CUESTIONES DE DISEO DE LENGUAJES

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CUESTIONES DE DISEÑO DE LENGUAJES

• La estructura y operación de una computadora.
• Computadoras virtuales y tiempos de enlace.
• Paradigmas en lenguajes.

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INTRODUCCIÓN

• En el diseño de un Lenguaje de Programación, hay
  que considerar tres aspectos básicos
• La estructura y operación de la computadora dónde
  se van a ejecutar los programas escritos en el
  lenguaje.
• El Modelo de Ejecución o Computadora Virtual con
  que se implementará el lenguaje en la Máquina
  Real.
• El Modelo de Computación (Paradigma) que el
  lenguaje soportará.

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La estructura y operación de una computadora

• Una computadora es un conjunto integrado de
  algoritmos y estructuras de datos capaz de
  almacenar y ejecutar programas. Se puede
  construir una computadora por medio de

• Un dispositivo físico real utilizando circuitos
  integrados, en cuyo caso se le conoce como
  computadora real o una computadora de hardware.
• Programas que se ejecutan en una computadora
  simulando a otra computadora computadora
  simulada por software o computadora virtual.

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Estructura y operación de una computadora

• Un lenguaje de programación se implementa
  construyendo un traductor, el cual traduce los
  programas expresados en el lenguaje a programas
  en lenguaje de máquina que pueden ser ejecutados
  directamente por alguna computadora. La
  computadora que ejecuta los programas traducidos
  puede ser una computadora de hardware o una
  computadora virtual.
• Arquitectura de Von Neumann. Consiste en una
  unidad central de procesamiento (UCP), compuesta
  de operaciones primitivas control de secuencia
  y registros internos para guardar los resultados
  de las operaciones primitivas una memoria
  principal y un proceso para recuperar y guardar
  palabras de datos entre la UCP y la memoria.

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• Tanto una computadora como un lenguaje de
  programación consisten de seis componentes
  fundamentales
• Datos. Diversas clases de datos elementales y
  estructurados.
• Operaciones primitivas. Operaciones para
  manipular los datos.
• Control de secuencia. Mecanismos para controlar
  el orden en el que se van a ejecutar las
  operaciones primitivas.
• Acceso a datos. Mecanismos para controlar los
  datos a cada ejecución de una operación.
• Gestión de almacenamiento. Mecanismos para
  controlar la asignación de almacenamiento para
  programas y datos.
• Entorno de operación. Mecanismos para la
  comunicación con el entorno.

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Organización física de una computadora

• Una computadora cuenta con una memoria principal
  la cual contiene programas y datos que se van a
  procesar.
• El procesamiento está a cargo de un intérprete,
  el cuál toma cada instrucción de lenguaje de
  máquina por turno, la decodifica, e invoca la
  operación primitiva designada con los operandos
  designados como entrada.
• Las Primitivas manipulan los datos almacenados
  en la memoria principal y en registros internos
  de alta velocidad. También pueden transmitir
  programas o datos de la memoria hacia el
  exterior.

7
Organización de una Computadora
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Partes principales de una computadora

• Datos Hay cuatro componentes principales de
  almacena-miento de datos
• Memoria Principal . Organizada como una secuencia
  lineal de bits subdividida en palabras de
  longitud fija. Almacena datos y programas.
• Registros Internos. Se componen de secuencias de
  bits con longitud de palabra. Su contenido puede
  representar datos o la dirección en la memoria
  principal dónde están los datos o la próxima
  instrucción.
• Memoria Caché. Se encuentra entre la memoria
  principal y los registros internos. Sirve para
  acelerar el acceso a los datos de la memoria.
• Archivos Externos. Son una serie de bits
  divididos en registros. Sirven para el
  almacenamiento externo de datos o programas.

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• Una computadora tiene ciertos tipos de datos
  integrados que se pueden manipular directamente
  con operaciones primitivas de hardware enteros,
  números de punto flotante (reales), cadenas de
  caracteres y cadenas de bits, todos ellos de
  longitud fija igual al número de bits de una
  palabra de almacenamiento.
• Los programas también son un tipo de datos y por
  tanto tiene que haber una representación
  interconstruida para programas, la cual se
  designa como representación en lenguaje de
  máquina de la computadora.
• Un programa en lenguaje de máquina se estructura
  como una serie de localidades de memoria, cada
  una de las cuales tiene una o más instrucciones.
• Cada instrucción se compone de un código de
  operación y un operando.

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• Operaciones Una computadora debe contener un
  conjunto de operaciones primitivas
  interconstruidas, ordinariamente apareadas una a
  una con los códigos de operación que pueden
  aparecer en las instrucciones de lenguaje de
  máquina. Incluyen
• Primitivas para Aritmética. Suma, resta,
  multiplicación y división de enteros y reales.
• Primitivas para probar propiedades de los
  elementos de datos.
• Primitivas de acceso y modificación de las
  componentes de un elemento de datos.
• Primitivas para controlar dispositivos de E/S.
• Primitivas para el control de secuencia.

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• Control de secuencia La instrucción siguiente
  que se debe ejecutar en cualquier punto durante
  la ejecución de un programa en lenguaje de
  máquina está determinada por el contenido de un
  registro de direcciones de programa ( o contador
  de localidades), el cuál siempre contiene la
  dirección de memoria de la próxima instrucción.
• El intérprete ocupa un lugar central
  en la operación de una computadora. Accesa al
  registro de direcciones y guía la secuencia de
  operaciones.
• Ejecuta un algoritmo cíclico. En cada
  ciclo obtiene del registro, la dirección de la
  instrucción siguiente, incrementa el valor del
  registro (para apuntar a la dirección de una
  nueva instrucción), toma la instrucción de la
  memoria, decodifica la instrucción a un código de
  operación y a un conjunto de designadores de
  operando, toma los operadores designados e invoca
  la operación designada con los operandos como
  argumentos. La operación primitiva puede
  modificar datos de la memoria o los registros,
  acceder a dispositivos de E/S o cambiar el orden
  de ejecución cambiando el contenido del registro.
  

12
Interpretación y Ejecución de un Programa
13

• Acceso a datos Toda instrucción de máquina
  especifica un código de operación y los
  operandos que la operación va a usar.
• Un operando puede estar en la memoria
  principal o en un registro.
• Se debe de contar con algún mecanismo para
  designar operandos y recuperarlos de un
  designador dado.
• De igual forma, el resultado de una operación
  primitiva se debe guardar en alguna localidad
  designada.
• Llamamos a estos recursos el control de
  acceso a datos de la computadora. Consiste en
  asociar direcciones de enteros con localidades de
  memoria y suministrar operaciones para recuperar
  el contenido de una localidad dada su dirección.

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• Gestión de almacenamiento Un principio de diseño
  es el de tener en operación simultánea todos
  los recursos de la computadora.
• El problema es que las operaciones de la UCP
  son mucho más rápidas que que el acceso a la
  memoria y éste a su vez, es más rápido que las
  operaciones con datos externos.
• Una solución simple, es integrar en el
  hardware recursos sencillos para gestión de
  almacenamiento los programas y los datos residen
  en memoria sólo durante la ejecución del
  programa. Aunque la UCP debe esperar para que los
  datos apropiados queden disponibles, resulta
  económico no tener que agregar hardware adicional
  para acelerar el proceso.

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• Para compensar el desequilibrio entre el
  acceso a datos externos y el procesador central,
  el S.O. puede usar multiprogramación. Mientras
  espera a que se lean los datos (p.ejm., de un
  disco), se ejecuta otro programa.
• Para ello, el hardware debe de soportar
  directamente la paginación o reubicación dinámica
  de programas. Que consiste en permitir que varios
  programas puedan residir conjuntamente y al mismo
  tiempo en memoria. Hay algoritmos de paginación
  que calculan cuales cuales direcciones de
  programas y datos tienen más probabilidad de ser
  utilizados nuevamente.
• Otro mecanismo de compensación es el uso de una
  memoria caché. Es una memoria de alta velocidad,
  contiene los datos e instrucciones que con más
  probabilidad se volverán a usar. El procesador
  central accesa inmediatamente a los datos de esta
  memoria y si se modifican se almacenan en la
  memoria principal.

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• Entorno de operación El entorno de operación de
  una computadora consiste en un conjunto de
  dispositivos periféricos de almacenamiento y de
  E/S que sirven para comunicarse con ella.
• Arquitecturas alternativas de computadora Un
  enfoque alternativo a la arquitectura de Von
  Newmann es el uso de sistemas de
  multiprocesamiento formados por múltiples UCP
  acoplados y compartiendo conjuntos únicos de
  memoria, discos, etc. Esto implica el diseño de
  lenguajes que permitan escribir programas que se
  ejecuten en varias máquinas y puedan comunicarse
  entre sí (paralelismo).

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• Estados de computadora El concepto de estado de
  computadora es un medio para visualizar el
  comportamiento dinámico de una computadora.
• El proceso de ejecución de programas se da se
  da a través de una serie de estados, cada uno
  definido por el contenido de la memoria, de los
  registros internos, y de los almacenes externos
  en algún instante de tiempo durante la ejecución.
• El contenido inicial en áreas de
  almacenamiento define el estado inicial .
• Cada paso en la ejecución del programa
  transforma el estado existente en uno nuevo a
  través de la modificación del contenido de un
  área de almacenamiento o más es decir, genera
  una transición de estado.
• Al terminar el programa, el estado final esta
  definido por el contenido final de las áreas de
  almacenamiento.

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Computadora de Firmware

• Existe un principio de diseño que estipula
  que Cualquier algoritmo o estructura de datos
  definida con precisión se puede producir en
  hardware.
• Esto significa que se pueden construir
  computadoras que directamente en su hardware
  implementen un lenguaje de alto nivel e incluso
  simulen otra máquina por hardware.
• Una alternativa a la producción estricta en
  hardware de una computadora es la computadora de
  firmware, simulada por un microprograma que se
  ejecuta en una computadora microprogramable de
  hardware especial.
• El microprograma simula la operación de la
  computadora deseada en la computadora
  microprogramable anfitrión. A este proceso se le
  conoce como emulación y la computadora resultante
  es una máquina virtual.

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Traductores y Computadoras Simuladas por Software

• Para facilitar la programación, lo común es
  expresar los programas en un lenguaje de alto
  nivel, el cual es muy cercano al lenguaje del
  programador y muy distante del lenguaje de
  máquina (bajo nivel).
• El lenguaje de máquina es distinto para cada
  plataforma de hardware.
• El problema que se enfrenta al implementar un
  lenguaje es, como hacer que se ejecuten programas
  en un lenguaje de alto nivel en diferentes
  computadoras, independientemente de su lenguaje
  de máquina.

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Existen dos soluciones básicas

• Traducción (compilación) Se puede construir un
  traductor para traducir programas en el lenguaje
  de alto nivel a programas equivalentes en el
  lenguaje de máquina de la computadora real.
• Un traductor es un procesador de lenguajes
  que toma programas en un cierto lenguaje fuente y
  los transforma en programas funcionalmente
  equivalentes codificados en otro lenguaje objeto.
  
• TIPOS ESPECIALIZADOS DE TRADUCTORES.
• Ensambladores.
• Compiladores.
• Cargador o Editores de Vínculos.
• Preprocesadores o Macroprocesadores.

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• Un ensamblador, es un traductor cuyo lenguaje
  fuente es un lenguaje ensamblador, y cuyo
  lenguaje objeto es un lenguaje de máquina de una
  computadora real específica.
• Un lenguaje ensamblador es una representación
  simbólica de de un lenguaje de máquina.
• Un compilador, es un traductor cuyo lenguaje
  fuente es un lenguaje de alto nivel y cuyo
  lenguaje objeto se aproxima al lenguaje de
  máquina de una computadora real, ya sea que se
  trate de un lenguaje ensamblador o alguna
  variedad de lenguaje de máquina.

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• Un cargador o editor de vínculos es un traductor
  cuyo lenguaje objeto es un código de máquina real
  y cuyo lenguaje fuente es casi idéntico y está
  compuesto por lo general de programas en lenguaje
  de máquina en forma reubicable junto con tablas
  de datos que especifican puntos donde el código
  reubicable se debe modificar para volverlo
  auténticamente ejecutable. En otras ocasiones se
  le denomina enlazador o ligador.
• Un preprocesador o macroprocesador es un
  traductor cuyo lenguaje fuente es una forma
  ampliada de un lenguaje de alto nivel ( como C
  ) y cuyo lenguaje objeto es la forma estándar del
  mismo lenguaje.

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• Simulación de software En lugar de traducir
  los programas de un lenguaje de alto nivel a un
  lenguaje de máquina, se puede simular una
  computadora cuyo lenguaje de máquina sea el
  len-guaje de alto nivel. Para hacer esto se
  construye un conjunto de programas en el lenguaje
  de máquina de la computadora anfitrión que
  representan los algoritmos (y estructuras de
  datos) necesa-rios para la ejecución de programas
  en el lenguaje de alto nivel.
• A diferencia de un traductor, el simulador
  ejecuta el programa directamente, no lo traduce.
• En la práctica pocas veces se usan la
  traducción o la simulación puras, mas bién se
  trabaja con una combinación de ambas. Un programa
  se descompone en varios subprogramas
  independientes que se compilan por separado,
  luego en la fase de carga se combinan con rutinas
  de apoyo (operaciones simuladas por software) en
  tiempos de ejecución para obtener su forma
  ejecutable, la cual se decodifica y se ejecuta
  por simulación.

24
Estructura de la Implementación de un Lenguaje
25
Lenguajes Compilados e Interpretados

• La cuestión clave en la implementación de un
  lenguaje es saber si la representación base del
  programa durante su ejecución será la del
  lenguaje de máquina de la computadora real en la
  que corra o nó. Esto establece dos tipos de
  implementaciones de lenguajes
• 1. Lenguajes compilados. Los programas en estos
  lenguajes se traducen al lenguaje de máquina de
  la computadora real antes de ejecutarse, y la
  simulación se usa en las rutinas de apoyo en
  tiempo de ejecución que simulan operaciones
  primitivas que no tienen representación directa
  en el lengua-je de máquina. Ejm C, C, Pascal,
  Ada, FORTRAN.
• 2. Lenguajes Interpretados. El traductor produce
  un código intermedio, y un software intérprete lo
  ejecuta ya que el intérprete de hardware no lo
  puede ejecutar. Ejm LISP, Prolog, Smalltalk, ML
  y BASIC.

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Computadoras Virtuales y Tiempos de Enlace

• Cuando se implementa un lenguaje de
  programación, se define una computadora virtual,
  formada por las estructuras de datos y algoritmos
  en tiempo de ejecución que se emplean en la
  ejecución de programas.
• El lenguaje de máquina de una computadora
  virtual es el programa ejecutable que produce el
  traductor del lenguaje, el cuál puede adoptar la
  forma de código de máquina autentico si el
  lenguaje se compila o, de manera alternativa,
  puede tener alguna estructura arbitraria si el
  lenguaje se interpreta.

27
Sintaxis y Semántica

• La sintaxis de un lenguaje de programación es
  el aspecto que ofrece el programa, proporcionar
  las reglas de sintaxis para un lenguaje de
  programación significa decir como se escriben los
  enunciados , declaraciones y otras construcciones
  de lenguaje.
• La semántica de un lenguaje de programación es
  el significado que se le da a las diversas
  construcciones sintácticas.

28
Computadoras virtuales e implementación de
lenguajes

• Cuando un lenguaje de programación se
  implementa en una computadora particular, primero
  se determina la computadora virtual que
  representa una interpretación de la semántica del
  lenguaje y luego se construye esa computadora
  virtual a partir de los elementos de hardware y
  software que suministra la computadora
  subyacente. Por ejemplo, se puede determinar que
  una operación de suma de enteros se implemente
  directamente por hardware y que una raíz cuadrada
  se simule en la computadora virtual.
• También se debe determinar qué se va a hacer
  durante la traducción del programa y qué durante
  su ejecución. Ya que algunas representaciones de
  estructuras de datos u operaciones en la
  computadora virtual, sólo se pueden usar si el
  traductor las definió dentro de la estructura en
  tiempos de ejecución.

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Jerarquías de Computadoras

• La computadora virtual que se utiliza cuando
  se hace un programa en algún lenguaje de alto
  nivel, esta formada por una jerarquía de
  computadoras virtuales.
• El el nivel más bajo se encuentra la máquina
  real. El segundo nivel (o tercero si existe un
  microprograma antes) se encuentra el sistema
  operativo, que provee simulaciones de un cierto
  número de operaciones y estructuras de datos
  nuevas que no proporciona directamente el
  hardware.
• Luego se encuentra la máquina virtual del
  lenguaje de programación y su traductor que se
  ejecutan en la máquina virtual definida por el
  sistema operativo.
• Por último, en la parte superior de la
  jerarquía se encuentra la computadora virtual
  implementada por el modelo de ejecu-ción del
  programa codificado en el lenguaje de
  programación.

30
Jerarqía de computadoras virtuales para un
programa en C.
31
Enlace y tiempos de enlace

• Nombramos enlace de un elemento de programa a
  una característica o propiedad particular a la
  elección de dicha propiedad de entre un conjunto
  de propiedades posibles.
• El momento durante la formulación o
  procesamiento del programa en el que se hace está
  elección se conoce como tiempo de enlace de esa
  propiedad para ese elemento.
• Los lenguajes de programación cuentan con
  distintas variedades de enlaces y tiempos de
  enlace.

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Clases de tiempos de enlace

• 1.-TIEMPO DE EJECUCIÓN. Tiempo de los enlaces que
  se llevan a cabo durante la ejecución de
  programa, como son los enlaces de las variables a
  sus valores o localidades particulares de
  almacenamiento. Hay varias categorias
• a) Al entrar a un subprograma o bloque. En
  casi todos los len-guajes las clases importantes
  de enlaces sólo pueden ocurrir en el momento de
  entrar a un subprograma bloque durante la
  ejecución. P. ejm., en C y Pascal el enlace de
  parametros for-males a reales sólo puede ocurrir
  al entrar a un subprograma.
• b) En puntos arbitrarios durante la
  ejecucion. Ciertos enlaces pueden ocurrir en
  cualquier punto durante la ejecución de un
  programa. P. Ejm., el enlace de variables a
  valores a través de asignación, o como en LISP y
  ML que permiten enlazar nombres a localidades de
  almacenamiento en puntos arbitrarios del programa.

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• 2.- TIEMPO DE TRADUCCIÓN o COMPILACION.
• a) Enlaces elegidos por el programador. El
  programador elige nombres de variables y tipos de
  las mismas, estructuras de enunciados, etc., que
  representan enlaces durante la traducción.
• b) Enlaces elegidos por el traductor. Ciertos
  enlaces son elegidos por el traductor del
  lenguaje sin que el programador intervenga. P.
  ejm., la asignación de las localidades relativas
  de almacenamiento de un objeto de datos.
• c) Enlaces elegidos por el cargador. Un programa
  se compone generalmente de varios subprogramas
  que se deben de fusionar en un programa
  ejecutable único. El traductor enlaza variables a
  direcciones relativas dentro del espacio de
  almacenamiento designado para cada subprograma.
  Durante el tiempo de carga (o tiempo de
  vinculación) las direcciones relativas deben de
  ser asignadas a las direcciones reales de la
  máquina real donde se ejecuta el programa.

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3.- Tiempo de implementación del lenguaje.
Ciertos aspectos de la definición de un lenguaje
pueden ser iguales para todos los programas que
se ejecutan usando una implementación particular
del mismo, pero pueden variar entre las distintas
implementaciones. Por ejemplo, sí un programa usa
una característica que se ha definido durante la
implementación, no se puede asegurar que correrá
en otra implementación del mismo lenguaje. 4.-
Tiempo de definición del lenguaje. Casi toda la
estructu-ra de un lenguaje de programación se
fija cuando el len-guaje se define, en el sentido
de la especificación de las alternativas
disponibles para un programador cuando escribe un
programa. Por ejemplo, todos los tipos de datos,
estructuras de programa, etc., suelen fijarse en
el tiempo de definición del lenguaje.
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Para ilustrar la diversidad de enlaces y tiempos
de enlace, analice-mos el siguiente enunciado de
asignación x x 10 Tenemos enlaces y tiempos
de enlace en los elementos siguientes 1. El
Conjunto de posibles tipos para la variable X. Se
suele fijar durante la definición del lenguaje.
Sí el lenguaje puede dejar que cada programa
defina tipos nuevos, el conjunto de posibles
tipos para X se fija durante la traducción. 2.
Tipo de variable X. El tipo de datos elegido para
la variable X se suele fijar durante la
traducción, a través de una declaración explícita
en el programa. En algunos lenguajes, como
Smalltalk y Prolog, el tipo de datos de X puede
enlazarse sólo durante la ejecución a través de
la asignación de un valor de un tipo particular a
X. En estos len-guajes, X se puede referir a un
entero en un punto y a una cadena en un punto
posterior del mismo programa.
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3. Conjunto de valores posibles para la variable
X. Esta determinado por el intervalo de valores
que se pueden representar y manipular en la
computadora virtual que define el lenguaje, el
cual a su vez se relaciona con el conjunto de
valores que se pueden representar en la
computadora de hardware subyacente. Así pues, el
conjunto de valo-res posibles para X se puede
determinar durante la implementación del
lenguaje las distintas implementaciones del
lenguaje pueden permitir diferentes intervalos de
valores posibles para X. De manera alternativa,
se puede determinar en el tiempo de carga, de
acuerdo con el hardware que ejecutará el
programa. 4. Valor de la variable X. En cualquier
punto durante la ejecución del programa, un valor
particular está enlazado a la variable X. De modo
habitual, este valor se determina durante la
ejecución a través de la asignación de un valor a
X. La asignación X X 10 cambia el enlace de
X sustituyendo su valor antiguo por uno nuevo que
es 10 más que el antiguo.
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5. Representación de la constante 10. El entero
10 tiene a la vez una representación como
constante en los programas, usando la cadena 10,
esta elección se hace generalmente en el tiempo
de definición del lenguaje y una representación
durante la ejecución, casi siempre como una serie
de bits, que se hace en el tiempo de
implementación del lenguaje. 6. Propiedades del
operador . En un lenguaje compilado el símbolo
se enlaza a un conjunto de operaciones de adición
durante la definición del lenguaje cada
operación de adición del conjunto se define
durante la implementación del lenguaje, cada uso
particular del símbolo en un programa se enlaza
a una operación particular de adición durante la
traducción, y el valor particular de cada
operación particular de adición para sus
operandos se determina sólo durante la ejecución.
Este ejemplo representa los posibles enlaces y
tiempos de enlace en diversos lenguajes de
programación. Sin embargo, también es posible
elegir muchos otros enlaces y tiempos de enlace.
38
Importancia de los tiempos de enlace

• Muchas de las diferencias más importantes y
  sutiles entre lenguajes implican diferencias en
  cuanto a tiempos de enlace.
• Se dice que un lenguaje, donde casi todos los
  enlaces se efectúan durante la traducción, al
  principio del procesamiento de un programa, tiene
  enlace temprano un lenguaje con enlace tardío,
  demora casi todos los enlaces hasta el tiempo de
  ejecución.
• Las ventajas y desventajas del enlace temprano
  respecto al enlace tardío giran en torno al
  conflicto entre eficiencia y flexibilidad. En
  len-guajes donde se persigue la eficiencia de
  ejecución, como FORTRAN, Pascal y C, es común
  proyectar el lenguaje de manera que se puedan
  efectuar tantos enlaces como sea posible durante
  la traducción. En los casos donde la flexibilidad
  es lo se persigue, como en ML y LISP, casi todos
  los enlaces se retrasan hasta el tiempo de
  ejecución para que puedan adaptarse a los datos
  introducidos durante la ejecución.
• En un lenguaje diseñado para ofrecer a la vez
  ejecución eficiente y flexibilidad, como Ada, se
  suele disponer de múltiples opciones que permiten
  elegir tiempos de enlace.

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Tiempos de enlace e implementaciones de lenguajes

• Un lenguaje se proyecta de tal modo que un
  enlace particular se puede efectuar, por ejemplo,
  durante la traducción, pero el momento efectivo
  en el cual el enlace se lleva a cabo está
  definido de hecho sólo por la implementación del
  lenguaje.
• P. ejm., Pascal se diseñó para permitir que el
  tipo de variables se determine durante la
  compilación, pero una implementación particular
  de Pascal puede realizar la verificación de tipos
  durante la ejecución.
• En general, un diseño de lenguaje especifica
  el momento más cer-cano durante el procesamiento
  del programa en el cual es posible un enlace
  particular. Sin embargo, por lo general casi
  todas las imple-mentaciones del lenguaje efectúan
  la mayoría de los enlaces al mismo tiempo. Si el
  lenguaje está proyectado para permitir enlaces
  durante la compilación, entonces el retraso de
  estos enlaces hasta el tiempo de ejecución
  conducirá probablemente a una ejecución menos
  eficien-te sin tener ganancia de flexibilidad,
  como en el ejemplo anterior de verificación de
  tipos en tiempo de ejecución en Pascal. De hecho,
  resulta conveniente efectuar los enlaces lo más
  pronto posible.

40
Paradigmas en Lenguajes

• Además de conocer la máquina virtual que va a
  proporcionar el almacenamiento de datos en tiempo
  de ejecución y las operaciones para la ejecución
  de un programa traducido y el hardware dónde se
  va a correr realmente el programa traducido a
  código ejecutable, se tiene que analizar el
  modelo de computación que maneja el lenguaje de
  programación.
• Es decir, el modelo de computación se plantea
  preguntas como Cómo se ejecuta el programa?
  Qué clase de construcciones suministra el
  programa?
• Existen dos modelos básicos de computación que
  describen a los lenguajes de programación
  actuales el Imperativo y el Declarativo.

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Lenguajes Imperativos

• Los lenguajes imperativos o de procedimiento
  son lenguajes controlados por mandatos u
  orientados a enunciados (instrucciones). Un
  programa se compone de una serie de enunciados, y
  la ejecución de cada enunciado hace que el
  intérprete cambie el valor de una localidad o más
  en su memoria, es decir, que pase a un nuevo
  estado. La sintaxis de esta clase de lenguajes
  tiene por lo general la forma
• enunciado1
• enunciado2
• ...
• enunciadoN
•  

42
Lenguajes Imperativos ...

• La memoria consiste en una colección de
  celdas, y la ejecución del enunciado (por
  ejemplo, sumar dos variables para obtener una
  tercera) se puede representar como acceder a las
  localidades de memoria (las celdas), combinar los
  valores contenidos en las celdas en alguna forma
  y guardar el resulta-do en la nueva localidad. El
  desarrollo de programas consiste en construir los
  estados de máquina sucesivos (valores en las
  celdas) que se necesitan para llegar a la
  solución. Muchos lenguajes (por ejemplo, C, C,
  FORTRAN, ALGOL, PL/I, Pascal, Ada, Smalltalk,
  COBOL) manejan este modelo.
•  
• En general, este modelo procede del hardware de
  la computadora convencional que ejecuta
  instrucciones en forma secuencial.

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Lenguajes de Programación y Modelos de Computación
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• Lenguajes Estructurados en Bloques . Un lenguaje
  con bloques de programa, divide el estado en
  bloques que representan subrutinas y datos
  comunes. Los bloques se pueden pensar como un
  archivo plano, donde cada bloque sigue a sus
  predecesores. El término estructuras en bloques
  se refiere a los ámbitos anidados. Es decir, los
  bloques pueden estar anidados dentro de otros
  bloques, y pueden contener sus propias variables.
  El estado representa una pila con una referencia
  al bloque actualmente activo en la parte
  superior. En los lenguajes estructurados en
  bloques, el procedimiento es el principal bloque
  de construcción de los programas. Ejemplos de
  lenguajes son Ada, ALGOL 60, Pascal, ALGOL 68 y
  C.

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Lenguajes Basados en Objetos El paradigma basado
en objetos describe los lenguajes que soportan
objetos en interacción. Un objeto es un grupo de
procedimientos que comparten un estado. Puesto
que los datos son también parte de un estado, los
datos y todos los procedimientos o funciones que
se le aplicarán son encapsulados en un solo
objeto. Los ejemplos son Ada, donde los objetos
son llamados paquetes Modula, donde se denominan
módulos y Smalltalk, donde los objetos se llaman
(correctamente) objetos. En C, una colección de
objetos se agrupa en una clase.  Lenguajes
Orientado a Objetos son aquellos lenguajes
basados en objetos que soportaban clases de
objetos y la herencia de atributos de un objeto
padre por parte de sus hijos.  
46
Lenguajes para la Programación Concurrente. La
programa-ción concurrente está asociada con más
de un CPU funcionan-do simultáneamente en
paralelo, compartiendo o no datos. Sin embargo,
los CPU múltiples no son esenciales para este
para-digma. Lo que es esencial es que el trabajo
sobre un problema en particular pueda ser
compartido. En Ada o en Java dos o más
procedimientos se ejecuten de manera
independiente. La programación concurrente se
divide en dos categorías, sistemas distribuidos
y sistemas con memoria compartida. El término
distribuido se refiere a lenguajes para sistemas
acoplados débilmente que soportan que un programa
se ejecute de manera simultánea y se comunique a
través de paso de mensajes mediante un canal de
comunicación, tal como un enlace de punto a punto
o una red de área local.
47
Un sistema acoplado fuertemente o de memoria
compartida, permite que más de un proceso en
ejecución tenga acceso a la misma ubicación de
memoria. Un lenguaje asociado con el sistema debe
sincronizar el uso compartido de memoria, de modo
que sólo un proceso escriba a una variable
compartida a la vez, y de modo que un proceso
pueda esperar hasta que ciertas condiciones se
satisfagan por completo antes de continuar la
ejecución. La memoria compartida tiene la ventaja
de la velocidad, porque no se necesita pasar
mensajes. Recientemente, se han hecho trabajos en
lenguajes que difuminan la distinción entre los
paradigmas acoplados débil y fuertemente.
Lenguajes tales como PROLOG concurrente, Linda y
Occam tienen algunas características de ambos.
48
Lenguajes Declarativos
Un lenguaje declarativo es aquel en el que un
programa especifica una relación o función.
Cuando se programa en el estilo declarativo, no
se hacen asignaciones a variables del programa.
El intérprete o compilador para el lenguaje en
particular administra la memoria
independientemente del programador. Lenguajes
Funcionales. Los lenguajes aplicativos o
funcionales en vez de examinar la serie de
estados a través de los cuales debe pasar la
máquina para obtener una respuesta, se preguntan
Cuál es la función que se debe aplicar al estado
de máquina inicial accediendo al conjunto inicial
de variables y combinándolas en formas
específicas para obtener una respuesta?  
49
El desarrollo de programas procede a través
del desarrollo de funciones a partir de funciones
previamente desarrolladas para construir
funciones más complejas que manipulan el conjunto
inicial de datos hasta que la función final se
puede usar para calcular una respuesta a partir
de los datos iniciales. Así, la programación
funcional proporciona la capacidad para que un
programa (función) se modifique a sí mismo, es
decir, aprenda. En general, la sintaxis de esta
clase de lenguajes es similar a  funciónN
(....función2 (función1 (datos))..)  LISP ,
Scheme y ML son lenguajes funcionales manejan
este modelo de programación.
50
Lenguajes de Programación Lógica. La
programación lógica está basada en el cálculo de
predicados, el cual proporciona axiomas y reglas
de modo que se pueden deducir nuevos hechos a
partir de otros hechos conocidos. Un programa
basado en la lógica se compone de una serie de
axiomas o hechos, reglas de inferencia y un
teorema o cuestión por demostrarse. La salida es
verdadera si los hechos soportan o apoyan la
cuestión, y es falsa en el caso contrario.
Prolog es el ejemplo típico de este tipo de
lenguajes.
51
Lenguajes de base de datos. Las propiedades
que distinguen a los lenguajes diseñados para
tratar con bases de datos son la persistencia y
la administración de cambios. Las entidades de
base de datos no desaparecen después de que
finaliza un programa, sino que permanecen activas
durante tiempo indefinido como fueron
estructuradas originalmente. Puesto que la base
de datos, una vez organizada, es permanente,
estos lenguajes también deben soportar los
cambios. Los datos pueden cambiar y así también
pueden hacerlo las relaciones entre objetos o
entidades de datos.  Un sistema de administración
de base de datos incluye un lenguaje de
definición de datos (DDL) para describir una
nueva colección de hechos, o datos, y un lenguaje
de manipulación de datos (DML) para la
interacción con las bases de datos existentes.
SQL es un ejemplo de este tipo de lenguajes. 
52
Clasificación de los Lenguajes de Programación