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CIENCIA DE COMPUTACIÓN PARA SECUNDARIA

CAPÍTULO 1 - ¿QUÉ ES LA CIENCIA DE LA COMPUTACIÓN?

(Computer Science Made Simple – V. Anton Spraul)

INTRODUCCIÓN A LA COMPUTACIÓN

Las computadoras se han convertido en una característica omnipresente de la vida moderna. Sería difícil pasar un día sin realizar alguna actividad que involucre una computadora, puede ser redactar un correo electrónico en nuestro escritorio, usar una computadora incorporada en nuestro celular, o recibir un cheque generador por una computadora. La ciencia de la computación hace que todas estas actividades sean posibles.

Pero ¿qué es la ciencia de la computación (o computación)? Parece simple: es una rema de la ciencia que estudia las computadoras. Pero no todos los que trabajan con computadoras con científicos de la computación. El uso y desarrollo de las computadoras comprende varias disciplinas que se intersecan.

Antes de discutir estas disciplinas necesitamos entender algunos términos.

Un programa es una serie de pasos para completar una tarea. En general, un programa puede referirse a instrucciones diarias, escritas en inglés, tal como las instrucciones para cambiar una llanta o para inscribirse en un curso. En computación, el término “programa” se refiere a una serie de pasos realizados por una computadora.

Una computadora es un dispositivo electrónico que sirve para realizar operaciones lógicas y matemáticas en base a sus programas. El término incluye no solo los dispositivos electrónicos que tienen pantalla, teclado, impresora, etc. sino también aquellos que están incorporados en otros dispositivos como las cajas registradoras de un supermercado o los reproductores DVD. Lo que hace interesantes y potentes a las computadoras es que se les puede dar diversos conjuntos de instrucciones.

Hardware se refiere a todo dispositivo físico que forma parte de una computadora, tanto lo que está dentro del chasis como lo que está fuera de él, como el monitor, el teclado y el ratón.

Software se refiere a los programas que ejecuta la computadora. Por ejemplo, el procesador de textos Microsoft Word, o el juego Half-Life, son software, tal como lo es un programa que permite que la pantalla del celular permita al usuario seleccionar otro tono de llamada. Análogamente, cuando ves una película con un reproductor DVD, la película es el software y el reproductor es el hardware.

Un programador es una persona que crea programas.

Usuario se refiere a una persona que utiliza un programa o una computadora.

Niveles de Abstracción

El nivel de abstracción en computación se refiere a la distancia entre un punto de vista particular de una situación y la realidad concreta. Es un concepto clave y, quizá suene más complicado de lo que es. En general, este término describe si alguien tiene una visión panorámica o si está enfocado en detalles.

El Universo de César Vallejo – Lima - PerúComputación: 3ro, 4to, 5to de Secundaria 1


Fig. 1-1 Niveles de abstracción

Por ejemplo, una persona que maneja un auto no se pone a pensar qué ocurre dentro del motor. Un mecánico lo hace, pero no le preocupa el interior de las demás partes: si esa parte está rota, la reemplaza, no la desarma. Por otro lado, un diseñador de autos debe comprender los detalles de ingeniería de cada parte del auto. El conductor, el mecánico, y el diseñador pueden ver el mismo auto desde diferentes niveles de abstracción.

La figura 1-1 muestra una manera de dividir la computación en varios niveles de abstracción

El nivel más bajo es el diseño de hardware. La gente que trabaja en este nivel comprende cómo trabajan las propiedades eléctricas dentro de una computadora, y ellos pueden diseñar nuevos dispositivos de cómputo.

En el nivel siguiente, el uso del hardware, la gente comprende conceptualmente cómo trabaja la computadora pero no se preocupa de las propiedades eléctricas o de cómo se hace un circuito físico.

El nivel superior es el diseño de software, donde la gente crea nuevos programas para que los ejecuten las computadoras. Y luego viene el uso del software, en el cual la gente utiliza los programas existentes para realizar tareas, no crea nuevos programas. Alguien experto en Microsoft Word trabaja a este nivel.

El nivel superior no es sobre computación, sino sobre la gente y las empresas que utilizan las computadoras. Aquellos que saben cómo funciona una empresa, o cómo los usuarios interactúan con los programas trabajan a este nivel.

Principales campos de la Computación

Usted puede haber escuchado términos como “ingeniería de computadoras”, “ciencia de la computación”, “sistemas de información”, y “tecnología de la información” y preguntarse y son sinónimos. No lo son, pero están relacionados a través de los niveles de abstracción. Necesitamos comprender también estos términos.

La Ingeniería de computadoras se enfoca en los niveles más bajos de abstracción: el diseño y uso del hardware. Es una extensión de la ingeniería electrónica, cubriendo el diseño y el análisis del hardware de la computadora. De hecho, a nivel universitario, la ingeniería de computadoras



generalmente es parte de la escuela de ingeniería. Mientras que un ingeniero de computadoras comprende la programación, su interés principal es el hardware, no el software.

La Ciencia de la computación, el tema de este libro, es el estudio sistemático de los procesos de computación. Tiene que ver con los niveles intermedios de abstracción, desde el uso del hardware hasta el uso del software. Los científicos de computación trabajan principalmente en el desarrollo de software, sea a nivel práctico (mejorando la velocidad con la que una página web realiza una búsqueda) o a nivel teórico (explorando los límites del reconocimiento de la voz humana por la computadora). La idea es que cada tema que empieza como teórico termine siendo práctico. Para comprender mejor el diseño y el desarrollo del software, el científico de computación debe comprender cómo trabaja una computadora, aunque no sea capaz de crear una, y también debe ser un usuario experimentado. A nivel universitario, la ciencia de la computación se ubica a menudo en la escuela de ciencias y matemáticas.

Cubriendo los niveles más altos de abstracción están los Sistemas de información, que es el estudio de cómo se usa la tecnología de la información en las empresas. Alguien formado en sistema de información tiene conocimientos de operaciones empresariales y de programación, pero está más interesado en resolver un problema empresarial con las soluciones existentes que en tratar de inventar una solución nueva. Un una universidad, los sistemas de información pueden ubicarse en el mismo departamento que la ciencia de la computación o puede ser parte de la escuela de negocios.

Finalmente, la tecnología de la información es un término amplio que no hace referencia a un campo particular sino que cubre todos los niveles de abstracción. Aunque a menudo se restringe el significado al uso de la tecnología en la empresa (similar a los sistemas de información) en general el término comprende el diseño, desarrollo, e implementación del software y hardware de computadoras.

PROFESIONES EN LA CIENCIA DE LA COMPUTACIÓN

Entonces ¿qué hacen los científicos de computación? Hay muchas profesiones para la gente con estudios y experiencia en ciencia de la computación. Consideremos algunos de estos trabajos profesionales.

Programador

Una actividad natural para el científico de computación es estar frente a la pantalla, escribiendo un programa, por ello es lógico pensar que el título de su trabajo es el de programador. Pero aunque los conceptos básicos de la programación no cambien, dos programadores pueden tener trabajos muy diferentes. Escribir un juego de computadora, por ejemplo, es diferente que escribir un software para calcular impuestos.

Dos grandes sub categorías de la programación son las aplicaciones y los sistemas. Un programador de aplicaciones escribe programas directamente para los usuarios. Alguien que ayudó a crear Microsoft Word es un programador de aplicaciones. Un programador de sistemas escribe programas que funcionan tras bambalinas. Por ejemplo, un programador de sistemas podría crear el software que controla el tráfico en internet.

Aún dentro de estas categorías, los programadores tienen diferentes especializaciones. Un programador que escribe software para un banco necesita algún conocimiento de finanzas,



mientras que otro que desarrolla software para mostrar moléculas necesita alguna base en química.

Hay que considerar que el término “programador” es utilizado de manera genérica, como puesto de trabajo está devaluado, porque el trabajo de desarrollar software involucra crear especificaciones y diseños; es decir, es más que solo programación. Por ello, ha aparecido un término nuevo para reflejar el proceso completo: ingeniero de software.

Ingeniero de software

Un ingeniero de software está involucrado es todas las etapas del desarrollo de software, desde la reunión inicial con los potenciales clientes hasta la instalación de actualizaciones al programa años después de su desarrollo inicial. En verdad, la mayoría de programadores son realmente ingenieros de software ya que sería difícil para cualquiera hacer un buen trabajo escribiendo un programa si no han estado involucrados en las primeras etapas del diseño.

El término “ingeniero de software apareció no solo para reflejar mejor todo el proceso, que incluye la programación, sino también debido a la importancia creciente de la calidad del software. Las computadoras están crecientemente presentes en nuestras vidas, y a menudo son un factor crítico para lo que hacemos, de modo que una falla del software puede ser catastrófica.

Haciendo una analogía con la construcción de una torre de 100 pisos que haya sido diseñada y probada por alguien denominado “constructor”, no habría duda en que sería preferible el edificio fuese diseñado por un “ingeniero de estructuras” – alguien que prueba el diseño rigurosamente de acuerdo con los principios y normas establecidas. Similarmente, un astronauta a bordo de un transbordador espacial no querrá depender de un programa de computadora escrito por un simple “programador” para poder traer la nave de regreso, sino que preferirá un software escrito por un “ingeniero de software”. De nuevo, estas actividades implican que se utilice un proceso formal, probado para crear el software. Esto da una gran confianza que el software está libre de defectos graves.

Analista de sistemas

Un analista de sistemas toma decisiones cuando los sistemas deben ser implantados, actualizados, o reemplazados. Si una cadena de tiendas de comestibles determina que su actual sistema de control de inventarios es inadecuado, un analista de sistemas – o un equipo de analistas – podría decidir cuál es la mejor solución, tomando en cuenta todos los costos, la compra de nuevo hardware, el desarrollo del nuevo software, el entrenamiento al personal para el uso del nuevo sistema, etc. a mejor solución para la cadenas de tiendas podría incluir reemplazar todas las computadoras de las cajas registradoras o escribir nuevo software para el hardware existente.

En el ejemplo anterior se puede notar que el término “sistema” abarca no solo las computadoras y el software, sino todo lo que interactúa con estos componentes, incluyendo la gente que los usa. Un buen analista de sistemas debe tener en cuenta las habilidades, necesidades y gustos de los empleados para tomar las decisiones.

Note que mucha gente que tiene el título de “analista de sistemas” no analiza sistemas exclusivamente, especialmente en organizaciones pequeñas. Ellas también se involucran con el desarrollo del software, haciendo también las veces de ingenieros de software.



Administrador de sistemas

Una vez que un nuevo sistema ha sido implantado, alguien debe asegurar que continúe funcionando. Una persona responsable por el mantenimiento de un sistema existente es un administrador de sistema. Esa persona monitorea el hardware y el software y, si las necesidades de uso del sistema rebasan su capacidad, prioriza los requerimientos.

El administrador de sistema también supervisa las tareas diarias del sistema, tal como el reemplazo o reparación de las fallas de equipo, y está involucrado en la misma clase de decisiones de alto nivel que el analista de sistemas. En algunas organizaciones, ambos roles pueden combinarse en un solo puesto de trabajo, al que se le da un título amplio como el de “administrador de tecnología de información”

Administrador de red

Una red es un conjunto de computadoras conectadas de manera que pueden compartir datos. Un administrador de red res un tipo de administrador de sistema que se especializa en la operación de redes de computadoras: mantener la red operativa, conectar nuevas computadoras así como al nuevo personal contratado, actualizar la tecnología de la red, y tareas similares.

Este puesto está lleno de peligros porque en muchas oficinas todo el trabajo se detiene cuando la red falla o no está operativa.

Investigador

Un científico de computación investigador está involucrado en la investigación formal de la ciencia de la computación, que tiene pocas diferencias con la investigación de otras ciencias.

Un investigador de química, por ejemplo, puede mezclar varios elementos químicos a manera de experimento, observar los resultados, determinar las propiedades del compuesto, y comparar este resultado con el esperado – la hipótesis. Un científico de computación, por el contrario, generalmente no conduce experimentos. Ya que se conoce con exactitud cómo la computadora interpretará una instrucción o un conjunto de instrucciones, el investigador sabrá, o podrá probar, cómo funcionará una idea antes de que sea implementada como programa. De hecho, mucha investigación se hace sin utilizar la computadora.

La investigación puede se práctica o teórica. La investigación práctica tiene una aplicación ya conocida, tal como una mejora a los procesos existentes; por ejemplo, un método para buscar páginas web más rápido o mejor. La investigación teórica se refiere al avance de la disciplina, sin un objetivo práctico en mente. Por supuesto, la solución teórica actual puede tener ramificaciones prácticas mañana.

En un momento, la mayoría de investigaciones en ciencia de la computación era realizada en institutos y universidades por miembros de la facultad cuyos salarios eran -al menos parcialmente- pagados con fondos del gobierno u organizaciones privadas. Los candidatos a grado de doctor hicieron investigación adicional cuyos tópicos se relacionaban a temas de interés de sus mentores. Mientras que la investigación académica todavía tiene su lugar, una creciente cantidad de investigación es realizada por compañías privadas. Ya que la industria del software es tan lucrativa, los merados obligan a realizar investigaciones más rápido que la realizada académicamente. Mientras que un departamento de ciencia de la computación excepcional puede tener un presupuesto anual para investigación de US$5 millones, Microsoft (la compañía de



software más grande del mundo) tiene un presupuesto anual para investigación de más de US$5 miles de millones.

Profesor

Como en todas las disciplinas, la ciencia de la computación necesita gente para enseñar a las siguientes generaciones, para transmitirles el conocimiento y la experiencia acumulada en este campo.

En un tiempo, la mayoría de profesores de ciencia de la computación fueron eran profesores de instituto. Ahora, la ciencia de la computación también se enseña en la secundaria. Y como la industria avanza tan rápido, y existe la necesidad de capacitar a los trabajadores, las compañías también contratan profesores. Usualmente, estos dan seminarios y talleres para mantener actualizados a los empleados con las últimas tecnologías.

Jefe de Información

No muchas personas tienen el título de Jefe de Información, pero que ese título aún exista es testimonio de la importancia de la computación en el mundo empresarial. Un Jefe de Información (Chief Information Officer – CIO), está en el más alto niel administrativo, involucrado con todas las decisiones importantes de la compañía.

Esto constituye un cambio histórico en las compañías modernas. Antes que existan los CIO, la computación era considerada un apéndice de los negocios, y no una parte integral de estos. Tal como un departamento de servicios, la computación era llamada cuando se requería algo específico. Ahora, por supuesto, las computadoras ayudan a dirigir la compañía.

Los CIO tienen diversos conocimientos pero tienden a tener educación y experiencia tanto en ciencia de la computación como en los negocios.

AREAS TEMÁTICAS EN LA CIENCIA DE LA COMPUTACIÓN

Dentro del campo de la computación, los científicos de la computación pueden trabajar en diversas áreas. Dependiendo del puesto, algunos pueden necesitar conocer más de algún área, mientras otros necesitarán conocer de dos o más áreas.

Inteligencia Artificial

La Inteligencia Artificial puede ser descrita como la programación de computadoras para que realicen tareas con la inteligencia requerida como si un humano realizase esas tareas. Esto no es solo una definición aunque, de todas las áreas temáticas de la ciencia de la computación, esta es la que tiene las fronteras menos definidas.

Algunos investigadores piensan que la inteligencia artificial debe imitar los procesos del cerebro humano. Otros están interesados solo en resolver problemas que parecen requerir de inteligencia, como comprender una pregunta escrita en inglés.

Teoría de Computación

La Teoría de Computación pone límites a lo que puede ser computado. Algunos límites son prácticos. Se puede demostrar, por ejemplo, que una computadora puede resolver cierto problema, pero podría tardar cientos de años en obtener el resultado. Otros límites son absolutos.



Puede parecer extraño, pero algunas cuestiones tienen una respuesta numérica, fija, que no puede ser computada.

Los científicos de esta área también comparan las soluciones de programación a tareas específicas de una manera formal. Por ejemplo, una tarea común es el sorting, que consiste en poner elementos en algún orden (tal como poner en orden alfabético una lista de nombres de estudiantes). Hay innumerables formas de realizar el sorting, cada una con ventajas y desventajas. La teoría computacional es utilizada para determinar qué situaciones son las más apropiadas para un enfoque particular.

Interacción Hombre-Computadora

Esta área investiga cómo usan la computadora las personas actualmente y cómo la gente y las computadoras pueden trabajar mejor en el futuro.

Este campo de investigación es similar al diseño gráfico. Un diseñador gráfico es un especialista que conoce cómo utilizar los colores, los tipos de letra, el ordenamiento del texto, las imágenes, y otros elementos para hacer un libro, una revista, o un aviso que sea fácilmente entendible. Ahora que las interfaces de las computadoras son cada vez más gráficas, se utilizan el mismo tipo de ideas, con la particularidad que las computadoras son interactivas.

Por ejemplo, ahora muchos programas tienen una barra de herramientas, que es una fila de imágenes que permiten al usuario seleccionar las operaciones más usadas sin tener que navegar por todos los menús de opciones. Este tipo de diseño innovador es un resultado del estudio de la interacción hombre-computadora.

Administración de la Información

Una base de datos, en sentido amplio, es cualquier colección organizada de datos. En ciencia de la computación, una base de datos significa específicamente una colección de datos que está almacenada en una forma legible para la computadora. Los ejemplos incluyen un catálogo en línea de los libros de una biblioteca o la información de la cuenta de cada persona que tiene una tarjeta VISA.

El área de la administración de la información tiene que ver con cómo las bases de datos son creadas, almacenadas, accesadas, compartidas, actualizadas y aseguradas.

Computación Gráfica

La computación gráfica es la generación de imágenes a través de la computadora. Esto incluye mostrar textos así como imágenes que parecen ser de tres dimensiones.

Una parte importante de la computación gráfica es la visualización en computadora, que trata de mostrar los datos gráficamente de forma que sean más comprensibles para el usuario. Por ejemplo, una visualización puede permitir a los cirujanos tener una vista previa de una intervención quirúrgica antes de realizarla. Otras formas de visualización comprenden datos que no tienen forma gráfica. Como resultado, estos deben ser mostrados de alguna forma que cuenten una historio que tengan sentido. Si ha visto un gráfico o diagrama generado por computadora que parece no tener un significado claro, puede darse cuenta por qué esta área es importante.



Como muchas áreas de computación, la visualización por computadora tiene tanto que ver con la sicología humana como con la capacidad de la máquina. El experto en visualización por computadora se pregunta “¿Cómo hacemos los procesos visuales para los humanos?”

Conforme la computación gráfica avanza más, llega a la llamada realidad virtual, en la cual tanto los gráficos como la actividad sensorial están conjugados. Esto puede ser, por ejemplo, un cuarto en el cual cada superficie está cubierta con vistas sincronizadas por computadora. Es importante anotar que la realidad virtual no promete una experiencia indistinguible del mundo real, aunque ese puede ser el objetivo de algunos investigadores. Más bien la realidad virtual es una experiencia en la cual el mundo externo es temporalmente bloqueado para nuestros sentidos.

Ingeniería de Software

Como se discutió previamente, un ingeniero de software está involucrado con todo el proceso de desarrollo de programas, no solo programando. La ingeniería de software tiene que ver con mejorar el proceso de hacer software. Esto significa crear nuevos procesos para que los ingenieros de software los sigan, nuevas técnicas para administrar proyectos, nuevos métodos para probar software y asegurar su calidad, y nuevas métricas para medir cuán efectivas pueden ser cualquier nueva idea.

Seguridad informática

Muchos datos sensibles están almacenados en las computadoras, incluyendo registro de impuestos, operaciones con tarjetas de crédito, cuentas bancarias, e historias médicas. Y con las computadoras crecientemente interconectadas, se hace fácil que los datos sean robados. El viejo dicho “una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil” se cumple es esta era de la información donde cada computadora se enlaza a otra. Por ello no es sorprendente que la seguridad informática sea un campo en rápido crecimiento.

La seguridad informática involucra encontrar maneras de proteger los datos de accesos no autorizados. Esto incluye instalar software que limite las intrusiones a la red, instruir a los empleados en habilidades de seguridad, y analizar las consecuencias de una violación a la seguridad para aprender cómo evitar una nueva ocurrencia.

Un campo relacionado es la informática forense, teniendo en cuenta que esta es casi lo opuesto a la seguridad informática ya que involucra romper la seguridad para recuperar archivos borrados parcialmente. El propósito de este “romper la seguridad” es obtener y analizar evidencias para ser usadas en un proceso judicial.

MITOS DE LA CIENCIA DE LA COMPUTACIÓN

La ciencia de la computación es pura matemática

La clase y el grado de matemática necesarias para la ciencia de la computación depende de en qué área uno trabaje. La mayoría de trabajo de programación requiere matemática no más avanzada que la del álgebra de la escuela secundaria, pero algunas especialidades requieren más. Alguien que escribe una calculadora de interés hipotecario necesitaría comprenden los cálculos financieros. Alguien que escribe un programa para trazar la trayectoria de un satélite a través del espacio necesita entender trigonometría y cálculo. La mayoría de programas, sin embargo, se construyen sobre las operaciones básicas como adición y multiplicación.



Los hombres están mejor dotados para la ciencia de la computación que las mujeres

Juzgando por al número de hombres y de mujeres que trabajan es este campo, se podría decir que los hombres están más interesados en la ciencia de la computación que las mujeres. Pero nada sugiere que los hombres sean mejores en ella. Las mujeres pueden haber evitado la ciencia de la computación por aversión a las matemáticas (que es probablemente causado por otro mito) y porque las representaciones en los medios de los científicas de computación son socialmente desagradables, “geeks”. La ciencia de la computación es un campo que premia la excelencia, independientemente del género o la etnia, y a la que todos los interesados deberían acercarse.

La ciencia de la computación es para genios

Los genios nunca hacen daño a nadie en la ciencia, pero tener un alto IQ y tener habilidad para la programación y otros conceptos de la ciencia de la computación son dos cosas diferentes. Mientras que la gente en lo más alto de cualquier profesión usualmente tiene habilidades extraordinarias (por eso están en ese nivel), mucha gente “común” ha destacado en esta campo.


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