficiencia, pero manteniendo la funcionalidad del programa original.
Compiladores de una sola pasada: generan el código máquina a partir de una única lectura del código fuente.
Compiladores de varias pasadas: necesitan leer el código fuente varias veces antes de poder producir el código máquina.
Compiladores JIT (Just In Time): forman parte de un intérprete y compilan partes del código según se necesitan.
Pauta de creación de un compilador: En las primeras épocas de la informática, el software de los compiladores era considerado como uno de los más complejos existentes.
Los primeros compiladores se realizaron programándolos directamente en lenguaje máquina o en ensamblador. Una vez que se dispone de un compilador, se pueden escribir nuevas versiones del compilador (u otros compiladores distintos) en el lenguaje que compila ese compilador.
Actualmente existen herramientas que facilitan la tarea de escribir compiladores ó intérpretes informáticos. Estas herramientas permiten generar el esqueleto del analizador sintáctico a partir de una definición formal del lenguaje de partida, especificada normalmente mediante una gramática formal y barata, dejando únicamente al programador del compilador la tarea de programar las acciones semánticas asociadas.
12.4. Proceso de compilación
Es el proceso por el cual se traducen las instrucciones escritas en un determinado lenguaje de programación a lenguaje maquina. Además de un traductor, se pueden necesitar otros programas para crear un programa objeto ejecutable. Un programa fuente se puede dividir en módulos almacenados en archivos distintos. La tarea de reunir el programa fuente a menudo se confía a un programa distinto, llamado preprocesador. El preprocesador también puede expandir abreviaturas, llamadas a macros, a proposiciones del lenguaje fuente.
Normalmente la creación de un programa ejecutable (un típico.exe para Microsoft Windows o DOS) conlleva dos pasos. El primer paso se llama compilación (propiamente dicho) y traduce el código fuente escrito en un lenguaje de programación almacenado en un archivo a código en bajo nivel (normalmente en código objeto, no directamente a lenguaje máquina). El segundo paso se llama enlazado en el cual se enlaza el código de bajo nivel generado de todos los ficheros y subprogramas que se han mandado compilar y se añade el código de las funciones que hay en las bibliotecas del compilador para que el ejecutable
56
pueda comunicarse directamente con el sistema operativo, traduciendo así finalmente el código objeto a código máquina, y generando un módulo ejecutable.
Estos dos pasos se pueden hacer por separado, almacenando el resultado de la fase de compilación en archivos objetos (un típico.obj para Microsoft Windows, DOS o para Unix); para enlazarlos en fases posteriores, o crear directamente el ejecutable; con lo que la fase de compilación se almacena sólo temporalmente. Un programa podría tener partes escritas en varios lenguajes (por ejemplo C, C++ y Asm), que se podrían compilar de forma independiente y luego enlazar juntas para formar un único módulo ejecutable.
12.5. Etapas del proceso
El proceso de traducción se compone internamente de varias etapas o fases, que realizan distintas operaciones lógicas. Es útil pensar en estas fases como en piezas separadas dentro del traductor, y pueden en realidad escribirse como operaciones codificadas separadamente aunque en la práctica a menudo se integren juntas.
12.6. Fase de análisis
12.6.1. Análisis léxico
El análisis léxico constituye la primera fase, aquí se lee el programa fuente de izquierda a derecha y se agrupa en componentes léxicos (tokens), que son secuencias de caracteres que tienen un significado. Además, todos los espacios en blanco, líneas en blanco, comentarios y demás información innecesaria se elimina del programa fuente. También se comprueba que los símbolos del lenguaje (palabras clave, operadores,...) se han escrito correctamente.
Como la tarea que realiza el analizador léxico es un caso especial de coincidencia de patrones, se necesitan los métodos de especificación y reconocimiento de patrones, y éstos métodos son principalmente las expresiones regulares y los autómatas finitos. Sin embargo, un analizador léxico también es la parte del traductor que maneja la entrada del código fuente, y puesto que esta entrada a menudo involucra un importante gasto de tiempo, el analizador léxico debe funcionar de manera tan eficiente como sea posible.
12.6.2. Análisis sintáctico
En esta fase los caracteres o componentes léxicos se agrupan jerárquicamente en frases gramaticales que el compilador utiliza para sintetizar la salida. Se comprueba si lo obtenido de la fase anterior es sintácticamente correcto (obedece a la gramática del lenguaje). Por lo general, las frases gramaticales del programa fuente se representan mediante un árbol de análisis sintáctico.
La estructura jerárquica de un programa normalmente se expresa utilizando reglas recursivas. Por ejemplo, se pueden dar las siguientes reglas como parte de la definición de expresiones:
57
1. Cualquier identificador es una expresión.
2. Cualquier número es una expresión.
3. Si expresión1 y expresión2 son expresiones, entonces también lo son:
o expresión1 + expresión2
o expresión1 * expresión2
o ( expresión1 )
Las reglas 1 y 2 son reglas básicas (no recursivas), en tanto que la regla 3 define expresiones en función de operadores aplicados a otras expresiones.
La división entre análisis léxico y análisis sintáctico es algo arbitraria. Un factor para determinar la división es si una construcción del lenguaje fuente es inherentemente recursiva o no. Las construcciones léxicas no requieren recursión, mientras que las construcciones sintácticas suelen requerirla. No se requiere recursión para reconocer los identificadores, que suelen ser cadenas de letras y dígitos que comienzan con una letra. Normalmente, se reconocen los identificadores por el simple examen del flujo de entrada, esperando hasta encontrar un carácter que no sea ni letra ni dígito, y agrupando después todas las letras y dígitos encontrados hasta ese punto en un componente léxico llamado identificador. Por otra parte, esta clase de análisis no es suficientemente poderoso para analizar expresiones o proposiciones. Por ejemplo, no podemos emparejar de manera apropiada los paréntesis de las expresiones, o las palabras begin y end en proposiciones sin imponer alguna clase de estructura jerárquica o de anidamiento a la entrada.
12.6.3. Análisis semántico
La fase de análisis semántico revisa el programa fuente para tratar de encontrar errores semánticos y reúne la información sobre los tipos para la fase posterior de generación de código. En ella se utiliza la estructura jerárquica determinada por la fase de análisis sintáctico para identificar los operadores y operandos de expresiones y proposiciones.
Un componente importante del análisis semántico es la verificación de tipos. Aquí, el compilador verifica si cada operador tiene operandos permitidos por la especificación del lenguaje fuente. Por ejemplo, las definiciones de muchos lenguajes de programación requieren que el compilador indique un error cada vez que se use un número real como índice de una matriz. Sin embargo, la especificación del lenguaje puede imponer restricciones a los operandos, por ejemplo, cuando un operador aritmético binario se aplica a un número entero y a un número real. Revisa que los arreglos tengan definido el tamaño correcto.
12.7. Fase de síntesis
Consiste en generar el código objeto equivalente al programa fuente. Sólo se genera código objeto cuando el programa fuente está libre de errores de análisis, lo cual no quiere decir que el programa se ejecute correctamente, ya que un programa puede tener errores de concepto o expresiones mal calculadas. Por lo general el código objeto es código de máquina relocalizable o código ensamblador. Las posiciones de memoria se seleccionan
58
para cada una de las variables usadas por el programa. Después, cada una de las instrucciones intermedias se traduce a una secuencia de instrucciones de máquina que ejecuta la misma tarea. Un aspecto decisivo es la asignación de variables a registros.
12.8. Generación de código intermedio
Después de los análisis sintáctico y semántico, algunos compiladores generan una representación intermedia explícita del programa fuente. Se puede considerar esta representación intermedia como un programa para una máquina abstracta. Esta representación intermedia debe tener dos propiedades importantes; debe ser fácil de producir y fácil de traducir al programa objeto.
La representación intermedia puede tener diversas formas. Existe una forma intermedia llamada "código de tres direcciones" que es como el lenguaje ensamblador de una máquina en la que cada posición de memoria puede actuar como un registro. El código de tres direcciones consiste en una secuencia de instrucciones, cada una de las cuales tiene como máximo tres operandos. Esta representación intermedia tiene varias propiedades:
Primera.- Cada instrucción de tres direcciones tiene a lo sumo un operador, además de la asignación, por tanto, cuando se generan estas instrucciones, el traductor tiene que decidir el orden en que deben efectuarse las operaciones.
Segunda.- El traductor debe generar un nombre temporal para guardar los valores calculados por cada instrucción.
Tercera.- Algunas instrucciones de "tres direcciones" tienen menos de tres operandos, por ejemplo, la asignación.
12.9. Optimización de código
La fase de optimización de código consiste en mejorar el código intermedio, de modo que resulte un código máquina más rápido de ejecutar. Esta fase de la etapa de síntesis es posible sobre todo si el traductor es un compilador (difícilmente un interprete puede optimizar el código objeto). Hay mucha variación en la cantidad de optimización de código que ejecutan los distintos compiladores. En los que hacen mucha optimización, llamados "compiladores optimizadores", una parte significativa del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo, hay optimizaciones sencillas que mejoran sensiblemente el tiempo de ejecución del programa objeto sin retardar demasiado la compilación.
12.10. Estructura de datos principales
La interacción entre los algoritmos utilizados por las fases del compilador y las estructuras de datos que soportan estas fases es, naturalmente, muy fuerte. El escritor del compilador se esfuerza por implementar estos algoritmos de una manera tan eficaz como sea posible, sin aumentar demasiado la complejidad. De manera ideal, un compilador debería poder compilar un programa en un tiempo proporcional al tamaño del mismo.
59
12.11. Componentes léxicos o tokens
Cuando un analizador léxico reúne los caracteres en un token, generalmente representa el token de manera simbólica, es decir, como un valor de un tipo de datos enumerado que representa el conjunto de tokens del lenguaje fuente. En ocasiones también es necesario mantener la cadena de caracteres misma u otra información derivada de ella, tal como el nombre asociado con un token identificador o el valor de un token de número.
En la mayoría de los lenguajes el analizador léxico sólo necesita generar un token a la vez. En este caso se puede utilizar una variable global simple para mantener la información del token. En otros casos (cuyo ejemplo más notable es FORTRAN), puede ser necesario un arreglo (o vector) de tokens.
12.12. Árbol sintáctico
Si el analizador sintáctico genera un árbol sintáctico, por lo regular se construye como una estructura estándar basada en un puntero que se asigna de manera dinámica a medida que se efectúa el análisis sintáctico. El árbol entero puede entonces conservarse como una variable simple que apunta al nodo raíz. Cada nodo en la estructura es un registro cuyos campos representan la información recolectada tanto por el analizador sintáctico como, posteriormente, por el analizador semántico. Por ejemplo, el tipo de datos de una expresión puede conservarse como un campo en el nodo del árbol sintáctico para la expresión.
En ocasiones, para ahorrar espacio, estos campos se asignan de manera dinámica, o se almacenan en otras estructuras de datos, tales como la tabla de símbolos, que permiten una asignación y desasignación selectivas. En realidad, cada nodo del árbol sintáctico por sí mismo puede requerir de atributos diferentes para ser almacenado, de acuerdo con la clase de estructura del lenguaje que represente. En este caso, cada nodo en el árbol sintáctico puede estar representado por un registro variable, con cada clase de nodo conteniendo solamente la información necesaria para ese caso.
12.13. Tabla de símbolos
Esta estructura de datos mantiene la información asociada con los identificadores: funciones, variables, constantes y tipos de datos. La tabla de símbolos interactúa con casi todas las fases del compilador: el analizador léxico, el analizador sintáctico o el analizador semántico pueden introducir identificadores dentro de la tabla; el analizador semántico agregará tipos de datos y otra información; y las fases de optimización y generación de código utilizarán la información proporcionada por la tabla de símbolos para efectuar selecciones apropiadas de código objeto.
Puesto que la tabla de símbolos tendrá solicitudes de acceso con tanta frecuencia, las operaciones de inserción, eliminación y acceso necesitan ser eficientes, preferiblemente operaciones de tiempo constante. Una estructura de datos estándar para este propósito es la tabla de dispersión o de cálculo de dirección, aunque también se pueden utilizar diversas
60
estructuras de árbol. En ocasiones se utilizan varias tablas y se mantienen en una lista o pila.
12.14. Tabla de literales
La búsqueda y la inserción rápida son esenciales también para la tabla de literales, la cual almacena constantes y cadenas utilizadas en el programa. Sin embargo, una tabla de literales necesita impedir las eliminaciones porque sus datos se aplican globalmente al programa y una constante o cadena aparecerá sólo una vez en esta tabla. La tabla de literales es importante en la reducción del tamaño de un programa en la memoria al permitir la reutilización de constantes y cadenas. También es necesaria para que el generador de código construya direcciones simbólicas para las literales y para introducir definiciones de datos en el archivo de código objeto.
12.15. Código intermedio
De acuerdo con la clase de código intermedio (por ejemplo, código de tres direcciones o código P) y de las clases de optimizaciones realizadas, este código puede conservarse como un arreglo de cadenas de texto, un archivo de texto temporal o bien una lista de estructuras ligadas. En los compiladores que realizan optimizaciones complejas debe ponerse particular atención a la selección de representaciones que permitan una fácil reorganización.
12.16. Generación de código intermedio
Después de los análisis sintáctico y semántico, algunos compiladores generan una representación intermedia explícita del programa fuente. Se puede considerar esta representación intermedia como un programa para una máquina abstracta. Esta representación intermedia debe tener dos propiedades importantes; debe ser fácil de producir y fácil de traducir al programa objeto. La representación intermedia puede tener diversas formas. Existe una forma intermedia llamada "código de tres direcciones", que es como el lenguaje ensamblador para una máquina en la que cada posición de memoria puede actuar como un registro. El código de tres direcciones consiste en una secuencia de instrucciones, cada una de las cuales tiene como máximo tres operandos. El programa fuente de (1) puede aparecer en código de tres direcciones como
temp1 := entarea1(60) temp2 := id3 * temp1 (2) temp3 := id2 + temp2 id1 := temp3 Esta representación intermedia tiene varias propiedades. Primera, cada instrucción de tres direcciones tiene a lo sumo un operador, además de la asignación. Por tanto, cuando se generan esas instrucciones el compilador tiene que decidir el orden en que deben efectuarse, las operaciones; la multiplicación precede a la adición al programa fuente de. Segunda, el compilador debe generar un nombre temporal para guardar los valores calculados por cada instrucción. Tercera, algunas instrucciones de "tres direcciones" tienen menos de tres operadores, por ejemplo la primera y la última instrucciones de.
61
12.17. Optimación de Código
La fase de optimación de código trata de mejorar el código intermedio de modo que resulte un código de máquina más rápido de ejecutar. Algunas optimaciones son triviales. Por ejemplo, un algoritmo natural genera el código intermedio (2) utilizando una instrucción para cada operador de la representación del árbol después del análisis semántico, aunque hay una forma mejor de realizar los mismos cálculos usando las dos instrucciones
Temp1 := id3 * 60.0 (3) Id1 := id2 + temp1
Este sencillo algoritmo no tiene nada de malo, puesto que el problema se puede solucionar en la fase de optimación de código. Esto es, el compilador puede deducir que la conversión de 60 de entero a real se puede hacer de una vez por todas en el momento de la compilación, de modo que la operación entreal se puede eliminar. Además, temp3 se usa sólo una vez, para transmitir su valor a id1. Entonces resulta seguro sustituir a id1 por temp3, a partir de lo cual la última proposición de (2) no se necesita y se obtiene el código de (3).
Hay muchas variaciones en la cantidad de optimación de código que ejecutan los distintos compiladores. En lo que hacen mucha optimación llamados "compiladores optimadores", una parte significativa del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo hay optimaciones sencillas que mejoran significativamente del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo, hay optimaciones sencillas que mejoran sensiblemente el tiempo de ejecución del programa objeto sin retardar demasiado la compilación.
12.18. Archivos temporales
Al principio las computadoras no tenían la suficiente memoria para guardar un programa completo durante la compilación. Este problema se resolvió mediante el uso de archivos temporales para mantener los productos de los pasos intermedios durante la traducción o bien al compilar "al vuelo", es decir, manteniendo sólo la información suficiente de las partes anteriores del programa fuente que permita proceder a la traducción.
Las limitaciones de memoria son ahora un problema mucho menor, y es posible requerir que una unidad de compilación entera se mantenga en memoria, en especial si se dispone de la compilación por separado en el lenguaje. Con todo, los compiladores ocasionalmente encuentran útil generar archivos intermedios durante alguna de las etapas del procesamiento. Algo típico de éstos es la necesidad de direcciones de corrección hacia atrás durante la generación de código.
62
12.19. Intérprete
En ciencias de la computación, intérprete o interpretador es un programa informático capaz de analizar y ejecutar otros programas, escritos en un lenguaje de alto nivel. Los intérpretes se diferencian de los compiladores en que mientras estos traducen un programa desde su descripción en un lenguaje de programación al código de máquina del sistema, los primeros (los intérpretes) sólo realizan la traducción a medida que sea necesaria, típicamente, instrucción por instrucción, y normalmente no guardan el resultado de dicha traducción.
Usando un intérprete, un solo archivo fuente puede producir resultados iguales incluso en sistemas sumamente diferentes (ej. una PC y un PlayStation 3). Usando un compilador, un
63
solo archivo fuente puede producir resultados iguales solo si es compilado a distintos ejecutables específicos a cada sistema.
Los programas interpretados suelen ser más lentos que los compilados debido a la necesidad de traducir el programa mientras se ejecuta, pero a cambio son más flexibles como entornos de programación y depuración (lo que se traduce, por ejemplo, en una mayor facilidad para reemplazar partes enteras del programa o añadir módulos completamente nuevos), y permiten ofrecer al programa interpretado un entorno no dependiente de la máquina donde se ejecuta el intérprete, sino del propio intérprete (lo que se conoce comúnmente como máquina virtual).
Para mejorar el desempeño, algunas implementaciones de programación de lenguajes de programación pueden interpretar o compilar el código fuente original en una más compacta forma intermedia y después traducir eso al código de máquina (ej. Perl, Python, MATLAB, y Ruby). Algunos aceptan los archivos fuente guardados en esta representación intermedia (ej. Python, UCSD Pascal y Java).
Comparando su actuación con la de un ser humano, un compilador equivale a un traductor profesional que, a partir de un texto, prepara otro independiente traducido a otra lengua, mientras que un intérprete corresponde al intérprete humano, que traduce de viva voz las palabras que oye, sin dejar constancia por escrito.
En la actualidad, uno de los entornos más comunes de uso de los intérpretes informáticos es Internet, debido a la posibilidad que estos tienen de ejecutarse independientemente de la plataforma.
o Objetivos de aprendizaje
12.1. Partes de un compilador
La construcción de un compilador involucra la división del proceso en una serie de fases que variará con su complejidad. Generalmente estas fases se agrupan en dos tareas: el análisis del programa fuente y la síntesis del programa objeto.
Análisis: Se trata de la comprobación de la corrección del programa fuente, e incluye las fases correspondientes al Análisis Léxico (que consiste en la descomposición del programa fuente en componentes léxicos), Análisis Sintáctico (agrupación de los componentes léxicos en frases gramaticales ) y Análisis Semántico (comprobación de la validez semántica de las sentencias aceptadas en la fase de Análisis Sintáctico).
Síntesis: Su objetivo es la generación de la salida expresada en el lenguaje objeto y suele estar formado por una o varias combinaciones de fases de Generación de Código (normalmente se trata de código intermedio o de código objeto) y de Optimización de Código (en las que se busca obtener un código lo más eficiente posible).
Alternativamente, las fases descritas para las tareas de análisis y síntesis se pueden agrupar en Front-end y Back-end:
Front-end: es la parte que analiza el código fuente, comprueba su validez, genera el árbol de derivación y rellena los valores de la tabla de símbolos. Esta parte suele ser independiente de la plataforma o sistema para el cual se vaya a compilar, y está compuesta por las fases comprendidas entre el Análisis Léxico y la Generación de Código Intermedio.
Back-end: es la parte que genera el código máquina, específico de una plataforma, a partir de los resultados de la fase de análisis, realizada por el Front End.
Esta división permite que el mismo Back End se utilice para generar el código máquina de varios lenguajes de programación distintos y que el mismo Front End que sirve para analizar el código fuente de un lenguaje de programación concreto sirva para generar código máquina en varias plataformas distintas. Suele incluir la generación y optimización del código dependiente de la máquina.
El código que genera el Back End normalmente no se puede ejecutar directamente, sino que necesita ser enlazado por un programa enlazador (linker)
54
12.2. Historia
En 1946 se desarrolló la primera computadora digital. En un principio, estas máquinas ejecutaban instrucciones consistentes en códigos numéricos que señalaban a los circuitos de la máquina los estados correspondientes a cada operación, lo que se denominó lenguaje máquina.
Pronto los primeros usuarios de estos ordenadores descubrieron la ventaja de escribir sus programas mediante claves más fáciles de recordar que esos códigos; al final, todas esas claves juntas se traducían manualmente a lenguaje máquina. Estas claves constituyen los llamados lenguajes ensambladores.
Pese a todo, el lenguaje ensamblador seguía siendo el de una máquina, pero más fácil de manejar. Los trabajos de investigación se orientaron hacia la creación de un lenguaje que expresara las distintas acciones a realizar de una manera lo más sencilla posible para una persona. El primer compilador fue escrito por Grace Hopper, en 1952 para el lenguaje de programación A-0, En 1950 John Backus dirigió una investigación en IBM sobre un lenguaje algebraico. En 1954 se empezó a desarrollar un lenguaje que permitía escribir fórmulas matemáticas de manera traducible por un ordenador; le llamaron FORTRAN (FORmulae TRANslator). Fue el primer lenguaje de alto nivel y se introdujo en 1957 para el uso de la computadora IBM modelo 704.
Surgió así por primera vez el concepto de un traductor como un programa que traducía un lenguaje a otro lenguaje. En el caso particular de que el lenguaje a traducir es un lenguaje de alto nivel y el lenguaje traducido de bajo nivel, se emplea el término compilador.
La tarea de realizar un compilador no fue fácil. El primer compilador de FORTRAN tardó 18 años-persona en realizarse y era muy sencillo. Este desarrollo de FORTRAN estaba muy influenciado por la máquina objeto en la que iba a ser implementado. Como un ejemplo de ello tenemos el hecho de que los espacios en blanco fuesen ignorados, debido a que el periférico que se utilizaba como entrada de programas (una lectora de tarjetas perforadas) no contaba correctamente los espacios en blanco.
El primer compilador autocontenido, es decir, capaz de compilar su propio código fuente fue el creado para Lisp por Hart y Levin en el MIT en 1962. Desde 1970 se ha convertido en una práctica común escribir el compilador en el mismo lenguaje que este compila, aunque Pascal y C han sido alternativas muy usadas.
Crear un compilador autocontenido genera un problema llamado bootstrapping, es decir el primer compilador creado para un lenguaje tiene que o bien ser compilado por un compilador escrito en otro lenguaje o bien compilado al ejecutar el compilador en un intérprete.
55
12.3. Tipos de compiladores
Esta taxonomía de los tipos de compiladores no es excluyente, por lo que puede haber compiladores que se adscriban a varias categorías:
Compiladores cruzados: generan código para un sistema distinto del que están funcionando.
Compiladores optimizadores: realizan cambios en el código para mejorar su eficiencia, pero manteniendo la funcionalidad del programa original.
Compiladores de una sola pasada: generan el código máquina a partir de una única lectura del código fuente.
Compiladores de varias pasadas: necesitan leer el código fuente varias veces antes de poder producir el código máquina.
Compiladores JIT (Just In Time): forman parte de un intérprete y compilan partes del código según se necesitan.
Pauta de creación de un compilador: En las primeras épocas de la informática, el software de los compiladores era considerado como uno de los más complejos existentes.
Los primeros compiladores se realizaron programándolos directamente en lenguaje máquina o en ensamblador. Una vez que se dispone de un compilador, se pueden escribir nuevas versiones del compilador (u otros compiladores distintos) en el lenguaje que compila ese compilador.
Actualmente existen herramientas que facilitan la tarea de escribir compiladores ó intérpretes informáticos. Estas herramientas permiten generar el esqueleto del analizador sintáctico a partir de una definición formal del lenguaje de partida, especificada normalmente mediante una gramática formal y barata, dejando únicamente al programador del compilador la tarea de programar las acciones semánticas asociadas.
12.4. Proceso de compilación
Es el proceso por el cual se traducen las instrucciones escritas en un determinado lenguaje de programación a lenguaje maquina. Además de un traductor, se pueden necesitar otros programas para crear un programa objeto ejecutable. Un programa fuente se puede dividir en módulos almacenados en archivos distintos. La tarea de reunir el programa fuente a menudo se confía a un programa distinto, llamado preprocesador. El preprocesador también puede expandir abreviaturas, llamadas a macros, a proposiciones del lenguaje fuente.
Normalmente la creación de un programa ejecutable (un típico.exe para Microsoft Windows o DOS) conlleva dos pasos. El primer paso se llama compilación (propiamente dicho) y traduce el código fuente escrito en un lenguaje de programación almacenado en un archivo a código en bajo nivel (normalmente en código objeto, no directamente a lenguaje máquina). El segundo paso se llama enlazado en el cual se enlaza el código de bajo nivel generado de todos los ficheros y subprogramas que se han mandado compilar y se añade el código de las funciones que hay en las bibliotecas del compilador para que el ejecutable
56
pueda comunicarse directamente con el sistema operativo, traduciendo así finalmente el código objeto a código máquina, y generando un módulo ejecutable.
Estos dos pasos se pueden hacer por separado, almacenando el resultado de la fase de compilación en archivos objetos (un típico.obj para Microsoft Windows, DOS o para Unix); para enlazarlos en fases posteriores, o crear directamente el ejecutable; con lo que la fase de compilación se almacena sólo temporalmente. Un programa podría tener partes escritas en varios lenguajes (por ejemplo C, C++ y Asm), que se podrían compilar de forma independiente y luego enlazar juntas para formar un único módulo ejecutable.
12.5. Etapas del proceso
El proceso de traducción se compone internamente de varias etapas o fases, que realizan distintas operaciones lógicas. Es útil pensar en estas fases como en piezas separadas dentro del traductor, y pueden en realidad escribirse como operaciones codificadas separadamente aunque en la práctica a menudo se integren juntas.
12.6. Fase de análisis
12.6.1. Análisis léxico
El análisis léxico constituye la primera fase, aquí se lee el programa fuente de izquierda a derecha y se agrupa en componentes léxicos (tokens), que son secuencias de caracteres que tienen un significado. Además, todos los espacios en blanco, líneas en blanco, comentarios y demás información innecesaria se elimina del programa fuente. También se comprueba que los símbolos del lenguaje (palabras clave, operadores,...) se han escrito correctamente.
Como la tarea que realiza el analizador léxico es un caso especial de coincidencia de patrones, se necesitan los métodos de especificación y reconocimiento de patrones, y éstos métodos son principalmente las expresiones regulares y los autómatas finitos. Sin embargo, un analizador léxico también es la parte del traductor que maneja la entrada del código fuente, y puesto que esta entrada a menudo involucra un importante gasto de tiempo, el analizador léxico debe funcionar de manera tan eficiente como sea posible.
12.6.2. Análisis sintáctico
En esta fase los caracteres o componentes léxicos se agrupan jerárquicamente en frases gramaticales que el compilador utiliza para sintetizar la salida. Se comprueba si lo obtenido de la fase anterior es sintácticamente correcto (obedece a la gramática del lenguaje). Por lo general, las frases gramaticales del programa fuente se representan mediante un árbol de análisis sintáctico.
La estructura jerárquica de un programa normalmente se expresa utilizando reglas recursivas. Por ejemplo, se pueden dar las siguientes reglas como parte de la definición de expresiones:
57
1. Cualquier identificador es una expresión.
2. Cualquier número es una expresión.
3. Si expresión1 y expresión2 son expresiones, entonces también lo son:
o expresión1 + expresión2
o expresión1 * expresión2
o ( expresión1 )
Las reglas 1 y 2 son reglas básicas (no recursivas), en tanto que la regla 3 define expresiones en función de operadores aplicados a otras expresiones.
La división entre análisis léxico y análisis sintáctico es algo arbitraria. Un factor para determinar la división es si una construcción del lenguaje fuente es inherentemente recursiva o no. Las construcciones léxicas no requieren recursión, mientras que las construcciones sintácticas suelen requerirla. No se requiere recursión para reconocer los identificadores, que suelen ser cadenas de letras y dígitos que comienzan con una letra. Normalmente, se reconocen los identificadores por el simple examen del flujo de entrada, esperando hasta encontrar un carácter que no sea ni letra ni dígito, y agrupando después todas las letras y dígitos encontrados hasta ese punto en un componente léxico llamado identificador. Por otra parte, esta clase de análisis no es suficientemente poderoso para analizar expresiones o proposiciones. Por ejemplo, no podemos emparejar de manera apropiada los paréntesis de las expresiones, o las palabras begin y end en proposiciones sin imponer alguna clase de estructura jerárquica o de anidamiento a la entrada.
12.6.3. Análisis semántico
La fase de análisis semántico revisa el programa fuente para tratar de encontrar errores semánticos y reúne la información sobre los tipos para la fase posterior de generación de código. En ella se utiliza la estructura jerárquica determinada por la fase de análisis sintáctico para identificar los operadores y operandos de expresiones y proposiciones.
Un componente importante del análisis semántico es la verificación de tipos. Aquí, el compilador verifica si cada operador tiene operandos permitidos por la especificación del lenguaje fuente. Por ejemplo, las definiciones de muchos lenguajes de programación requieren que el compilador indique un error cada vez que se use un número real como índice de una matriz. Sin embargo, la especificación del lenguaje puede imponer restricciones a los operandos, por ejemplo, cuando un operador aritmético binario se aplica a un número entero y a un número real. Revisa que los arreglos tengan definido el tamaño correcto.
12.7. Fase de síntesis
Consiste en generar el código objeto equivalente al programa fuente. Sólo se genera código objeto cuando el programa fuente está libre de errores de análisis, lo cual no quiere decir que el programa se ejecute correctamente, ya que un programa puede tener errores de concepto o expresiones mal calculadas. Por lo general el código objeto es código de máquina relocalizable o código ensamblador. Las posiciones de memoria se seleccionan
58
para cada una de las variables usadas por el programa. Después, cada una de las instrucciones intermedias se traduce a una secuencia de instrucciones de máquina que ejecuta la misma tarea. Un aspecto decisivo es la asignación de variables a registros.
12.8. Generación de código intermedio
Después de los análisis sintáctico y semántico, algunos compiladores generan una representación intermedia explícita del programa fuente. Se puede considerar esta representación intermedia como un programa para una máquina abstracta. Esta representación intermedia debe tener dos propiedades importantes; debe ser fácil de producir y fácil de traducir al programa objeto.
La representación intermedia puede tener diversas formas. Existe una forma intermedia llamada "código de tres direcciones" que es como el lenguaje ensamblador de una máquina en la que cada posición de memoria puede actuar como un registro. El código de tres direcciones consiste en una secuencia de instrucciones, cada una de las cuales tiene como máximo tres operandos. Esta representación intermedia tiene varias propiedades:
Primera.- Cada instrucción de tres direcciones tiene a lo sumo un operador, además de la asignación, por tanto, cuando se generan estas instrucciones, el traductor tiene que decidir el orden en que deben efectuarse las operaciones.
Segunda.- El traductor debe generar un nombre temporal para guardar los valores calculados por cada instrucción.
Tercera.- Algunas instrucciones de "tres direcciones" tienen menos de tres operandos, por ejemplo, la asignación.
12.9. Optimización de código
La fase de optimización de código consiste en mejorar el código intermedio, de modo que resulte un código máquina más rápido de ejecutar. Esta fase de la etapa de síntesis es posible sobre todo si el traductor es un compilador (difícilmente un interprete puede optimizar el código objeto). Hay mucha variación en la cantidad de optimización de código que ejecutan los distintos compiladores. En los que hacen mucha optimización, llamados "compiladores optimizadores", una parte significativa del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo, hay optimizaciones sencillas que mejoran sensiblemente el tiempo de ejecución del programa objeto sin retardar demasiado la compilación.
12.10. Estructura de datos principales
La interacción entre los algoritmos utilizados por las fases del compilador y las estructuras de datos que soportan estas fases es, naturalmente, muy fuerte. El escritor del compilador se esfuerza por implementar estos algoritmos de una manera tan eficaz como sea posible, sin aumentar demasiado la complejidad. De manera ideal, un compilador debería poder compilar un programa en un tiempo proporcional al tamaño del mismo.
59
12.11. Componentes léxicos o tokens
Cuando un analizador léxico reúne los caracteres en un token, generalmente representa el token de manera simbólica, es decir, como un valor de un tipo de datos enumerado que representa el conjunto de tokens del lenguaje fuente. En ocasiones también es necesario mantener la cadena de caracteres misma u otra información derivada de ella, tal como el nombre asociado con un token identificador o el valor de un token de número.
En la mayoría de los lenguajes el analizador léxico sólo necesita generar un token a la vez. En este caso se puede utilizar una variable global simple para mantener la información del token. En otros casos (cuyo ejemplo más notable es FORTRAN), puede ser necesario un arreglo (o vector) de tokens.
12.12. Árbol sintáctico
Si el analizador sintáctico genera un árbol sintáctico, por lo regular se construye como una estructura estándar basada en un puntero que se asigna de manera dinámica a medida que se efectúa el análisis sintáctico. El árbol entero puede entonces conservarse como una variable simple que apunta al nodo raíz. Cada nodo en la estructura es un registro cuyos campos representan la información recolectada tanto por el analizador sintáctico como, posteriormente, por el analizador semántico. Por ejemplo, el tipo de datos de una expresión puede conservarse como un campo en el nodo del árbol sintáctico para la expresión.
En ocasiones, para ahorrar espacio, estos campos se asignan de manera dinámica, o se almacenan en otras estructuras de datos, tales como la tabla de símbolos, que permiten una asignación y desasignación selectivas. En realidad, cada nodo del árbol sintáctico por sí mismo puede requerir de atributos diferentes para ser almacenado, de acuerdo con la clase de estructura del lenguaje que represente. En este caso, cada nodo en el árbol sintáctico puede estar representado por un registro variable, con cada clase de nodo conteniendo solamente la información necesaria para ese caso.
12.13. Tabla de símbolos
Esta estructura de datos mantiene la información asociada con los identificadores: funciones, variables, constantes y tipos de datos. La tabla de símbolos interactúa con casi todas las fases del compilador: el analizador léxico, el analizador sintáctico o el analizador semántico pueden introducir identificadores dentro de la tabla; el analizador semántico agregará tipos de datos y otra información; y las fases de optimización y generación de código utilizarán la información proporcionada por la tabla de símbolos para efectuar selecciones apropiadas de código objeto.
Puesto que la tabla de símbolos tendrá solicitudes de acceso con tanta frecuencia, las operaciones de inserción, eliminación y acceso necesitan ser eficientes, preferiblemente operaciones de tiempo constante. Una estructura de datos estándar para este propósito es la tabla de dispersión o de cálculo de dirección, aunque también se pueden utilizar diversas
60
estructuras de árbol. En ocasiones se utilizan varias tablas y se mantienen en una lista o pila.
12.14. Tabla de literales
La búsqueda y la inserción rápida son esenciales también para la tabla de literales, la cual almacena constantes y cadenas utilizadas en el programa. Sin embargo, una tabla de literales necesita impedir las eliminaciones porque sus datos se aplican globalmente al programa y una constante o cadena aparecerá sólo una vez en esta tabla. La tabla de literales es importante en la reducción del tamaño de un programa en la memoria al permitir la reutilización de constantes y cadenas. También es necesaria para que el generador de código construya direcciones simbólicas para las literales y para introducir definiciones de datos en el archivo de código objeto.
12.15. Código intermedio
De acuerdo con la clase de código intermedio (por ejemplo, código de tres direcciones o código P) y de las clases de optimizaciones realizadas, este código puede conservarse como un arreglo de cadenas de texto, un archivo de texto temporal o bien una lista de estructuras ligadas. En los compiladores que realizan optimizaciones complejas debe ponerse particular atención a la selección de representaciones que permitan una fácil reorganización.
12.16. Generación de código intermedio
Después de los análisis sintáctico y semántico, algunos compiladores generan una representación intermedia explícita del programa fuente. Se puede considerar esta representación intermedia como un programa para una máquina abstracta. Esta representación intermedia debe tener dos propiedades importantes; debe ser fácil de producir y fácil de traducir al programa objeto. La representación intermedia puede tener diversas formas. Existe una forma intermedia llamada "código de tres direcciones", que es como el lenguaje ensamblador para una máquina en la que cada posición de memoria puede actuar como un registro. El código de tres direcciones consiste en una secuencia de instrucciones, cada una de las cuales tiene como máximo tres operandos. El programa fuente de (1) puede aparecer en código de tres direcciones como
temp1 := entarea1(60) temp2 := id3 * temp1 (2) temp3 := id2 + temp2 id1 := temp3 Esta representación intermedia tiene varias propiedades. Primera, cada instrucción de tres direcciones tiene a lo sumo un operador, además de la asignación. Por tanto, cuando se generan esas instrucciones el compilador tiene que decidir el orden en que deben efectuarse, las operaciones; la multiplicación precede a la adición al programa fuente de. Segunda, el compilador debe generar un nombre temporal para guardar los valores calculados por cada instrucción. Tercera, algunas instrucciones de "tres direcciones" tienen menos de tres operadores, por ejemplo la primera y la última instrucciones de.
61
12.17. Optimación de Código
La fase de optimación de código trata de mejorar el código intermedio de modo que resulte un código de máquina más rápido de ejecutar. Algunas optimaciones son triviales. Por ejemplo, un algoritmo natural genera el código intermedio (2) utilizando una instrucción para cada operador de la representación del árbol después del análisis semántico, aunque hay una forma mejor de realizar los mismos cálculos usando las dos instrucciones
Temp1 := id3 * 60.0 (3) Id1 := id2 + temp1
Este sencillo algoritmo no tiene nada de malo, puesto que el problema se puede solucionar en la fase de optimación de código. Esto es, el compilador puede deducir que la conversión de 60 de entero a real se puede hacer de una vez por todas en el momento de la compilación, de modo que la operación entreal se puede eliminar. Además, temp3 se usa sólo una vez, para transmitir su valor a id1. Entonces resulta seguro sustituir a id1 por temp3, a partir de lo cual la última proposición de (2) no se necesita y se obtiene el código de (3).
Hay muchas variaciones en la cantidad de optimación de código que ejecutan los distintos compiladores. En lo que hacen mucha optimación llamados "compiladores optimadores", una parte significativa del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo hay optimaciones sencillas que mejoran significativamente del tiempo del compilador se ocupa en esta fase. Sin embargo, hay optimaciones sencillas que mejoran sensiblemente el tiempo de ejecución del programa objeto sin retardar demasiado la compilación.
12.18. Archivos temporales
Al principio las computadoras no tenían la suficiente memoria para guardar un programa completo durante la compilación. Este problema se resolvió mediante el uso de archivos temporales para mantener los productos de los pasos intermedios durante la traducción o bien al compilar "al vuelo", es decir, manteniendo sólo la información suficiente de las partes anteriores del programa fuente que permita proceder a la traducción.
Las limitaciones de memoria son ahora un problema mucho menor, y es posible requerir que una unidad de compilación entera se mantenga en memoria, en especial si se dispone de la compilación por separado en el lenguaje. Con todo, los compiladores ocasionalmente encuentran útil generar archivos intermedios durante alguna de las etapas del procesamiento. Algo típico de éstos es la necesidad de direcciones de corrección hacia atrás durante la generación de código.
62
12.19. Intérprete
En ciencias de la computación, intérprete o interpretador es un programa informático capaz de analizar y ejecutar otros programas, escritos en un lenguaje de alto nivel. Los intérpretes se diferencian de los compiladores en que mientras estos traducen un programa desde su descripción en un lenguaje de programación al código de máquina del sistema, los primeros (los intérpretes) sólo realizan la traducción a medida que sea necesaria, típicamente, instrucción por instrucción, y normalmente no guardan el resultado de dicha traducción.
Usando un intérprete, un solo archivo fuente puede producir resultados iguales incluso en sistemas sumamente diferentes (ej. una PC y un PlayStation 3). Usando un compilador, un
63
solo archivo fuente puede producir resultados iguales solo si es compilado a distintos ejecutables específicos a cada sistema.
Los programas interpretados suelen ser más lentos que los compilados debido a la necesidad de traducir el programa mientras se ejecuta, pero a cambio son más flexibles como entornos de programación y depuración (lo que se traduce, por ejemplo, en una mayor facilidad para reemplazar partes enteras del programa o añadir módulos completamente nuevos), y permiten ofrecer al programa interpretado un entorno no dependiente de la máquina donde se ejecuta el intérprete, sino del propio intérprete (lo que se conoce comúnmente como máquina virtual).
Para mejorar el desempeño, algunas implementaciones de programación de lenguajes de programación pueden interpretar o compilar el código fuente original en una más compacta forma intermedia y después traducir eso al código de máquina (ej. Perl, Python, MATLAB, y Ruby). Algunos aceptan los archivos fuente guardados en esta representación intermedia (ej. Python, UCSD Pascal y Java).
Comparando su actuación con la de un ser humano, un compilador equivale a un traductor profesional que, a partir de un texto, prepara otro independiente traducido a otra lengua, mientras que un intérprete corresponde al intérprete humano, que traduce de viva voz las palabras que oye, sin dejar constancia por escrito.
En la actualidad, uno de los entornos más comunes de uso de los intérpretes informáticos es Internet, debido a la posibilidad que estos tienen de ejecutarse independientemente de la plataforma.
Pseudocodigo
Pseudocódigo
Pseudocódigo Mezcla de lenguaje de programación y español (o ingles o cualquier otro idioma) que se emplea, dentro de la programación estructurada, para realizar el diseño de un programa. En esencial, el pseudocódigo se puede definir como un lenguaje de especificaciones de algoritmos. Es la representación narrativa de los pasos que debe seguir un algoritmo para dar solución a un problema determinado. El pseudocódigo utiliza palabras que indican el proceso a realizar. El pseudocódigo se concibió para superar las dos principales desventajas del Diagrama de Flujo: el diagrama de flujo es lento de crear y difícil de modificar sin un nuevo redibujo. Por otra parte el pseudocódigo es mas fácil de utilizar ya que es similar al lenguaje natural. Al contrario de los lenguajes de programación de alto nivel como Pascal o Basic no existe un conjunto de reglas que definan con precisión lo que es y lo que no es pseudocódigo. Varia de un programador a otro. El pseudocódigo requiere de ciertos símbolos que ya tienen significado preciso y establecido a los que se les conoce como palabras clave. Es necesario que exista una palabra clave para la selección y otra para la iteración condicional, así como para las instrucciones adicionales y otras estructuras de control.
Pseudocódigo Mezcla de lenguaje de programación y español (o ingles o cualquier otro idioma) que se emplea, dentro de la programación estructurada, para realizar el diseño de un programa. En esencial, el pseudocódigo se puede definir como un lenguaje de especificaciones de algoritmos. Es la representación narrativa de los pasos que debe seguir un algoritmo para dar solución a un problema determinado. El pseudocódigo utiliza palabras que indican el proceso a realizar. El pseudocódigo se concibió para superar las dos principales desventajas del Diagrama de Flujo: el diagrama de flujo es lento de crear y difícil de modificar sin un nuevo redibujo. Por otra parte el pseudocódigo es mas fácil de utilizar ya que es similar al lenguaje natural. Al contrario de los lenguajes de programación de alto nivel como Pascal o Basic no existe un conjunto de reglas que definan con precisión lo que es y lo que no es pseudocódigo. Varia de un programador a otro. El pseudocódigo requiere de ciertos símbolos que ya tienen significado preciso y establecido a los que se les conoce como palabras clave. Es necesario que exista una palabra clave para la selección y otra para la iteración condicional, así como para las instrucciones adicionales y otras estructuras de control.
Diagrama de fujo
o Objetivos de aprendizaje Un diagrama de flujo es la representación gráfica de un algoritmo. También se puede decir que es la representación detallada en forma gráfica de como deben realizarse los pasos en la computadora para producir resultados. Esta representación gráfica se da cuando varios símbolos (que indican diferentes procesos en la computadora), se relacionan entre sí mediante líneas que indican el orden en que se deben ejecutar los procesos. Los símbolos utilizados han sido normalizados por el instituto norteamericano de normalización (ANSI). Recomendaciones para el diseño de Diagramas de Flujo. Un diagrama de flujo es la representación gráfica de un algoritmo. También se puede decir que es la representación detallada en forma gráfica de como deben realizarse los pasos en la computadora para producir resultados. Esta representación gráfica se da cuando varios símbolos (que indican diferentes procesos en la computadora), se relacionan entre si mediante líneas que indican el orden en que se deben ejecutar los procesos. Los símbolos utilizados han sido normalizados por el instituto norteamericano de normalización (ANSI).
51
Todo diagrama debe tener un inicio y un fin.
Se deben se usar solamente líneas de flujo horizontales y/o verticales.
Se debe evitar el cruce de líneas utilizando los conectores.
Se deben usar conectores solo cuando sea necesario.
No deben quedar líneas de flujo son conectar.
Se deben trazar los símbolos de manera que se puedan leer de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.
Todo texto escrito dentro de un símbolo deberá ser escrito claramente, evitando el uso de muchas palabras.
Evitar la terminología de un lenguaje de programación o maquina.
Utilizar comentarios ya sea al margen o mediante el símbolo grafico comentarios para que este sea entendible por cualquier persona que lo consulte.
Si el diagrama abarca mas de una hoja es conveniente enumerarlo e identificar de donde viene y a donde se dirige.
Metodologia de programacion
Metodología de Programación
Un programa se va a dividir en 3 partes claramente diferenciadas:
procesos de entrada
proceso de datos
procesos de salida Todo programa está constituido por un conjunto de instrucciones capaces de gestionar un conjunto de datos. Algoritmos Un algoritmo es la descripción abstracta de todas las acciones que debe realizar un ordenador, que nos conduce a la solución del problema. Debe ser conciso y detallado, así como finito, pero sobre todo tiene que ser claro y lo más sencillo posible. Herramientas y técnicas para el diseño de algoritmos Para el diseño de algoritmos lo que más se utiliza son: Diagramas de Flujo Diagramas de Procesos Pseudocódigo
9.1. LOS DATOS Y OPERACIONES BÁSICAS.
9.1.1. IDENTIFICADOR. Un identificador es una serie de caracteres formados por letras, dígitos y el carácter subrayado ( _ ) que no inicie con dígito, asi mismo es el nombre que damos a todo lo que manipulamos dentro de un programa (variables, constantes, funciones, etc). Por ejemplo variables, constantes, funciones, tipos definidos por el usuario etc.
47
9.1.2. TIPOS DE DATOS. Todos los datos tienen un tipo asociado con ellos. Un dato puede ser un simple carácter, tal como b, un valor entero tal como 35. El tipo de dato determina la naturaleza del conjunto de valores que puede tomar una variable.
9.1.3. VARIABLES. Una variable es un identificador que puede tomar diferentes valores dependiendo del tipo que esta se declare. Una variable es un identificador que puede cambiar de valor durante la ejecución de un programa. Una variable es una posición de memoria donde se puede almacenar una valor para uso de un programa.
9.1.4. INICIALIZACIÓN DE VARIABLES Inicializar una variable es el darle un valor después que se ha declarado pero antes de que se ejecuten las sentencias en las que se emplea.
9.1.5. CONSTANTES. Constantes son los valores que no pueden ser modificados. En C, pueden ser de cualquier tipo de datos. Además de los ejemplificados anteriormente, Podemos crear constantes de caracteres con barra invertida. Estos corresponden a los caracteres que son imposibles introducir desde el teclado.
48
9.1.6. OPERADORES Un operador es un símbolo que indica al compilador que realice manipulaciones lógicas o matemáticas específicas. Los operadores del mismo nivel de precedencia son evaluados por el compilador de izquierda a derecha. Por supuesto, se puede utilizar paréntesis para ordenar la evaluación. También, conviene utilizar paréntesis para hacer más claro el orden en que se producen las evaluaciones, tanto para la persona que lo elabora o para los que después tengan que seguir el programa. Operadores Lógicos: Estos operadores se utilizan para establecer relaciones entre valores lógicos. Estos valores pueden ser resultado de una expresión relacional. Operadores Lógicos And Y Or O Not Negación Prioridad de los Operadores Lógicos Not And Or Operadores de Asignación. Los operadores de asignación se utilizan para formar expresiones de asignación, en las que se asigna el valor de una expresión a un identificador. ***** Por definir el operador de asignación Cada expresión toma un valor que se determina tomando los valores de las variables y constantes implicadas y la ejecución de las operaciones indicadas. Una expresión consta de operadores y operandos. Según sea el tipo de datos que manipulan, se clasifican las expresiones en:
49
Aritméticas Relaciónales Lógicas
9.1.7. PALABRAS RESERVADAS. Son palabras que tienen un significado especial para el lenguaje y no se pueden utilizar como identificadores.
9.1.8. COMENTARIOS. Los comentarios pueden aparecer en cualquier parte del programa, mientras estén situados entre los delimitadores /* comentario */. Los comentarios son útiles para identificar los elementos principales de un programa o para explicar la lógica subyacente de estos.
Un programa se va a dividir en 3 partes claramente diferenciadas:
procesos de entrada
proceso de datos
procesos de salida Todo programa está constituido por un conjunto de instrucciones capaces de gestionar un conjunto de datos. Algoritmos Un algoritmo es la descripción abstracta de todas las acciones que debe realizar un ordenador, que nos conduce a la solución del problema. Debe ser conciso y detallado, así como finito, pero sobre todo tiene que ser claro y lo más sencillo posible. Herramientas y técnicas para el diseño de algoritmos Para el diseño de algoritmos lo que más se utiliza son: Diagramas de Flujo Diagramas de Procesos Pseudocódigo
9.1. LOS DATOS Y OPERACIONES BÁSICAS.
9.1.1. IDENTIFICADOR. Un identificador es una serie de caracteres formados por letras, dígitos y el carácter subrayado ( _ ) que no inicie con dígito, asi mismo es el nombre que damos a todo lo que manipulamos dentro de un programa (variables, constantes, funciones, etc). Por ejemplo variables, constantes, funciones, tipos definidos por el usuario etc.
47
9.1.2. TIPOS DE DATOS. Todos los datos tienen un tipo asociado con ellos. Un dato puede ser un simple carácter, tal como b, un valor entero tal como 35. El tipo de dato determina la naturaleza del conjunto de valores que puede tomar una variable.
9.1.3. VARIABLES. Una variable es un identificador que puede tomar diferentes valores dependiendo del tipo que esta se declare. Una variable es un identificador que puede cambiar de valor durante la ejecución de un programa. Una variable es una posición de memoria donde se puede almacenar una valor para uso de un programa.
9.1.4. INICIALIZACIÓN DE VARIABLES Inicializar una variable es el darle un valor después que se ha declarado pero antes de que se ejecuten las sentencias en las que se emplea.
9.1.5. CONSTANTES. Constantes son los valores que no pueden ser modificados. En C, pueden ser de cualquier tipo de datos. Además de los ejemplificados anteriormente, Podemos crear constantes de caracteres con barra invertida. Estos corresponden a los caracteres que son imposibles introducir desde el teclado.
48
9.1.6. OPERADORES Un operador es un símbolo que indica al compilador que realice manipulaciones lógicas o matemáticas específicas. Los operadores del mismo nivel de precedencia son evaluados por el compilador de izquierda a derecha. Por supuesto, se puede utilizar paréntesis para ordenar la evaluación. También, conviene utilizar paréntesis para hacer más claro el orden en que se producen las evaluaciones, tanto para la persona que lo elabora o para los que después tengan que seguir el programa. Operadores Lógicos: Estos operadores se utilizan para establecer relaciones entre valores lógicos. Estos valores pueden ser resultado de una expresión relacional. Operadores Lógicos And Y Or O Not Negación Prioridad de los Operadores Lógicos Not And Or Operadores de Asignación. Los operadores de asignación se utilizan para formar expresiones de asignación, en las que se asigna el valor de una expresión a un identificador. ***** Por definir el operador de asignación Cada expresión toma un valor que se determina tomando los valores de las variables y constantes implicadas y la ejecución de las operaciones indicadas. Una expresión consta de operadores y operandos. Según sea el tipo de datos que manipulan, se clasifican las expresiones en:
49
Aritméticas Relaciónales Lógicas
9.1.7. PALABRAS RESERVADAS. Son palabras que tienen un significado especial para el lenguaje y no se pueden utilizar como identificadores.
9.1.8. COMENTARIOS. Los comentarios pueden aparecer en cualquier parte del programa, mientras estén situados entre los delimitadores /* comentario */. Los comentarios son útiles para identificar los elementos principales de un programa o para explicar la lógica subyacente de estos.
Faces de creacion de un programa
Fases para la creación de un programa
o Objetivos de aprendizaje
Se pueden utilizar muchos lenguajes para programar una computadora. El más básico es el lenguaje de maquina, una colección de instrucciones muy detallada que controla la circuiteria interna de la maquina. Este es el dialecto natural de la maquina. Muy pocos programas se escriben actualmente en lenguaje de maquina por dos razones importantes: primero, porque el lenguaje de maquina es muy incomodo para trabajar y segundo por que la mayoría de las maquinas se pide programar en diversos tipos de lenguajes, que son lenguajes de alto nivel, cuyas instrucciones son más compatibles con los lenguajes y la forma de pensar humanos como lo es el lenguaje c que además es de propósito general. Debido a que los programas diseñados en este lenguaje se pueden ejecutar en cualquier maquina , casi sin modificaciones. Por tanto el uso del lenguaje de alto nivel ofrece tres ventajas importantes, sencillez, uniformidad y portabilidad.
8.1. Lenguaje de programación: Sistema de símbolos y reglas que permite la construcción de programas con los que la computadora puede operar así como resolver problemas de manera eficaz. Estos contienen un conjunto de instrucciones que nos permiten realizar operaciones de entrada / salida, calculo, manipulación de textos, lógica / comparación y almacenamiento / recuperación.
8.1.1. Clasificación de los lenguajes de Programación Lenguaje Máquina: Son aquellos cuyas instrucciones son directamente entendibles por la computadora y no necesitan traducción posterior para que la CPU pueda comprender y ejecutar el programa. Las instrucciones en lenguaje maquina se expresan en términos de la unidad de memoria más pequeña el bit (dígito binario 0 ó 1). Lenguaje de Bajo Nivel (Ensamblador): En este lenguaje las instrucciones se escriben en códigos alfabéticos conocidos como mnemotécnicos para las operaciones y direcciones simbólicas.
43
Lenguaje de Alto Nivel: Los lenguajes de programación de alto nivel (BASIC, pascal, cobol, fortran, etc.) son aquellos en los que las instrucciones o sentencias a la computadora son escritas con palabras similares a los lenguajes humanos (en general en ingles), lo que facilita la escritura y comprensión del programa.
8.1.2. Algoritmo. La palabra algoritmo se deriva de la traducción al latín de la palabra árabe alkhowarizmi, nombre de un matemático y astrónomo árabe que escribió un tratado sobre manipulación de números y ecuaciones en el siglo IX. La solución a cualquier problema de cómputo involucra la ejecución de una serie de acciones en orden especifico. Un procedimiento para resolver un problema en términos de: a) Las acciones a ejecutarse y b) el orden en el cual estas acciones deben ejecutarse se llama algoritmo. Un ejemplo de un algoritmo para llegar a la escuela a. Salir de la cama b. Quitarse la pijamas c. Darse un baño d. Vestirse e. Desayunar
8.1.3. Programa. Secuencia de instrucciones mediante las cuales se ejecutan diferentes acciones de acuerdo con los datos que se estén procesando. Es un algoritmo desarrollado para ser utilizado por la computadora Expresión de un algoritmo en un lenguaje preciso que puede llegar a entender una máquina de cómputo.
8.2. Fases para la creación de un programa.
8.2.1. Definición del Problema Esta fase está dada por el enunciado del problema, el cual requiere una definición clara y precisa. Es importante que se conozca lo que se desea que realice la computadora; mientras esto no se conozca del todo no tiene mucho caso continuar con la siguiente etapa.
8.2.2. Análisis del Problema Una vez que se ha comprendido lo que se desea de la computadora, es necesario definir: Los datos de entrada.
44
Cual es la información que se desea producir (salida) Los métodos y fórmulas que se necesitan para procesar los datos. Una recomendación muy practica es el que nos pongamos en el lugar de la computadora y analicemos que es lo que necesitamos que nos ordenen y en que secuencia para producir los resultados esperados.
8.2.3. Diseño del Algoritmo Las características de un buen algoritmo son: Debe tener un punto particular de inicio. Debe ser definido, no debe permitir dobles interpretaciones. Debe ser general, es decir, soportar la mayoría de las variantes que se puedan presentar en la definición del problema. Debe ser finito en tamaño y tiempo de ejecución.
8.2.4. Codificación La codificación es la operación de escribir la solución del problema (de acuerdo a la lógica del diagrama de flujo o pseudocódigo), en una serie de instrucciones detalladas, en un código reconocible por la computadora, la serie de instrucciones detalladas se le conoce como código fuente, el cual se escribe en un lenguaje de programación o lenguaje de alto nivel.
8.2.5. Prueba y Depuración Los errores humanos dentro de la programación de computadoras son muchos y aumentan considerablemente con la complejidad del problema. El proceso de identificar y eliminar errores, para dar paso a una solución sin errores se le llama depuración. La prueba consiste en la captura de datos hasta que el programa no presente errores (los más comunes son los sintácticos y lógicos).
8.2.6. Documentación Es la guía o comunicación escrita es sus variadas formas, ya sea en enunciados, procedimientos, dibujos o diagramas. A menudo un programa escrito por una persona, es usado por otra. Por ello la documentación sirve para ayudar a comprender o usar un programa o para facilitar futuras modificaciones (mantenimiento). La documentación se divide en tres partes: Documentación Interna Documentación Externa Manual del Usuario
45
Documentación Interna: Son los comentarios o mensaje que se añaden al código fuente para hacer mas claro el entendimiento de un proceso. Documentación Externa: Se define en un documento escrito los siguientes puntos: Descripción del Problema Nombre del Autor Algoritmo (diagrama de flujo o pseudocódigo) Diccionario de Datos Código Fuente (programa) Manual del Usuario: Describe paso a paso la manera como funciona el programa, con el fin de que el usuario obtenga el resultado deseado.
8.2.7. 2.7 Mantenimiento Se lleva acabo después de terminado el programa, cuando se detecta que es necesario hacer algún cambio, ajuste o complementación al programa para que siga trabajando de manera correcta. Para poder realizar este trabajo se requiere que el programa este correctamente documentado.
o Objetivos de aprendizaje
Se pueden utilizar muchos lenguajes para programar una computadora. El más básico es el lenguaje de maquina, una colección de instrucciones muy detallada que controla la circuiteria interna de la maquina. Este es el dialecto natural de la maquina. Muy pocos programas se escriben actualmente en lenguaje de maquina por dos razones importantes: primero, porque el lenguaje de maquina es muy incomodo para trabajar y segundo por que la mayoría de las maquinas se pide programar en diversos tipos de lenguajes, que son lenguajes de alto nivel, cuyas instrucciones son más compatibles con los lenguajes y la forma de pensar humanos como lo es el lenguaje c que además es de propósito general. Debido a que los programas diseñados en este lenguaje se pueden ejecutar en cualquier maquina , casi sin modificaciones. Por tanto el uso del lenguaje de alto nivel ofrece tres ventajas importantes, sencillez, uniformidad y portabilidad.
8.1. Lenguaje de programación: Sistema de símbolos y reglas que permite la construcción de programas con los que la computadora puede operar así como resolver problemas de manera eficaz. Estos contienen un conjunto de instrucciones que nos permiten realizar operaciones de entrada / salida, calculo, manipulación de textos, lógica / comparación y almacenamiento / recuperación.
8.1.1. Clasificación de los lenguajes de Programación Lenguaje Máquina: Son aquellos cuyas instrucciones son directamente entendibles por la computadora y no necesitan traducción posterior para que la CPU pueda comprender y ejecutar el programa. Las instrucciones en lenguaje maquina se expresan en términos de la unidad de memoria más pequeña el bit (dígito binario 0 ó 1). Lenguaje de Bajo Nivel (Ensamblador): En este lenguaje las instrucciones se escriben en códigos alfabéticos conocidos como mnemotécnicos para las operaciones y direcciones simbólicas.
43
Lenguaje de Alto Nivel: Los lenguajes de programación de alto nivel (BASIC, pascal, cobol, fortran, etc.) son aquellos en los que las instrucciones o sentencias a la computadora son escritas con palabras similares a los lenguajes humanos (en general en ingles), lo que facilita la escritura y comprensión del programa.
8.1.2. Algoritmo. La palabra algoritmo se deriva de la traducción al latín de la palabra árabe alkhowarizmi, nombre de un matemático y astrónomo árabe que escribió un tratado sobre manipulación de números y ecuaciones en el siglo IX. La solución a cualquier problema de cómputo involucra la ejecución de una serie de acciones en orden especifico. Un procedimiento para resolver un problema en términos de: a) Las acciones a ejecutarse y b) el orden en el cual estas acciones deben ejecutarse se llama algoritmo. Un ejemplo de un algoritmo para llegar a la escuela a. Salir de la cama b. Quitarse la pijamas c. Darse un baño d. Vestirse e. Desayunar
8.1.3. Programa. Secuencia de instrucciones mediante las cuales se ejecutan diferentes acciones de acuerdo con los datos que se estén procesando. Es un algoritmo desarrollado para ser utilizado por la computadora Expresión de un algoritmo en un lenguaje preciso que puede llegar a entender una máquina de cómputo.
8.2. Fases para la creación de un programa.
8.2.1. Definición del Problema Esta fase está dada por el enunciado del problema, el cual requiere una definición clara y precisa. Es importante que se conozca lo que se desea que realice la computadora; mientras esto no se conozca del todo no tiene mucho caso continuar con la siguiente etapa.
8.2.2. Análisis del Problema Una vez que se ha comprendido lo que se desea de la computadora, es necesario definir: Los datos de entrada.
44
Cual es la información que se desea producir (salida) Los métodos y fórmulas que se necesitan para procesar los datos. Una recomendación muy practica es el que nos pongamos en el lugar de la computadora y analicemos que es lo que necesitamos que nos ordenen y en que secuencia para producir los resultados esperados.
8.2.3. Diseño del Algoritmo Las características de un buen algoritmo son: Debe tener un punto particular de inicio. Debe ser definido, no debe permitir dobles interpretaciones. Debe ser general, es decir, soportar la mayoría de las variantes que se puedan presentar en la definición del problema. Debe ser finito en tamaño y tiempo de ejecución.
8.2.4. Codificación La codificación es la operación de escribir la solución del problema (de acuerdo a la lógica del diagrama de flujo o pseudocódigo), en una serie de instrucciones detalladas, en un código reconocible por la computadora, la serie de instrucciones detalladas se le conoce como código fuente, el cual se escribe en un lenguaje de programación o lenguaje de alto nivel.
8.2.5. Prueba y Depuración Los errores humanos dentro de la programación de computadoras son muchos y aumentan considerablemente con la complejidad del problema. El proceso de identificar y eliminar errores, para dar paso a una solución sin errores se le llama depuración. La prueba consiste en la captura de datos hasta que el programa no presente errores (los más comunes son los sintácticos y lógicos).
8.2.6. Documentación Es la guía o comunicación escrita es sus variadas formas, ya sea en enunciados, procedimientos, dibujos o diagramas. A menudo un programa escrito por una persona, es usado por otra. Por ello la documentación sirve para ayudar a comprender o usar un programa o para facilitar futuras modificaciones (mantenimiento). La documentación se divide en tres partes: Documentación Interna Documentación Externa Manual del Usuario
45
Documentación Interna: Son los comentarios o mensaje que se añaden al código fuente para hacer mas claro el entendimiento de un proceso. Documentación Externa: Se define en un documento escrito los siguientes puntos: Descripción del Problema Nombre del Autor Algoritmo (diagrama de flujo o pseudocódigo) Diccionario de Datos Código Fuente (programa) Manual del Usuario: Describe paso a paso la manera como funciona el programa, con el fin de que el usuario obtenga el resultado deseado.
8.2.7. 2.7 Mantenimiento Se lleva acabo después de terminado el programa, cuando se detecta que es necesario hacer algún cambio, ajuste o complementación al programa para que siga trabajando de manera correcta. Para poder realizar este trabajo se requiere que el programa este correctamente documentado.
Lenguajes de programacion
Lenguajes de programación
o Objetivos de aprendizaje
Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para expresar computaciones que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana.1 Está formado de un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación.
También la palabra programación se define como el proceso de creación de un programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través de los siguientes pasos:
El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular.
Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación específico (codificación del programa)
Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de máquina.
Prueba y depuración del programa.
Desarrollo de la documentación.
Existe un error común que trata por sinónimos los términos 'lenguaje de programación' y 'lenguaje informático'. Los lenguajes informáticos engloban a los lenguajes de programación y a otros más, como por ejemplo el HTML. (lenguaje para el marcado de páginas web que no es propiamente un lenguaje de programación sino un conjunto de instrucciones que permiten diseñar el contenido y el texto de los documentos)
Permite especificar de manera precisa sobre qué datos debe operar una computadora, cómo deben ser almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar bajo una variada gama de circunstancias. Todo esto, a través de un lenguaje que intenta estar relativamente próximo al lenguaje humano o natural, tal como sucede con el lenguaje Léxico. Una característica relevante de los lenguajes de programación es precisamente que más de un programador pueda usar un conjunto común de instrucciones que sean comprendidas entre ellos para realizar la construcción del programa de forma colaborativa.
o Objetivos de aprendizaje
Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para expresar computaciones que pueden ser llevadas a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana.1 Está formado de un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación.
También la palabra programación se define como el proceso de creación de un programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través de los siguientes pasos:
El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular.
Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación específico (codificación del programa)
Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de máquina.
Prueba y depuración del programa.
Desarrollo de la documentación.
Existe un error común que trata por sinónimos los términos 'lenguaje de programación' y 'lenguaje informático'. Los lenguajes informáticos engloban a los lenguajes de programación y a otros más, como por ejemplo el HTML. (lenguaje para el marcado de páginas web que no es propiamente un lenguaje de programación sino un conjunto de instrucciones que permiten diseñar el contenido y el texto de los documentos)
Permite especificar de manera precisa sobre qué datos debe operar una computadora, cómo deben ser almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar bajo una variada gama de circunstancias. Todo esto, a través de un lenguaje que intenta estar relativamente próximo al lenguaje humano o natural, tal como sucede con el lenguaje Léxico. Una característica relevante de los lenguajes de programación es precisamente que más de un programador pueda usar un conjunto común de instrucciones que sean comprendidas entre ellos para realizar la construcción del programa de forma colaborativa.
spftware de aplicacion
Software de aplicación
o Objetivos de aprendizaje
En informática, una aplicación es un tipo de programa informático diseñado como herramienta para permitir a un usuario realizar uno o diversos tipos de trabajo. Esto lo diferencia principalmente de otros tipos de programas como los sistemas operativos (que hacen funcionar al ordenador), las utilidades (que realizan tareas de mantenimiento o de uso general), y los lenguajes de programación (con el cual se crean los programas informáticos).
Suele resultar una solución informática para la automatización de ciertas tareas complicadas como pueden ser la contabilidad, la redacción de documentos, o la gestión de un almacén. Algunos ejemplos de programas de aplicación son los procesadores de textos, hojas de cálculo, y base de datos.
Ciertas aplicaciones desarrolladas 'a medida' suelen ofrecer una gran potencia ya que están exclusivamente diseñadas para resolver un problema específico. Otros, llamados paquetes integrados de software, ofrecen menos potencia pero a cambio incluyen varias aplicaciones, como un programa procesador de textos, de hoja de cálculo y de base de datos.
Este diagrama muestra la ubicación y relación que tienen estas aplicaciones para con el usuario final, y con otros programas informáticos existentes.
Otros ejemplos de programas de aplicación pueden ser: programas de comunicación de datos, Multimedia, presentaciones, diseño gráfico, cálculo, finanzas, correo electrónico, compresión de archivos, presupuestos de obras, gestión de empresas, etc.
Algunas compañías agrupan diversos programas de distinta naturaleza para que formen un paquete (llamados suites o suite ofimática) que sean satisfactorios para las necesidades más apremiantes del usuario. Todos y cada uno de ellos sirven para ahorrar tiempo y dinero al usuario, al permitirle hacer cosas útiles con el ordenador (o computadora); algunos con ciertas prestaciones, otros con equis diseño; unos son más amigables o fáciles de usar que otros, pero bajo el mismo principio. Un ejemplo común de estos paquetes es Microsoft Office.
o Objetivos de aprendizaje
En informática, una aplicación es un tipo de programa informático diseñado como herramienta para permitir a un usuario realizar uno o diversos tipos de trabajo. Esto lo diferencia principalmente de otros tipos de programas como los sistemas operativos (que hacen funcionar al ordenador), las utilidades (que realizan tareas de mantenimiento o de uso general), y los lenguajes de programación (con el cual se crean los programas informáticos).
Suele resultar una solución informática para la automatización de ciertas tareas complicadas como pueden ser la contabilidad, la redacción de documentos, o la gestión de un almacén. Algunos ejemplos de programas de aplicación son los procesadores de textos, hojas de cálculo, y base de datos.
Ciertas aplicaciones desarrolladas 'a medida' suelen ofrecer una gran potencia ya que están exclusivamente diseñadas para resolver un problema específico. Otros, llamados paquetes integrados de software, ofrecen menos potencia pero a cambio incluyen varias aplicaciones, como un programa procesador de textos, de hoja de cálculo y de base de datos.
Este diagrama muestra la ubicación y relación que tienen estas aplicaciones para con el usuario final, y con otros programas informáticos existentes.
Otros ejemplos de programas de aplicación pueden ser: programas de comunicación de datos, Multimedia, presentaciones, diseño gráfico, cálculo, finanzas, correo electrónico, compresión de archivos, presupuestos de obras, gestión de empresas, etc.
Algunas compañías agrupan diversos programas de distinta naturaleza para que formen un paquete (llamados suites o suite ofimática) que sean satisfactorios para las necesidades más apremiantes del usuario. Todos y cada uno de ellos sirven para ahorrar tiempo y dinero al usuario, al permitirle hacer cosas útiles con el ordenador (o computadora); algunos con ciertas prestaciones, otros con equis diseño; unos son más amigables o fáciles de usar que otros, pero bajo el mismo principio. Un ejemplo común de estos paquetes es Microsoft Office.
Sistemas Operativos
o Objetivos de aprendizaje
Un Sistema operativo (SO) es un programa informático que actúa de interfaz entre los dispositivos de hardware y los programas usados por el usuario para manejar un computador. Es responsable de gestionar, coordinar las actividades y llevar a cabo el intercambio de los recursos y actúa como estación para las aplicaciones que se ejecutan en la máquina.
Uno de los más prominentes ejemplos de sistema operativo, es el núcleo Linux, el cual junto a las herramientas GNU, forman las llamadas distribuciones GNU/Linux.
Nótese que es un error común muy extendido, denominar al conjunto completo de herramientas sistema operativo, pues este, es sólo el núcleo y no necesita de entorno operador para estar operativo y funcional. Este error de precisión, es debido a la modernización de la informática llevada a cabo a finales de los 80, cuando la filosofía de estructura básica de funcionamiento de los grandes computadores se rediseñó a fin de llevarla a los hogares y facilitar su uso, cambiando el concepto de computador multiusuario, (muchos usuarios al mismo tiempo) por un sistema monousuario (únicamente un usuario al mismo tiempo) más sencillo de gestionar.
Uno de los propósitos de un sistema operativo como programa estación principal, consiste en gestionar los recursos de localización y protección de acceso del hardware, hecho que alivia a los programadores de aplicaciones de tener que tratar con éstos detalles. Se encuentran en la mayoría de los aparatos electrónicos que utilizan microprocesadores para funcionar. (teléfonos móviles, reproductores de DVD, computadoras, radios, etc.)
Parte de la infraestructura de la World Wide Web está compuesta por el Sistema Operativo de Internet, creado por Cisco Systems para gestionar equipos de interconexión como los conmutadores y los enrutadores.
5.1. Problemas de explotación y soluciones iniciales
El problema principal de los primeros sistemas era la baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador profesional que lo manejase, con lo que se eliminaron las hojas de reserva, se ahorró tiempo y se aumentó la velocidad.
Para ello, los trabajos se agrupaban de forma manual en lotes mediante lo que se conoce como procesamiento por lotes (batch) sin automatizar.
26
5.2. Monitores residentes
Fichas en lenguaje de procesamiento por lotes, con programa y datos, para ejecución secuencial
Según fue avanzando la complejidad de los programas, fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organización de tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los monitores residentes: programas que residían en memoria y que gestionaban la ejecución de una cola de trabajos.
Un monitor residente estaba compuesto por un cargador, un Intérprete de comandos y un Controlador (drivers) para el manejo de entrada/salida.
5.3. Sistemas con almacenamiento temporal de E/S
Los avances en el hardware crearon el soporte de interrupciones y posteriormente se llevó a cabo un intento de solución más avanzado: solapar la E/S de un trabajo con sus propios cálculos, por lo que se creó el sistema de buffers con el siguiente funcionamiento:
Un programa escribe su salida en un área de memoria (buffer 1).
El monitor residente inicia la salida desde el buffer y el programa de aplicación calcula depositando la salida en el buffer 2.
La salida desde el buffer 1 termina y el nuevo cálculo también.
Se inicia la salida desde el buffer 2 y otro nuevo cálculo dirige su salida al buffer 1.
El proceso se puede repetir de nuevo.
Los problemas surgen si hay muchas más operaciones de cálculo que de E/S (limitado por la CPU) o si por el contrario hay muchas más operaciones de E/S que cálculo (limitado por la E/S).
5.4. Spoolers
Hace aparición el disco magnético con lo que surgen nuevas soluciones a los problemas de rendimiento. Se eliminan las cintas magnéticas para el volcado previo de los datos de dispositivos lentos y se sustituyen por discos (un disco puede simular varias cintas). Debido al solapamiento del cálculo de un trabajo con la E/S de otro trabajo se crean tablas en el
27
disco para diferentes tareas, lo que se conoce como Spool (Simultaneous Peripherial Operation On-Line).
5.5. Sistemas Operativos Multiprogramados
Surge un nuevo avance en el hardware: el hardware con protección de memoria. Lo que ofrece nuevas soluciones a los problemas de rendimiento:
Se solapa el cálculo de unos trabajos con la entrada/salida de otros trabajos.
Se pueden mantener en memoria varios programas.
Se asigna el uso de la CPU a los diferentes programas en memoria.
Debido a los cambios anteriores, se producen cambios en el monitor residente, con lo que éste debe abordar nuevas tareas, naciendo lo que se denomina como Sistemas Operativos multiprogramados, los cuales cumplen con las siguientes funciones:
Administrar la memoria.
Gestionar el uso de la CPU (planificación).
Administrar el uso de los dispositivos de E/S.
Cuando desempeña esas tareas, el monitor residente se transforma en un sistema operativo multiprogramado.
5.6. Llamadas al Sistema Operativo
Definición breve: llamadas que ejecutan los programas de aplicación para pedir algún servicio al SO.
Cada SO implementa un conjunto propio de llamadas al sistema. Ese conjunto de llamadas es la interfaz del SO frente a las aplicaciones. Constituyen el lenguaje que deben usar las aplicaciones para comunicarse con el SO. Por ello si cambiamos de SO, y abrimos un programa diseñado para trabajar sobre el anterior, en general el programa no funcionará, a no ser que el nuevo SO tenga la misma interfaz. Para ello:
Las llamadas correspondientes deben tener el mismo formato.
Cada llamada al nuevo SO tiene que dar los mismos resultados que la correspondiente del anterior.
5.7. Modos de ejecución en un CPU
Las aplicaciones no deben poder usar todas las instrucciones de la CPU. No obstante el SO, tiene que poder utilizar todo el juego de instrucciones del CPU. Por ello, una CPU debe tener (al menos) dos modos de operación diferentes:
Modo usuario: el CPU podrá ejecutar sólo las instrucciones del juego restringido de las aplicaciones.
28
Modo supervisor: la CPU debe poder ejecutar el juego completo de instrucciones.
5.8. Llamadas al Sistema
Una aplicación, normalmente no sabe dónde está situada la rutina de servicio de la llamada. Por lo que si ésta se codifica como una llamada de función, cualquier cambio en el SO haría que hubiera que reconstruir la aplicación.
Pero lo más importante es que una llamada de función no cambia el modo de ejecución de la CPU. Con lo que hay que conseguir llamar a la rutina de servicio, sin tener que conocer su ubicación, y hacer que se fuerce un cambio de modo de operación de la CPU en la llamada (y la recuperación del modo anterior en el retorno).
Esto se hace utilizando instrucciones máquina diseñadas específicamente para este cometido, distintas de las que se usan para las llamadas de función.
5.9. Bibliotecas de interfaz de llamadas al sistema
Las llamadas al sistema no siempre tienen una expresión sencilla en los lenguajes de alto nivel, por ello se crean las bibliotecas de interfaz, que son bibliotecas de funciones que pueden usarse para efectuar llamadas al sistema. Las hay para distintos lenguajes de programación.
La aplicación llama a una función de la biblioteca de interfaz (mediante una llamada normal) y esa función es la que realmente hace la llamada al sistema.
5.10. Interrupciones y excepciones
El SO ocupa una posición intermedia entre los programas de aplicación y el hardware. No se limita a utilizar el hardware a petición de las aplicaciones ya que hay situaciones en las que es el hardware el que necesita que se ejecute código del SO. En tales situaciones el hardware debe poder llamar al sistema, pudiendo deberse estas llamadas a dos condiciones:
Algún dispositivo de E/S necesita atención.
Se ha producido una situación de error al intentar ejecutar una instrucción del programa (normalmente de la aplicación).
En ambos casos, la acción realizada no está ordenada por el programa de aplicación, es decir, no figura en el programa.
Según los dos casos anteriores tenemos las interrupciones y la excepciones:
Interrupción: señal que envía un dispositivo de E/S a la CPU para indicar que la operación de la que se estaba ocupando, ya ha terminado.
Excepción: una situación de error detectada por la CPU mientras ejecutaba una instrucción, que requiere tratamiento por parte del SO.
29
5.10.1. Tratamiento de las interrupciones
Una interrupción se trata en todo caso, después de terminar la ejecución de la instrucción en curso.
El tratamiento depende de cuál sea el dispositivo de E/S que ha causado la interrupción, ante la cual debe poder identificar el dispositivo que la ha causado.
5.10.2. Importancia de las interrupciones
El mecanismo de tratamiento de las interrupciones permite al SO utilizar la CPU en servicio de una aplicación, mientras otra permanece a la espera de que concluya una operación en un dispositivo de E/S.
El hardware se encarga de avisar al SO cuando el dispositivo de E/S ha terminado y el SO puede intervenir entonces, si es conveniente, para hacer que el programa que estaba esperando por el dispositivo, se continúe ejecutando.
En ciertos intervalos de tiempo puede convenir no aceptar señales de interrupción. Por ello las interrupciones pueden inhibirse por programa (aunque esto no deben poder hacerlo las mismas).
5.11. Excepciones
Cuando la CPU intenta ejecutar una instrucción incorrectamente construida, la unidad de control lanza una excepción para permitir al SO ejecutar el tratamiento adecuado. Al contrario que en una interrupción, la instrucción en curso es abortada. Las excepciones al igual que las interrupciones deben estar identificadas.
5.11.1. Clases de excepciones
Las instrucciones de un programa pueden estar mal construidas por diversas razones:
El código de operación puede ser incorrecto.
Se intenta realizar alguna operación no definida, como dividir por cero.
La instrucción puede no estar permitida en el modo de ejecución actual.
La dirección de algún operando puede ser incorrecta o se intenta violar alguno de sus permisos de uso.
5.11.2. Importancia de las excepciones
El mecanismo de tratamiento de las excepciones es esencial para impedir, junto a los modos de ejecución de la CPU y los mecanismos de protección de la memoria, que las aplicaciones realicen operaciones que no les están permitidas. En cualquier caso, el tratamiento específico de una excepción lo realiza el SO.
30
Como en el caso de las interrupciones, el hardware se limita a dejar el control al SO, y éste es el que trata la situación como convenga.
Es bastante frecuente que el tratamiento de una excepción no retorne al programa que se estaba ejecutando cuando se produjo la excepción, sino que el SO aborte la ejecución de ese programa. Este factor depende de la pericia del programador para controlar la excepción adecuadamente.
5.12. Componentes de un sistema operativo
5.12.1. Gestión de procesos
Un proceso es simplemente, un programa en ejecución que necesita recursos para realizar su tarea: tiempo de CPU, memoria, archivos y dispositivos de E/S. El SO es el responsable de:
Crear y destruir los procesos.
Parar y reanudar los procesos.
Ofrecer mecanismos para que se comuniquen y sincronicen.
La gestión de procesos podría ser similar al trabajo de oficina. Se puede tener una lista de tareas a realizar y a estas fijarles prioridades alta, media, baja por ejemplo. Debemos comenzar haciendo las tareas de prioridad alta primero y cuando se terminen seguir con las de prioridad media y después las de baja. Una vez realizada la tarea se tacha. Esto puede traer un problema que las tareas de baja prioridad pueden que nunca lleguen a ejecutarse. y permanezcan en la lista para siempre. Para solucionar esto, se puede asignar alta prioridad a las tareas más antiguas.
5.12.2. Gestión de la memoria principal
La Memoria (informática) es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una dirección única. Este almacén de datos de rápido accesos es compartido por la CPU y los dispositivos de E/S, es volátil y pierde su contenido en los fallos del sistema. El SO es el responsable de:
Conocer qué partes de la memoria están utilizadas y por quién.
Decidir qué procesos se cargarán en memoria cuando haya espacio disponible.
Asignar y reclamar espacio de memoria cuando sea necesario.
5.12.3. Gestión del almacenamiento secundario
Un sistema de almacenamiento secundario es necesario, ya que la memoria principal (almacenamiento primario) es volátil y además muy pequeña para almacenar todos los programas y datos. También es necesario mantener los datos que no convenga mantener en la memoria principal. El SO se encarga de:
31
Planificar los discos.
Gestionar el espacio libre.
Asignar el almacenamiento.
5.12.4. El sistema de E/S
Consiste en un sistema de almacenamiento temporal (caché), una interfaz de manejadores de dispositivos y otra para dispositivos concretos. El sistema operativo debe gestionar el almacenamiento temporal de E/S y servir las interrupciones de los dispositivos de E/S.
5.12.5. Sistema de archivos
Los archivos son colecciones de información relacionada, definidas por sus creadores. Éstos almacenan programas (en código fuente y objeto) y datos tales como imágenes, textos, información de bases de datos, etc. El SO es responsable de:
Construir y eliminar archivos y directorios.
Ofrecer funciones para manipular archivos y directorios.
Establecer la correspondencia entre archivos y unidades de almacenamiento.
Realizar copias de seguridad de archivos.
Existen diferentes Sistemas de Archivos, es decir, existen diferentes formas de organizar la información que se almacena en las memorias (normalmente discos) de los ordenadores. Por ejemplo, existen los sistemas de archivos FAT, FAT32, EXT2, NTFS...
Desde el punto de vista del usuario estas diferencias pueden parecer insignificantes a primera vista, sin embargo, existen diferencias muy importantes. Por ejemplo, los sistemas de ficheros FAT32 y NTFS , que se utilizan fundamentalmente en sistemas operativos de Microsoft, tienen una gran diferencia para un usuario que utilice una base de datos con bastante información ya que el tamaño máximo de un fichero con un Sistema de Archivos FAT32 está limitado a 4 gigabytes sin embargo en un sistema NTFS el tamaño es considerablemente mayor.
5.12.6. Sistemas de protección
Mecanismo que controla el acceso de los programas o los usuarios a los recursos del sistema. El SO se encarga de:
Distinguir entre uso autorizado y no autorizado.
Especificar los controles de seguridad a realizar.
Forzar el uso de estos mecanismos de protección.
5.12.7. Sistema de comunicaciones
Para mantener las comunicaciones con otros sistemas es necesario poder controlar el envío y recepción de información a través de las interfaces de red. También hay que crear y
32
mantener puntos de comunicación que sirvan a las aplicaciones para enviar y recibir información, y crear y mantener conexiones virtuales entre aplicaciones que están ejecutándose localmente y otras que lo hacen remotamente.
5.12.8. Programas de sistema
Son aplicaciones de utilidad que se suministran con el SO pero no forman parte de él. Ofrecen un entorno útil para el desarrollo y ejecución de programas, siendo algunas de las tareas que realizan:
Manipulación y modificación de archivos.
Información del estado del sistema.
Soporte a lenguajes de programación.
Comunicaciones.
5.12.9. Gestor de recursos
Como gestor de recursos, el Sistema Operativo administra:
La CPU (Unidad Central de Proceso, donde está alojado el microprocesador).
Los dispositivos de E/S (entrada y salida)
La memoria principal (o de acceso directo).
Los discos (o memoria secundaria).
Los procesos (o programas en ejecución).
y en general todos los recursos del sistema.
5.12.10. Administración de tareas
Monotarea: Solamente puede ejecutar un proceso (aparte de los procesos del propio S.O.) en un momento dado. Una vez que empieza a ejecutar un proceso, continuará haciéndolo hasta su finalización y/o interrupción.
Multitarea: Es capaz de ejecutar varios procesos al mismo tiempo. Este tipo de S.O. normalmente asigna los recursos disponibles (CPU, memoria, periféricos) de forma alternada a los procesos que los solicitan, de manera que el usuario percibe que todos funcionan a la vez, de forma concurrente.
33
5.12.11. Administración de usuarios
Monousuario: Si sólo permite ejecutar los programas de un usuario al mismo tiempo.
Multiusuario: Si permite que varios usuarios ejecuten simultáneamente sus programas, accediendo a la vez a los recursos de la computadora. Normalmente estos sistemas operativos utilizan métodos de protección de datos, de manera que un programa no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario.
5.12.12. Manejo de recursos
Centralizado: Si permite utilizar los recursos de una sola computadora.
Distribuido: Si permite utilizar los recursos (memoria, CPU, disco, periféricos... ) de más de una computadora al mismo tiempo.
5.13. Años 60
En los años 60 se produjeron cambios notorios en varios campos de la informática, con la aparición del circuito integrado la mayoría orientados a seguir incrementando el potencial de los computadores. Para ello se utilizaban técnicas de lo más diversas:
5.13.1. Multiprogramación
En un sistema multiprogramado la memoria principal alberga a más de un programa de usuario. La CPU ejecuta instrucciones de un programa, cuando el que se encuentra en ejecución realiza una operación de E/S; en lugar de esperar a que termine la operación de E/S, se pasa a ejecutar otro programa. Si éste realiza, a su vez, otra operación de E/S, se mandan las órdenes oportunas al controlador, y pasa a ejecutarse otro. De esta forma es posible, teniendo almacenado un conjunto adecuado de tareas en cada momento, utilizar de manera óptima los recursos disponibles.
5.13.2. Tiempo compartido
En este punto tenemos un sistema que hace buen uso de la electrónica disponible, pero adolece la falta de interactividad; para conseguirla debe convertirse en un sistema multiusuario, en el cual existen varios usuarios con un terminal en línea, utilizando el modo de operación de tiempo compartido. En estos sistemas los programas de los distintos usuarios residen en memoria. Al realizar una operación de E/S los programas ceden la CPU a otro programa, al igual que en la multiprogramación. Pero, a diferencia de ésta, cuando un programa lleva cierto tiempo ejecutándose el sistema operativo lo detiene para que se ejecute otra aplicación.
34
5.13.3. Tiempo real
Estos sistemas se usan en entornos donde se deben aceptar y procesar en tiempos muy breves un gran número de sucesos, en su mayoría externos al ordenador. Si el sistema no respeta las restricciones de tiempo en las que las operaciones deben entregar su resultado se dice que ha fallado. El tiempo de respuesta a su vez debe servir para resolver el problema o hecho planteado. El procesamiento de archivos se hace de una forma continua, pues se procesa el archivo antes de que entre el siguiente, sus primeros usos fueron y siguen siendo en telecomunicaciones.
5.13.4. Multiprocesador
Diseño que no se encuentran en ordenadores monoprocesador. Estos problemas derivan del hecho de que dos programas pueden ejecutarse simultáneamente y, potencialmente, pueden interferirse entre sí. Concretamente, en lo que se refiere a las lecturas y escrituras en memoria. Existen dos arquitecturas que resuelven estos problemas:
La arquitectura NUMA, donde cada procesador tiene acceso y control exclusivo a una parte de la memoria. La arquitectura SMP, donde todos los procesadores comparten toda la memoria. Esta última debe lidiar con el problema de la coherencia de caché. Cada microprocesador cuenta con su propia memoria cache local. De manera que cuando un microprocesador escribe en una dirección de memoria, lo hace únicamente sobre su copia local en caché. Si otro microprocesador tiene almacenada la misma dirección de memoria en su caché, resultará que trabaja con una copia obsoleta del dato almacenado.
Para que un multiprocesador opere correctamente necesita un sistema operativo especialmente diseñado para ello. La mayoría de los sistemas operativos actuales poseen esta capacidad.
5.13.5. Sistemas operativos desarrollados
Además del Atlas Supervisor y el OS/360, los años 70 marcaron el inicio de UNIX, a mediados de los 60 aparece Multics, sistema operativo multiusuario - multitarea desarrollado por los laboratorios Bell de AT&T y Unix, convirtiéndolo en uno de los pocos SO escritos en un lenguaje de alto nivel. En el campo de la programación lógica se dio a luz la primera implementación de Prolog, y en la revolucionaria orientación a objetos, Smalltalk.
5.13.6. Inconvenientes de los sistemas existentes
Se trataba de sistemas grandes, complejos y costosos, pues antes no se había construido nada similar y muchos de los proyectos desarrollados terminaron con costos muy por encima del presupuesto y mucho después de lo que se marcaba como fecha de finalización. Además, aunque formaban una capa entre el hardware y el usuario, éste debía conocer un complejo lenguaje de control para realizar sus trabajos. Otro de los inconvenientes es el gran consumo de recursos que ocasionaban, debido a los grandes espacios de memoria
35
principal y secundaria ocupados, así como el tiempo de procesador consumido. Es por esto que se intentó hacer hincapié en mejorar las técnicas ya existentes de multiprogramación y tiempo compartido.
5.13.7. Características de los nuevos sistemas
Para solventar los problemas antes comentados, se realizó un costosísimo trabajo para interponer una amplia capa de software entre el usuario y la máquina, de forma que el primero no tuviese que conocer ningún detalle de la circuitería.
5.13.8. Sistemas operativos desarrollados
MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service): Originalmente era un proyecto cooperativo liderado por Fernando Corbató del MIT, con General Electric y los laboratorios Bell, que comenzó en los 60, pero los laboratorios Bell abandonaron en 1969 para comenzar a crear el sistema UNIX. Se desarrolló inicialmente para el mainframe GE-645, un sistema de 36 bits; después fue soportado por la serie de máquinas Honeywell 6180.
Fue uno de los primeros. Además, los traducía a instrucciones de alto nivel destinadas a BDOS.
BDOS (Basic Disk Operating System): Traductor de las instrucciones en llamadas a la BIOS.
El hecho de que, años después, IBM eligiera para sus PC a MS-DOS supuso su mayor fracaso, por lo que acabó desapareciendo.
5.14. Años 70
5.14.1. Apple OS
Apple DOS se refiere a los sistemas operativos de la serie de la Apple II de microcomputadoras de finales de 1978 hasta principios de 1983. Apple DOS tiene tres versiones principales: DOS 3.1, DOS 3.2, y DOS 3.3.
Apple DOS fue escrito en gran parte por Steve Wozniak, Randy Wigginton, y Paul Laughton. Estaba estrechamente vinculado con el lenguaje de la programación Integer BASIC.
5.15. Años 80
Con la creación de los circuitos LSI -integración a gran escala-, chips que contenían miles de transistores en un centímetro cuadrado de silicio, empezó el auge de los ordenadores personales. En éstos se dejó un poco de lado el rendimiento y se buscó más que el sistema operativo fuera amigable, surgiendo menús, e interfaces gráficas. Esto reducía la rapidez de
36
las aplicaciones, pero se volvían más prácticos y simples para los usuarios. En esta época, siguieron utilizándose lenguajes ya existentes, como Smalltalk o C, y nacieron otros nuevos, de los cuales se podrían destacar: C++ y Eiffel dentro del paradigma de la orientación a objetos, y Haskell y Miranda en el campo de la programación declarativa. Un avance importante que se estableció a mediados de la década de 1980 fue el desarrollo de redes de computadoras personales que corrían sistemas operativos en red y sistemas operativos distribuidos. En esta escena, dos sistemas operativos eran los mayoritarios: MS-DOS(Micro Soft Disk Operating System), escrito por Microsoft para IBM PC y otras computadoras que utilizaban la CPU Intel 8088 y sus sucesores, y UNIX, que dominaba en los ordenadores personales que hacían uso del Motorola 68000.
5.15.1. Mac OS
El lanzamiento oficial del ordenador Macintosh en enero de 1984, al precio de US $1,995 (después cambiado a $2,495 dólares)[1]. Incluía su sistema operativo Mac OS cuya características novedosas era una GUI (Graphic User Interface), Multitareas y Mouse. Provocó diferentes reacciones entre los usuarios acostumbrados a la línea de comandos y algunos tachando el uso del Mouse como juguete.
5.15.2. MS-DOS
En 1981 Microsoft compró un sistema operativo llamado QDOS que, tras realizar unas pocas modificaciones, se convirtió en la primera versión de MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System). A partir de aquí se sucedieron una serie de cambios hasta llegar a la versión 7.1, versión 8 en Windows Milenium, a partir de la cual MS-DOS dejó de existir como componían al Sistema Operativo.
5.15.3. Microsoft Windows
A mediados de los años 80 se crea este sistema operativo, pero no es hasta la salida de Windows 95 que se le puede considerar un sistema operativo, solo era una interfaz gráfica del MS-DOS. Hoy en día es el sistema operativo más difundido en el ámbito doméstico aunque también hay versiones para servidores como Windows NT. Microsoft ha diseñado también algunas versiones para superordenadores, pero sin mucho éxito. Años después se hizo el Windows 98 que era el más eficaz de esa época Después se crearía el sistema operativo de Windows ME (Windows Millenium Edition) aproximadamente entre el año 1999 y el año 2000. Un año después se crearía el sistema operativo de Windows 2000 en ese mismo año. Después le seguiría el sistema operativo más utilizado en la actualidad, Windows XP y otros sistemas operativos de esta familia especializados en las empresas. Ahora el más reciente es Windows 7 que salio al mercado el 22 de octubre del 2009, dejando atrás alWindows Vista, que tuvo innumerables criticas durante el poco tiempo que duró en el mercado. Ahora se están desarrollando actualizaciones de Windows 7.
37
5.16. Años 90
5.16.1. GNU/Linux
Este sistema es similar a Unix, basado en el estándar POSIX , un sistema que en principio trabajaba en modo comandos. Hoy en día dispone de Ventanas, gracias a un servidor gráfico y a gestores de ventanas como KDE, GNOME entre muchos. Recientemente GNU/Linux dispone de un aplicativo que convierte las ventanas en un entorno 3D como por ejemplo Beryl o Compiz. Lo que permite utilizar linux de una forma visual atractiva.
Fechas de lanzamiento Nombre del producto Versión actual / Build Noviembre 1985 Windows 1.01 1.01 Noviembre 1987 Windows 2.03 2.03 Mayo 1988 Windows 2.10 2.10 Marzo 1989 Windows 2.11 2.11 Mayo 1990 Windows 3.0 3.0 Marzo 1992 Windows 3.1x 3.1 Octubre 1992 Windows For Workgroups 3.1 3.1 Julio 1993 Windows NT 3.1 NT 3.1 Diciembre 1993 Windows For Workgroups 3.11 3.11 Enero 1994 Windows 3.2 (publicado en chino simplificado) 3.2 Septiembre 1994 Windows NT 3.5 NT 3.5 Mayo 1995 Windows NT 3.51 NT 3.51 Agosto 1995 Windows 95 4.0.950 Julio 1996 Windows NT 4.0 NT 4.0.1381
38
Junio 1998 Windows 98 4.10.1998 Mayo 1999 Windows 98 SE 4.10.2222 Febrero 2000 Windows 2000 NT 5.0.2195 Septiembre 2000 Windows Me 4.90.3000 Octubre 2001 Windows XP NT 5.1.2600 Marzo 2003 Windows XP 64-bit Edition (IA-64) NT 5.2.3790 Abril 2003 Windows Server 2003 NT 5.2.3790 Abril 2005 Windows XP Professional x64 Edition NT 5.2.3790 Julio 2006 Windows Fundamentals for Legacy PCs NT 5.1.2600 Noviembre 2006 (licencias por volumen) Enero 2007 (retail) Windows Vista NT 6.0.6002 Julio 2007 Windows Home Server NT 5.2.4500 Febrero 2008 Windows Server 2008 NT 6.0.6002 Octubre 2009 Windows 7 y Windows Server 2008 R2 NT 6.1.7600
o Objetivos de aprendizaje
Un Sistema operativo (SO) es un programa informático que actúa de interfaz entre los dispositivos de hardware y los programas usados por el usuario para manejar un computador. Es responsable de gestionar, coordinar las actividades y llevar a cabo el intercambio de los recursos y actúa como estación para las aplicaciones que se ejecutan en la máquina.
Uno de los más prominentes ejemplos de sistema operativo, es el núcleo Linux, el cual junto a las herramientas GNU, forman las llamadas distribuciones GNU/Linux.
Nótese que es un error común muy extendido, denominar al conjunto completo de herramientas sistema operativo, pues este, es sólo el núcleo y no necesita de entorno operador para estar operativo y funcional. Este error de precisión, es debido a la modernización de la informática llevada a cabo a finales de los 80, cuando la filosofía de estructura básica de funcionamiento de los grandes computadores se rediseñó a fin de llevarla a los hogares y facilitar su uso, cambiando el concepto de computador multiusuario, (muchos usuarios al mismo tiempo) por un sistema monousuario (únicamente un usuario al mismo tiempo) más sencillo de gestionar.
Uno de los propósitos de un sistema operativo como programa estación principal, consiste en gestionar los recursos de localización y protección de acceso del hardware, hecho que alivia a los programadores de aplicaciones de tener que tratar con éstos detalles. Se encuentran en la mayoría de los aparatos electrónicos que utilizan microprocesadores para funcionar. (teléfonos móviles, reproductores de DVD, computadoras, radios, etc.)
Parte de la infraestructura de la World Wide Web está compuesta por el Sistema Operativo de Internet, creado por Cisco Systems para gestionar equipos de interconexión como los conmutadores y los enrutadores.
5.1. Problemas de explotación y soluciones iniciales
El problema principal de los primeros sistemas era la baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador profesional que lo manejase, con lo que se eliminaron las hojas de reserva, se ahorró tiempo y se aumentó la velocidad.
Para ello, los trabajos se agrupaban de forma manual en lotes mediante lo que se conoce como procesamiento por lotes (batch) sin automatizar.
26
5.2. Monitores residentes
Fichas en lenguaje de procesamiento por lotes, con programa y datos, para ejecución secuencial
Según fue avanzando la complejidad de los programas, fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organización de tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los monitores residentes: programas que residían en memoria y que gestionaban la ejecución de una cola de trabajos.
Un monitor residente estaba compuesto por un cargador, un Intérprete de comandos y un Controlador (drivers) para el manejo de entrada/salida.
5.3. Sistemas con almacenamiento temporal de E/S
Los avances en el hardware crearon el soporte de interrupciones y posteriormente se llevó a cabo un intento de solución más avanzado: solapar la E/S de un trabajo con sus propios cálculos, por lo que se creó el sistema de buffers con el siguiente funcionamiento:
Un programa escribe su salida en un área de memoria (buffer 1).
El monitor residente inicia la salida desde el buffer y el programa de aplicación calcula depositando la salida en el buffer 2.
La salida desde el buffer 1 termina y el nuevo cálculo también.
Se inicia la salida desde el buffer 2 y otro nuevo cálculo dirige su salida al buffer 1.
El proceso se puede repetir de nuevo.
Los problemas surgen si hay muchas más operaciones de cálculo que de E/S (limitado por la CPU) o si por el contrario hay muchas más operaciones de E/S que cálculo (limitado por la E/S).
5.4. Spoolers
Hace aparición el disco magnético con lo que surgen nuevas soluciones a los problemas de rendimiento. Se eliminan las cintas magnéticas para el volcado previo de los datos de dispositivos lentos y se sustituyen por discos (un disco puede simular varias cintas). Debido al solapamiento del cálculo de un trabajo con la E/S de otro trabajo se crean tablas en el
27
disco para diferentes tareas, lo que se conoce como Spool (Simultaneous Peripherial Operation On-Line).
5.5. Sistemas Operativos Multiprogramados
Surge un nuevo avance en el hardware: el hardware con protección de memoria. Lo que ofrece nuevas soluciones a los problemas de rendimiento:
Se solapa el cálculo de unos trabajos con la entrada/salida de otros trabajos.
Se pueden mantener en memoria varios programas.
Se asigna el uso de la CPU a los diferentes programas en memoria.
Debido a los cambios anteriores, se producen cambios en el monitor residente, con lo que éste debe abordar nuevas tareas, naciendo lo que se denomina como Sistemas Operativos multiprogramados, los cuales cumplen con las siguientes funciones:
Administrar la memoria.
Gestionar el uso de la CPU (planificación).
Administrar el uso de los dispositivos de E/S.
Cuando desempeña esas tareas, el monitor residente se transforma en un sistema operativo multiprogramado.
5.6. Llamadas al Sistema Operativo
Definición breve: llamadas que ejecutan los programas de aplicación para pedir algún servicio al SO.
Cada SO implementa un conjunto propio de llamadas al sistema. Ese conjunto de llamadas es la interfaz del SO frente a las aplicaciones. Constituyen el lenguaje que deben usar las aplicaciones para comunicarse con el SO. Por ello si cambiamos de SO, y abrimos un programa diseñado para trabajar sobre el anterior, en general el programa no funcionará, a no ser que el nuevo SO tenga la misma interfaz. Para ello:
Las llamadas correspondientes deben tener el mismo formato.
Cada llamada al nuevo SO tiene que dar los mismos resultados que la correspondiente del anterior.
5.7. Modos de ejecución en un CPU
Las aplicaciones no deben poder usar todas las instrucciones de la CPU. No obstante el SO, tiene que poder utilizar todo el juego de instrucciones del CPU. Por ello, una CPU debe tener (al menos) dos modos de operación diferentes:
Modo usuario: el CPU podrá ejecutar sólo las instrucciones del juego restringido de las aplicaciones.
28
Modo supervisor: la CPU debe poder ejecutar el juego completo de instrucciones.
5.8. Llamadas al Sistema
Una aplicación, normalmente no sabe dónde está situada la rutina de servicio de la llamada. Por lo que si ésta se codifica como una llamada de función, cualquier cambio en el SO haría que hubiera que reconstruir la aplicación.
Pero lo más importante es que una llamada de función no cambia el modo de ejecución de la CPU. Con lo que hay que conseguir llamar a la rutina de servicio, sin tener que conocer su ubicación, y hacer que se fuerce un cambio de modo de operación de la CPU en la llamada (y la recuperación del modo anterior en el retorno).
Esto se hace utilizando instrucciones máquina diseñadas específicamente para este cometido, distintas de las que se usan para las llamadas de función.
5.9. Bibliotecas de interfaz de llamadas al sistema
Las llamadas al sistema no siempre tienen una expresión sencilla en los lenguajes de alto nivel, por ello se crean las bibliotecas de interfaz, que son bibliotecas de funciones que pueden usarse para efectuar llamadas al sistema. Las hay para distintos lenguajes de programación.
La aplicación llama a una función de la biblioteca de interfaz (mediante una llamada normal) y esa función es la que realmente hace la llamada al sistema.
5.10. Interrupciones y excepciones
El SO ocupa una posición intermedia entre los programas de aplicación y el hardware. No se limita a utilizar el hardware a petición de las aplicaciones ya que hay situaciones en las que es el hardware el que necesita que se ejecute código del SO. En tales situaciones el hardware debe poder llamar al sistema, pudiendo deberse estas llamadas a dos condiciones:
Algún dispositivo de E/S necesita atención.
Se ha producido una situación de error al intentar ejecutar una instrucción del programa (normalmente de la aplicación).
En ambos casos, la acción realizada no está ordenada por el programa de aplicación, es decir, no figura en el programa.
Según los dos casos anteriores tenemos las interrupciones y la excepciones:
Interrupción: señal que envía un dispositivo de E/S a la CPU para indicar que la operación de la que se estaba ocupando, ya ha terminado.
Excepción: una situación de error detectada por la CPU mientras ejecutaba una instrucción, que requiere tratamiento por parte del SO.
29
5.10.1. Tratamiento de las interrupciones
Una interrupción se trata en todo caso, después de terminar la ejecución de la instrucción en curso.
El tratamiento depende de cuál sea el dispositivo de E/S que ha causado la interrupción, ante la cual debe poder identificar el dispositivo que la ha causado.
5.10.2. Importancia de las interrupciones
El mecanismo de tratamiento de las interrupciones permite al SO utilizar la CPU en servicio de una aplicación, mientras otra permanece a la espera de que concluya una operación en un dispositivo de E/S.
El hardware se encarga de avisar al SO cuando el dispositivo de E/S ha terminado y el SO puede intervenir entonces, si es conveniente, para hacer que el programa que estaba esperando por el dispositivo, se continúe ejecutando.
En ciertos intervalos de tiempo puede convenir no aceptar señales de interrupción. Por ello las interrupciones pueden inhibirse por programa (aunque esto no deben poder hacerlo las mismas).
5.11. Excepciones
Cuando la CPU intenta ejecutar una instrucción incorrectamente construida, la unidad de control lanza una excepción para permitir al SO ejecutar el tratamiento adecuado. Al contrario que en una interrupción, la instrucción en curso es abortada. Las excepciones al igual que las interrupciones deben estar identificadas.
5.11.1. Clases de excepciones
Las instrucciones de un programa pueden estar mal construidas por diversas razones:
El código de operación puede ser incorrecto.
Se intenta realizar alguna operación no definida, como dividir por cero.
La instrucción puede no estar permitida en el modo de ejecución actual.
La dirección de algún operando puede ser incorrecta o se intenta violar alguno de sus permisos de uso.
5.11.2. Importancia de las excepciones
El mecanismo de tratamiento de las excepciones es esencial para impedir, junto a los modos de ejecución de la CPU y los mecanismos de protección de la memoria, que las aplicaciones realicen operaciones que no les están permitidas. En cualquier caso, el tratamiento específico de una excepción lo realiza el SO.
30
Como en el caso de las interrupciones, el hardware se limita a dejar el control al SO, y éste es el que trata la situación como convenga.
Es bastante frecuente que el tratamiento de una excepción no retorne al programa que se estaba ejecutando cuando se produjo la excepción, sino que el SO aborte la ejecución de ese programa. Este factor depende de la pericia del programador para controlar la excepción adecuadamente.
5.12. Componentes de un sistema operativo
5.12.1. Gestión de procesos
Un proceso es simplemente, un programa en ejecución que necesita recursos para realizar su tarea: tiempo de CPU, memoria, archivos y dispositivos de E/S. El SO es el responsable de:
Crear y destruir los procesos.
Parar y reanudar los procesos.
Ofrecer mecanismos para que se comuniquen y sincronicen.
La gestión de procesos podría ser similar al trabajo de oficina. Se puede tener una lista de tareas a realizar y a estas fijarles prioridades alta, media, baja por ejemplo. Debemos comenzar haciendo las tareas de prioridad alta primero y cuando se terminen seguir con las de prioridad media y después las de baja. Una vez realizada la tarea se tacha. Esto puede traer un problema que las tareas de baja prioridad pueden que nunca lleguen a ejecutarse. y permanezcan en la lista para siempre. Para solucionar esto, se puede asignar alta prioridad a las tareas más antiguas.
5.12.2. Gestión de la memoria principal
La Memoria (informática) es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una dirección única. Este almacén de datos de rápido accesos es compartido por la CPU y los dispositivos de E/S, es volátil y pierde su contenido en los fallos del sistema. El SO es el responsable de:
Conocer qué partes de la memoria están utilizadas y por quién.
Decidir qué procesos se cargarán en memoria cuando haya espacio disponible.
Asignar y reclamar espacio de memoria cuando sea necesario.
5.12.3. Gestión del almacenamiento secundario
Un sistema de almacenamiento secundario es necesario, ya que la memoria principal (almacenamiento primario) es volátil y además muy pequeña para almacenar todos los programas y datos. También es necesario mantener los datos que no convenga mantener en la memoria principal. El SO se encarga de:
31
Planificar los discos.
Gestionar el espacio libre.
Asignar el almacenamiento.
5.12.4. El sistema de E/S
Consiste en un sistema de almacenamiento temporal (caché), una interfaz de manejadores de dispositivos y otra para dispositivos concretos. El sistema operativo debe gestionar el almacenamiento temporal de E/S y servir las interrupciones de los dispositivos de E/S.
5.12.5. Sistema de archivos
Los archivos son colecciones de información relacionada, definidas por sus creadores. Éstos almacenan programas (en código fuente y objeto) y datos tales como imágenes, textos, información de bases de datos, etc. El SO es responsable de:
Construir y eliminar archivos y directorios.
Ofrecer funciones para manipular archivos y directorios.
Establecer la correspondencia entre archivos y unidades de almacenamiento.
Realizar copias de seguridad de archivos.
Existen diferentes Sistemas de Archivos, es decir, existen diferentes formas de organizar la información que se almacena en las memorias (normalmente discos) de los ordenadores. Por ejemplo, existen los sistemas de archivos FAT, FAT32, EXT2, NTFS...
Desde el punto de vista del usuario estas diferencias pueden parecer insignificantes a primera vista, sin embargo, existen diferencias muy importantes. Por ejemplo, los sistemas de ficheros FAT32 y NTFS , que se utilizan fundamentalmente en sistemas operativos de Microsoft, tienen una gran diferencia para un usuario que utilice una base de datos con bastante información ya que el tamaño máximo de un fichero con un Sistema de Archivos FAT32 está limitado a 4 gigabytes sin embargo en un sistema NTFS el tamaño es considerablemente mayor.
5.12.6. Sistemas de protección
Mecanismo que controla el acceso de los programas o los usuarios a los recursos del sistema. El SO se encarga de:
Distinguir entre uso autorizado y no autorizado.
Especificar los controles de seguridad a realizar.
Forzar el uso de estos mecanismos de protección.
5.12.7. Sistema de comunicaciones
Para mantener las comunicaciones con otros sistemas es necesario poder controlar el envío y recepción de información a través de las interfaces de red. También hay que crear y
32
mantener puntos de comunicación que sirvan a las aplicaciones para enviar y recibir información, y crear y mantener conexiones virtuales entre aplicaciones que están ejecutándose localmente y otras que lo hacen remotamente.
5.12.8. Programas de sistema
Son aplicaciones de utilidad que se suministran con el SO pero no forman parte de él. Ofrecen un entorno útil para el desarrollo y ejecución de programas, siendo algunas de las tareas que realizan:
Manipulación y modificación de archivos.
Información del estado del sistema.
Soporte a lenguajes de programación.
Comunicaciones.
5.12.9. Gestor de recursos
Como gestor de recursos, el Sistema Operativo administra:
La CPU (Unidad Central de Proceso, donde está alojado el microprocesador).
Los dispositivos de E/S (entrada y salida)
La memoria principal (o de acceso directo).
Los discos (o memoria secundaria).
Los procesos (o programas en ejecución).
y en general todos los recursos del sistema.
5.12.10. Administración de tareas
Monotarea: Solamente puede ejecutar un proceso (aparte de los procesos del propio S.O.) en un momento dado. Una vez que empieza a ejecutar un proceso, continuará haciéndolo hasta su finalización y/o interrupción.
Multitarea: Es capaz de ejecutar varios procesos al mismo tiempo. Este tipo de S.O. normalmente asigna los recursos disponibles (CPU, memoria, periféricos) de forma alternada a los procesos que los solicitan, de manera que el usuario percibe que todos funcionan a la vez, de forma concurrente.
33
5.12.11. Administración de usuarios
Monousuario: Si sólo permite ejecutar los programas de un usuario al mismo tiempo.
Multiusuario: Si permite que varios usuarios ejecuten simultáneamente sus programas, accediendo a la vez a los recursos de la computadora. Normalmente estos sistemas operativos utilizan métodos de protección de datos, de manera que un programa no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario.
5.12.12. Manejo de recursos
Centralizado: Si permite utilizar los recursos de una sola computadora.
Distribuido: Si permite utilizar los recursos (memoria, CPU, disco, periféricos... ) de más de una computadora al mismo tiempo.
5.13. Años 60
En los años 60 se produjeron cambios notorios en varios campos de la informática, con la aparición del circuito integrado la mayoría orientados a seguir incrementando el potencial de los computadores. Para ello se utilizaban técnicas de lo más diversas:
5.13.1. Multiprogramación
En un sistema multiprogramado la memoria principal alberga a más de un programa de usuario. La CPU ejecuta instrucciones de un programa, cuando el que se encuentra en ejecución realiza una operación de E/S; en lugar de esperar a que termine la operación de E/S, se pasa a ejecutar otro programa. Si éste realiza, a su vez, otra operación de E/S, se mandan las órdenes oportunas al controlador, y pasa a ejecutarse otro. De esta forma es posible, teniendo almacenado un conjunto adecuado de tareas en cada momento, utilizar de manera óptima los recursos disponibles.
5.13.2. Tiempo compartido
En este punto tenemos un sistema que hace buen uso de la electrónica disponible, pero adolece la falta de interactividad; para conseguirla debe convertirse en un sistema multiusuario, en el cual existen varios usuarios con un terminal en línea, utilizando el modo de operación de tiempo compartido. En estos sistemas los programas de los distintos usuarios residen en memoria. Al realizar una operación de E/S los programas ceden la CPU a otro programa, al igual que en la multiprogramación. Pero, a diferencia de ésta, cuando un programa lleva cierto tiempo ejecutándose el sistema operativo lo detiene para que se ejecute otra aplicación.
34
5.13.3. Tiempo real
Estos sistemas se usan en entornos donde se deben aceptar y procesar en tiempos muy breves un gran número de sucesos, en su mayoría externos al ordenador. Si el sistema no respeta las restricciones de tiempo en las que las operaciones deben entregar su resultado se dice que ha fallado. El tiempo de respuesta a su vez debe servir para resolver el problema o hecho planteado. El procesamiento de archivos se hace de una forma continua, pues se procesa el archivo antes de que entre el siguiente, sus primeros usos fueron y siguen siendo en telecomunicaciones.
5.13.4. Multiprocesador
Diseño que no se encuentran en ordenadores monoprocesador. Estos problemas derivan del hecho de que dos programas pueden ejecutarse simultáneamente y, potencialmente, pueden interferirse entre sí. Concretamente, en lo que se refiere a las lecturas y escrituras en memoria. Existen dos arquitecturas que resuelven estos problemas:
La arquitectura NUMA, donde cada procesador tiene acceso y control exclusivo a una parte de la memoria. La arquitectura SMP, donde todos los procesadores comparten toda la memoria. Esta última debe lidiar con el problema de la coherencia de caché. Cada microprocesador cuenta con su propia memoria cache local. De manera que cuando un microprocesador escribe en una dirección de memoria, lo hace únicamente sobre su copia local en caché. Si otro microprocesador tiene almacenada la misma dirección de memoria en su caché, resultará que trabaja con una copia obsoleta del dato almacenado.
Para que un multiprocesador opere correctamente necesita un sistema operativo especialmente diseñado para ello. La mayoría de los sistemas operativos actuales poseen esta capacidad.
5.13.5. Sistemas operativos desarrollados
Además del Atlas Supervisor y el OS/360, los años 70 marcaron el inicio de UNIX, a mediados de los 60 aparece Multics, sistema operativo multiusuario - multitarea desarrollado por los laboratorios Bell de AT&T y Unix, convirtiéndolo en uno de los pocos SO escritos en un lenguaje de alto nivel. En el campo de la programación lógica se dio a luz la primera implementación de Prolog, y en la revolucionaria orientación a objetos, Smalltalk.
5.13.6. Inconvenientes de los sistemas existentes
Se trataba de sistemas grandes, complejos y costosos, pues antes no se había construido nada similar y muchos de los proyectos desarrollados terminaron con costos muy por encima del presupuesto y mucho después de lo que se marcaba como fecha de finalización. Además, aunque formaban una capa entre el hardware y el usuario, éste debía conocer un complejo lenguaje de control para realizar sus trabajos. Otro de los inconvenientes es el gran consumo de recursos que ocasionaban, debido a los grandes espacios de memoria
35
principal y secundaria ocupados, así como el tiempo de procesador consumido. Es por esto que se intentó hacer hincapié en mejorar las técnicas ya existentes de multiprogramación y tiempo compartido.
5.13.7. Características de los nuevos sistemas
Para solventar los problemas antes comentados, se realizó un costosísimo trabajo para interponer una amplia capa de software entre el usuario y la máquina, de forma que el primero no tuviese que conocer ningún detalle de la circuitería.
5.13.8. Sistemas operativos desarrollados
MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service): Originalmente era un proyecto cooperativo liderado por Fernando Corbató del MIT, con General Electric y los laboratorios Bell, que comenzó en los 60, pero los laboratorios Bell abandonaron en 1969 para comenzar a crear el sistema UNIX. Se desarrolló inicialmente para el mainframe GE-645, un sistema de 36 bits; después fue soportado por la serie de máquinas Honeywell 6180.
Fue uno de los primeros. Además, los traducía a instrucciones de alto nivel destinadas a BDOS.
BDOS (Basic Disk Operating System): Traductor de las instrucciones en llamadas a la BIOS.
El hecho de que, años después, IBM eligiera para sus PC a MS-DOS supuso su mayor fracaso, por lo que acabó desapareciendo.
5.14. Años 70
5.14.1. Apple OS
Apple DOS se refiere a los sistemas operativos de la serie de la Apple II de microcomputadoras de finales de 1978 hasta principios de 1983. Apple DOS tiene tres versiones principales: DOS 3.1, DOS 3.2, y DOS 3.3.
Apple DOS fue escrito en gran parte por Steve Wozniak, Randy Wigginton, y Paul Laughton. Estaba estrechamente vinculado con el lenguaje de la programación Integer BASIC.
5.15. Años 80
Con la creación de los circuitos LSI -integración a gran escala-, chips que contenían miles de transistores en un centímetro cuadrado de silicio, empezó el auge de los ordenadores personales. En éstos se dejó un poco de lado el rendimiento y se buscó más que el sistema operativo fuera amigable, surgiendo menús, e interfaces gráficas. Esto reducía la rapidez de
36
las aplicaciones, pero se volvían más prácticos y simples para los usuarios. En esta época, siguieron utilizándose lenguajes ya existentes, como Smalltalk o C, y nacieron otros nuevos, de los cuales se podrían destacar: C++ y Eiffel dentro del paradigma de la orientación a objetos, y Haskell y Miranda en el campo de la programación declarativa. Un avance importante que se estableció a mediados de la década de 1980 fue el desarrollo de redes de computadoras personales que corrían sistemas operativos en red y sistemas operativos distribuidos. En esta escena, dos sistemas operativos eran los mayoritarios: MS-DOS(Micro Soft Disk Operating System), escrito por Microsoft para IBM PC y otras computadoras que utilizaban la CPU Intel 8088 y sus sucesores, y UNIX, que dominaba en los ordenadores personales que hacían uso del Motorola 68000.
5.15.1. Mac OS
El lanzamiento oficial del ordenador Macintosh en enero de 1984, al precio de US $1,995 (después cambiado a $2,495 dólares)[1]. Incluía su sistema operativo Mac OS cuya características novedosas era una GUI (Graphic User Interface), Multitareas y Mouse. Provocó diferentes reacciones entre los usuarios acostumbrados a la línea de comandos y algunos tachando el uso del Mouse como juguete.
5.15.2. MS-DOS
En 1981 Microsoft compró un sistema operativo llamado QDOS que, tras realizar unas pocas modificaciones, se convirtió en la primera versión de MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System). A partir de aquí se sucedieron una serie de cambios hasta llegar a la versión 7.1, versión 8 en Windows Milenium, a partir de la cual MS-DOS dejó de existir como componían al Sistema Operativo.
5.15.3. Microsoft Windows
A mediados de los años 80 se crea este sistema operativo, pero no es hasta la salida de Windows 95 que se le puede considerar un sistema operativo, solo era una interfaz gráfica del MS-DOS. Hoy en día es el sistema operativo más difundido en el ámbito doméstico aunque también hay versiones para servidores como Windows NT. Microsoft ha diseñado también algunas versiones para superordenadores, pero sin mucho éxito. Años después se hizo el Windows 98 que era el más eficaz de esa época Después se crearía el sistema operativo de Windows ME (Windows Millenium Edition) aproximadamente entre el año 1999 y el año 2000. Un año después se crearía el sistema operativo de Windows 2000 en ese mismo año. Después le seguiría el sistema operativo más utilizado en la actualidad, Windows XP y otros sistemas operativos de esta familia especializados en las empresas. Ahora el más reciente es Windows 7 que salio al mercado el 22 de octubre del 2009, dejando atrás alWindows Vista, que tuvo innumerables criticas durante el poco tiempo que duró en el mercado. Ahora se están desarrollando actualizaciones de Windows 7.
37
5.16. Años 90
5.16.1. GNU/Linux
Este sistema es similar a Unix, basado en el estándar POSIX , un sistema que en principio trabajaba en modo comandos. Hoy en día dispone de Ventanas, gracias a un servidor gráfico y a gestores de ventanas como KDE, GNOME entre muchos. Recientemente GNU/Linux dispone de un aplicativo que convierte las ventanas en un entorno 3D como por ejemplo Beryl o Compiz. Lo que permite utilizar linux de una forma visual atractiva.
Fechas de lanzamiento Nombre del producto Versión actual / Build Noviembre 1985 Windows 1.01 1.01 Noviembre 1987 Windows 2.03 2.03 Mayo 1988 Windows 2.10 2.10 Marzo 1989 Windows 2.11 2.11 Mayo 1990 Windows 3.0 3.0 Marzo 1992 Windows 3.1x 3.1 Octubre 1992 Windows For Workgroups 3.1 3.1 Julio 1993 Windows NT 3.1 NT 3.1 Diciembre 1993 Windows For Workgroups 3.11 3.11 Enero 1994 Windows 3.2 (publicado en chino simplificado) 3.2 Septiembre 1994 Windows NT 3.5 NT 3.5 Mayo 1995 Windows NT 3.51 NT 3.51 Agosto 1995 Windows 95 4.0.950 Julio 1996 Windows NT 4.0 NT 4.0.1381
38
Junio 1998 Windows 98 4.10.1998 Mayo 1999 Windows 98 SE 4.10.2222 Febrero 2000 Windows 2000 NT 5.0.2195 Septiembre 2000 Windows Me 4.90.3000 Octubre 2001 Windows XP NT 5.1.2600 Marzo 2003 Windows XP 64-bit Edition (IA-64) NT 5.2.3790 Abril 2003 Windows Server 2003 NT 5.2.3790 Abril 2005 Windows XP Professional x64 Edition NT 5.2.3790 Julio 2006 Windows Fundamentals for Legacy PCs NT 5.1.2600 Noviembre 2006 (licencias por volumen) Enero 2007 (retail) Windows Vista NT 6.0.6002 Julio 2007 Windows Home Server NT 5.2.4500 Febrero 2008 Windows Server 2008 NT 6.0.6002 Octubre 2009 Windows 7 y Windows Server 2008 R2 NT 6.1.7600
Suscribirse a:
Entradas (Atom)