Variables 101: Conociendo tu computadora

Tristemente he visto que no muchos desean aprender a programar este 2018 :( pero aunque solo hubiese leído mi artículo anterior una persona y tras un poco de tiempo esta sea capaz de mandar un commit a algún proyecto de software libre, yo me daría por satisfecho con mi labor :)

Para los amantes de la seguridad, les prometo que el siguiente será un post sobre seguridad :) así todos contentos, si alguno desea aprender otra cosa (como git, administración de servidores, o yo que sé :p ), o que comente algún otro tema que no pueda responderse de manera sencilla en el cuadro de comentarios, avísenme y vemos cómo podemos trabajarlo ;)

Bueno, ahora si vamos a lo nuestro, anteriormente hablamos sobre tipado, y que este tenía que ver con la forma en la que guardamos nuestras variables en un programa, ahora vamos a revisar un poco de qué ocurre en el interior y esperemos que pueda ser lo suficientemente claro.

Bits

Creo que este es un tema que siempre toco cuando escribo sobre programación, ciertamente es algo que me fascina y que me ha ayudado a comprender muchas cosas, ahora intentaré explicar un poco cómo son, cómo se leen, y para qué sirven :)

Piensen en un interuptor de luz, cuando el circuito está cerrado, tenemos un 0 en la pantalla, cuando cambiamos de posición el interruptor, pues un 1:) ¿sencillo no es cierto?

Ahora, un 0 y un 1 pueden significar muchas cosas, todo depende de la creatividad con que lo tomes, supongamos que yo quiero saber si alguien va a ir al Norte o al Sur, 1 puede significar norte y 0, sur :) digamos que yo quiero saber si alguien es hombre o mujer, 1 puede ser hombre y 0, mujer :) . Ahora quiero saber si esta persona es jóven o mayor (>22), 0 puede significar jóven y 1, mayor. Sigamos imaginando… ¿Tiene alguna mascota? 1 diría que sí, mientras que 0 diría que no. Ahora quiero que lean conmigo la siguiente línea:

1001

Esto es la forma breve de decir…

Una jóven mujer de no más de 22 años se dirige al norte acompañada de su mascota.

lo que es muy diferente a:

0110 o Un hombre con más de 22 años de edad se dirige solo hacia el sur.

Bytes

Ahora vamos a ir un paso adelante, vamos a aprender a leer bytes. Un byte es la sucesión de 8 bits, los cuales se leen de derecha a izquierda y cada 1 representa una potencia de 2 elevado a la n donde n es la posición del bit. Como suena a chino, vamos a poner un pequeño ejemplo :)

01001011 Tenemos este byte, ahora vamos a ir de derecha a izquierda ( <- ) yo voy a ponerlos de arriba a abajo para poder escribir su signifiacdo:

1: el bit al estar en la posición 0 nos indica que tenemos lo siguiente 2 elevado a la cero o 2^0. Esto bien sabemos que equivale a 1.

1: el segundo bit, ahora la posición 12^1 que es lo mismo que decir 2

0: tercer bit… aquí debería ser 2^2, mas como no está encendido, vamos a dejarlo en 0

1:cuarto bit, 2^3 u 8 :)

0: lo mismo que 0

0: otro 0

1:ahora estamos en 2^6 o 64

y finalmente 0 , que ya sabemos lo que significa :) ahora vamos a sumar nuestros resultados y compararlos con la siguiente tabla :) Tenemos un 75 por lo que vamos a buscarlo en la columna Decimal y veremos lo que aparece en Char

Resultado de imagen para ascii table

¡¡Tenemos una K!! Felicidades, ya saben leer en binario :) Pero los más sagaces habrán podido notar que también hemos obtenido un número decimal, y que este tiene un límite (cuando todos los valores son 1) Ese límite se encuentra en el número 255.

Word

Ahora más de uno me dirá, pero ¿qué pasa si necesito un número mayor a 255? o ¿dónde puedo encontrar otros caractéres como los japoneces? Pues la respuesta es simple, juntemos 2 bytes. Ahora que tenemos dos, la cantidad posible de combinaciones que tenemos es 2^16 o 65536 posibles resultados, como el 0 es uno de esos, el máximo posible es 65535. ¿A alguno le suena ese número? ¿Recuerdan la cantidad máxima de puertos en un sistema linux? Se los dejo de tarea ;)

Double word & quad word

Para los más matemáticos también existen formatos específicos, los double word contienen, como muchos ya habrán imaginado 2 word o 4 bytes (o 32 bits) de información, lo mismo que decir:

11111111111111111111111111111111 o de 0 a 4 294 967 295

A estas alturas muchos se preguntarán qué sucede con los números negativos, es decir, en algún lugar deben estar contemplados ¿no es cierto? Para poder almacenar un número negativo, los desarrolladores de procesadores eligieron ocupar el primer bit de la izquierda como un valor de signo. Esto quiere decir que si el primero bit es 0 hablamos de un número positivo, pero si es 1 tenemos un negativo. Ahora ven por qué los bits son tan especiales, pueden ser lo que tu quieras :D

¡Pero esto evidentemente nos deja con una posición menos para realizar la multiplicación! Por lo que nuestro0 a 4 294 967 295 se convierte en:

-2,147,483,648 a +2,147,483,647

Ahora bien, muchos ya tenemos procesadores de 64 bits, y este es el valor de un quad word, podemos tener valores que van desde el 0 a 18 446 744 073 709 551 615. Ese sí es un número grande :)

¿Por qué 8 bits?

Esto es algo que ya más de uno se estará preguntando, y la respuesta está en el hardware. Desde su origen, los procesadores necesitaban data para poder realizar operaciones. La data se almacena en la memoria de la computadora y cada vez que el procesador la requiere utiliza los buses de data para conseguirla. En la antigüedad, estos buses podían comunicar un máximo de 8 bits por ciclo, esto quiere decir que el máximo y más eficiente modo de mover data, era agrupando 8 bits y mandando estos al procesador.

Con el paso del tiempo, hasta el día de hoy, los procesadores han desarrollado la hablidad de mover 16 bits, 32bits y… 64 bits.

¿Qué tiene que ver con el tipado?

Ya llegamos a la parte donde todo cobra sentido :) El tipado es una propiedad que utilizan los lenguajes de programación para denominar estos espacios de memoria. Todas las variables tienen su contraparte en alguno de estos tipos de data, sin importar cómo sean llamadas. Estos se conocen como tipos de dato primitivos, cada lenguaje fuertemente tipado tiene su concepción de estos valores, y la cantidad que representan. Por ejemplo en C tenemos la biblioteca limits.h que nos muestra la cantidad máxima y mínima de los valores primitivos.

Veamos lo que sucede si intentamos romper uno de los valores:

Diseño propio. Christopher Díaz Riveros

A la derecha tenemos los valores del archivo limits.h y a la izquierda hemos tomado uno de estos valores (unsigned short int) y le hemos asignado un número mayor al correspondiente. Como resultado el compilador nos advierte que estamos utilizando mal la memoria porque la forma binaria de 66666 no puede caber en la forma binaria de 65535. Esto nos lleva a una lección de performance cuando programamos, si tu valor no va a crecer mucho a lo largo del tiempo, o si no requieres valores tan grandes como los de un double o quad word, utilizar el tipo correcto reduce la cantidad de memoria solicitada por el CPU, lo que implica una mayor velocidad de obtención de data si está bien calculada.

En el lado de los intérpretes esto es más sencillo debido a las conversiones implícitas. Cuando definimos una variable en lenguajes como javascript o Python, el intérprete se encarga de entender qué tipo es, y asignar el espacio suficiente de memoria para realizar las operaciones. Veamos un ejemplo sencillo :)

Diseño propio. Christopher Díaz Riveros

Como pueden ver, no tenemos que explicar al intérprete de python el tipo de nuestra variable, porque él mismo se encarga de asignar un tipo y almacenarlo en memoria :)

Conoce tus variables

Esto depende del lenguaje y tipo de implementación que vayas a utilizar, pero el primer paso para poder programar es aprender las variables que puedes utilizar :) Una vez comprendas las variables, estarás en situación de poder utilizarlas de manera eficiente y lógica para almacenar información (provista por un usuario o por el sistema). Este es el primer paso en la escalera de la programación y con suerte, tras leer este artículo, habrás comprendido un poco mejor cómo es que funciona tu computadora y cómo almacena la información. Conmigo será hasta el siguiente artículo, recuerden dejar sus comentarios para saber si hay que reforzar o comentar algún punto en específico. Saludos

Published by

ChrisADR

I’m a young developer who loves open source and free software technologies, I’m the founder of CodeLabora, an open source community which aims to help young developers from Latin America to get involved with open source and free software projects and communities around the world.

I like to learn and my favorite subjects are security and Linux. I’ve recently finished an internship as security analyst and contribute to the security project from my Linux community, Gentoo Linux, as Gentoo Linux Security Advise (GLSA) Coordinator

2 thoughts on “Variables 101: Conociendo tu computadora”

    1. Muchas gracias Alberto :) Me alegra y emociona ver que sigues ávidamente mi blog personal, siempre que puedas compartirlo para que llegue a más gente sería genial y dalo por hecho ;) intentaré habler sobre hardening en el siguiente post a petición tuya :) Saludos y muchas gracias!!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *