TALLER DE ORGANIZACION DE COMPUTADORAS ASISTIDO POR SOFTWARE

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1 TALLER DE ORGANIZACION DE COMPUTADORAS ASISTIDO POR SOFTWARE Prog.Univ. Mabel Sosa de Goldar Ing. Rafael Martillotti Prof. Isabel Velazquez de Reyes UNIVERSIDAD NACIONAL DE SANTIAGO DEL ESTERO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍAS DEPARTAMENTO DE INFORMATICA Av. Belgrano (S) Santiago del Estero- República Argentina TE. (085) FAX (085) RESUMEN Este trabajo consiste en la producción de un software educativo, que ayude al docente en el proceso de enseñanza-aprendizaje del tema "funcionamiento de la arquitectura interna de una computadora con arquitectura Von Newmann"; y la implantación del mismo, como recurso didáctico, en un taller experimental, para evaluar el impacto que produce en el proceso de enseñanza-aprendizaje. La experiencia se desarrolla en la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologías, dependiente de la Universidad Nacional de Santiago del Estero, con la participación de docentes y alumnos de la carrera de la Licenciatura en Sistemas de Información y el Profesorado de Informática. El software se presenta como una herramienta auxiliar de enseñanza, que le sea útil al docente para enseñar, reforzar y evaluar, pudiéndo ser aplicado en las carreras de Informática, Ciencias de la Computación y afines. Se ha elaborado un manual de uso para el usuario, para obtener mayor eficacia en su utilización. Presentación La idea se origina dentro de la carrera de Licenciatura en Sistemas de Información, de la Universidad de Santiago del Estero, más precisamente en una asignatura del ciclo básico, Organización del Computador (1º año). Dicha asignatura tiene como objetivo que el alumno comprenda la arquitectura básica de una computadora, su estructura y comportamiento funcional. En la primera etapa de la misma se estudian todos los elementos necesarios para la comprensión básica de la organización del computador: fundamentos de la lógica digital, compuertas y circuitos lógicos, circuitos combinacionales, memoria, registros, buses, etc.

2 En la última parte de la asignatura se adopta como modelo de estudio una máquina con arquitectura sencilla, pero lo suficientemente completa y conveniente para que el alumno integre los conceptos estudiados previamente. La máquina que se toma como modelo de referencia se denomina Mac_1, está ideada para la enseñanza por Andrew S. Tanenbaum y presentada en su libro Organización de Computadoras (1º Ed / 2º Ed. 1992). En esta etapa se observa la dificultad para comprender el funcionamiento de una máquina capaz de tomar decisiones en base a un sistema lógico autocontrolado con regulación propia. Lo que desconcierta al estudiante es el accionar de la máquina que operativamente es similar al modo humano, y por lo tanto, éste se vé inclinado a atribuirle una lógica semejante a la propia, tal como es usada por él en la vida diaria. Este supuesto totalmente inconciente para el estudiante lo desvía del análisis de la lógica digital, en donde cada paso se resuelve por leyes propias y produce un encadenamiento con el paso siguiente sin referencia a procesos típicamente humanos, como por ejemplo la intencionalidad. Al mismo tiempo se observa que el docente se ve en la necesidad de ilustrar la teoría con gráficos y aplicaciones prácticas para facilitar la comprensión y dinamizar el proceso de enseñanza-aprendizaje, pero le resulta dificil realizar una ilustración lo suficientemente clara debido a que, por la complejidad del tema el tiempo asignado a las clases no le es suficiente. Por este motivo se plantearon dos objetivos: Desarrollar una herramienta de software que muestre como funciona internamente la Mac_1, durante el proceso de ejecución de instrucciones; Incorporar la herramienta en un taller experimental para evaluar el impacto en el proceso de enseñanza-aprendizaje. ETAPA DE DESARROLLO DEL SOFTWARE Para la obtención del primer objetivo se diseñó y desarrolló un software que simule el comportamiento de los elementos físicos y lógicos que componen el nivel inferior de la Mac_1, sustentándose en el concepto de computadora de programa almacenado. El procesador Intel, con sus propias instrucciones, es el soporte físico del procesador Mac_1 que simula lógicamente. La simulación consiste en introducir instrucciones propias de Mac_1 y que ellas se ejecuten; paralelamente a estas acciones, se muestran en la pantalla gráficos representativos de la estructura interna del CPU y las modificaciones que se producen en esa estructura durante el proceso de ejecución de las instrucciones. Este trabajo se basa en la idea de computadora multinivel, mediante la cual una máquina puede verse como una jerarquía de niveles. Esto permitió clarificar el objetivo, dirigido exclusivamente al nivel de microprogramación, y suprimir los detalles irrelevantes para facilitar la comprensión de un tema tan complejo. El software resultante permite mostrar gráficamente, a través de la pantalla y en forma dinámica como interactuan los componentes de la CPU: buses, UAL, registros, etc., en el proceso de ejecución de las instrucciones. Se considera que el usuario, mediante la observación detenida y reflexiva del despliegue de explicaciones y gráficas combinadas con movimiento y colores, llegará a comprender cómo opera internamente la máquina microprogramada, durante la ejecución de un programa en lenguaje

3 ensamblador. El trabajo se divide en dos etapas: a)- Diseño e implementación del traductor. b)- Diseño y desarrollo del simulador. El traductor (primera parte), actúa como una interfaz en la utilización de la herramienta, durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. De esta manera, el usuario escribirá sus programas de prueba en lenguaje ensamblador (nivel de lenguaje ensamblador), evitando la codificación en lenguaje de máquina. Se obtiene como resultado de la traducción, un programa en código de máquina totalmente depurado de errores. En la segunda parte, el simulador toma como entrada un programa escrito en código de máquina, y muestra gráficamente, a través de la pantalla, el comportamiento de los distintos componentes del nivel de microprogramación durante el proceso de búsqueda, decodificación y ejecución de las instrucciones. En la etapa de diseño, intervinieron docentes de la asignatura Organización del Computador, en la definición de objetivos, la instrumentación, control de los resultados y la evaluación del impacto en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Para concluir con esta primera etapa se ha elaborado un manual guia para el usuario, para facilitarle la comprensión y utilización del software. IMPLEMENTACION DE LA HERRAMIENTA Una vez que se pudo contar con el instrumento, quedó por establecer la forma de incorporar el mismo en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Dado que la herramienta se presenta como un instrumento de demostración, para que el usuario mediante la observación detenida y reflexiva del despliegue de explicaciones y gráficas combinadas con movimiento y colores, llegue a comprender el funcionamiento interno de la máquina microprogramada, durante la etapa de ejecución de instrucciones; se consideró dos formas de implantación: Una alternativa sería trabajar con una única computadora y un data-display, para que el grupo de estudiantes pueda ver como funciona el sistema, todos al mismo tiempo, siendo el profesor quien guía y los alumnos quienes analizan y evalúan la información que reciben. O bien, que cada alumno trabaje en forma individual, o a lo sumo en grupo de dos personas, para realizar tareas de reconocimiento de las lecciones recibidas en las clases de teoría, mediante la observación y reflexión de los datos enviados por pantalla por la mencionada herramienta. El docente será en definitiva quien decida el modo de implementación, sin dejar de lado la evaluación de los recursos informáticos disponibles. Para el cumplimiento del segundo objetivo, el equipo optó por la segunda alternativa, basándose en la metodología siguiente: 1- Selección de un grupo testigo y un grupo de tratamiento dentro de la asignatura Organización del Computador.

4 2- Diseño y elaboración de instrumentos de evaluación de los grupos. 3- Implementación de la prueba experimental. 4- Aplicación de los instrumentos de evaluación. 5- Contrastación de los resultados 6- Elaboración de Conclusiones Para llevar a cabo la prueba experimental se seleccionaron al azar dentro de la asignatura Organización de Computador, 40 alumnos para integrar el grupo de tratamiento y la misma cantidad de alumnos para integrar el grupo testigo. En esta prueba, la implementación del software en el taller se realiza utilizando una guia interactiva como material didáctico. Esta guia tiene por finalidad conducir al estudiante en la observación de la demostración. En la elaboración de las guias se han seleccionado actividades, que a nuestro entender coadyuvan a "producir" en el alumno. Se intenta que el alumno pueda construir el conocimiento, encontrando las relaciones existentes en el contenido, analizar y sintetizar la estructura del todo, descubrir las situaciones problemáticas incluidas explicita o implícitamente en él para poder hipotetizar sobre posibles explicaciones. La etapa de experimentación continuará en el primer semestre del año 1996, tomando otros grupos de estudiantes y siguiendo la metodología mencionada anteriormente, con el propósito de realizar un análisis más profundo de la incidencia del software en el proceso de enseñanza-aprendizaje, y de este modo obtener resultados de mayor validéz que permitan emitir una acertada conclusión. CONCLUSIONES Durante la realización de este trabajo: diseño y desarrollo de la herramienta de software, se intentó, en todo momento, cumplir con el objetivo propuesto, tratando de responder a los criterios de un buen diseño, principalmente los referidos a la facilidad de uso y fiabilidad, para poder hacer un aporte valioso al ámbito educativo. Con el trabajo concluido se brinda a docentes un instrumento de apoyo que le permite la ilustración de sus exposiciones conceptuales durante el proceso de enseñanza-aprendizaje, añadiéndose a esto mayor dinamismo en las clases y motivación por parte de los alumnos. Al usuario alumno le permite reforzar el aprendizaje de: 1. El funcionamiento interno de un microprocesador, tomando como modelo a Mac_1, en cuyos principios se basan la mayoría de las computadoras modernas, permitiéndole por analogía comprender sistemas más complejos. 2. Introducirlo en el conocimiento del lenguaje ensamblador mediante la utilización de un lenguaje simple propio de Mac_1. No se desconoce que el comportamiento de los sistemas de enseñanza-aprendizaje está determinado por factores como habilidades, capacidades cognitivas, motivación, preferencias y valores propias de las decisiones humanas, que son a la vez dificilmente cuantificables; se considera conveniente incluirlos y no omitirlos.

5 Conciente de estas limitaciones, se ha llevado a cabo el trabajo pretendiéndose brindar un parámetro sobre los resultados recavados, sin descartar los factores subjetivos dificilmente cuantificables. Se debe aclarar que esta prueba experimental continuará realizándose con diferentes grupos de alumnos para obtener conclusiones de mayor representatividad. No obstante de la primera prueba experimental se puede inferir las siguientes conclusiones primarias: Durante el desarrollo del taller experimental se ha observado en los alumnos una constante expectativa y permanente interés en el momento de la ejecución de la demostración. Además se ha observado que con esta modalidad de trabajo el alumno cuenta con un margen superior para construir sus conocimientos según sus propios ritmos. El estudiante tiene la posibilidad de repetir las veces que considere necesario la demostración. Ayuda a la autoestima del alumno, pues éste no se siente presionado por el docente, ni por sus compañeros ante problemas de tiempo o comprensión. Otras conclusiones que merecen mencionarse son: La importancia de la participación eficaz del docente en el equipo productor de software educativo; aportando su rol de especialista en contenidos y su experiencia a través del trabajo en el aula. La versatilidad del instrumento de software como recurso didáctico, por posibilitar la aplicación del mismo a diversos modelos de enseñanza con el mismo equipamiento, por que se puede aplicar en trabajos individuales o grupales, y porque puede expandirse en varias direcciones. La utilización de herramientas informáticas contribuyen a potencializar la actividad cognitiva de los alumnos. Se requiere de una buena organización y planificación de las actividades incluidas en la etapa de incorporación y utilización de los recursos informáticos, teniendo en cuenta los objetivos pedagógicos de la asignatura o curso. El docente debe resolver tanto el porqué como el cúando y cómo. ANEXO ORGANIZACION DEL TALLER CUASI-EXPERIMENTAL Tema del Taller Funcionamiento de la CPU de una computadora con arquitectura Von Newmann, utilizando un software educativo. Objetivo del Taller Aplicar el Software educativo Simulador del funcionamiento de la CPU de la MAC_1. Evaluar la incidencia del uso del software en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Participantes Alumnos y docentes de 1º año de la carrera de Licenciatura en Sistemas de Información. Pudiéndose aplicar también en carreras de Ciencias de la Computación y afines.

6 Conocimientos previos requeridos Circuitos lógicos secuenciales y combinacionales, multiplexores, decodificadores, unidad aritmética y lógica, etc., todos estos forman parte del nivel de microprogramación de una computadora. Material didáctico Se utilizarán guias para el uso de la herramienta de software. Equipamiento requerido Procesador o superior, Sistema Operativo DOS, monitor VGA o superior. ANEXO Duración El taller tendrá una duración de 1 clase de 2 horas reloj. Lugar del taller Será llevado acabo en el Laboratorio de Informática de la F.C.E.y T. de la Universidad Nacional de Santiago del Estero. Software Simulador del funcionamiento de la CPU de la MAC_1. Objetivo del software El mismo tiene como objetivo demostrar como se interrelacionan los componentes que conforman el ANEXO EVALUACION DEL TALLER CRITERIOS Se plantearon los siguientes criterios de evaluación: 1. Conexión del lenguaje con el modelo lógico de estudio. 2. Comprobación del uso de la metodología: análisis de un todo, descomponiendo en partes. 3. Verificación del reconocimiento de las diferentes fases del modelo: entradas, salidas,

7 control temporal. 4. Sondeo para averiguar si el modelo adquirido es dinámico. 1. Se propuso las siguientes formas de evaluación: Evaluación Diagnóstica Se evaluó las condiciones en que se encontraban los alumnos antes de comenzar el taller experimental, en lo referente a conocimientos en el plano conceptual. Para esta evaluación se confeccionó una prueba que fue resuelta por ambos grupos antes del desarrollo del taller. Evaluación de proceso Seguimiento del alumno durante el desarrollo del taller experimental, mediante la observación de sus actividades individuales y grupales, dificultades y progresos. Los datos obtenidos se registran en una lista de control. Evaluación de resultados Se propuso realizar una evaluación final, y para esto se diseñó y confeccionó una prueba objetiva con múltiples opciones. BIBLIOGRAFIA [AHO90] AHO, Alfred V. SETHI, Ravi Compiladores: Principios, Técnicas y Herramientas Addison-Wesley Iberoamericana 1990 ULLMAN, Jeffrey D. [BORL92] BORLAND C++ - Programmer s Guide Borland International 1992 [MORR93] MORRIS MANO, M. Arquitectura de Computadores Prentice-Hall Hispanoamericana S.A [MYER83] MYERS, Glenford J. El Arte de Probar el Software El Ateneo 1983 [PRES94] PRESSMAN, Roger S. Ingeniería del Software Prentice-Hall Hispanoamericana S.A [TANE93] TANENBAUM, Organización de Prentice-Hall 1993

8 Andrew S. Computadoras Hispanoamericana S..A. [PIZZ87] PIZZARELLI DE S.,Norma Informática Educacional Marymar 1987 MARTIN, Guillermo GOMEZ, Julio [HUDS86] HUDSON, Keith Enseñanza Asistida por Ordenador Diaz de Santos S.A [HAWK85] HAWKRIDGE, David Informática y Educación Kapelusz 1985 [FERN87] FERNANDEZ DURAN, Elsa Aprestamiento Informático Angel Estrada y CÏA 1987 [PAPE81] PAPERT, Seymour Desafío de la Mente Galápago 1981