Tema 1 informática 4º E.S.O.
UNIDAD 1 INFORMÁTICA Introducción
Sistemas Algoritmo Historia de los ordenadores Capacidades de los ordenadores
Hardware Y Software
Arquitectura Del Ordenador
Lenguajes de programación
1.- INTRODUCCIÓN Partimos de la necesidad que tiene el hombre de utilizar la información como vehículo de comunicación entre sus congéneres. Para lo cual el hombre ha desarrollado una serie de mecanismos y máquinas para mejorar la comunicación. La información empleada por el hombre ha ido aumentando progresivamente, lo que ha obligado a idear técnicas para poder almacenarla y tratarla adecuadamente. Los sistemas informáticos, que pertenecen al grupo de tecnologías de la información, comprenden todos aquellos medios que permiten la organización como formas de ordenar, clasificar la información, el almacenamiento como métodos para guardar la información... Todas estas operaciones configuran el término de Informática como el conjunto de conocimientos científicos y técnicos que hacen posible el tratamiento automático de la información. El
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Tema 1 informática 4º E.S.O. término se usó por primara vez en 1962 y proviene de la unión de dos palabras INFORmaciónautoMÁTICA.
2.- HISTORIA DE LOS ORDENADORES La historia del tratamiento
de la información
hombre, dado que éste siempre ha buscado medios
es prácticamente tan antigua como el para conseguir realizar cálculos que le
faciliten su vida ordinaria. El
primer instrumento de cálculo conocido es el ábaco. Para encontrar las primeras
máquinas automáticas diseñadas con el objeto de realizar cálculos hay que esperar hasta el siglo XVII, con la máquina de Pascal compuesta por engranajes reductores. Otra serie de ingenios inventados con posterioridad son la máquina de calcular de Charles Babbage inventada en 1833, el telar automático de Jacqard de 1801, o el dispositivo electromagnético de cálculo basados en el uso de relés, capaz de leer tarjetas perforadas, que desarrollo en 1886, Hermann Hollerit. El primer ordenador digital fue construido en la Universidad de Harvard en 1944. Simultáneamente en Alemania, se desarrollaron máquinas electromecánicas, que pueden ser consideradas auténticos ordenadores digitales. En 1951 comenzó la comercialización de los primeros ordenadores, éstos resultaban caros y con un gran consumo energético. Se pueden distinguir 5 generaciones de ordenadores:
1ª Generación Su uso está basado en las válvulas electrónicas.
2ª Generación Su uso está basado en el transistor 3ª Generación
Su uso está basado en el chip, está constituido por un conjunto de
transistores fabricados todos ellos en un mismo sustrato
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4ª Generación
Con esta se inicia la invención del microprocesador, que permite a la
miniaturización alcanzar sus cotas más altas. 5º Generación. La utilización del lenguaje natural como medio de comunicación entre el ordenador y la llamada Inteligencia Artificial, consiste en el desarrollo de sistemas expertos capaces de aprender por sí mismos.
3.- ALGORITMOS Son operaciones elementales para que un ordenador pueda llevar a cabo una tarea. Son como una descripción de los pasos que hay que hacer para llevar a cabo una tarea. Existen dos máquinas capaces de ejecutar un algoritmo a)
Máquinas con lógica cableada: en ella los algoritmos están depositados físicamente
en su interior y solo hay que suministrar los datos, son las calculadoras. b)
Máquinas con lógica programada: ejecutan cualquier algoritmo que reciben junto con
los datos y solo disponen en su interior de algunos algoritmos elementales, son los ordenadores.
4.- CAPACIDADES DE LOS ORDENADORES Los ordenadores pueden realizar 7 tipos de operaciones: Operaciones de entrada de datos: suministrando información al ordenador desde
su entorno, forma común, el teclado. Operaciones de salida de datos: relacionada con los procesos por los que pág. 3
Tema 1 informática 4º E.S.O. se obtiene información de un ordenador, forma común, pantalla, impresora… Operaciones de almacenamiento: hacer una copia permanente de la información que el ordenador podrá emplear de nuevo. Operaciones de recuperación Operaciones de transmisión: transferir información a otro ordenador. Operaciones de recepción: recibir información enviada por otro ordenador. Tratamiento: incluye ordenación, selección…
5.-SISTEMAS Un sistema es un conjunto de partes que trabajan juntas para realizar una tarea común. Las tareas se pueden dividir en subtareas. Los sistemas están formados por subsistemas. Un ordenador es un sistema que contiene varios subsistemas, con interfaces definidos entre los subsistemas y entre el ordenador y el medio. Los ordenadores forman parte de otros sistemas mayores; sistemas de negocios, sistemas de investigación…
6.- HARDWARE Y SOFTWARE El hardware está constituido por los elementos físicos del ordenador. Consta especialmente de componentes electrónicos que proporcionan el soporte necesario para la
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Tema 1 informática 4º E.S.O. interpretación y ejecución de las operaciones elementales que realiza el ordenadores
El software, como programa, consiste en un código en un lenguaje máquina específico para un procesador individual. El código es una secuencia de instrucciones ordenadas que cambian el estado del hardware de un ordenador. El software se suele escribir en un lenguaje de programación de alto nivel, que es más sencillo de escribir (pues es más cercano al lenguaje natural humano), pero debe convertirse a lenguaje máquina para ser ejecutado.
El software puede distinguirse en tres categorías:
- Software de sistema: ayuda a funcionar al hardware y a la computadora. Incluye el sistema operativo, controladores de dispositivos, herramientas de diagnóstico, servidores, sistema de ventanas, utilidades y más. Su propósito es evitar lo más posible los detalles complejos de la computación, especialmente la memoria y el hardware.
- Software de programación: provee herramientas de asistencia al programador. Incluye editores de texto, compiladores, intérprete de instrucciones, enlazadores, debuggers, etc.
- Software de aplicación: permite a los usuarios finales hacer determinadas tareas. Algún software de aplicación son los navegadores, editores de texto, editores gráficos, antivirus, mensajeros, etc.
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7.- ARQUITECTURA DEL ORDENADOR El ordenador
es una máquina compuesta de un conjunto de elementos físicos, en su
mayoría de tipo electrónico, capaces de realizar una gran variedad de operaciones
con la
información dada, a gran velocidad y con gran precisión, siguiendo un conjunto de instrucciones previamente estipuladas. Todos los ordenadores están formados por los siguientes bloques: Unidad Central de Proceso (CPU) Memoria principal Módulos de entrada y salida Buses de comunicación
7.1
El
microprocesador
Unidad Central de Procesamiento Es el elemento principal del ordenador Para gobernar un ordenador son necesarias dos tareas básicas: Dirigir
y
coordinar
todos
los
componentes del equipo. Por ejemplo, hay que enviar las órdenes adecuadas para que aparezca sobre la pantalla el resultado de una operación. Realizar
las
operaciones
aritméticas y lógicas. Por ejemplo, sumar o restar dos números; o bien decidir si una cantidad pág. 6
Tema 1 informática 4º E.S.O. es mayor, menor o igual que otra. La característica básica de un microprocesador («micro», en el lenguaje habitual) es la velocidad de proceso, que indica el número de operaciones que es capaz de realizar por segundo. Los micros modernos tienen una velocidad de proceso de cientos de megahercios, e incluso superan el gigahercio.
Funcionamiento interno del microprocesador
Una vez conocidos los elementos básicos del ordenador, nos centraremos en describir cuál es el funcionamiento interno del microprocesador y, fundamentalmente, de sus componentes: La unidad de control (UC) y la unidad aritmético-lógica (UAL).
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Tema 1 informática 4º E.S.O. A) Unidad de Control: tiene como misión interpretar las instrucciones que componen el programa y generar todas las órdenes necesarias para gobernar los diferentes dispositivos del ordenador en el orden correcto. La unidad de control consta de los siguientes elementos: Registro de instrucciones (RI): contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Contador (C): contiene la dirección de memoria donde se encuentra la próxima instrucción a ejecutar. Reloj: proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes que marcan los instantes en que han de comenzar los pasos que constituyen cada instrucción. Determina la velocidad de trabajo del ordenador, ya que esta depende del número de instrucciones que procesa por segundo. Decodificador (D): se encarga de analizar e interpretar la instrucción en curso (que está en el RI), determinando las órdenes necesarias para su ejecución. Secuenciador (S): con la información suministrada por el decodificador, genera la secuencia de órdenes elementales que, sincronizadas con los impulsos del reloj, hacen que se ejecute la instrucción cargada en el registro de instrucciones. B) Unidad Aritmético – Lógica: realiza las operaciones aritméticas y lógicas para ejecutar las instrucciones. La unidad aritmético-lógica consta, a su vez, de: Banco de registros (BR): almacena temporalmente los datos que intervienen en las operaciones que está realizando la UAL. Circuitos operadores (CIROP): realizan las operaciones elementales aritméticas y lógicas.
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Tema 1 informática 4º E.S.O. Registro de resultados (RR): en él se depositan los resultados obtenidos en los circuitos operadores. El proceso se desarrolla de la siguiente manera: 1. La UC recibe desde la memoria RAM las instrucciones a través del bus de datos, de forma que la instrucción en curso llega al registro de instrucciones. 2. A continuación, el decodificador se encarga de interpretarla (para que la UAL pueda operar con ella). 3. El secuenciador genera la serie de órdenes elementales necesarias para ejecutar la instrucción (que son enviadas a la UAL). 4. La UAL realiza las operaciones indicadas y envía los resultados obtenidos a la UC, que los almacena en la RAM. 5. El reloj sincroniza el sistema, marcando los instantes en que ha de comenzar cada nueva instrucción. 6. El contador determina a través del bus de direcciones dónde se encuentra la próxima instrucción. Cuando haya terminado de ejecutarse la instrucción en curso, esta nueva instrucción pasará al RI y se repetirá el proceso
7.2- MEMORIA La memoria almacena los programas y datos que indican a la CPU las tareas y funciones a realizar. La memoria de un ordenador se divide en dos partes: memoria principal y memoria auxiliar. 7.2.1.- La memoria principal se encuentra en circuitos integrados y puede ser de dos tipos: memoria RAM y ROM. Las características básicas de la memoria son
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Tema 1 informática 4º E.S.O. El formato, Determina la posibilidad de conectar las pastillas de memoria a la placa La capacidad Es muy importante disponer de una buena cantidad de memoria si vamos a manipular fotografías o editar vídeo, o si mantenemos varias aplicaciones abiertas simultáneamente. El tiempo de acceso Determina el tiempo transcurrido desde que se solicita un dato almacenado en la memoria hasta que el chip proporciona dicho dato.
Memoria RAM Son memorias sobre las que se puede escribir y leer. Se utilizan para el almacenamiento temporal de dato . La memoria RAM (Random Acces Memory, memoria de
acceso
aleatorio)
tiene
una
capacidad
de
almacenamiento limitada, pero sobre todo es temporal (Se trata de una memoria de tipo volátil) . Por eso es necesario
dotar
a
la
máquina
de
otros
sistemas
permanentes para almacenar la información. La memoria RAM (Random Access Memory Module o memoria de acceso aleatorio) es un tipo de memoria que utilizan los ordenadores para almacenar los datos y programas a los que necesita
tener
un
rápido
acceso.
Se dividen en: SRAM: Memorias estáticas, que mantienen los valores mientras no cese la información.
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Tema 1 informática 4º E.S.O. DRAM: Memorias dinámicas, sobre las que hay que realizar una operación de refresco de valores de forma dinámica.
Memoria ROM La
memoria
ROM
(Read-Only
Memory
memoria de sólo lectura) suele ser algo interno y “oculto” en los ordenadores personales. Es una memoria especial en la que se escribe la información una sola vez y ya no se puede borrar ni modificar. En una memoria no volátil que contiene las instrucciones de arranque y otra información crítica. La memoria ROM se subdivide en:
ROM: los datos se graban en la memoria durante su proceso de fabricación. PROM: programables por el usuario una sola vez. EPROM: se introducen los datos con un grabador EPROM, para borrarlos se
someten a la acción de los rayos UV. EAROM: la operación de borrado se realiza con una señal eléctrica en el propio equipo donde está instalada. Hoy en día se utilizan memorias mejoradas y perfeccionadas que pueden ser programables,
eléctricamente
borrables
y
reescribibles
(EEPROM
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7.2.2.- Memoria auxiliar Memoria Auxiliar: también llamada memoria externa, se utiliza para almacenamiento masivo de información. Los soportes físicos de estas memorias son los discos duros, disquetes, CD-ROM, DVD… La información puede permanecer guardada indefinidamente en estas unidades hasta que el usuario decida borrarla.
La unidad básica de memoria es el bit. Sus múltiplos son:
1 Byte equivale a 8 bits 1 Kilobyte (Kb) = 1024 bytes 1 Megabyte (Mb) = 1024 Kb 1 Gigabyte (Gb) = 1024 Mb 1 Terabyte (TB) = 1024 Gb
7.3.- Sistemas de conexión Bus Son un conjunto de canales o líneas que comunican entre sí los diferentes componentes del ordenador. Los buses transportan información binaria en forma de señales eléctricas ( un bit por línea) En número de líneas de cada bus se denomina ancho de bus depende del tipo de microprocesador. Pueden ser de tres tipos o
Bus de direcciones: lleva información referente a una determinada dirección de
memoria. o
Bus de datos: es bidireccional y transporta datos entre los diferentes dispositivos
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Tema 1 informática 4º E.S.O. del ordenador. o
Bus de control: se utiliza para enviar señales de control entre los diferentes
dispositivos: operaciones de lectura y escritura, reset, impulsos de reloj…
Bus de control
MEMORIA
U.C.
Bus de datos
PERIFÉRICOS DE ENTRADA / SALIDA 7.4
Bus de dirección
La Placa base
La placa base (motherboard en inglés) es una placa electrónica con un conjunto de circuitos, elementos de control y conectores
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Es una placa de circuito impreso en la que están instalados mediante zócalos o por soldadura, diferentes chips o circuitos integrados. También dispone de diferentes tipos de buses.
La placa base está formada por los siguientes elementos:
a)
El microprocesador: es la CPU del ordenador. Su función consiste en ejecutar las
instrucciones de un programa generando las órdenes necesarias. b)
Chipset: es un chip grande situado cerca del microprocesador que tiene como
finalidad dirigir las comunicaciones en el PC. De él depende la velocidad con la que se transmiten
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Tema 1 informática 4º E.S.O. los datos. c)
La BIOS: es el sistema básico de entrada / salida. En él se encuentran los
programas base que gestionan las operaciones más elementales del PC. Es un chip de memoria tipo ROM. d)
Módulos de Memoria: la placa base dispone de un conjunto de ranuras o zócalos
denominados banco de memoria. La mayoría de los PC disponen de cuatro bancos de memoria. e)
Memoria caché: es una memoria rápida, intermedia entre el microprocesador y la
memoria principal. f)
Bus PCI: es utilizado para la conexión entre el microprocesador y las tarjetas.
Conexiones exteriores para periféricos
Para
comunicarse
distintos
dispositivos
teclados,
escáner,
el
ordenador
periféricos ratón…)
se
con
los
(impresoras, utilizan
los
denominados puertos, que constituyen sus puntos de conexión con el exterior. Pueden ser: serie, paralelo y USB.
PUERTO SERIE (RS-232).
Los puertos RS-232, también conocidos como puertos serie y como puertos COM son uno de los primeros puertos de comunicaciones incorporados a los PC, pero también uno de los más ineficaces.
La capacidad máxima que se alcanza en este tipo de pág. 15
Tema 1 informática 4º E.S.O. puerto es de 20KB/s.
En cuanto a la distancia permitida en este tipo de conexiones, en la práctica, dependiendo del dispositivo a conectar, permite distancias de hasta unos 40 metros, pero la velocidad permitida es inversamente proporcional a la distancia.
PUERTO PARALELO.
El puerto paralelo más conocido es el puerto de impresora, también conocido como Puerto LPT.
El puerto paralelo envía un byte o más de datos a la vez por diferentes hilos, mas una serie de bits de control, creando un bus de datos. En este aspecto se comporta de forma diferente al puerto
serie,
que
hace
el
envío
bit
a
bit,
y
por
PUERTOS
Símbolo
el
mismo
hilo.
USB.
internacional
de
USB.
El puerto USB tiene entre sus ventajas, además de una mayor velocidad de transmisión, el que a través del mismo puerto se pueden alimentar periféricos de bajo consumo (incluso un escáner, un disco duro externo, etc.). También es posible conectar en teoría hasta 127 periféricos al mismo puerto (con concentradores alimentados intermedios), aunque en este caso hay que contar los concentradores
como
periféricos.
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Tema 1 informática 4º E.S.O. En cuanto a las capacidades y tipos, tenemos varios tipos diferentes de puertos USB: USB 1.1:, ya prácticamente en desuso, que presentaba dos velocidades de transmisión diferentes, 1.5Mb/s para teclados, ratones y otros dispositivos que no necesitan mayores velocidades, y una velocidad máxima de 12Mb/s.
USB 2.0:, aparecido en abril de 2.000 ante la necesidad de una mayor velocidad de transmisión, llegando esta hasta los 480Mb/s teóricos (en la práctica es muy difícil alcanzar esa velocidad).
PUERTOS IEEE 1394 O FIREWIRE.
Este tipo de puerto fue inventado por Apple a mediados de los años 90 para solucionar el problema de conectividad y velocidad que existía incluso con el USB 1.1.
PUERTO IrDA (INFRARROJOS).
Los puertos IrDA se utilizan para comunicación inalámbrica entre los dispositivos y el ordenador.
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Tema 1 informática 4º E.S.O. CONEXIONES ETHERNET (RJ-45).
Este tipo de conexión está presente hoy en día en la práctica totalidad de las placas base a la venta, y por consiguiente en los ordenadores que se venden, siendo muy utilizado para las conexiones red, incluidas las conexiones a Internet por router.
CONECTORES PS/2.
Los ordenadores suelen tener dos conectores PS/2 dedicados, uno para el teclado (comúnmente de color violeta claro) y otro para el ratón (que suele ser verde claro).
8.- Sistema Operativo El
sistema operativo es el software
más importante del ordenador. Consiste en un conjunto de
programas que constituyen la
base necesaria para que la máquina sea capaz de ejecutar todos los demás programas de aplicaciones, denominándose en ocasiones software de base. Esto es posible gracias a que el Sistema Operativo actúa como intermediario entre el
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Tema 1 informática 4º E.S.O. Hardware y los programas de aplicación, simplificando el uso del equipo informático y permitiendo obtener un mejor rendimiento del mismo. Los sistemas operativos son cargados desde la memoria externa como primera operación tras la puesta en marcha del equipo y tras el chequeo pertinente de la BIOS.
Las principales funciones de un Sistema Operativo son las siguientes: Controlar y gestionar el uso del hardware del ordenador Controlar el proceso de organización de la información Controlar la ejecución de los programas Detectar posibles errores que puedan producirse en el sistema. Los sistemas operativos más conocidos son los siguientes: DOS: El famoso DOS, que quiere decir Disk Operating System (sistema operativo de disco), es más conocido por los nombres de PCDOS
y
MS-DOS.
MS-DOS
fue
hecho por la compañía de software Microsoft y es en esencia el mismo SO que el PC-DOS. La razón de su continua popularidad se debe al aplastante volumen de software disponible y a la base instalada de computadoras con procesador Intel. Aún con los nuevos sistemas operativos que han salido al mercado, todavía el DOS es un sólido contendiente en la guerra de los SO. Windows 3.1: Microsoft tomo una decisión, hacer un sistema operativo que tuviera una interfaz gráfica amigable para el usuario, y como resultado obtuvo Windows. Este sistema muestra íconos en la pantalla que representan diferentes archivos o programas, a los cuales se puede acceder al darles doble click con el puntero del mouse. Todas las aplicaciones elaboradas pa-
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Tema 1 informática 4º E.S.O. ra Windows se parecen, por lo que es muy fácil aprender a usar nuevo software una vez aprendido las bases. Mac OS: Las computadoras Macintosh no serían tan populares como lo son si no tuvieran el Mac OS como sistema operativo de planta. Este sistema operativo es tan amigable para el usuario que cualquier persona puede aprender a usarlo en muy poco tiempo. Por otro lado, es muy bueno para organizar archivos y usarlos de manera eficaz. Este fue creado por Apple Computer, Inc.
UNIX: Unix es un SO multiusuario y multitarea, que corre en diferentes computadoras, desde supercomputadoras, Mainframes, Minicomputadoras, computadoras personales y estaciones de trabajo. Esto quiere decir que muchos usuarios pueden estar usando una misma computadora por medio de terminales o usar muchas de ellas.
9.- LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN
Un ordenador, en general, sólo es capaz de realizar tres operaciones básicas: Operaciones aritméticas: suma, resta, multiplicación y división de valores numéricos Operaciones lógicas: comparar dos valores numéricos o alfanuméricos Almacenar y recuperar información
Con estas operaciones combinadas y utilizadas de forma adecuada se pueden realizar tareas complejas mediante lo que se denomina programa Para especificar los pasos que deben darse y el orden que se ha de seguir para ejecutar
la tarea en cuestión, es necesario definir el Algoritmo. pág. 20
Tema 1 informática 4º E.S.O. Un algoritmo consiste
en una sucesión de pasos que deben realizarse desde que se
plantea un problema hasta que éste queda resuelto. Al especificar un algoritmo en un determinado lenguaje de programación para que el ordenador pueda ejecutarlo tendremos un programa. Un lenguaje de programación consiste en un conjunto
de “palabras” y “símbolos” que
permiten generar instrucciones para que sean ejecutadas por el ordenador. Se pueden clasificar en tres categorías según su grado de complejidad: Lenguaje máquina Lenguaje de bajo nivel Lenguaje de alto nivel.
El lenguaje máquina Las instrucciones que el ordenador puede entender consiste exclusivamente en combinaciones de 1 y 0. Fue el primer sistema que se empleó en la programación de ordenadores. La confección de lenguajes en código máquina es muy compleja y laboriosa; por ello se han desarrollado otros tipos de lenguajes con el fin de facilitar las tareas de programación
Los lenguajes de bajo nivel constituyen el primer intento de sustituir el código máquina por otro lenguaje más sencillo. Sin embargo, son parecidos al código máquina, por lo que son difíciles de manejar. El principal exponente de los lenguajes de bajo nivel es el lenguaje ensamblador. En el lenguaje las instrucciones se representas mediante símbolos nemotécnicos. Será necesario un programa que lo traduzca a código máquina, el programa “ensamblador” Son la base de la programación de grandes máquinas, así como robots y autómatas. Lenguajes de alto nivel. Este tipo de lenguajes se crearon con la finalidad de aproximar
las instrucciones del ordenador al lenguaje humano, de forma que los programas se puedan realizar más fácilmente. Por ello utilizan palabras en lugar de las cadenas de símbolos del lenguaje ensamblador.
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Tema 1 informática 4º E.S.O. Los programas realizados en lenguaje de alto nivel no son entendibles directamente por la máquina, por lo que necesitan un programa que traduzca a código máquina las instrucciones. Estos programas se denominan compiladores y la operación de traducción se conoce con el nombre de compilar.
Algunos de los lenguajes más comunes de alto nivel son el Fortran, Basic, Cobol, Pascal, Java, C, Logo… Lenguajes orientados a objetos también se basan en la programación estructurada pero se centran en los datos indicando cómo han de ser y definiendo las operaciones a las que se les va a someter. Ejemplos de este tipo de lenguaje son Visual C++, Visual Basic y DELPHI. El desarrollo de internet ha dado lugar a la aparición en los últimos años de lenguajes específicos destinados a la presentación de contenidos y la elaboración de aplicaciones utilizables en la red, como es el caso de los lenguajes HTML Y Java.
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