Fundamentos de la programación

Evolución de la programación:

Sobre los últimos 50 años, los idiomas que programan han evolucionado del código binario de máquina a herramientas poderosas que crean las abstracciones complejas. Es importante entender por qué los idiomas han evolucionado, y qué capacidades que los idiomas más nuevos nos dan.

Tan largo como no había máquinas, programar era ningún problema; cuando tuvimos unos pocas computadoras débiles, programar llegó a ser un problema templado y ahora que tenemos las computadoras gigantescas, programar ha llegado a ser un problema igualmente gigantesco. Cada vez más, los lenguajes de programación tienden representar un modelo del mundo basándose en elementos que se alejan de la máquina y se acercan al humano. En los extremos encontramos el lenguaje puro de la máquina y la Programación Orientada a Objetos. Los lenguajes de alto nivel procedurals (Pascal, C) ganaron confianza entre los programadores para quienes, de no existir un impulse hacia la POO, no hallaban la necesidad de cambiarse. En esta unidad se mostrará la evolución de los lenguajes a través del tiempo a la par con las tecnologías que influyen en el desarrollo de software, y como esas tecnologías hacen que la POO se mantengan como el paradigma de programación más usado en la actualidad.

Primera Generación

Al desarrollarse las primeras computadoras electrónicas, se vio la necesidad de programarlas, es decir, de almacenar en memoria la información sobre la tarea que iban a ejecutar. Las primeras se usaban como calculadoras simples; se les indicaban los pasos de cálculo, uno por uno.

John Von Neumann desarrolló el modelo que lleva su nombre, para describir este concepto de “programa almacenado”. En este modelo, se tiene una abstracción de la memoria como un conjunto de celdas, que almacenan simplemente números. Estos números pueden representar dos cosas: los datos, sobre los que va a trabajar el programa; o bien, el programa en sí.

¿Cómo es que describimos un programa como números? Se tenía el problema de representar las acciones que iba a realizar la computadora, y que la memoria, al estar compuesta por switches correspondientes al concepto de bit, solamente nos permitía almacenar números binarios.

La programación en esos momentos era sumamente tediosa, pues el programador tenía que “bajarse” al nivel de la máquina y decirle, paso a pasito, cada punto de la tarea que tenía que realizar. Además, debía expresarlo en forma numérica; y por supuesto, este proceso era propenso a errores, con lo que la productividad del programador era muy limitada. Sin embargo, hay que recordar que en estos momentos, simplemente aún no existía alternativa.

Segunda Generación

El primer gran avance que se dio, como ya se comentó, fue la abstracción dada por el Lenguaje Ensamblador, y con él, el nacimiento de las primeras herramientas automáticas para generar el código máquina. Esto redujo los errores triviales, como podía ser el número que correspondía a una operación, que son sumamente engorrosos y difíciles de detectar, pero fáciles de cometer. Sin embargo, aún aquí es fácil para el programador perderse y cometer errores de lógica, pues debe bajar al nivel de la forma en que trabaja el CPU, y entender bien todo lo que sucede dentro de él.

Tercera Generación

Con el desarrollo en los 50s y 60s de algoritmos de más elevado nivel, y el aumento de poder del hardware, empezaron a entrar al uso de computadoras científicos de otras ramas; ellos conocían mucho de Física, Química y otras ramas similares, pero no de Computación, y por supuesto, les era sumamente complicado trabajar con lenguaje Ensamblador en vez de fórmulas. Así, nació el concepto de Lenguaje de Alto Nivel, con el primer compilador de FORTRAN (FORmula TRANslation), que, como su nombre indica, inició como un “simple” esfuerzo de traducir un lenguaje de fórmulas, al lenguaje ensamblador y por consiguiente al lenguaje de máquina. A partir de FORTRAN, se han desarrollado innumerables lenguajes, que siguen el mismo concepto: buscar la mayor abstracción posible, y facilitar la vida al programador, aumentando la productividad, encargándose los compiladores o intérpretes de traducir el lenguaje de alto nivel, al lenguaje de computadora.

Hay que notar la existencia de lenguajes que combinan características de los de alto nivel y los de bajo nivel (es decir, Ensamblador). Mi ejemplo favorito es C: contiene estructuras de programación de alto nivel, y la facilidad de usar librerías que también son características de alto nivel; sin embargo, fue diseñado con muy pocas instrucciones, las cuales son sumamente sencillas, fáciles de traducir al lenguaje de la máquina; y requiere de un entendimiento apropiado de cómo funciona la máquina, el uso de la memoria, etcétera. Por ello, muchas personas consideramos a lenguajes como C (que fue diseñado para hacer sistemas operativos), lenguajes de nivel medio.

Cuarta Generación

Los idiomas de la cuarta generación parecen según las instrucciones a las de la tercera generación. Lo nuevo de estas lenguajes son conceptos como clases, objetos y eventos que permiten soluciones más fáciles y lógicos. Lenguajes como C++, java y C# se llaman lenguajes orientadas al objeto.

Los idiomas modernos, tal como C++ y Java, no sólo permite las abstracciones, pero permite la implementación impuesta de restricciones en abstracciones. La mayoría de los idiomas modernos son objetivas orientado, que permite que mí modele el mundo verdadero que usa mi idioma. Además, puedo limitar el acceso para modelar las restricciones de mundo verdadero en datos. La llave es que usé el término “mundo verdadero”. Por la primera vez, yo modelo mi solución en términos del problema. Quiero que mi solución sea orientado de problema, para que la solución refleje el mundo verdadero en términos de estructuras de datos y acceso a los datos. Yo también puedo aplicar directamente y para poder modelar objetos de mundo verdadero usando las clases (en C + + o Java).

Quinta Generación

Como la quinta generación están conocidos los Lenguajes de inteligencia artificial. Han sido muy valorados al principio de las noventa - mientras ahora el desarrollo de software toma otras caminos.

Lo que veremos en el futuro es menos dependencia en el idioma, y más en el modelando herramientas, tal como el Unificado Modelando el Idioma (UML). La salida del modelando herramienta producirá mucho de nuestro código para nosotros; en el muy menos, producirá arquitectónico y los modelos del diseño y la estructura de nuestro código. Esto producirá un diseño (y posiblemente código) eso puede ser validado por el cliente antes de completar la implementación y probar. Cuando los problemas diarios que resolvemos llegan a ser más grande, nosotros tenemos cada vez menos tiempo “volver a hacer” el código. Los días de decir, “acabamos de escribir una versión de Beta y el cliente entonces pueden decir nosotros lo que ellos quieren realmente, son pasados”. Las organizaciones que fallan de obtener completa y corrige los requisitos de cliente antes de escribir el código saldrá del negocio. ¿Por qué? Porque toma demasiado largo, y cuesta también mucho, para escribir código dos o más vez. Las organizaciones que tienen un compromiso a la comprobación y la validación antes de producir código prosperarán - los otros fallarán.

Lenguajes de programación más importantes.

Algunos de los lenguajes de programación más importantes por año son:

·         1943 - Plankalkül (Konrad Zuse)

·         1943 - ENIAC

·         1949 - C-10

·         1951 - Regional Assembly Language

·         1952 - Autocode

·         1954 - FORTRAN

·         1958 - LISP

·         1958 - ALGOL

·         1959 - COBOL

·         1962 - APL

·         1962 - Simula

·         1964 - BASIC

·         1964 - PL/I

·         1966 - BCPL

·         1969 - B

·         1970 - Pascal

·         1972 - C

·         1972 – Smalltalk

·         1972 - Prolog

·         1973 - ML

·         1974 - Comandos Guardados

·         1978 - SQL

·         1983 - Ada

·         1983 - C++

·         1985 - Eiffel

·         1987 - Perl

·         1989 - FL (Backus)

·         1990 - Haskell

·         1990 - Python

·         1991 - Java

·         1993 - Ruby

·         2000 - C#

·         2007 - UAP

Conceptos fundamentales de la programación:

Para empezar a entender lo que es la programación, primero tenemos que tener ciertos conocimientos sobre todo lo que la rodea.

1. Paradigma de programación.

Un paradigma de programación es la propuesta tecnológica adoptada e implementada como metodología para resolver problemas definidos, su núcleo no varía en absoluto y su esquema básico tampoco.

Existen actualmente muchos paradigmas de programación, entre los más comunes se encuentran los siguientes:

·         Programación imperativa.

·         Programación estructurada.

·         Programación lógica.

·         Programación declarativa.

·         Programación orientada a objetos.

·         Programación dirigida por eventos.

A día de hoy el paradigma de programación más utilizado es el de la programación orientada a objetos, aunque lo más normal es que un mismo lenguaje de programación soporte más de un paradigma, estos lenguajes son conocidos como multiparadigma y algunos de estos lenguajes son C++, Visual Basic o PHP.

2.Lenguaje de programación.

Un  lenguaje de programación es un conjunto de palabras y expresiones que conforman un idioma artificial y que sirven para expresar en lenguaje humano las operaciones y procesos que debe realizar un computador. Surge de la necesidad de encontrar una forma de mandar instrucciones a la computadora sin usar el lenguaje máquina, el único que la computadora comprende.

Cada lenguaje de programación contiene sus propias normas sintácticas y semánticas que hay que respetar para que el programa comprenda perfectamente lo que le queremos transmitir.

Los lenguajes se pueden clasificar en muchos grupos dependiendo de sus funcionalidades y características.

Lenguajes de programación fuertemente o débilmente tipados.

Lenguajes de bajo, medio o alto nivel.

Lenguajes compilados o interpretados.

Lenguajes de programación declarativos, imperativos, orientados a objetos, etc. Es decir, clasificados según su paradigma.

3.Algoritmo y programa informático.

Un algoritmo es un término usado en ciencias de la computación, matemáticas y lógica, se define como un conjunto de instrucciones ordenadas, sucesivas y perfectamente definidas gracias a las cuales se puede realizar una actividad sin interrupciones ni errores.

Un programa informático es la representación de un algoritmo en un lenguaje de programación ciñéndose a las normas de éste. Al conjunto de texto que conforman las instrucciones que una computadora debe ejecutar se le conoce como código fuente.

4.Compilación y depuración.

La compilación es el procedimiento por el cual un programa traduce un lenguaje de programación a lenguaje máquina para que la computadora pueda interpretarlo. Al programa encargado de realizar ésta tarea se le conoce como compilador.

La depuración es el proceso de búsqueda, identificación y corrección de errores de programación. Existen varios métodos de depuración como técnicas de revisión, programas de detección de errores (depuradores), herramientas integradas en el entorno de desarrollo o revisión manual por parte del programador usando un papel y bolígrafo o sentencias auxiliares dentro del programa.

5.Identificadores y palabras reservadas.

Los identificadores son palabras o símbolos léxicos que sirven para nombrar entidades y elementos dentro de un programa y que hacen posible la referencia a ellos. Los lenguajes de programación cuentan con restricciones para el uso de los caracteres posibles en identificadores.

Las palabras reservadas son un conjunto de términos que forman parte del lenguaje de programación y tiene significado gramatical dentro de él, por lo que no pueden usarse como identificadores.

6.Variables y constantes.

Una variable es un espacio reservado en la memoria de un computador durante la ejecución de un programa y que contiene valores susceptibles de alterarse con el tiempo.

Una constante es exactamente lo mismo que una variable pero a diferencia de ésta, en una constante el valor que contiene no puede ser alterado.

Las variables y constantes tienen la característica de tener longitud, esto es, el espacio que ocupará en la memoria principal, pudiendo ser de dos tipos:

Fija – El tamaño definido inicialmente no se altera, es aplicable a variables y constantes.

Variable – El tamaño definido inicialmente varía a lo largo de la ejecución de un programa.

7.Tipos de datos.

Las variables y las constantes (y otras cosas) tienen otra característica que es el tipo de dato, un atributo que indica a la computadora la clase de datos que va a manejar dentro de una celda de memoria concreta, imponiendo así restricciones acerca de las operaciones que se pueden hacer con ellos.

Los hay de varios tipos:

Simples.

Compuestos.

Abstractos.

Puntero.

Objeto.

Etc.

8.Operadores de datos.

Un operador de datos es un elemento del programa que se aplica a uno o varios operandos (variables, constantes, etc.) y por los cuales se construye una expresión o instrucción.

Existen de varios tipos:

Aritméticos.

Lógicos.

Relacionales.

Asignación.

Dirección.

Etc.

9.Estructuras de control.

Las estructuras de control permiten al programador poder modificar el flujo de ejecución de un programa, obligando a éste a realizar repetidamente una serie de acciones o seleccionar para su ejecución una entre varias de ellas.

Existen dos tipos básicos de estructuras de control.

Selectivas – Ejecutan una instrucción u otra dependiendo de que se cumplan o no una o varias condiciones.

Iterativas – Ejecutan una o varias instrucciones repetidamente mientras se cumpla una condición.

10.Comentarios.

Los comentarios son anotaciones legibles y aclaratorias que el programador introduce dentro del código fuente de un programa.

Los comentarios son posibles gracias a algún símbolo característico de cada lenguaje de programación, éstos serán completamente ignorados por los compiladores y el contenido no se atiene a ninguna norma lingüística más allá de la lengua natural del programador.

Con estos terminamos por hoy, estos términos no son los únicos que existen pero sí son los más básicos, su comprensión y asimilación es esencial para iniciarse en el maravilloso mundo de la programación.

Fuentes:

https://desarrolloweb.com/articulos/2357.php

http://programavideojuegos.blogspot.mx/2013/04/10-conceptos-basicos-de-programacion.html

http://www.marcoteorico.com/curso/51/fundamentos-de-programacion/385/evolucion-de-la-programacion

http://wiki.elhacker.net/programacion/introduccion/historia-de-la-programaci%C3%B3n#lenguajes