Unidad 1

Introducción 📜

El objetivo de esta unidad es que puedas comprender la arquitectura de un computador digital moderno. Para ello usaremos como caso de estudio un computador simple, pero didáctico llamado computador Hack. Programarás este computador utilizando su lenguaje ensamblador y desarrollarás programas simples, pero interactivos que harán uso de operaciones de entrada/salida.

Set: ¿Qué aprenderás en esta unidad? 💡

Comprender la arquitectura de un computador.
Conocer el lenguaje ensamblador.
Desarrollar programas interactivos simples.
Manipular la memoria.
Realizar operaciones aritmético-lógicas.
Controlar el flujo de un programa.
Manejar la entrada y salida de datos.

Actividad 01

Ciclo fetch-decode-execute

El siguiente programa está escrito en el lenguaje ensamblador del computador Hack. Este computador no es un computador comercial, sino un computador didáctico que te permitirá acercarte a los conceptos fundamentales de manera amigable.

@1
D=A
@2
D=D+A
@16
M=D
@END
(END)
0;JMP

¿Qué crees que haga este programa?

Para responder a esta pregunta vamos a analizarlo paso a paso usando un simulador de la CPU Hack que está aquí.

Para ejecutar este programa la CPU realiza un ciclo constante llamado Fetch-Decode-Execute.

El ciclo Fetch-Decode-Execute describe cómo la CPU ejecuta instrucciones de un programa. Aquí está explicado de forma breve y simple:

Fetch (buscar): la CPU obtiene (lee) la siguiente instrucción desde la memoria. El contador de programa (PC) indica dónde se encuentra esa instrucción en la memoria ROM.

Decode (decodificar): la CPU interpreta la instrucción que acaba de leer. Esto significa entender qué operación debe realizarse y qué datos o recursos necesita.

Execute (ejecutar): la CPU realiza la operación indicada. Por ejemplo, puede ser una operación matemática, mover datos entre registros, o acceder a la memoria.

Este ciclo se repite continuamente mientras la computadora esté encendida, procesando instrucciones una tras otra. Es la base del funcionamiento de cualquier procesador.

Seek: Investigación 🔎

Una vez has comprendido los conceptos básicos, es hora de profundizar en el funcionamiento del computador Hack y su lenguaje ensamblador.

Actividad 02

Explorando la arquitectura del computador Hack

Ahora vamos a analizar juntos el siguiente programa. Este programa tendrá todos los conceptos que vamos investigar en la siguiente fase de la unidad de manera más profunda. En qué nos enfocaremos:

Las partes del computador Hack.
El modelo de programación de la CPU.
La diferencia entre memoria RAM y registros.
Los tipos de instrucciones del lenguaje ensamblador.
Cómo leo el teclado y muestro en pantalla.
Cómo implemento un bucle.
Cómo implemento una condición.
¿Qué es la ALU y qué operaciones realiza?

En “este” enlace está la documentación del computador Hack.

@SCREEN
D=A
@i
M=D
(READKEYBOARD)
@KBD
D=M
@KEYPRESSED
D;JNE
@i
D=M
@SCREEN
D=D-A
@READKEYBOARD
D;JLE
@i
M=M-1
A=M
M=0
@READKEYBOARD
0;JMP

(KEYPRESSED)
@i
D=M
@KBD
D=D-A
@READKEYBOARD
D;JGE
@16
A=M
M=-1
@i
M=M+1
@READKEYBOARD
0;JMP

Apply: Aplicación 🛠

Actividad 03

Control de flujo con saltos

Vamos a resolver juntos este problema:

Escribe un programa que compare el valor almacenado en la dirección de memoria 5 con el valor 10. Si el valor es menor que 10, guarda el valor 1 en la dirección 7. Si el valor es mayor o igual a 10, guarda el valor 0 en la dirección 7.

Actividad 04

Implementando un ciclo simple

Vamos a resolver juntos este problema:

“Crea un programa que use un ciclo para sumar los números del 1 al 5 y guarde el resultado en la dirección de memoria 12.”

Reflect: Consolidación y metacognición 🤔

Hoy dedicaremos esta sesión a mirar hacia adentro y hacia los lados. Primero, haremos un ejercicio individual para que compruebes cuánto has aprendido sobre la arquitectura de computadores. Segundo, trabajarás con un compañero para darse retroalimentación constructiva sobre sus bitácoras. Y, por último, tendrán un espacio para darme feedback a mí y así poder mejorar la siguiente unidad. El objetivo es que todos aprendamos y mejoremos juntos.

Tiempos estimados para cada actividad: te voy a pedir que midas el tiempo de cada actividad como sigue.

Autoevaluación: 35 minutos
Coevaluación: 35 minutos
Feedback al profesor: 15 minutos

Actividad 05

Autoevaluación

Mirando hacia adentro: autoevaluación de conceptos y proceso

El objetivo de esta actividad es doble. Primero, que puedas recuperar de tu memoria los conceptos fundamentales de la unidad sin ayuda de tus notas. Este proceso de “recordar” es una de las formas más efectivas de fortalecer tu memoria a largo plazo. Segundo, que reflexiones sobre cómo has aprendido, para que puedas identificar qué estrategias te funcionan mejor.

Sin consultar tus apuntes, el simulador o cualquier otro material, responde con tus propias palabras a las siguientes preguntas. ¡No te preocupes por la perfección! El objetivo es ver qué recuerdas ahora mismo.

Parte 1: recuperación de conocimiento (retrieval practice)

Describe con tus palabras las tres fases del ciclo Fetch-Decode-Execute. ¿Qué rol juega el Program Counter (PC) en este ciclo?
¿Cuál es la diferencia fundamental entre una instrucción-A (que empieza con @) y una instrucción-C (que involucra D, M, A, etc.) en el lenguaje ensamblador de Hack? Da un ejemplo de cada una.
Explica la función de los siguientes componentes del computador Hack: el registro D, el registro A y la ALU.
¿Cómo se implementa un salto condicional en Hack? Describe un ejemplo (p. ej., saltar si el valor de D es mayor que cero).
¿Cómo se implementa un loop en el computador Hack? Describe un ejemplo (p. ej., un loop que decremente un valor hasta que llegue a cero).
¿Cuál es la diferencia entre la instrucción D=M y la instrucción M=D?
Describe brevemente qué se necesita para leer un valor del teclado (KBD) y para “pintar” un pixel en la pantalla (SCREEN).

Parte 2: reflexión sobre tu proceso (metacognición)

¿Cuál fue el concepto o actividad más desafiante de esta unidad para ti y por qué?
La metodología de “predecir, ejecutar, observar y reflexionar” fue central en nuestras actividades. ¿En qué momento esta metodología te resultó más útil para entender algo que no tenías claro?
Describe un momento “¡Aha!” que hayas tenido durante estas dos semanas. ¿Qué estabas haciendo cuando ocurrió?
Pensando en la próxima unidad, ¿Qué harás diferente en tu proceso de estudio para aprender de manera más efectiva?

Actividad 06

Coevaluación

Aprendiendo juntos: coevaluación constructiva

Ahora es el momento de aprender de un compañero. La coevaluación es una herramienta poderosa que te permite ver otras perspectivas y aprender a dar retroalimentación constructiva, una habilidad clave. El objetivo no es calificar, sino ayudar a tu compañero a mejorar.

Actividad 07

Feedback

Mejorando la experiencia: tu feedback es clave

Mi rol como profesor es facilitar tu aprendizaje de la mejor manera posible. Tu perspectiva como estudiante es increíblemente valiosa para ayudarme a mejorar. Esta actividad es tu oportunidad para darme retroalimentación honesta y constructiva sobre la unidad que acabamos de terminar.

Responde a las siguientes preguntas. Tu honestidad es lo más importante para que este ejercicio sea útil.

Continuar: ¿Qué aspecto de las actividades, las explicaciones o la dinámica de la clase te ha resultado más útil o te ha gustado más y debería seguir haciendo?
Dejar de hacer: ¿Qué aspecto de la unidad te ha resultado confuso, poco útil o frustrante? ¿Hay algo que crees que debería eliminar o cambiar drásticamente?
Empezar a hacer: ¿Qué te habría gustado que hiciéramos que no hicimos? ¿Tienes alguna idea para una actividad o un recurso que podría mejorar el aprendizaje en la próxima unidad?
Ritmo y Dificultad: en una escala del 1 (muy fácil/lento) al 5 (muy difícil/rápido), ¿Cómo calificarías el ritmo y la dificultad general de esta unidad? ¿Por qué?
Comentario Adicional: ¿Hay algo más que te gustaría compartir sobre tu experiencia de aprendizaje en esta unidad?