El "cerebro" de un ordenador es la Unidad Central de Procesamiento (CPU). En general una CPU no puede almacenar más que unos pocos números y realizar operaciones matemáticas básicas con ellos. Además esos números se pueden recibir de o enviar a la memoria o a los distintos dispositivos de entrada y salida (teclado, monitor, disco duro, impresora, etc). Para cada una una de estas operaciones (obtener números de un sitio, hacer cálculos con esos valores, enviar el resultado a otro sitio) existe una instrucción diferente y cada CPU tiene su propio juego de instrucciones, más o menos amplio dependiendo de la complejidad de la CPU.
En la memoria del ordenador se puede guardar una secuencia de esas instrucciones, que el ordenador es capaz de seguir desde el principio hasta el final (aunque esas instrucciones no tienen por qué ejecutarse siempre en el mismo orden porque existen instrucciones para saltar de un punto a otro de la secuencia de instrucciones). Esas secuencias se llaman programas ejecutables.
Cualquier función que realice un ordenador, por sofisticada que parezca, en realidad no es más que una larga secuencia de instrucciones elementales. Para los humanos resulta muy complicado escribir directamente los programas ejecutables porque cualquier tarea requiere muchísimos pasos, que el ordenador ejecuta de forma instantánea, pero para que los ordenadores funcionen es necesario disponer de programas ejecutables.
Los lenguajes de programación se han creado para facilitar la elaboración de programas ejecutables. Un lenguaje de programación es un lenguaje artificial diseñado para dictar instrucciones a un ordenador, pero tienen la ventaja de que no es necesario desmenuzar las tareas tanto como lo requiere la CPU sino que permiten definir tareas de forma más abstracta. Por ejemplo, un lenguaje de programación puede tener una instrucción para calcular raíces cuadradas, aunque haya CPUs que no tengan la capacidad de calcular raíces cuadradas.
Existen muchos lenguajes de programación diferentes, pero en general, un programador que quiere conseguir que el ordenador realice determinadas operaciones, tiene que seguir estos pasos:
En el ejemplo citado de las raíces cuadradas, el compilador o intérprete tendría que ser capaz de convertir la instrucción de raíz cuadrada que hubiera escrito el programador en una serie de sumas, restas, multiplicaciones o divisiones que acaben dando el resultado deseado.
En Informática, normalmente se utiliza el término programa para referirse a las dos cosas:
Eso puede causar alguna confusión, pero se espera que el lector/oyente entienda por el contexto de cuál de los dos conceptos se está hablando.
Las ventajas de usar lenguajes de programación son numerosas:
Los ordenadores siguen al pie de la letra las instrucciones de los programas ejecutables. Por tanto, los programas deben tener en cuenta todos los posibles resultados de todas las instrucciones e incluir las instrucciones a seguir en cada caso, de manera que el ordenador no se quede atascado en algún punto del programa. En el ejemplo citado de las raíces cuadradas, el programa tiene que tener en cuenta que no se pueden calcular las raíces cuadradas de números negativos (sin recurrir a los números complejos) y no tiene que pedirle al ordenador que lo haga porque seguramente se producirá un error y el programa se interrumpirá.
La programación es importante porque permite automatizar todo tipo de tareas. La gráfica siguiente (copiada de un post de Bruno Oliveira que ya no está disponible en Internet y que Jon Udell criticó y perfeccionó en enero de 2012) ilustra de forma humorística la diferencia entre un informático y un no informático a la hora de enfrentarse con un trabajo repetitivo:
Cuando un trabajo se hace manualmente, el tiempo empleado para realizar un trabajo suele ser directamente proporcional a la cantidad de trabajo.
... y escribe un programa para automatizar la tarea. Por supuesto, escribir, probar y corregir un programa exige mucho tiempo. Tiempo que el no informático puede dedicar a seguir trabajando.
Cuando el informático puede empezar a usar el programa, el no informático llevará mucho trabajo adelantado.
Pero si el programa funciona, sin apenas esfuerzo adicional, el informático puede aumentar la carga de trabajo realizada...
El inicio de la informática moderna se suele situar en 1946, con ENIAC, el primer ordenador de propósito general (aunque entre 1936 y 1945 Konrad Zuse construyó en Alemania varios prototipos de ordenadores de propósito general que fueron destruidos durante la segunda guerra mundial).
Esos ordenadores, como todos los que han venido después, tenían su propio lenguaje máquina, el conjunto de instrucciones que puede ejecutar la CPU. Para hacer manejable la tarea de programar los ordenadores, se crearon los lenguajes ensamblador, que utilizan palabras para referirse a las instrucciones. El problema de estos lenguajes es que están ligados a la CPU utilizada.
En los años 50 aparecieron los lenguajes de programación independientes de una máquina en concreto y en los años 60 se desarrollaron la mayoría de los conceptos en que se basan los actuales lenguajes de programación, perfeccionados a lo largo del tiempo.
Desde entonces, se han inventado muchísimos lenguajes de programación, que han permitido a los programadores resolver problemas cada vez más complejos.
La imagen siguiente, basada en un dibujo de la Wikipedia, muestra algunos de los lenguajes de programación más importantes de la historia, la mayoría de los cuales se siguen utilizando en la actualidad:
No es fácil establecer la popularidad de los diferentes lenguajes de programación, pero algunos sitios web elaboran comparaciones basándose en diferentes conjuntos de datos.
También podemos comparar cinco lenguajes creados entre 2010 y 2015 que son "herederos" de los anteriores (Go, TypeScript, Rust, Kotlin y Swift).
Se pueden dar algunos criterios generales para distinguir unos lenguajes de otros, aunque cada vez más los lenguajes incluyen características que antes distinguían unos lenguajes de otros y las frontera están menos definidas. Algunos de esos criterios son los siguientes:
Existen lenguajes puros que siguen a rajatabla los principios de uno de estos tipos, pero la mayoría de lenguajes permiten mezclar tipos de programación diferentes.
No se puede afirmar la superioridad intrínseca de un tipo de lenguaje sobre otro, puesto que existen problemas que se abordan mejor con un tipo de lenguaje que otro.
Por ejemplo, en los años finales del siglo XX y en los primeros del siglo XXI, con el aumento de potencia de los microprocesadores, parecía que los lenguajes imperativos habían ganado la partida a los declarativos. Pero en los últimos años el crecimiento de la potencia bruta de las CPU individuales se ha detenido y en su lugar lo que se multiplica es el número de núcleos en cada CPU y en esa situación en la que lo más importante es poder "paralelizar" los programas (que se puedan ejecutar los programas en varios núcleos a la vez), los lenguajes declarativos llevan ventaja, por lo que en los últimos años está aumentando el interés por esos lenguajes, sin que por desgracia se hayan obtenido todavía resultados revolucionarios.
El programa de ordenador que es capaz de convertir el programa fuente escrito por el programador en el programa ejecutable que ejecuta el ordenador puede realizar esa tarea de dos formas distintas:
En principio, cualquier lenguaje de programación puede ser compilado o interpretado, aunque por tradición hay lenguajes que suelen utilizar compiladores y otros que suelen utilizar intérpretes.
Se solía decir que para un mismo programa fuente, la compilación produce programas ejecutables más rápidos que los programas interpretados, pero la tendencia es a que esas diferencias se reduzcan.
También se debe tener en cuenta que las preferencias por compiladores o intérpretes pueden deberse a motivaciones no técnicas. Por ejemplo, el programador de software comercial preferirá el uso de lenguajes compilados para poder comercializar el programa ejecutable sin necesidad de hacer público el programa fuente, mientras que el programador de software libre no tiene problemas con los lenguajes interpretados puesto que va a proporcionar también el código fuente.
En programación, los elementos que pueden almacenar información se llaman variables. Dependiendo del tipo de información (números, letras, etc) que se almacena se usan variables de un tipo o de otro. Una característica que diferencia unos lenguajes de otros es la rigidez o permisividad con respecto a los tipos de variables.
Algunas ventajas de los lenguajes tipificados es que permiten detectar errores de tipo (cuando un dato de un tipo se guarda en una variable de otro tipo), que permiten a los compiladores optimizar mejor el código ejecutable y, en el caso de exigir la declaración de tipo de las variables, que facilitan la comprensión de los programas.
Algunas ventajas de los lenguajes no tipificados es la mayor flexibilidad de los programas, y una serie de características que aunque no se derivan necesariamente de la falta de tipificación suelen presentar los lenguajes no tipificados: simplicidad, mayor número de tipos de datos, metaprogramación (introspección, eval, etc.).