TIPOS DE LENGUAJE

Un Lenguaje de Programación es un conjunto de reglas, notaciones, símbolos y/o caracteres que permiten a un programador poder expresar el procesamiento de datos y sus estructuras en la computadora.

Existen dos tipos de lenguajes claramente diferenciados; los lenguajes de bajo nivel y los de alto nivel.

Lenguaje de bajo nivel:
Es totalmente dependiente de la computadora u ordenador, es decir que no podemos utilizarlo en cualquier otra. Este tipo de lenguaje de programación está prácticamente diseñado a la medida del hardware y aprovecha las características de este.

Dentro de este tipo de lenguajes de programación podemos citar al lenguaje de máquina y al lenguaje ensamblador.

Lenguaje de maquina: Este lenguaje ordena a la computadora realizar sus operaciones fundamentales una por una. Dicho lenguaje es difícil de usar para las persona porque trabajar con números no es fácil y sencillo, además estos números están en formato binario, aun así este tipo de lenguaje es mucho mas rápido que el de alto nivel.

Lenguaje ensamblador: Es un derivado del lenguaje de maquina y está formado por abreviaturas de letras y números llamados codigos nemotécnicos (sistema utilizado para recordar una secuencia de datos). Con la aparición de este lenguaje se crearon los programas traductores para poder pasar los programas escritos en lenguaje ensamblador a lenguaje de máquina. Como ventaja con respecto al código máquina es que los códigos fuentes eran más cortos y los programas creados ocupaban menos memoria. Las desventajas de este lenguaje siguen siendo prácticamente las mismas que las del lenguaje de maquina, añadiendo la dificultad de tener que aprender un nuevo lenguaje difícil de probar y mantener.

Lenguaje de alto nivel:
Dentro del tipo de lenguajes de programación de alto nivel tenemos a todos aquellos lenguajes de programación que son más afines al lenguaje natural que al lenguaje máquina. Estos lenguajes de programación son completamente independientes de la arquitectura del hardware de la computadora u ordenador. Por lo que en general, un programa escrito con un lenguaje de programación de alto nivel lo podemos utilizar en cualquier otra computadora, estos lenguajes solo necesitan un traductor que entienda el código fuente y las características de la máquina para poder funcionar correctamente.

Lenguaje de nivel medio:
Es una mezcla entre los dos anteriores, a este tipo de lenguajes de programación pertenecen todos aquellos lenguajes que llevan a cabo acciones como: acceder a registros del sistema, usar direcciones de memoria (características de los lenguajes de programación de bajo nivel) pero a la vez efectúan operaciones de los lenguajes de alto nivel.

ENSAMBLADORES

Ensamblador se refiere a un tipo de programa, informático que se encarga de traducir un fichero fuente escrito en un lenguaje ensamblador, a un fichero objeto que contiene código máquina ejecutable directamente por la máquina para la que se ha generado, en si la funcion de un ensamblador es traducir un programa en lenguaje de ensamblador al código correspondiente en lenguaje de maquina.

Ventajas para utilizarlo:
Mayor control de la computadora.
Independencia de lenguaje.
La mayoría de las computadoras pueden ensamblar.
Los programas hechos en lenguaje ensamblador son generalmente más rápidos y consumen menos recursos del sistema.

Desventajas para no utilizarlo:
Demasiado complejo.
Comprensión más profunda de la computadora.
Errores más frecuentes en el programa.
Mayor tiempo de codificación.
Difícilmente portable, es decir, un código escrito para un microprocesador en particular necesita ser modificado muchas veces en su totalidad para poder ser usado en otro microprocesador.

Tipos de ensambladores:
Ensambladores cruzados: Se denominan así a los ensambladores que se utilizan en una computadora que posee el procesador diferente al que tendrán las computadoras donde se va a ejecutar el programa objeto producido.

Ensambladores residentes: Son aquellas que permanecen en la memoria principal de la computadora y cargar para su ejecución al programa objeto producido.

Micro ensambladores: Al programa que indica al intérprete de instrucciones de la CPU como debe actuar se le denomina microprograma. El programa que ayuda a realizar este microprograma se llama micro ensamblador.

Macro ensambladores: Son ensambladores que permiten el uso de macroinstrucciones.

Ensambladores de una fase: Leen una línea y la traducen directamente para producir una instrucción de lenguaje maquina o la ejecuta si se trata de una pseudosinstrucción. Se construye la tabla de símbolos a medida que aparecen las definiciones de variables, etiquetas, etc.

Ensambladores de dos fases: Realiza la traducción en dos etapas: 1° fase leen el programa fuente y construyen la tabla de símbolos, 2° fase vuelve a leer el programa fuente y pueden ir traduciendo totalmente pues reconocen la totalidad de los símbolos.

COMPILADORES

Un compilador es querer traducir un programa de un lenguaje de alto nivel, a otro lenguaje de nivel inferior (típicamente lenguaje de máquina), es decir un compilador toma un texto (código fuente) escrito en un lenguaje de alto nivel y lo traduce a un lenguaje comprensible por las computadoras (código objeto).

Fases del compilador:
Un compilador típicamente opera en fases, cada una lleva a cabo una tarea sobre el programa fuente, las primeras tres fases suelen agruparse en una sola fase llamada fase de análisis y las últimas tres en una llamada fase de síntesis.

La fase de análisis y el modulo de manejo de errores se describen posteriormente en este mismo capítulo. La fase de síntesis no es relevante en el contexto de un lenguaje multibase de datos, ya que este sigue un enfoque diferente que el de los lenguajes tradicionales, por esta razón solo se menciona.

Clasificacion de compiladores:
De una pasada: Examina el código fuente una vez, generando el código o programa objeto.

Pasadas multiples: Requiere pasos intermedios para producir código en otro lenguaje y una pasada final para producir y optimizar el código producido durante pasos anteriores.

Compiladores incrementales: Generan un código objeto, instrucción por instrucción cuando el usuario teclea cada orden individual.

Compilador cruzado: Se genera código en lenguaje objeto para una maquina diferente a la que se esta utilizando para compilar.

Compilador con montador: Compila distintos módulos de forma independiente y después es capaz de aplazarlos.

Auto compiladores: Compilador que esta escrito en el mismo lenguaje que va a compilar.

Meta compilador: Es programa que recibe como entrada las especificaciones del lenguaje para el que se desea obtener un compilador y genera como salida el compilador para ese lenguaje.

Descompilador: Es un programa que acepta como entrada código maquina y la traduce a un lenguaje de alto nivel realizando el proceso inverso a la compilación.

INTERPRETES

Es el que realiza las operaciones que implica el programa fuente, muchas veces los interpretes se utilizan para ejecutar lenguajes de órdenes, pues cada operador que se ejecuta en un lenguaje de este tipo suele ser una invocación de una rutina, como un editor o un compilador.

Del mismo modo algunos lenguajes de alto nivel son interpretados, porque hay muchas cosas sobre los datos, como el tamaño y la forma de las matrices que no se pueden deducir en el momento de la compilación.

Es un traductor que realiza la operación de compilación paso a paso. Para cada sentencia que compone el texto de entrada, se realiza una traducción, ejecuta dicha sentencia y vuelve a iniciar el proceso con la sentencia siguiente. La principal ventaja del proceso de compilación frente al de interpretación es que los programas se ejecutan mucho más rápidamente una vez compilados; por el contrario, es más cómodo desarrollar un programa mediante un intérprete que mediante un compilador puesto que en el intérprete las fases de edición y ejecución están más integradas. La depuración de los programas suele ser más fácil en los intérpretes que en los compiladores puesto que el código fuente está presente durante la ejecución. Estas ventajas pueden incorporarse al compilador mediante la utilización de entornos de desarrollo y depuradores simbólicos en tiempo de ejecución.

Diferencia de un interprete y un compilador:

 
Interprete: Es un programa que lee línea a línea un programa escrito en un lenguaje; en lenguaje fuente y lo va traduciendo a un código intermedio, para ejecutarlo.

Compilador: Es un programa que lee totalmente un programa escrito en un lenguaje; el lenguaje fuente, y lo traduce a un programa equivalente a otro lenguaje, lenguaje objeto.

SISTEMAS OPERATIVOS

El sistema operativo es el programa (o software) más importante de un ordenador. Para que funcionen los otros programas, cada ordenador de uso general debe tener un sistema operativo. Los sistemas operativos realizan tareas básicas, tales como reconocimiento de la conexión del teclado, enviar la información a la pantalla, no perder de vista archivos y directorios en el disco, y controlar los dispositivos periféricos tales como impresoras, escáner, etc. 

En sistemas grandes, el sistema operativo tiene incluso mayor responsabilidad y poder, es como un policía de tráfico, se asegura de que los programas y usuarios que están funcionando al mismo tiempo no interfieran entre ellos. El sistema operativo también es responsable de la seguridad, asegurándose de que los usuarios no autorizados no tengan acceso al sistema.

Los sistemas operativos proporcionan una plataforma de software encima de la cual otros programas, llamados aplicaciones, puedan funcionar. Las aplicaciones se programan para que funcionen encima de un sistema operativo particular, por tanto, la elección del sistema operativo determina en gran medida las aplicaciones que puedes utilizar.

Un usuario normalmente interactúa con el sistema operativo a través de un sistema de comandos, por ejemplo, el sistema operativo DOS contiene comandos como copiar y pegar para copiar y pegar archivos respectivamente. Los comandos son aceptados y ejecutados por una parte del sistema operativo llamada procesador de comandos o intérprete de la línea de comandos. Las interfaces gráficas permiten que utilices los comandos señalando y pinchando en objetos que aparecen en la pantalla.

LAS NECESIDADES DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS

La importancia y las necesidades de los sistemas operativos para compartir informacion, reducir costos, agilizar los trabajos, nace desde los años cincuenta, cuando se hizo evidente que el operar una computadora por medio de tableros enchufables en la primera generación y luego por medio del trabajo en lote en la segunda generación se podía mejorar notoriamente, pues el operador realizaba siempre una secuencia de pasos repetitivos, lo cual es una de las características contempladas en la definición de lo que es un programa.

Para mediados de los ochentas, comienza el auge de las redes de computadoras y la necesidad de sistemas operativos en red y sistemas operativos distribuidos. La red mundial Internet se va haciendo accesible a toda clase de instituciones y se comienzan a dar muchas soluciones ( y problemas ) al querer hacer convivir recursos residentes en computadoras con sistemas operativos diferentes. Para los años noventa el paradigma de la programación orientada a objetos cobra auge, así como el manejo de objetos desde los sistemas operativos. Las aplicaciones intentan crearse para ser ejecutadas en una plataforma específica y poder ver sus resultados en la pantalla o monitor de otra diferente. Los niveles de interacción se van haciendo cada vez más profundos.

TIPOS DE SISTEMAS OPERATIVOS

Existen diveros tipos de sistemas que son los siguientes.

Sistemas operativos por lotes:
Los sistemas operativos por lotes, procesan una gran cantidad de trabajos con poca o ninguna interacción entre los usuarios y los programas en ejecución.

Cuando estos sistema son bien planeados, pueden tener un tiempo de ejecución muy alto, porque el procesador es mejor utilizado y los sistemas operativos pueden ser simples, debido a la secuenciabilidad de la ejecución de los trabajos.

Sistemas operativos en tiempo real:
Los sistemas operativos de tiempo real son aquellos en donde no tiene importancia el usuario, sino los procesos. Se utilizan en entornos donde son procesados un gran número de sucesos o eventos.

Sistemas operativos de multiprogramación(o sistemas de multitarea):
Soporta la ejecución de dos o más trabajos activos al mismo tiempo, y tiene varias tareas en la memoria principal.

Estos sistemas operativos se caracterizan por tener múltiples programas activos, compitiendo por los recursos del sistema: procesador, memoria, dispositivos periféricos.

Sistemas operativos de tiempo compartido:
Estos sistemas permiten la simulación de que el sistema y sus recursos son todos para cada usuario. El usuario hace una petición a la computadora, esta la procesa tan pronto como le es posible, y la respuesta aparecerá en la terminal del usuario.

Los principales recursos del sistema, el procesador, la memoria, dispositivos de E/S; son continuamente utilizados entre los diversos usuarios, dando a cada usuario la ilusión de que tiene el sistema dedicado para sí mismo.
 
Sistemas operativos distribudios:
Estos sistemas permiten distribuir trabajos, tareas o procesos, entre un conjunto de procesadores; este conjunto de procesadores puede estar en un equipo o en diferentes, en este caso es transparente para el usuario.
 
Sistemas operativos de red:
Son aquellos que mantienen a dos o más computadoras unidas a través de algún medio de comunicación, con el objetivo de poder compartir los diferentes recursos y la información del sistema.
 
Sistemas operativos paralelos:
En estos sistemas se pretende que cuando existan dos o más procesos que compitan por algún recurso se puedan realizar o ejecutar al mismo tiempo.
 

COMPONENTES DE UN SISTEMA OPERTIVO

Entre los componentes de un sistema operativo tenemos:

Gestion de proceso: Es un programa de ejecucion 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 desctruir los procesos, parar y reanudar los procesos,ofrecer mecanismos para que se comuniquen y sincronicen.

Gestion de la memoria principal: Es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una direccion unica.

Gestion del almacenamiento secundario: Es necesario ya que la memoria principal es volatil y ademas muy pequeña para almacenar todos los programas y datos.

El sistema E/S: Es un de almacenamiento temporal, una interfaz de manejadores de disositivos y otra para dispositivos concreto.

Sistema de archivos: Son colecciones de informacion relacionada,de finidas por sus creadores.Estos almacenan programas y datos tales como imagenes, textos, informacion, de bases de datos.

Sistema de proteccion: Es el mecanismo que controla el acceso de los programas o los usuarios a los recursos del sistema el SO se encarga de didtinguir entre uso y autorizado y no autorizado, especificar los controles de seguridad a realizar.

Sistemas de comunicaciones: para mantener las comunicaciones con otros sistemas es necesario poder controlar el envio y recepcion de informacion a traves de las interfaces de red. Hay que crear puntos de comunicacion que sirvana las aplicaciones que estan ejecutandose localmente.
 

ADMINSTRACION DE PROCESOS

Un proceso no es más que un conjunto de threads que ejecutan el mismo código, junto con las zonas de memoria asociadas a ellos y los ficheros que tienen abiertos.

Un programa consta, al menos, de un proceso, y un proceso, al menos, de un thread. Cuando un programa tiene varios procesos, lo normal es que cada uno ejecute un código distinto, los cuales se encuentran en ficheros ejecutables separados. Dos procesos solo pueden compartir una zona de memoria si esta es definida expresamente como tal. Así mismo, es en este caso cuando los sistemas de sincronización a la hora de compartir memoria se vuelven especialmente necesarios e importantes.

Un proceso es un programa en ejecución junto con su entorno asociado (registros, variables,..). El núcleo del S.O. se relaciona con los procesos, creándolos, terminándolos y respondiendo a cualquier petición de servicios de estos.

Estados y transiciones de los procesos:

Los estados en que pueden encontrarse los procesos los controla el S.O. y son transparentes al usuario.

Se dividen en:

Estados activos:
Son aquellos que compiten por el procesador o están en condiciones de hacerlo:
En ejecución: El proceso ocupa la CPU actualmente, es decir, se está ejecutando.

Listo o preparado: El proceso dispone de todos los recursos para su ejecución, sólo le falta la CPU.

Bloqueado: Al proceso le falta algún recurso para poder seguir ejecutándose, además de la CPU. Por recurso se pueden entender un dispositivo, un dato, etc.
El proceso necesita que ocurra algún evento que le permita poder proseguir su ejecución.


Estados inactivos:
Son aquellos que no pueden competir por el procesador, pero pueden volver a hacerlo si se soluciona el problema que los ha dejado “en suspenso” (avería de un dispositivo E/S):

Suspendido bloqueado: proceso que ha sido suspendido y que además está a la espera de un evento para desbloquearse.
Suspendido preparado: proceso que ha sido simplemente suspendido.

Transiciones de estado de los procesos

De ejecución á Bloqueado: Al iniciar una operación de E/S, al realizar una operación WAIT sobre un semáforo a cero.

De ejecución á Listo: Por ejemplo, en un sistema de tiempo compartido, cuando el proceso que ocupa la CPU lleva demasiado tiempo ejecutándose continuamente el sistema operativo decide que otro proceso ocupe la CPU, pasando el proceso que ocupaba la CPU a estado listo.

De Listo á en ejecución: cuando lo requiere el planificador de la CPU (veremos el planificador de la CPU en el tema de planificación de procesos).

De Bloqueado á Listo: Se dispone del recurso por el que se había bloqueado el proceso. Por ejemplo, termina la operación de E/S, o se produce una operación SIGNAL sobre el semáforo en que se bloqueó el proceso, no habiendo otros procesos bloqueados en el semáforo.

Obsérvese que de las cuatro transiciones de estado posibles, la única iniciada por el proceso de usuario es el bloqueo, las otras tres son iniciadas por entidades externas al proceso.

ADMINISTRACION DE MEMORIA

La memoria es uno de los principales recursos de la computadora, la cual debe de administrarse con mucho cuidado. Aunque actualmente la mayoría de los sistemas de cómputo cuentan con una alta capacidad de memoria, de igual manera las aplicaciones actuales tienen también altos requerimientos de memoria, lo que sigue generando escasez de memoria en los sistemas multitarea y/o multiusuario.

Los sistemas de administración de memoria se pueden clasificar en dos tipos: los que desplazan los procesos de la memoria principal al disco y viceversa durante la ejecución y los que no.El propósito principal de una computadora es el de ejecutar programas, estos programas, junto con la información que accesan deben de estar en la memoria principal durante la ejecución.Para optimizar el uso del CPU y de la memoria, el sistema operativo debe de tener varios procesos a la vez en la memoria principal, para lo cual dispone de varias opciones de administración tanto del procesador como de la memoria. La selección de uno de ellos depende principalmente del diseño del hardware para el sistema.

La parte del sistema operativo que administra la memoria se llama administrador de memoria y su labor consiste en llevar un registro de las partes de memoria que se estén utilizando y aquellas que no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos cuando éstos la necesiten y liberándola cuando terminen, así como administrar el intercambio entre la memoria principal y el disco en los casos en los que la memoria principal no le pueda dar capacidad a todos los procesos que tienen necesidad de ella.

MEMORIA VIRTUAL

La memoria virtual es una técnica que permite ejecutar procesos que no caben totalmente en memoria RAM (memoria física). Esto propicia la creación de programas que sean más grandes que la memoria física. Además, la memoria virtual ayuda a crear un esquema de abstracción de la memoria que la separa de la zona lógica que el usuario ve, esto facilita enormemente la tarea a los programadores puesto que no se han de preocupar por limitaciones de memoria.

Los procedimientos de implementación de la memoria virtual se basan en que cuando se ejecuta un programa, éste está parcialmente en memoria, es decir, sólo hay cargada aquella zona de código y datos que se necesitan en ese instante de tiempo, y no el programa completo. La memoria virtual es la separación entre la memoria lógica disponible para el usuario y la memoria RAM, se implementa generalmente con el método de paginación por demanda aunque también se puede implementar en un sistema con segmentación.

En el momento en que en el sistema empieza a escasear la memoria, se crea un fichero SWAP (intercambio) en el disco que sirve como ampliación auxiliar de memoria. En el caso de Windows, cuando tenemos muchas aplicaciones en funcionamiento y la memoria RAM se agota, el sistema se apoya en el fichero SWAP para realizar movimientos desde el disco duro a la RAM y viceversa. De ese modo crean espacios en memoria física para ir ejecutando las órdenes. Esto, evidentemente, hace que el sistema vaya más lento.