Lenguajes y Fundamentos de Programación · LNG-310

Arquitectura de computadores y ensamblador

Registros, pila, juego de instrucciones y qué hace realmente el compilador con el código en C.

Próximamente Avanzado 7 módulos · 35 clases

Formato asíncrono Docentes FP, Alumnado, Ingeniería / Industria C, JupyterLab

HARDWARE DESARROLLO FP JUPYTER

Lo que aprenderás

Leer el ensamblador generado por el compilador a partir de una función escrita en C.
Explicar el papel de registros, banderas y contador de programa en la ejecución de una instrucción.
Seguir el marco de pila de una llamada, con paso de argumentos, retorno y variables locales.
Traducir estructuras de control de C a saltos condicionales e incondicionales en ensamblador.
Relacionar jerarquía de memoria y caché con diferencias medibles de rendimiento en un bucle.
Comparar el código generado sin optimización y con optimización para explicar qué transforma el compilador.
Preparar prácticas de aula donde el alumnado observa el efecto de un cambio en el código fuente.

Contenido del curso

7 módulos · 35 clases en vídeo · práctica guiada en cada módulo

Módulo 1 · La máquina por dentro 5 clases

Del transistor a la instrucción: capas de abstracción
Unidad de control, ALU y registros
Ciclo de instrucción: búsqueda, decodificación y ejecución
Entorno del curso: compilar y ver el ensamblador
Primer ejemplo: una suma en C y su traducción

Módulo 2 · Datos y direccionamiento 5 clases

Representación de enteros y complemento a dos
Coma flotante y sus sorpresas
Modos de direccionamiento con ejemplos
Alineación, tamaño de tipos y relleno en estructuras
Orden de bytes y por qué aparece en ficheros y redes

Módulo 3 · Instrucciones y control 5 clases

Movimiento de datos y operaciones aritméticas
Banderas de estado y comparaciones
Saltos condicionales: traducir un if
Bucles for y while vistos en ensamblador
Tablas de saltos y traducción de un switch

Módulo 4 · Funciones y pila 5 clases

Convenios de llamada y paso de argumentos
Prólogo y epílogo de una función
Marco de pila y variables locales paso a paso
Recursión observada en la pila
Desbordamiento de pila: causa vista desde dentro

Módulo 5 · Memoria y rendimiento 5 clases

Segmentos del proceso: código, datos, montículo y pila
Jerarquía de memoria y líneas de caché
Recorrer una matriz por filas o por columnas: medición
Localidad espacial y temporal con ejemplos
Memoria virtual y traducción de direcciones

Módulo 6 · Qué hace el compilador 5 clases

Compilar sin optimización y con optimización
Propagación de constantes y eliminación de código muerto
Inserción de funciones y despliegue de bucles
Asignación de registros y desaparición de variables
Cuándo el compilador es mejor que la optimización manual

Módulo 7 · Práctica de cierre 5 clases

Enunciado: analizar y acelerar una función real en C
Perfilar y localizar el punto costoso
Leer el ensamblador para entender la causa
Aplicar un cambio y medir el efecto
Convertir el caso en práctica guiada para el aula

Requisitos

Programación en C a nivel de punteros, arrays, estructuras y funciones.
Nociones de sistemas operativos: proceso, memoria y ejecución de programas.
Se trabaja con un compilador y un depurador en el entorno preparado del curso, accesible desde el navegador.

Descripción

Entre el código en C y lo que ejecuta el procesador hay una capa que la mayoría nunca mira. Esa opacidad se paga cuando aparece un desbordamiento de pila, cuando un bucle es diez veces más lento de lo esperado o cuando hay que explicar en clase por qué una variable local desaparece al salir de la función. Ver el ensamblador convierte esas explicaciones en observación directa.

El curso avanza siempre en dos ventanas: el fuente en C y el ensamblador que produce el compilador. Se estudian registros, modos de direccionamiento, la disposición del marco de pila y la traducción de bucles y condicionales. Después se activan las optimizaciones y se compara el resultado, viendo desaparecer variables, desplegarse bucles y convertirse llamadas en código insertado.

Lo que se obtiene es un modelo mental sólido de la máquina, útil para depurar a bajo nivel, para razonar sobre rendimiento y, en el aula, para construir prácticas donde cada cambio en el fuente tiene un efecto visible. Enlaza de forma natural con el curso de compiladores e intérpretes y con cualquier trabajo posterior en sistemas empotrados.

¿Para quién es este curso?

Profesorado de FP de Informática que imparte arquitectura de computadores y busca ejemplos observables.
Alumnado de ciclos superiores que ha programado en C pero no ha visto nunca el código generado.
Ingeniería que trabaja con sistemas empotrados y necesita razonar sobre memoria y rendimiento.