Nombre Luis Miguel Apellidos Nieto Nieto D.N.I. 25994988C E

UNIVERSIDAD DE JAÉN
Vicerrectorado de Docencia y Profesorado
Secretariado de Innovación Docente y Formación del Profesorado
MEMORIA FINAL DE PROYECTOS DE INNOVACIÓN DOCENTE
CONVOCATORIA CURSO 2011/2013
DATOS DEL/DE LA SOLICITANTE
Nombre
Luis Miguel
Apellidos
Nieto Nieto
D.N.I.
25994988C
Centro
EPS de Jaén
Departamento
Categoría
E-mail
[email protected]
Teléfono 82811
Ingeniería Electrónica y Automática
Prof. Colaborador
DATOS DEL PROYECTO
Título
Sistema virtual para realización de prácticas de programación en
lenguaje ensamblador
Línea de actuación
Proyectos para asignaturas
Departamento/s implicados
Ingeniería Electrónica y Automática
Asignatura/s implicada/s
Diseño
de
Computadores,
Informática
Industrial, Fundamentos de Arquitectura de
Ordenadores (Grado de Ing. Inf.)
Titulación/Grado implicado/s
Diplomatura en Estadística e Ing. Técnica en
Informática
Informática
Curso/s implicado/s
1º y 4º curso
Nº de alumnos afectados
60
de
Gestión,
Grado
de
Ing.
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MEMORIA DEL PROYECTO
Justificación
La Arquitectura y la Organización del computador son materias que se
imparten en los estudios de Informática de esta universidad, tanto en los
plantes antiguos como en los nuevos estudios de Grado.
Este proyecto en particular cubre un aspecto de la enseñanza de estas
materias utilizando un procedimiento común a muchos de los planes de
estudio de diversas universidades, que consiste en abordar el estudio del
hardware del microprocesador mediante la comprensión de los resultados de
su actividad a nivel de registros. Con este enfoque se plantea comprender
cómo se procesa la información a nivel de lenguaje máquina, relacionando
hardware y software.
La aplicación debía ilustrar esta relación para facilitar al alumno su
comprensión y por lo tanto su aprendizaje. Por ello se planteó desarrollar
una herramienta con entorno gráfico, interactiva, de bajo coste y abordable
dentro del marco de un Proyecto de Innovación Docente. Además se planteó
la participación activa del alumnado, principalmente en la etapa de
especificaciones del entorno, para adecuarlo lo más posible a las preferencias
del principal usuario final, que no es otro que los propios alumnos. Esto
motivó plantear la aplicación como un simulador de un microprocesador
tratado en las clases de teoría, virtualizando su funcionamiento a nivel de
transferencias de registros, limitándolos a los que un programador puede
incorporar en su programa en ensamblador. Además la aplicación debía
funcionar como una página web, con entorno gráfico que presentara la
actividad de los registros al ejecutar las instrucciones máquina de un
programa precargado.
Como resultado se ha desarrollado una versión operativa de sistema virtual y
de bajo coste, que permite realizar prácticas de ejercicios en lenguaje
ensamblador sobre un procesador base con arquitectura correspondiente al
microprocesador Intel 8085, el más documentado de los que actualmente
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estudian los alumnos de Diseño de Computadores y materias afines. La
aplicación funciona en un visor web, lo que facilita su difusión y favorece el
aprendizaje autónomo.
La principal motivación consistió en facilitar a los alumnos de las
asignaturas implicadas (en particular la de Diseño de Computadores) un
sistema abierto que le permitiera poner en práctica conceptos relacionados
con el funcionamiento del microprocesador a través de ejercicios de
programación en ensamblador. Hasta el momento no se disponía de un
sistema abierto, flexible y de bajo coste que ofreciera esa posibilidad, por lo
que se consideró interesante la puesta en marcha del presente proyecto. A
esto se unió el interés de un grupo de alumnos de la citada asignatura, que
ayudaron a definir las especificaciones de la primera versión.
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Objetivos conseguidos
-
Se ha completado una versión operativa del software de la aplicación
desarrollada en JavaScript, que permite realizar prácticas de
programación en lenguaje ensamblador para el microprocesador 8085,
así como el seguimiento de la actividad de sus registros durante la
ejecución del programa-ejercicio.
-
Apertura del proyecto a la participación del alumnado, contando con dos
equipos de trabajo de estudiantes de Diseño de Computadores, cuatro
durante el primer año del desarrollo del proyecto y tres en el segundo. El
coordinador ha intervenido especialmente en la temporización del
desarrollo de su trabajo para que este sirviera de refuerzo a los
conocimientos que se iban presentando en las clases teóricas de la
asignatura.
-
Participación activa por parte de los alumnos implicados, en particular en
lo relativo a la aportación de comentarios e ideas, resultando
especialmente valiosas para configurar diversos detalles (usabilidad,
estructura del código y accesibilidad) de una aplicación que utilizarán los
propios alumnos.
-
Puesta del sistema a disposición de un grupo de alumnos para una
evaluación preliminar.
-
Presentación del trabajo en un congreso de educación dentro del ámbito
universitario.
-
Se ha dispuesto un procedimiento para añadir instrucciones al lenguaje,
con funcionalidades limitadas y especificadas a nivel de transferencia de
registros.
-
Se ha preparado un manual de uso en formato electrónico en una página
web dedicada.
-
Se han desarrollado varios trabajos de clase, en el ámbito de la
asignatura Diseño de Computadores, relacionados con el proyecto y que
fueron presentados al resto de los alumnos.
-
Se han recogido diferentes ideas y sugerencias procedentes de todos los
alumnos para la mejora de la aplicación.
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Contenidos desarrollados
Descripción de la aplicación:
-
Objeto: simulación de sistema computador basado en un
microprocesador Intel 8085 a nivel de transferencia de registros, con
ejecución de instrucciones máquina propias en modo continuo y paso a
paso, visualizar la actividad de los registros y la memoria, y capacidad
para alterarlos en tiempo de ejecución. Además se ha incorporado un
procedimiento para añadir instrucciones máquina personalizadas.
-
Formato: página web desarrollada en HTML, CSS y JavaScript.
-
Interfaz:
o
Accesos a manuales de usuario y a interfaz gráfica para visualizar
o
Presentación del contenido de memoria en formato de tabla, con
traducción a nemónicos del lenguaje ensamblador, y del espacio de
periféricos.
o
Presentación de un esquema interactivo de los registros del
procesador, flags, sección de la pila, contador de programa y
puntero de pila.
o
Sección para interrupciones, para solicitud y
activación/desactivación de las distintas fuentes de interrupción.
o
Recursos para editar y cargar un programa desarrollado en
ensamblador.
o
Capacidad para ejecución continua o paso a paso (instrucción a
instrucción), con posibilidad de alterar el contenido de los registros
durante la ejecución paso a paso.
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Descripción global de la experiencia
El aspecto más destacable es la participación del alumnado de la asignatura
de Diseño de Computadores durante la etapa de desarrollo, que ha obligado
a una estricta coordinación del aprendizaje de conceptos que se impartían en
la asignatura y que tuvieron que aplicarse en el desarrollo de la aplicación.
Como consecuencia el proyecto les sirvió para reforzar el aprendizaje de la
materia y aplicar conocimientos transversales de otras materias de la
titulación, lo que redundó en su motivación.
Además se han ofrecido diversos trabajos de clase en la asignatura de Diseño
de Computadores de duración media (de 3 a 6 semanas), relacionados con el
desarrollo de la aplicación, que fueron presentados en clase por los propios
alumnos, y contribuyó a motivar a otros compañeros en el aprendizaje de la
materia y a la realización de otros trabajos.
Se ha presentado la experiencia en el XX1 Congreso Universitario de
Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas (CUIEET), celebrado en
Valencia del 10 al 12 de julio 2013, como un trabajo titulado “Desarrollo de
un simulador para prácticas de programación en ensamblador”.
Se tiene previsto presentar el trabajo en el próximo Congreso de Innovación
que organice la Universidad de Jaén.
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Metodología empleada
(sesiones de trabajo, actividades, recursos didácticos, cronograma, etc)
-
Convocatoria de reuniones de trabajo periódicas para planificación y
seguimiento de la ejecución de las tareas.
-
Revisión inicial de herramientas didácticas de temática similar.
-
Selección de bibliografía docente y técnica relacionada con la asignatura.
-
Elaboración de las especificaciones del sistema.
-
Apertura del proyecto a la participación del alumnado en la modalidad de
Proyectos Fin de Carrera y de trabajos de clase para colaboración en la
realización de parte del material.
-
Desarrollo de la aplicación empleando los recursos de diseño y
fabricación disponibles.
-
Test del sistema mediante simulación de redes virtuales de ordenadores
con servidor para la aplicación y clientes de varios sistemas operativos,
empleando un PC multiprocesador con SO Windows 7 y software de
virtualización VirtualBox. Este se empleó para montar una máquina
virtual como servidor con SO Windows 7, más 4 máquinas virtuales
actuando como clientes, con asignación de 1 procesador por máquina +
512MB de RAM y sistemas operativos Windows 7, Windows XP y Ubuntu.
Todo el conjunto se virtualizó con acceso a Internet, por lo que el servidor
también estaba disponible para máquinas físicas conectadas en red WAN.
-
Recogida en clase de opiniones y sugerencias de los alumnos sobre el
diseño y el uso de la aplicación en función de las asignaturas que puedan
utilizarla.
-
Estudio de resultados y elaboración de conclusiones orientadas al
desarrollo de una futura versión, en particular relacionados a su
aprovechamiento en las distintas asignaturas implicadas en el proyecto.
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Resultados obtenidos
(los materiales o documentos que se hayan producido en la experiencia deben
presentarse en forma de anexo)
-
Aplicación web desarrollada en JavaScript con correcta funcionalidad en
distintas plataformas, con capacidad para cargar un programa escrito en
ensamblador y visualizar la actividad en los registros de un
microprocesador Intel 8085.
-
Permite la ejecución paso a paso, e intervenir alterando los registros del
procesador y los contenidos de la memoria.
-
Se ha establecido un procedimiento para añadir nuevas instrucciones al
repertorio del lenguaje.
-
Manuales de usuario integrados en la web.
-
Participación de alumnos en foros de preguntas y opinión del uso de la
aplicación.
-
Difusión de resultados en congresos de docencia de la Ingeniería.
-
Aplicación y manuales accesible en
http://www4.ujaen.es/~lmnieto2/DC/Sim8085/index.php
Proyección e Impacto
(transferencia de los resultados y mejoras en el aprendizaje demostrables)
-
Se ha presentado la experiencia en el XX1 Congreso Universitario de
Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas (CUIEET), celebrado en
Valencia del 10 al 12 de julio 2013, como un trabajo titulado “Desarrollo
de un simulador para prácticas de programación en ensamblador”.
-
Se ha puesto a disposición para uso de toda la comunidad universitaria
en la web, en la dirección
http://www4.ujaen.es/~lmnieto2/DC/Sim8085/index.php.
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Evaluación del proceso y Autoevaluación
(instrumentos y recursos empleados)
Recursos:
Para la planificación y seguimiento del proyecto se han utilizado las
siguientes herramientas libres, que también se han aprovechado para
evaluar el desarrollo y el cumplimiento de las especificaciones:
-
Software para elaborar mapas mentales FreeMind, utilizado en sesiones
de trabajo conjuntas.
-
Calendario on-line Google Calendar para difusión de hitos previstos y
cumplidos, gestionado por los coordinadores del Proyecto.
-
Google Tasks para publicar listas de tareas.
Debe indicarse que, aunque se planteó inicialmente la aplicación de
conceptos de planificación UML, se optó por utilizar herramientas más
simples y generales con el fin de elaborar mapas mentales, en lugar de
aplicaciones para elaborar diagramas UML.
Para la edición del código fuente de la aplicación se emplearon las siguientes
herramienta libres:
-
Editores de texto plano Notepad++ (código HTML y JavaScrit)
-
Editor HTML Kompozer.
Para la evaluación el recurso principal han sido las reuniones de trabajo
periódicas con los alumnos directamente implicados en el desarrollo de la
aplicación. Además, tras presentar el trabajo a los demás alumnos, se
constituyó un foro de opinión y ayuda para usuarios de la aplicación, abierto
hasta el curso académico actual empleando los recursos propios de la
Universidad de Jaén. En este foro se abrieron las siguientes temáticas para
realizar comentarios y sugerencias:
-
Facilidad de uso de la aplicación. Sugerencias de mejora de la interfaz.
-
Utilidad de la aplicación en el aprendizaje de conceptos de la asignatura.
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-
Sugerencias para añadir o cambiar funcionalidades.
Evaluación de los alumnos:
En general ha sido muy positiva la valoración de los usuarios, y en
particular la de los participantes activos que colaboraron en la
planificación y elaboración del código fuente. Sus propias
conclusiones son las de haber conseguido aprender con profundidad
el funcionamiento de un sistema computador al necesitar comprender
e implementar las operaciones que realiza al ejecutar cada instrucción
máquina, y los recursos auxiliares que precisa para esa ejecución.
Además para la mayoría de los colaboradores ha sido la primera vez
que trabajaban en equipo tan numeroso y en un desarrollo de tan
larga duración, con los consiguientes compromisos que debían
asumirse, y la novedad en el manejo de herramientas de planificación
y gestión.
La motivación del resto de los alumnos se ha manifestado con las
numerosas solicitudes de participación en este trabajo o en otros de
más corta duración, así como en la participación en los foros
relacionados.
Autoevaluación:
La elaboración de una aplicación de bajo coste para ayuda al
aprendizaje que permita aplicar las TIC ha contado con el valor
añadido de la participación activa de un grupo de alumnos
colaboradores. Como consecuencia, algunas especificaciones que han
sido alteradas o añadidas no habrían sido posibles sin la participación
de los propios alumnos durante el proceso de planificación y
desarrollo alumnos. En este sentido consideramos un acierto la
implicación desde etapas de planificación, y no únicamente en la fase
de desarrollo o test. De este modo se consiguió desarrollar una versión
preliminar en pocos meses, a falta de un test posterior en red.
La utilización de herramientas propias de la universidad y otras
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aplicaciones freeware, ha posibilitado la ejecución del proyecto dentro
de presupuesto. Sin embargo el tiempo de dedicación de los alumnos
se ha limitado en la práctica a un cuatrimestre por curso académico.
Además, el tiempo de vida de cada grupo ha sido también de un
cuatrimestre, lo que obligó a constituir y a formar un nuevo grupo de
trabajo en el cuatrimestre del segundo curso académico de duración
del Proyecto.
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Otras consideraciones
Gastos generados en el segundo año
Fungibles
-
198,16€
Inventariables
-
894,99€: compra de material informático
Viajes/Actividades
-
400,00€: inscripción en el 21 Congreso
Universitario de Innovación Educativa en las
Enseñanzas Técnicas (XX1 CUIEET). Universidad
de Valencia. 10 al 12 de julio de 2013.
Otros
Justificación
-
Material informático: se empleó el software de
virtualización VirtualBox para montar una red de
ordenadores (servidor de la aplicación y clientes)
con diferentes sistemas operativos (Windows,
Linux). La virtualización de este sistema en un
único equipo agilizó el desarrollo y test de la
aplicación, aunque exige un soporte hardware
suficientemente potente.
-
Inscripción al congreso nacional: difusión del
Proyecto a la comunidad universitaria.
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DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO
Nombre
Luis Miguel
Apellidos
Nieto Nieto
D.N.I.
25994988C
Centro
EPS de Jaén
Departamento
E-mail
[email protected]
Teléfono 82811
Ingeniería Electrónica y Automática
Asignatura impartida
Diseño de Computadores (Diplom. Est. e ITIG)
Curso
4º
Categoría
Prof. Colaborador
Firma
DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO
Nombre
Rafael
Apellidos
Gutiérrez Moya
D.N.I.
20416415 M
Centro
EPS de Jaén
Departamento
Categoría
E-mail
[email protected]
Teléfono 82807
Ingeniería Electrónica y Automática
Prof. Titular de Escuela
Firma
DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO
Nombre
Ángel G.
Apellidos
González Rodríguez
D.N.I.
26014077 L
Centro
EPS de Jaén
Departamento
Categoría
E-mail
[email protected]
Teléfono 82457
Ingeniería Electrónica y Automática
Prof. Contratado Doctor
Firma
VºBº de Coordinador/a
Fdo.: Luis Miguel Nieto Nieto
Jaén, a 17 de julio de 2013
VICERRECTOR DE DOCENCIA Y PROFESORADO DE LA UNIVERSIDAD DE JAÉN