- Кількість кредитів 6
- Тип Обов'язковий
- Семестри 7, 8
- Рівень вищої освіти Бакалавр
- Підсумковий контроль Екзамен, Залік
Дисципліна «Комп’ютерна схемотехніка та архітектура комп’ютерів» забезпечує послідовне вивчення цифрової схемотехніки, принципів побудови функціональних вузлів комп’ютерних систем та архітектурної організації сучасних обчислювальних засобів. Зміст дисципліни охоплює булеву алгебру і цифрові логічні елементи, комбінаційні та послідовні пристрої, пам’ять, структуру процесора, систему команд, ієрархію пам’яті, введення-виведення, конвеєрну та багатоядерну організацію, а також основи моделювання, проєктування і діагностування цифрових систем.
Метою курсу є формування у здобувачів фахової передвищої освіти системного розуміння принципів побудови, функціонування та взаємодії апаратних вузлів комп’ютера, а також практичних умінь аналізувати, моделювати, проєктувати і досліджувати цифрові схеми та базові архітектурні механізми сучасних комп’ютерних систем. Курс спрямований на поєднання рівня логічних елементів і функціональних вузлів із рівнем процесорної архітектури, пам’яті та підсистем введення-виведення, що створює основу для подальшого опанування мікропроцесорної техніки, системного програмування, вбудованих систем та інтернету речей.
МОДУЛЬ 1. Основи цифрової схемотехніки
Тема 1. Основи комп’ютерної схемотехніки. Цифрові сигнали, логічні рівні, системи числення та булева алгебра.
Тема 2. Логічні елементи та технології їх реалізації. ТТЛ і КМОН: електричні та часові параметри.
Тема 3. Мінімізація логічних функцій. Карти Карно та синтез логічних схем.
Тема 4. Комбінаційні пристрої: мультиплексори, демультиплексори, шифратори, дешифратори та компаратори.
Тема 5. Арифметичні цифрові вузли: напівсуматори, суматори, віднімачі та основи побудови АЛП.
МОДУЛЬ 2. Послідовні пристрої та пам’ять
Тема 6. Тригери та защіпки: SR, D, JK, T. Синхронізація і часові параметри.
Тема 7. Регістри і регістри зсуву. Паралельне та послідовне передавання даних.
Тема 8. Лічильники, дільники частоти та часові послідовності.
Тема 9. Скінченні автомати та принципи проєктування синхронних цифрових пристроїв.
Тема 10. Напівпровідникова пам’ять: ROM, SRAM, DRAM, Flash. Організація та часові характеристики.
МОДУЛЬ 3. Базова архітектура комп’ютера
Тема 11. Функціональна організація комп’ютера. Архітектури фон Неймана і Гарвардська. Системні шини.
Тема 12. Структура процесора: тракт даних, АЛП, регістровий файл і пристрій керування.
Тема 13. Цикл виконання команди. Мікрооперації, жорстка та мікропрограмна логіка керування.
Тема 14 Архітектури систем команд: CISC і RISC. Загальні принципи x86, ARM та RISC-V.
Тема 15. Подання даних і комп’ютерна арифметика. Цілі та дійсні числа, стандарт IEEE 754.
МОДУЛЬ 4. Пам’ять та введення-виведення
Тема 16. Ієрархія пам’яті та принцип локальності. Організація кеш-пам’яті.
Тема 17. Віртуальна пам’ять, сторінкова організація, трансляція адрес, MMU та TLB.
Тема 18. Організація введення-виведення. Програмне введення-виведення, переривання
Тема 19. Системні шини та інтерфейси. PCI Express, USB, шина пам’яті та принципи адресації пристроїв.
Тема 20. Підсистеми зовнішньої пам’яті: HDD, SSD, SATA, NVMe. Контролери та буферизація.
МОДУЛЬ 5. Сучасна мікроархітектура
Тема 21. Конвеєризація команд. Структурні, інформаційні та керувальні конфлікти.
Тема 22. Суперскалярне і позачергове виконання. Перейменування регістрів та прогнозування переходів.
Тема 23. Багатоядерні процесори, апаратна багатопотоковість і паралельні обчислення.
Тема 24. Графічні процесори та гетерогенні обчислювальні системи.
Тема 25. Продуктивність комп’ютерних систем: CPI, тактова частота, пропускна здатність, бенчмарки, енергоспоживання.
МОДУЛЬ 6. Проєктування та діагностування
Тема 26. Мови опису апаратури та програмована логіка. Основи Verilog/VHDL, FPGA і CPLD.
Тема 27. Моделювання цифрових схем і процесорних вузлів у EDA-середовищах.
Тема 28. Тестування та діагностування цифрових пристроїв і комп’ютерних підсистем. Осцилограф, логічний аналізатор, POST/UEFI.
Тема 29. Комплексне проєктування та порівняльний аналіз архітектури комп’ютерної системи.
