О курсе
Этот курс предназначен для глубокого изучения архитектуры современных компьютерных систем. Вы узнаете, как устроены процессоры, память, системные платы и периферийные устройства, освоите принципы их работы и взаимодействия. Каждая тема сопровождается практическими работами, которые помогут закрепить теоретические знания на реальном оборудовании.
Целевая аудитория
Студенты специальности "Информационные системы и программирование"
Формат
3 раздела, 23 часа лекций, 14 часов практики
Итог
Дифференцированный зачет и практические навыки работы с аппаратным обеспечением
Начнем с истоков — от простейших счетных устройств до современных компьютеров. Этот раздел закладывает фундамент для понимания эволюции вычислительной техники и принципов классификации ЭВМ. Вы узнаете, как развивались компьютеры и какие типы вычислительных систем существуют сегодня.
Ключевые темы
- История развития вычислительных устройств от абака до современных компьютеров
- Основные этапы эволюции вычислительной техники
- Классификация ЭВМ по назначению, размерам и производительности
- Поколения компьютеров и их характеристики
- Современные тенденции развития вычислительной техники
Практическая работа: Изучение эволюции вычислительных устройств через создание интерактивной хронологической линии развития ЭВМ с ключевыми событиями и изобретениями.
Погружение в основы цифровой логики — фундамент всей компьютерной техники. Вы освоите базовые логические операции, научитесь строить и анализировать логические схемы, познакомитесь с элементной базой современных компьютеров. Этот раздел критически важен для понимания принципов работы процессоров и других цифровых устройств.
Ключевые темы
- Базовые логические операции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ
- Построение и анализ таблиц истинности для сложных логических выражений
- Схемные логические элементы и их обозначения
- Комбинационные схемы: сумматоры, мультиплексоры, дешифраторы
- Последовательностные схемы: триггеры, регистры, счетчики
- Минимизация логических функций методом карт Карно
Практическая работа: Построение таблиц истинности в MS Excel для различных логических схем с автоматической проверкой результатов и визуализацией логических функций.
Изучение фундаментальных принципов построения компьютерных систем. От классической архитектуры фон Неймана до современных многоядерных процессоров. Вы поймете, как организована работа компьютера на системном уровне, какие архитектурные решения используются для повышения производительности.
Ключевые темы
- Архитектура фон Неймана: основные компоненты и принципы работы
- Гарвардская архитектура и ее отличия от архитектуры фон Неймана
- Классификация архитектур: RISC, CISC, VLIW, суперскалярные архитектуры
- Параллельные вычисления: многоядерность, многопоточность, гиперпоточность
- Принципы построения векторных и матричных процессоров
- Современные тенденции: гетерогенные вычисления, нейроморфные процессоры
Практическая работа: Классификация современных микропроцессоров (Intel, AMD, ARM) по архитектурным особенностям с составлением сравнительной таблицы характеристик и анализом областей применения.
Глубокое изучение методов оптимизации работы процессоров. Вы узнаете о конвейеризации, предсказании переходов, кэшировании и других технологиях, которые делают современные процессоры такими быстрыми. Понимание систем команд процессора критически важно для оптимизации программного кода.
Ключевые темы
- Системы команд процессора: CISC vs RISC, форматы команд
- Конвейерная обработка команд и суперскалярность
- Предсказание переходов и спекулятивное выполнение
- Режимы работы процессора: реальный, защищенный, виртуальный
- Технологии виртуализации на уровне процессора
- Механизмы защиты памяти и уровни привилегий
- Современные расширения систем команд: SSE, AVX, AVX-512
Практическая работа: Детальное исследование систем команд процессоров Intel x86/x64 и ARM с анализом ассемблерного кода и изучением влияния различных инструкций на производительность программ.
Практическое изучение всех компонентов современного компьютера. От материнской платы до блока питания — вы узнаете назначение каждого элемента, принципы их взаимодействия через системные шины, поймете, как выбирать и собирать компьютер под конкретные задачи.
Ключевые темы
- Устройство материнской платы: чипсет, сокет, слоты расширения
- Принцип организации интерфейсов: ISA, PCI, PCI Express, M.2
- Форм-факторы корпусов: ATX, Micro-ATX, Mini-ITX, их особенности
- Блоки питания: стандарт ATX, расчет мощности, сертификация 80 PLUS
- Системы охлаждения: воздушное, жидкостное, гибридное
- Прямой доступ к памяти (DMA) и контроллеры прерываний
- Архитектура драйверов устройств и их взаимодействие с операционной системой
Практическая работа: Виртуальная сборка компьютера с учетом совместимости компонентов, расчетом энергопотребления и оптимизацией под конкретные задачи (игры, рендеринг, серверные приложения).
Комплексное изучение иерархии памяти компьютера — от сверхбыстрого кэша процессора до медленных, но емких жестких дисков. Вы поймете физические принципы хранения информации, узнаете о современных технологиях флеш-памяти и твердотельных накопителей, научитесь выбирать оптимальные решения для хранения данных.
Ключевые темы
- Иерархия памяти: регистры, кэш L1/L2/L3, оперативная память, дисковая подсистема
- Принципы работы кэш-памяти: прямое отображение, множественно-ассоциативная организация
- Оперативная память: DDR, DDR4, DDR5 — различия и характеристики
- Постоянная память (ROM): типы и применение
- Технологии Flash-памяти: NOR, NAND, различия и области применения
- Твердотельные накопители (SSD): архитектура, контроллеры, wear leveling
- USB-флеш-накопители: стандарты USB 2.0, 3.0, 3.1, Type-C
Практическая работа: Исследование накопителей на магнитных дисках (HDD) и оптических дисках (CD/DVD/Blu-ray): изучение физического устройства, измерение скорости чтения/записи, анализ S.M.A.R.T. данных.
Практическое знакомство с основными устройствами ввода-вывода. Вы изучите принципы работы мониторов, видеокарт, принтеров, сканеров и других стандартных устройств. Научитесь правильно подключать, настраивать и диагностировать периферийное оборудование, поймете принципы работы различных интерфейсов передачи данных.
Ключевые темы
- Мониторы: технологии LCD, LED, OLED, IPS, VA, TN — отличия и применение
- Видеоадаптеры: GPU архитектура, видеопамять, интерфейсы HDMI, DisplayPort
- Проекционные аппараты: LCD, DLP, лазерные проекторы
- Системы обработки аудио: звуковые карты, цифро-аналоговые преобразователи
- Принтеры: матричные, струйные, лазерные — принципы работы и сравнение
- Сканеры: планшетные, протяжные, ручные — типы и характеристики
- Устройства ввода: клавиатуры (мембранные, механические), мыши (оптические, лазерные)
Практическая работа: Конструкция, подключение и инсталляция стандартных периферийных устройств: физическое подключение, установка драйверов, настройка параметров работы, диагностика неисправностей.
Расширение знаний о специализированном оборудовании для профессиональных и специфических задач. От графических планшетов для дизайнеров до биометрических сканеров для систем безопасности. Вы узнаете о современных устройствах виртуальной и дополненной реальности, 3D-принтерах, профессиональном игровом оборудовании и других инновационных решениях.
Ключевые темы
- Графические планшеты и дигитайзеры для профессиональной работы с графикой
- 3D-принтеры: технологии FDM, SLA, SLS — принципы работы
- Устройства виртуальной реальности: VR-шлемы, трекинг систем
- Биометрические устройства: сканеры отпечатков пальцев, системы распознавания лиц
- Профессиональное игровое оборудование: джойстики, рули, педали, HOTAS
- Специализированное медицинское оборудование
- Промышленные устройства ввода-вывода и системы автоматизации
Практическая работа: Конструкция, подключение и инсталляция нестандартных периферийных устройств на примере графического планшета или VR-оборудования: изучение технических характеристик, процесс подключения, калибровка и настройка для работы.
Итоговая аттестация
Завершение курса — дифференцированный зачет, который проверит ваши знания по всем разделам. Вы продемонстрируете понимание архитектуры компьютерных систем от логических элементов до сложных периферийных устройств. Успешная сдача зачета подтвердит вашу готовность к работе с аппаратным обеспечением на профессиональном уровне и станет важным этапом в вашем становлении как IT-специалиста.
Вернуться на главную