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ROBOTICA 1 DE 2 - Contenido educativo
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Primero de dos video dedicados a la robótica y sistemas de control programado para 3º de ESO
Bien, buenos días a todos. Vamos a continuar con el siguiente tema, al de la electrónica, que es el tema de automatismos y sistemas de control.
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Bien, en la última parte del tema de electrónica comentamos que los circuitos electrónicos podían formar lo que llamábamos un automatismo,
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que es un circuito electrónico que funciona de manera automática, es decir, solamente tiene en cuenta una serie de componentes electrónicos
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que reciben información del exterior como la temperatura, la distancia, la cantidad de luces, etc.
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Y en función de eso activaban dispositivos de salida llamados actuadores
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que pueden ser desde un simple diodo LED, un motor, una señal acústica, etc.
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Los elementos que reciben la información del exterior se llaman sensores
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y los dispositivos que actúan sobre el exterior se llaman actuadores.
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todo ello controlado evidentemente con los llamados elementos de control
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bueno pues esto es lo que llamaríamos un automatismo que se engloba dentro de los llamados sistemas de control
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un automatismo no es más que un sistema de control en el que recibe la información del exterior
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la digo aquí, temperatura, humedad, etc. y en función de esos datos y de cómo esté construido ese circuito eléctrico
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que puede ser programable o no pues realiza una función sobre el exterior a través de los
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actuadores bueno pues destacamos dos tipos de sistemas de control en función sobre todo de
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que tengan en cuenta unos parámetros de salida de una señal de salida estos dispositivos serían
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lo que llamaríamos el sistema de control en lazo abierto y el sistema de control en lazo cerrado
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bueno, los sistemas de control en lazo abierto
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funcionan sin tener en cuenta la salida
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es decir, por ejemplo, un sistema de calefacción
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que no tenga termostato, pues va a funcionar
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en cuanto lo pongamos a funcionar
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el sistema, el actuador
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bajamos en este caso el regador, pues dará calor
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y ya está, incluso aunque haya
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calor en la propia estancia, se quita
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dando calor, porque no tiene en cuenta
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un parámetro externo
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que actúe sobre el propio
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sistema de control, sin embargo, los dispositivos
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en lazo cerrado, estos
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sí que tienen en cuenta
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en los parámetros del exterior
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para hacerlo funcionar o no
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y es lo que tendríamos por ejemplo
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puestos aquí en este pequeño diagrama de bloques
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observamos como por ejemplo
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en el caso de un sistema de calefacción
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pues funcionará siempre y cuando el sensor
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detecte que, en este caso el termostato
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pues indica que se active el sistema de calefacción
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porque hace frío
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ahora bien, si el sistema de calefacción
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ya detecta, en este caso
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el sensor ya detecta que hace calor, pues
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entonces a través del sensor
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no haría funcionar el sistema de control
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este es el sistema de control
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en lazo cerrado, porque como veis aquí
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se cierra una especie de lazo en el cual
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nosotros tenemos en cuenta
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los parámetros de salida, en este caso
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la temperatura, para que a través del sensor
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haga uno funcionar el sistema de control
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mientras que en este caso, una vez que se hace
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funcionar el circuito, el sistema
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de control, pues este funciona sobre el actuador
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y ya está, de acuerdo, y aquí tendría
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por dos esquemas
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de circuitos electrónicos
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uno funcionando en lazo abierto y otro
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en lazo cerrado, observad que en este primer
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caso tenemos aquí
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un elemento de control que en este caso
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sería el transistor y que lo que hace
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es hacer funcionar o no un actuador
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en este caso una lamparita dependiendo de que
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haya corriente en la base, si hay corriente en la base
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funcionará la lampara y ya está, es decir que yo
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siempre que cierre este dispositivo
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cierre este interruptor, el transistor
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va a hacerlo funcionar y el actuador
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va a funcionar sí o sí. Ahora bien, en este
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otro circuito, la lámpara
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ya no funciona
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directamente, sino
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que dependerá de la cantidad de luz
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que el sensor está recibiendo
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para que la lámpara funcione.
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¿De acuerdo? Esto digamos
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que sería
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la distinción entre un sistema de control
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de lazo abierto y lazo cerrado. ¿Y por qué es importante
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esto? Porque luego veremos que en los sistemas
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de lazo cerrado
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vamos a poder dar un paso más
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y haciendo que estos circuitos electrónicos puedan ser programables
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y el programa va evidentemente a hacerlo funcionar bastante mejor
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bueno aquí tenéis una serie de sistemas de automatismos
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que podemos clasificar los enlaces cerrados y enlaces abiertos
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os invito a que lo hagáis en el cuaderno
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y aquí tendríamos una clasificación de los elementos
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que podemos considerar como sensores y actuadores
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que podemos encontrarnos en la electrónica habitual
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que podamos utilizar
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Vamos a hacerlo un poquito más grande y bueno, mencionarlo simplemente. En primer lugar, tendríamos sensores de luz, que en este caso incluye evidentemente en el dispositivo una resistencia LDR, los sensores de tacto, también por ejemplo lo que tienen normalmente es el de incorporar algún tipo de condensador que tenga en cuenta la variación de capacidad cuando nosotros tocamos este sensor.
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los sensores de obstáculos en realidad son un emisor receptor de luz infrarroja
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que se colocan en paralelo de manera que el emisor emite luz infrarroja
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y si el dispositivo, o sea el obstáculo refleja la luz infrarroja
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pues el receptor lo va a recibir y es a lo que tenemos un objeto delante
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los sensores de humedad en realidad son más que dos varillas
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que al estar insertadas en un terreno húmedo
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pues va a permitir el paso de una corriente muy pequeñita de una varilla a otra
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y por lo tanto el dispositivo va a detectar que el terreno está húmedo.
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Los dispositivos que incluyen temperatura y humedad incluyen además del sensor de humedad
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como hemos visto algún dispositivo térmico, una NTC, una PTC
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que sea capaz de detectar y de medir la temperatura ambiental.
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Luego tenemos unos sensores ya un poquito más sofisticados como es el caso del sensor de distancia
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que realmente lo que hace es emitir un pulso sónico
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y dependiendo de que el rebote tarde más o menos en recibirlo el propio sensor
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pues entonces podríamos calcular la distancia a la que se encuentra el objeto
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y en el caso del detector, el sensor este de movimiento
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lo que realmente hace es observar la variación de luz infrarroja que emite un cuerpo humano
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y entonces si se está moviendo esa variación de la posición
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hace que se pueda enviar una señal eléctrica
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indicando que ese objeto que emite luz cifra roja
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porque es un cuerpo caliente, pues se ha movido.
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Esto para el caso de los sensores y para el caso de los actuadores
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pues tenemos aquí varios elementos en primer lugar
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el típico motor de corriente continua que podemos utilizar
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en cualquier proyecto de tecnología.
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Consume mucha corriente y por lo tanto para aplicarlos
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en sistemas electrónicos concretos hace falta utilizar
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una fuente adicional externa
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a través de un relé o bien un puente
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en H que es un dispositivo
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que nos va a permitir controlar el sentido
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de giro y demás con
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pequeñas corrientes. Tendremos también los servomotores
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son dispositivos, son motores que
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solamente pueden funcionar a 180 grados
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y es muy interesante para algunas aplicaciones
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que no requiere un giro
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constante del motor
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los altavoces piezoeléctricos que emiten
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diferentes tonos, el relé por supuesto
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que es el único por excelencia para acoplar
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la electrónica a cualquier otro circuito externo y luego tenemos los diodos led que emiten un rango de colores
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y los tenemos presentados como leds independientes o también podemos verlos así en formato de display
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donde estos segmentos son diodos led y dependiendo de los que estén encendidos tendremos un número u otro
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Lo otro ya más sofisticado sería el display LCD, que ya sabéis que es una pantalla de cristal líquido que ilumina también una serie de segmentos y esto nos va a permitir visualizar diferentes caracteres, ya no solamente números y algunas letras, sino números y la mayor parte de todas las letras, números, etc.
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Y luego tendríamos un motor paso a paso, que en realidad es un motor en el que nosotros podemos regular el movimiento cada grado de giro de este eje.
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Son los dos elementos, digamos, a diferencia del servomotor que gira a 180 grados,
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aunque podamos moverlo también en grados, pero este en cambio sí que es capaz de girar más de 180 grados.
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¿Por qué es importante conocer los sensores y los actuadores?
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Porque cuando nosotros vayamos a construir un sistema de control, este puede ser un sistema de control electrónico normal o programado.
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Y para ello necesitaríamos un dispositivo que sea capaz de controlar los sensores y activar los actuadores en función del programa que le hayamos cargado.
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Para ello necesitamos una tarjeta de control y dentro de las más utilizadas, eventualmente en educación,
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pues nos encontramos con la tarjeta Arduino Uno, una tarjeta que ya ha aparecido hace algunos años
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pero que por su bajo coste y por su fiabilidad, por su forma de programar muy sencilla
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aparte que han surgido luego nuevos lenguajes de programación también de tipo gráfico
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que nos permiten todavía programarlo de forma mucho más fácil
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pues nos encontramos con una tarjeta que tiene un montón de pines a los cuales vamos a poder conectar
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nuestros sensores o actuadores de forma digital, es decir, lo vamos a activar o desactivar.
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También tiene un conjunto de entradas analógicas para poder, por ejemplo,
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visualizar, para poder, digamos, de alguna manera, poder testear dispositivos
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como puede ser por tensiómetro, donde no solamente es una señal alta o baja,
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sino que pueda tener diferentes rangos de valores, un grupo de pides de alimentación
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y todo ello lo controla un microcontrolador, que es un pequeño ordenador
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capaz de controlar estas entradas y estas salidas
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se conecta con un puerto USB
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y también una vez que tenemos almacenado la información en el vehículo controlador
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pues ya podemos desenchufarlo
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y con una simple alimentación externa
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podemos mantener el sistema de control
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actuando sobre los actuadores y sobre los sensores
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para que funcionen de una manera concreta en función del programa
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aquí tenéis un pequeño ejemplo
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para que entendáis que es un sistema de control
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tendríamos por ejemplo la posibilidad de asemejar los sistemas de control
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como por ejemplo sería el cuerpo humano
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que dispondría de un sistema de control con una serie de actuadores
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para poder por ejemplo coger objetos
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un sistema de control que sería el cerebro
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y unos sensores que determinarían la distancia en la que está el objeto
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por ejemplo en el caso de la vista
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bueno pues para programar estos dispositivos
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tenemos que tener claro diferentes conceptos relacionados con los lenguajes de programación.
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Conceptos que si no se tienen claros, pues a veces se confunden unas cosas con otras y no son exactamente las mismas.
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En primer lugar tenemos que decir que un lenguaje de programación es en realidad un lenguaje artificial
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creado por el ser humano para poder comunicarnos con un ordenador.
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Y el conjunto de sus situaciones es lo que llamamos programa.
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Bueno, pues esta programación en sus inicios no eran más que conjuntos de unos y ceros en formato S-decimal,
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es decir, un lenguaje binario, un sistema binario agrupado en 8 bits
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y esto es lo que formaba lo que llamamos un lenguaje de bajo nivel
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que también se conocía como código máquina
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este código máquina que era un conjunto de, ya digo, para que veáis cómo sería el código máquina
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un conjunto de números binarios en formato decimal
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y que solamente los grandes programadores eran capaces de entender
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este grupo de 8 bits se conectaba directamente
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por el bus de datos hacia el microprocesador
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y este interpretaba este código
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esto evidentemente era bastante tedioso
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y entonces este código máquina evolucionó
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a un lenguaje que llamamos lenguaje ensamblador
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que no eran más que en realidad códigos mnemónicos
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es decir, abreviaturas de lo que se suponía que hacía esa instrucción
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aún así la complejidad de estos sistemas
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por cierto, que luego tuvieran que evolucionar a unos lenguajes más fáciles de entender,
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que es lo que llamamos los lenguajes de alto nivel.
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Estos lenguajes de alto nivel, bueno, pues ya son más acuerdos con la capacidad cognitiva del ser humano
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y ya son más fácilmente entendibles para poder desarrollar programas más complicados.
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Aquí tenéis, digamos, una representación de cómo sería cada uno de ellos.
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Y finalmente cuando ya tenemos un programa informático, ese programa llamado código fuente tenemos que convertirlo a pesar de todo lo que hemos hecho, de todo ese proceso de programación y de crear diferentes lenguajes de alto nivel para poder entendernos con las máquinas, en realidad luego la máquina solamente va a entender esos unos y ceros.
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Por lo tanto, necesitamos que el programa fuente convertirlo en ese código máquina que sí que entiende la computadora.
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Y para ello necesitamos compilar el programa.
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En la compilación se realiza un programa llamado compilador intérprete
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que lo que hace es coger ese programa escrito en un lenguaje de alto nivel
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y pasarlo a un código máquina que sí que entiende el micropasador,
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que sí que entiende el ordenador, porque es ese conjunto de unos y ceros de señales eléctricas que debe tener.
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Bueno, pues los programas informáticos en realidad están desarrollados para un lenguaje de programación concreto
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Ahora bien, podemos entender un programa informático como un conjunto de instrucciones que nos permiten solucionar un problema
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Es decir, el concepto de programa informático se aplica a un lenguaje de programación específico con sus reglas sintácticas y la estructura
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Sin embargo, el concepto de algoritmo es aún mayor, porque un algoritmo en realidad es un conjunto de instrucciones ordenadas que nos solucionan un problema.
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Es decir, que se aplica no solamente a un programa informático, sino un algoritmo en realidad es una forma de establecer cómo solucionar un problema mediante una serie de reglas básicas, instrucciones básicas.
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de hecho los algoritmos no los encontramos
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por ejemplo en una simple receta de cocina
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o no lo podemos encontrar también
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en cualquier
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forma de describir
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el montaje por ejemplo de un mueble
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como solucionar
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por ejemplo una ecuación de segundo grado, etc.
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eso sería el concepto de algoritmo, un concepto que es
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mucho más amplio que el del propio
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específico programa informático
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por eso cuando se habla de
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solucionar un problema informático se habla en realidad
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de encontrar un algoritmo que solucione ese problema informático y después, gracias al lenguaje de programación
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y al programa específico, encontraremos la forma de poder solucionar.
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Bueno, la representación de un algoritmo suele ser una representación más visual que otra cosa
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porque nos va a permitir un poco ver el problema en toda su extensión y esta forma de representar un algoritmo
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se puede realizar de dos maneras. Bueno, una que no es propiamente una representación gráfica,
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más bien es una descripción ordenada de las instrucciones, pero eso sí, con un lenguaje más propio del lenguaje natural que podemos utilizar habitualmente.
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Es decir, que solucionamos el problema describiendo todas las instrucciones que son necesarias para poder solucionar el problema
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utilizando un lenguaje que llamamos lenguaje de pseudocódigo porque es muy parecido a un código específico de programación
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pero que sea fácilmente entendible por el pseudocódigo.
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Y luego nos podemos encontrar con que este algoritmo lo podemos representar en realidad mediante lo que llamamos un diagrama de flujo.
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¿Qué es un diagrama de flujo? Pues la representación, como digo, de ese algoritmo, de esa forma de solucionar un problema
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y esto nos da una visión, digamos, global de lo que es propiamente la solución al problema que tenemos.
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Y si es informático, pues lógicamente nos va a dar una visión de conjunto de cómo abordar después el programa informático que soluciona ese problema.
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También se le llama el diagrama de flujo, también se le suele llamar organigrama.
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Y para ello simplemente hay que tener en cuenta una serie de símbolos que en realidad hay muchos más,
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pero en realidad con estos cuatro podemos representar más o menos
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cómo sería ese programa informático o ese algoritmo que soluciona ese problema.
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Aquí tenemos los cuatro simbolitos principales,
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todos tienen que terminar en un inicio y final,
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mediante este simbolito que veis aquí, tipo óvalo,
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y luego tenemos la posibilidad de representar cuando nosotros metemos datos
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o sacamos datos a este sistema, a este programa,
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pues entonces nosotros tendríamos esta especie de símbolo que veis aquí,
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Y en el caso de que se produzca un proceso concreto, como por ejemplo, asignación de variables, sumas, etc., operaciones aritméticas, etc.,
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pues utilizaríamos este rectángulo.
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Y lo más importante, cuando el programa tiene que tomar una decisión, dependiendo de que se cumpla o no una condición,
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pues entonces utilizaríamos este símbolo que veis aquí.
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Y aquí tenéis, por ejemplo, una forma de representar el algoritmo para calcular, por ejemplo, el área de un cuadrado
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utilizando las dos formas de representación mediante un lenguaje de pseudocódigo,
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y ahora lo vamos a ver que es muy fácil de entender
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porque en realidad si lo leemos casi nos está describiendo como calcularlo
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casi estaríamos hablando de un lenguaje coloquial
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pondríamos en este caso por ejemplo algoritmo y el título de nuestro programa
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área del cuadrado, escribir introduce el lado
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en este caso con las comillas que nos indican que es un texto
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después leemos un valor que en este caso es el valor lado
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que es una variable donde vamos a asignar valores
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otra variable llamada área se le asigna el valor que corresponde con el producto de esa variable anterior
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llamada lado dos veces, es decir lado por lado
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y finalmente escribimos que la salida del área del cuadrado es
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y escribimos el valor que contiene la variable área
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esto sería una forma de representar el cuadrado, el área de un cuadrado perdón
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mediante un lenguaje pseudocódico
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y aquí veis como se puede representar mediante la simbología que hemos visto anteriormente
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mediante un diagrama de flujo u organigrama
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colocamos en este caso
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el inicio del algoritmo
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el final del algoritmo y entre medias
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introducimos un dato mediante este símbolo
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el símbolo este que vemos aquí
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después asignamos eso para
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decirle al usuario
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que introduzca el lado
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después leemos por el teclado ese lado
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y lo asignamos a la variable lado
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y la variable área
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la asignamos con el valor de lado por lado
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y finalmente presentamos la solución definitiva
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¿de acuerdo?
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Bueno, pues es una forma de representar un algoritmo, es decir, un programa informático a través de un algoritmo, pero como digo, el algoritmo es un concepto mucho más general que permite solucionar cualquier problema, ¿vale?
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una serie de listado de instrucciones
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bueno pues
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cuando hablamos
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de programación
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tenemos que tener presente
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que
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cualquier algoritmo
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en realidad puede
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agruparse en la forma en la que
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esté solucionado ese problema
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mediante una de estas tres
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estructuras de control básicas
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por lo menos los algoritmos más sencillos
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que podamos encontrarnos
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tendríamos
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algoritmos que tengan una estructura
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secuencial en la cual
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lo que ocurre realmente es que
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vamos detallando las instrucciones
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una detrás de otra, aquí tenéis por ejemplo
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la representación en el diagrama
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de flujo de una estructura secuencial
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de un programa que representaría
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por ejemplo el funcionamiento de un semáforo
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donde primero se asignaría
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perdón, primero se
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luciría la luz verde
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después esperaríamos un tiempo, después
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la luz ámbar, otro tiempo, etc, etc
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como veis es una instrucción secuencial una detrás de otra
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ahora bien, cuando el algoritmo requiere tomar un camino u otro dependiendo de que se cumpla una condición
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entonces hablamos aquí ya de estructuras condicionales
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las estructuras condicionales como veis aquí pues nos permiten que el programa va siguiendo un orden
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y luego toma un camino o toma otro dependiendo de que se cumpla la condición
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Y luego hay otra serie de estructuras, que son las llamadas estructuras repetitivas, que en realidad son estructuras que se ejecutan, una estructura la ejecuta un conjunto de instrucciones, la ejecuta un número determinado de veces, sin más, o bien, si se cumple la condición, también la ejecuta un número determinado de veces.
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¿De acuerdo? Entonces digamos que estas tres estructuras, la estructura secuencial, condicional y repetitiva, nos va a permitir encontrar cualquier algoritmo más o menos fácil.
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- Materias:
- Tecnología
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- Autor/es:
- Rafael M.
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- Rafael M.
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- 12 de abril de 2020 - 18:35
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- Público
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- IES GRAN CAPITAN
- Duración:
- 21′ 05″
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- 1.78:1
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