En la era digital, comprender cómo funciona un computador desde las piezas más pequeñas hasta las aplicaciones que usamos diariamente es una herramienta fundamental para cualquier profesional involucrado con la tecnología. Dominar estos conceptos permite no solo apreciar la complejidad detrás de cada proceso, sino también impulsar innovaciones que transforman el futuro tecnológico. Por ello, se ha diseñado un curso de 12 semanas que guía a los participantes a través de un viaje educativo desde el transistor hasta un navegador web completamente funcional, abarcando desde el hardware al software de forma integrada y clara. El curso parte con una introducción muy clara y concisa sobre los transistores, que son el bloque básico de construcción de cualquier dispositivo electrónico. Aunque los transistores son intrínsecamente complejos y no se profundiza en los aspectos teóricos más avanzados, se presenta su importancia y cómo estos conforman componentes más complejos como los circuitos integrados y las FPGAs, que son piezas clave para entender sistemas electrónicos programables modernos.
Esta primera aproximación establece la base conceptual para los siguientes módulos, mostrando la relación entre diseño electrónico y computación. En la segunda fase, el foco se centra en los lenguajes de descripción de hardware, una habilidad esencial para quienes quieren crear circuitos digitales. Aquí, los estudiantes trabajan con Verilog, un lenguaje estándar para describir hardware, comenzando con proyectos sencillos como hacer parpadear un LED. Esta práctica inicial no solo enseña sintaxis y simulación sino que conecta conceptos abstractos con resultados palpables. Luego, se avanza hacia diseños más robustos, como la construcción de un UART, que introduce la comunicación serial y el concepto de memoria mapeada de entrada y salida (MMIO), fundamentales tanto en hardware como en la interacción con software.
El núcleo del aprendizaje se encuentra en la comprensión profunda de qué es un procesador. En esta parte, el curso guiá a los estudiantes en el diseño y codificación de un procesador ARM7 empleando Verilog, desglosando su arquitectura interna, incluyendo pipeline, unidad de decodificación, etapas de ejecución y memoria. De forma complementaria, los participantes codifican un ensamblador en Python que se ejecuta en paralelo, facilitando así una visión integral del ensamblaje del código y su función en la ejecución de instrucciones por la CPU. Además, se desarrolla un bootrom que permite cargar código en memoria vía puerto serial, integrando hardware y software en un ambiente cohesivo. En el cuarto segmento, la atención se redirige hacia el software de alto nivel mediante la construcción de un compilador C básico en Haskell.
Aquí, se proporciona una introducción sólida al diseño de compiladores, desde el análisis sintáctico hasta la generación de código para ARM, permitiendo a los estudiantes comprender cómo los lenguajes abstractos se traducen en instrucciones concretas para el procesador. También se abordan temas como la creación de un linker que produce archivos ELF, esenciales para la ejecución y prueba de programas mediante emuladores como QEMU. Paralelamente, se desarrollan componentes clave como libc con funciones básicas y un controlador Ethernet en Verilog, preparando el terreno para sistemas más complejos. El sistema operativo aparece en el corazón del programa con un abordaje que abarca tanto hardware como software. La construcción del MMU basado en el diseño ARM9 añade funciones cruciales como administración de memoria virtual y traducción de direcciones mediante TLBs.
El bootloader se actualiza para incorporar estas funciones y cargar el sistema operativo. La creación del sistema operativo en lenguaje C implementa características UNIX esenciales: manejo de archivos, procesos, memoria y mecanismos básicos de sincronización y comunicación. Este SO es diseñado para ejecutar programas de usuario, ofreciendo herramientas de depuración e interacción que enriquecen la experiencia de aprendizaje. Además, se implementan drivers para interactuar con hardware moderno como tarjetas SD y sistemas de archivos FAT, lo que permite ejecutar aplicaciones del espacio de usuario que realizan operaciones comunes como listar archivos o gestionar procesos. El curso alcanza nuevas alturas al introducir la red y la conectividad mediante la creación de una pila TCP dentro del kernel.
Esta etapa enseña cómo integrar controladores de hardware Ethernet en el sistema operativo y cómo exponer servicios de red mediante llamadas al sistema. Se desarrolla un servidor Telnet que permite múltiples conexiones simultáneas, mostrando la potencia de la multitarea y la comunicación en red. Con este fondo, se explica la implementación de un cargador dinámico para bibliotecas compartidas, un reflejo de tecnologías reales que optimizan el uso de recursos y mejoran la modularidad del software. Finalmente, se culmina con la creación de un navegador web de texto que utiliza los recursos del sistema y proporciona una experiencia de navegación básica pero funcional en el entorno de terminal. Para cerrar el ciclo formativo, el curso introduce un módulo dedicado a la implementación física, enfocándose en la interacción con hardware real.
Se brindan conocimientos prácticos para diseñar y ensamblar placas FPGA, incluyendo técnicas modernas como reflujo de soldadura y programación mediante JTAG. Esta parte permite a los estudiantes transferir sus diseños desde simuladores a hardware tangible, conectando teoría y práctica. El valor de este curso radica en su enfoque holístico, guiando desde los fundamentos electrónicos hasta aplicaciones sofisticadas, en un proceso que refleja el desarrollo real de sistemas computacionales modernos. La secuencia pedagógica está diseñada para que los proyectos se construyan unos sobre otros, asegurando un entendimiento profundo y coherente de cada capa de la tecnología. Además, el uso de herramientas y lenguajes variados permite a los participantes familiarizarse con el ecosistema tecnológico actual, desde Python y Haskell hasta C y Verilog, potenciando la versatilidad profesional.
Al final, se obtiene no solo conocimiento teórico, sino también experiencia práctica en la creación de hardware digital, sistemas operativos y aplicaciones que se comunican en red. Este tipo de curso representa una rareza muy valiosa en la educación en ciencias de la computación, ya que suele ser difícil encontrar formaciones que combinen hardware y software con tanta profundidad y relevancia práctica. Para estudiantes, ingenieros o aficionados con pasión por la tecnología, resulta una oportunidad única para comprender en primera persona cómo funcionan las computadoras modernas desde su esencia hasta la experiencia de usuario final. En definitiva, estudiar desde el transistor hasta el navegador web mediante un plan estructurado y riguroso prepara a los participantes para enfrentar y liderar proyectos innovadores, aportando un conocimiento sólido que conecta el diseño electrónico, la arquitectura de procesadores, los sistemas operativos y las aplicaciones de red, abriendo las puertas a un amplio espectro de posibilidades profesionales en el ámbito tecnológico.
