Introducción a la computadora y al desarrollo de software

Unidad 1. Introducción a la computadora y al desarrollo de software

Presentación de la unidad

Bienvenido(a) al curso de Fundamentos de programación, en esta primera unidad estudiaremos qué son las computadoras y cómo pueden ayudarnos para resolver problemas.

Lo primero que debes tener claro es que las computadoras no poseen inteligencia alguna, ya que por sí solas no son capaces de resolver ningún problema, su importancia está en la capacidad de datos que pueden almacenar y manipular; de tal manera que, para lograr nuestro fin –resolver problemas mediante la computadora– es necesario desarrollar programas escritos en un lenguaje de programación para que puedan ser ejecutados por una computadora.

Propósito de la unidad

Identificarás los conceptos básicos relacionados con la computadora y los lenguajes de programación.

Distinguirás los elementos de una computadora que intervienen en la ejecución de un programa a través del modelo de Von Neumann.

Distinguirás los paradigmas de programación y los lenguajes asociados a éstos.

Reconocerás las fases que se siguen para solucionar un problema mediante la computadora.

Competencia específica

Describir los elementos de la computadora y el ciclo de vida del software mediante el análisis de un programa simple, con el fin de identificar los pasos que se realizan para construirlo y determinar qué elementos de la computadora intervienen en su ejecución.

Actividad previa de la Unidad

Foro: Fundamentos de Programación.

Para facilitar el estudio de la asignatura, hemos creado un foro de discusión general, a través del cual podrás comentar cualquier asunto relacionado con Fundamentos de Programación; la intención es que entre todos podamos apoyarnos para resolver dudas, inquietudes, externar comentarios y por qué no, conocer a nuestros compañeros de grupo. En virtud de lo anterior, realiza lo siguiente:

1. Ingresa al foro de Fundamentos de Programación, genera una nueva entrada y en ella escribe una breve presentación para que podamos conocerte. Para ello, considera aspectos como:

Generales (nombre, edad, estado civil, lugar de procedencia, etc.)

Personales (intereses, ocupación, gustos, aficiones, etc.)

Académicos (razones para estudiar esta carrera, lo que esperas de la asignatura, conocimiento previo en los temas de la asignatura)

2. Agrega un comentario a por lo menos una (uno) de tus compañeras (os).

Recuerda que en tus participaciones dentro de éste y todos los foros, wikis, blogs y demás herramientas del aula, debes dirigirte a tus compañeras(os) de manera respetuosa, cordial y en concordancia con lo establecido en cada ocasión.

Para conocer las normas de participación del foro, da clic en el icono.

Para ingresar al foro: En la ruta (parte superior izquierda del aula) da clic en Fundamentos. Se enlistarán las actividades de la unidad, da clic en foro Fundamentos de Programación.

1.1. ¿Qué es una computadora?

Antes de comenzar, te invitamos a observar el siguiente video en el que se hace una breve narración sobre la historia de la computadora, con el fin de brindar un panorama general de sus orígenes y de la manera en que ha evolucionado con el paso del tiempo hasta llegar al modelo actual de funcionamiento:

http://www.youtube.com/v/88xNUNbPmEk

Tomando en consideración la información presentada en el video, a continuación estudiaremos los siguientes temas que nos ayudarán a comprender mejor qué es y cómo funciona una computadora:

El Modelo de Von Neumann

Los pasos para realizar un programa

Los principales paradigmas y lenguajes de programación utilizados actualmente.

Para fines de este curso entenderemos que una computadora es una máquina electrónica que recibe datos de entrada y los procesa de acuerdo al conjunto de instrucciones, llamado programa, para obtener nuevos datos que son el resultado del proceso, tal como se ilustra en la siguiente figura:

Figura 1.1: Computadora

Como puedes darte cuenta, ambos elementos son necesarios para que una computadora funcione, ya que si los aislamos no pueden funcionar; por ejemplo, si tuviéramos una computadora con todos los componentes de hardware más avanzados que existen (procesador, tarjeta madre, monitor, teclado, etc.), pero sin Sistema Operativo instalado, de poco serviría pues al prenderla, únicamente veríamos una pantalla negra y, por consiguiente, no podríamos interactuar con ella. Para comprender mejor lo que acabamos de decir, avanza al siguiente tema en el que conocerás la forma en que se estructura y funciona una computadora.

1.2. Estructura y funcionamiento de una computadora

Te has planteado alguna vez preguntas como estas:

Cuando tenemos un primer acercamiento con equipos de cómputo, a pesar de manejarlos a diario, estas preguntas no son tan fáciles de contestar. Es por eso que en esta sección explicaremos y responderemos a estos cuestionamientos mediante el Modelo de Von Neumann, el cual constituye la base de la arquitectura de las computadoras actuales.

1.2.1. Modelo de Von Neumann

El Modelo de Von Neumann propone que tanto el programa como los datos sean almacenados en la memoria, de esta forma la computadora no tiene que reconstruirse, pues para programarla únicamente debe introducirse el programa por el dispositivo indicado y posteriormente alimentarla con los datos de entrada para que calcule la salida correspondiente.

Los elementos que componen esta arquitectura son: la unidad central de procesamiento integrada por la unidad aritmética-lógica y la unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada/salida. A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los elementos que integran el Modelo de Von Neumann.

Es así que todas las unidades de la computadora se comunican a través del sistema de buses que son cables mediante los cuales se envían señales y dependiendo de la información que transmiten se clasifican en:

El bus de direcciones transmite la dirección de memoria de la que se quiere leer o en la que se quiere escribir.

El bus de control selecciona la operación a realizar en una celda de memoria (lectura o escritura).

El bus de datos transmite el contenido desde o hacia una celda de memoria seleccionada en el bus de direcciones según la operación elegida en el bus de control sea lectura o escritura.

Ahora ya sabemos cómo está estructurada internamente la computadora, qué elementos la integran y cuál es la función de cada uno de ellos; el siguiente paso es descubrir cómo colaboran para llevar a cabo la ejecución de un programa, enseguida lo explicamos:

Los datos de entrada que requiere un programa se introducen a la computadora, a través de los dispositivos de entrada; posteriormente se almacenan en la memoria RAM, para que la CPU pueda procesarlos, conforme a las instrucciones del programa, hasta obtener el resultado deseado, mismo que envía al usuario por medio de los dispositivos de salida. Todas estas acciones son coordinadas por la unidad de control que envía las señales y datos a cada uno de los dispositivos de la computadora involucrados en la ejecución de las instrucciones del programa a través del sistema de buses. En la siguiente sección se describe con mayor detalle este proceso.

1.2.2. Ejecución de programas en la computadora

Para entender mejor lo que sucede en el interior de la CPU al ejecutar cualquier programa, a continuación se describen de manera general los pasos que se realizan una vez que el programa y los datos fueron almacenados en la memoria principal:

Al período en el que se ejecuta una instrucción se le conoce como ciclo de instrucción o ciclo fetch.

Con el fin de ilustrar este procedimiento, analizaremos la ejecución del siguiente programa escrito en un lenguaje de programación ficticio.

1.2.3. Almacenamiento de programas y datos

La computadora sólo entiende señales binarias: ceros y unos, encendido y apagado; ya que todos los dispositivos que la integran trabajan con dos únicos estados: “hay corriente eléctrica” y “no hay corriente eléctrica”, respectivamente. Por tal motivo, los datos y programas almacenados en la memoria están codificados como cadenas de 1´s y 0´s para que la unidad de control pueda interpretarlos. A esta codificación se le llama lenguaje de máquina.

Es importante mencionar que la memoria está dividida en varias celdas, en cada una de las cuales se pueden almacenar únicamente 0’s ó 1’s, a estos valores se les denomina valores binarios o BIT´s (BInary digiT).

Las

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