Syllabus

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Каф. комп'ютерних наук

Комп'ютерна схемотехніка та архітектура комп'ютерів

Силабус

1. Освітні програми, для яких дисципліна є обов’язковою:

# Рівень освіти Галузь знань Спеціальність Освітня програма Курс(и) Семестр(и)
1 бакалавр 12. Інформаційні технології 122. Комп’ютерні науки та інформаційні технології (бакалавр) 2 3-4
2 бакалавр 12. Інформаційні технології 126. Інформаційні системи та технології (бакалавр) 2 3-4

2. Дисципліна пропонується як вибіркова для усіх рівнів вищої освіти і усіх освітніх програм.

3. Інформація про автора курсу

Прізвище, ім'я та по батькові Никитюк Вячеслав Вячеславович
Науковий ступінь канд. техн. наук
Вчене звання немає
Посилання на сторінку викладача(ів) на офіційній веб-сторінці університету https://library.tntu.edu.ua/personaliji/a/n/nykytjuk-vjacheslav-vjacheslavovych/
Е-mail (в домені tntu.edu.ua)

4. Інформація про навчальну дисципліну

Розподіл аудиторних годин Лекції: 34
Практичні заняття: 0
Лабораторні заняття: 68

Кількість годин самостійної роботи: 153
Кількість кредитів ECTS: 8,5
Мова викладання українська
Вид підсумкового контрою залік
Посилання на електронний навчальний курс у СЕН університету ATutor https://dl.tntu.edu.ua/bounce.php?course=1861

5. Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Метою дисципліни:
Комп'ютерна схемотехніка та архітектура комп'ютерів є: засвоєння необхідних знань з основ теорії побудови, функціонування основних пристроїв, вузлів, базових елементів та архітектури сучасної комп'ютерної техніки, що виконані на базі інтегральної технології, формування твердих практичних навичок щодо оцінювання технічного стану комп'ютерної техніки, розрахунків параметрів аналогових та цифрових схем, аналізу умов функціонування та синтезу схем з заданими характеристиками, а також підготовка висококваліфікованих спеціалістів, які вміють раціонально вибирати та використовувати сучасні типи комп'ютерів в умовах автоматизованого проектування; аналізувати, розраховувати, синтезувати та проектувати цифрові електроні пристрої, які використовуються в комп'ютерних та мікропроцесорних системах.
Завданням дисципліни є:
оцінювання технічного стану комп'ютерної інженерії, характеристики елементів та вузлів, виявлення та усунення несправності, налагоджування аналогових та цифрових схем комп'ютерної техніки; створення за допомогою засобів алгебри логіки математичної моделі складних вузлів цифрової схемотехніки; подання логічної функції різними способами та здійснення їх мінімізації; проведення аналізу умов функціонування цифрових схем комп'ютерної техніки, а також здійснення синтезу цифрових схем із заданими властивостями в різних системах базисних функцій; проведення розрахунків необхідних параметрів елементів комп'ютерної схемотехніки, використання в сумісній роботі базових логічних елементів різного типу логіки; виконання розрахунків та моделювання цифрових електронних схем ЕОМ; аналіз та синтез цифрових електронних пристроїв; використання сучасних цифрових електронних елементів та пристроїв у ході проектування; розроблення специфікації комп'ютерного обладнання, засобів зв'язку та обслуговування.

Місце дисципліни в структурно-логічній схемі навчання за освітньою програмою

Перелік дисциплін, або знань та умінь, володіння якими необхідні студенту (вимоги до рівня підготовки) для успішного засвоєння дисципліни

Студенти повинні володіти базовими знаннями філософія, фізики, програмування.
Студент повинен мати рівень впевненого користувача прикладних програм пакету Microsoft Office 365, та базовий рівень AutoCAD, SolidWorks, КОМПАС-3D, CorelDRAW, KiCad.

Зміст навчальної дисципліни

Лекційний курс (формулювання тем)

Семестр 3: Архітектура комп'ютерних систем:
Походження персональних комп'ютерів. Історія розвитку комп'ютерів. Історія персонального комп'ютера. Розвиток комп'ютерної архітектури. Появи першого ПК. Типи комп'ютерів. Сучасні комп'ютери.
Персональний комп'ютер його можливості та структура систем. Типи та будова систем. Основні компоненти комп'ютерної системи. Організація комп'ютерної системи.
Типи і специфікації мікропроцесорів. Історія мікропроцесорів до появи ПК. Параметри процесорів. Функції процесора. Виробництво процесорів. Гнізда для процесорів (Сокет). Модернізація процесора. Розгін. Охолодження процесорів. Причини несправності процесорів.
Системні плати і шини. Формфактори системних плат. Гнізда для процесорів. Набори мікросхем системної логіки. Набори мікросхем системної логіки для процесорів Intel. Набори мікросхем системної логіки для процесорів Athlon. Типи шин вводу-виводу. Системні ресурси. Вибір системної плати.
BIOS - базова система вводу-виводу.Основи BIOS. Системна BIOS. Оновлення BIOS. Параметри CMOS. Plug and Play BIOS. Повідомлення про помилки BIOS і MBR.
Оперативна пам'ять. Основні поняття. Типи ОЗУ і продуктивність. Модулі пам'яті. Визначення обсягу та інших характеристик модулів пам'яті. Банки пам'яті. Швидкодія пам'яті. Збільшення обсягу пам'яті. Усунення помилок пам'яті. Процедури локалізації дефекту пам'яті. Логічна організація пам'яті.
Види і класифікації фізичних носіїв інформації. Інтерфейс ATA / IDE. пристрої магнітного зберігання даних. Накопичувачі на жорстких дисках. Накопичувачі зі змінними носіями. Пристрої оптичного зберігання даних.
Відеоадаптери і монітори. Технології відображення інформації. Відеоадаптери. Інтерфейси відеоадаптерів. Прискорювачі тривимірної графіки. Монітори. Використання декількох моніторів. Пристрої захоплення відео. Пошук та усунення несправностей і підтримка відеоадаптерів і моніторів.
Аудіопристрої. Перші звукові адаптери. Історія розвитку мультимедіа. Компоненти аудіосистеми. Звукові плати: основні поняття і терміни. Набори мікросхем системної логіки з інтегрованою аудіосистемою. Установка звукової плати. Усунення несправностей звукових плат. Акустичні системи. Мікрофони.
Зовнішні інтерфейси вводу-виводу.Знайомство з портами вводу-виводу. Низькошвидкісні зовнішні підключення.
Пристрої введення. Клавіатури. Пристрій клавіатури. Пошук несправностей і ремонт клавіатури. Рекомендації по вибору клавіатури. Пристрої позиціонування. Бездротові пристрої введення даних.
Підключення до інтернету. Способи підключення до Інтернету. Способи підключення до Інтернету. Комутовані модеми. Безпека доступу до Інтернету.
Мережі. Що таке мережа. Архітектура "клієнт / сервер" і однорангові мережі. Огляд мережевих протоколів. Апаратне забезпечення мережі. Мережеві протоколи. Альтернативні способи організації домашньої мережі. Налаштування мережі.
Блоки живлення. Призначення і принципи роботи блоків живлення. Формфактори блоків живлення. Вимикачі живлення. Роз'єми живлення системної плати. Додаткові роз'єми живлення. Специфікації блоків живлення. Розрахунок споживаної потужності. Питання виключення живлення. Управління живлення. Проблеми, пов'язані з блоками живлення. Заміна блоків живлення. Захисні пристрої в мережі живлення. Батареї RTC / NVRAM.
Збірка і модернізація комп'ютера. Компоненти комп'ютера. Програмні та апаратні ресурси. Збірка і розбирання комп'ютерів. Установка системної плати. Завантаження системи. Пошук та усунення несправностей після складання системи. Установка операційної системи.
Засоби діагностики і технічне обслуговування. Діагностика ПК. Програми діагностики. Завантаження. Інструменти і прилади. програма профілактичних заходів. Основні напрямки пошуку і усунення несправностей.
Семестр 4: Комп'ютерна схемотехніка, будова та принцип роботи елементів (деталей) в комп'ютерних системах:
Форми зображення інформації. Характеристика електричних сигналів. Способи електричного відображення двійкових цифр та чисел. Розділові, диференціюючі та інтегруючі кола. Практичне застосування інтегруючих RC-кіл.
Логічні основи схемотехніки ЕОМ. Алгебра логіки при аналізі та синтезі логічних функцій. Основи синтезу логічних пристроїв. Транзистори як технічна основа реалізації логічних функцій.
Схемотехніка цифрових елементів. Характеристика та класифікація цифрових елементів. Синтез асинхронних тригерів. Синхронні тригери.
Схемотехніка комбінаційних вузлів. Типові комбінаційні вузли: шифратори, дешифратори, мультиплексори, демультиплексори, цифрові компаратори. Типові комбінаційні вузли: кодоперетворювачі, програмовані логічні матриці, комбінаційні суматори.
Схемотехніка цифрових вузлів. Регістри. Лічильники.
Схемотехніка обслуговуючих елементів. Мультивібратори. Генератори напруги, що лінійно змінюються. Генератори псевдовипадкових чисел. Формувачі імпульсів.
Схемотехніка аналогових та комбінаторних вузлів. Аналогові інтегровані схеми. Аналого-цифрове та цифроаналогове перетворення.
Напівпровідникові запам’ятовуючі пристрої. Основні поняття. Постійні запам’ятовуючі пристрої. Статичні оперативні ЗП. Динамічні оперативні ЗП. Кеш-пам’ять. ПЛІС. FPGA. САМ-пам’ять. Пам’ять FeRAM. Побудова модулів пам’яті.
А також на курсі є медіа контент для навчання.

Лабораторний практикум (теми)

Семестр 3: Архітектура комп'ютерних систем
Лб. №1 Опис, будова та визначення технічних параметрів материнської плати.
Лб. №2 Будова та основні характеристики процесора.
Лб. №3 Конструкційні особливості оперативної пам’яті.
Лб. №4 Принцип роботи, будова та основні схемотехнічні особливості характеристик відеокарти.
Лб. №5 Основні задачі та схемотехнічні рішення блока живлення комп’ютера. Розрахунок потужності та сертифікація.
Лб. №6 Види і класифікації носіїв інформації. Будова і характеристики HDD, SSD, PCIe NVMe та відміності між ними.
Лб. №7 Підбір апаратної реалізації комп’ютерних комплектуючих для комфортного функціонування програмних засобів в IT- галузі.
Семестр 4: Комп'ютерна схемотехніка, будова та принцип роботи елементів (деталей) в комп'ютерних системах.
Лб. №1 Принцим роботи, характеристики, будова та основні можливості прототипу для будови електричних плат.
Лб. №2 Підбір та реалізація елементної бази для вибраного прототипу.
Лб. №3 Комп'ютерне схемотехнічне рішення прототипу по будові електричної-принципової плати в середовищі KiCad.
Лб. №4 Принцип та загальний опис прототипу, розводки друкованої плати в середовищі KiCad.
Лб. №5 Будова та інженерське вирішення проблематики по будові функціональної схеми прототипу. Вирішення габаратних розмірів плати виготовлення і кріплення в корпусі, в середовищі KiCad
Лб. №6 Вигляд готового продукту (прототипу). 3D відтворення конструкції.

Навчальні матеріали та ресурси

1. Scott Mueller. UPGRADING and REPAIRING PCs. 22nd Edition. 2015. – 2080p. ISBN-13: 978-0-7897-5610-7. ISBN-10: 0-7897-5610-2.
2. Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos. Modern operating systems. Fourth edition. Vrije universiteit Amsterdam, the Netherlands. 2015. – 1137p. ISBN-10: 0-13-359162-x, ISBN-13: 978-0-13-359162-0.
3. Andrew S. Tanenbaum, Maarten Van Steen. Distributed systems. Second Edition. University of California at Berkeley. 2005. – 702p.
4. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. Издательский дом “ВИЛЬЯМС” Москва, Санкт−Петербург, Киев 2011. 1072ст. ISBN 978-5-8459-1668-6 (рус.)
5. В.Д. Тарарака. Архітектура комп’ютерних систем. Навчальний посібник. ЖДТУ 2018. – 386 ст.
6. А.М. Сергиєнко. Архитектура компьютеров. Конспект лекцій. – К.: НТУУ«КПІ». 2015. – 198 с.
7. Дэвид М. Харрис и Сара Л. Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Второе издание. Morgan Kaufman English Edition. 2013. 1662 ст. ISBN 978-0-12-394424-5.
8. Рябенький В.М., Жуйков В.Я., Ямненко Ю.С., Заграничний А.В. Схемотехніка: Пристрої цифрової електроніки. електронний підручник ТОМ 1. Київ. 2016. 399ст.
9. М.Г. Лорія, П.Й. Єлісєєв, О.Б. Целіщев. Цифрова схемотехніка. Навчальний посібник. Сєверодонецьк 2016. 140ст. ISBN 978-617-11-0044-2
10. Л. Ф. Мараховський. Комп’ютерна схемотехніка. Навчальний посібник. Київ КНЕУ 2005. 216 ст.
Допоміжна
1. Мельник А О. Програмовані процесори обробки сигналів. - Львів: Видтво Національного університету "Львівська політехніка", 2000. 55 с
2. Угрюмов Е П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Санкт Петерберг, 2000. - 528с
3. Tanenbaum, Andrew. Structured Computer Organization, 4th ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999.
4. Stallings, W. Computer Organization and Architecture, 5th ed., New York, NY: Macmillan Publishing Company, 2000.
5. Мельник А.О. Спеціалізовані комп'ютерні системи реального часу. - Львів: Державний університет "Львівська політехніка", 1996. - 54 с.
6. Коркішко Т., Мельник А., Мельник В. Алгоритми та процесори симетричного блокового шифрування. - Львів: БаК, 2003. - 168 с.
7. Оранский A.M. Аппаратные методы в цифровой вычислительной технике. -Минск, Из-во БГУ, 1977. - 208 с.
8. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Санкт-Петерберг, 2000. - 528с.
9. Искусственный интеллект: В 3-х книгах. Кн. 3. Программные и аппаратные средства: Справочник / Под ред. В Н. Захарова, В Ф. Хорошевского. - М.: Радио и связь, 1990. - 191 с
10. Мельник А О. Спеціалізовані системи реального часу: конспект лекцій. - Львів: навч видання, 1996. - 53 с.
11. Мельник А О., Сало А М. Методика проектування паралельного процесора на основі пам'яті з детермінованою вибіркою // Вісник НУ "Львівська політехніка". - № 546,2005. - С. 96-101.
12. Мельник А О., Сало А М. Регістровий файл.// Вісник НУ "Львівська політехніка", 2007. - С. 96-101.

6. Політика та контроль навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання

До підсумкового семестрового контролю (складання семестрового заліку) допускаються студенти, які протягом семестру виконали всі види навчальної роботи, успішно пройшли проміжні (модульні) контролі і набрали не менше 45 балів семестрової бальної оцінки та за умови отримання не менше 60% (15) балів за результатами кожного проміжного (модульного) контролю рівня знань.
Підсумкова оцінка записується за 100-бальною шкалою із подальшим переведенням її у шкалу Європейської кредитно-трансферної системи (ECTS) відповідно A, B, C, D, E, F, FX при цьому чотирибальна шкала оцінок (з записом семестрової оцінки «відмінно» - А, «добре» - B,C, «задовільно» - D, E відповідають підсумковому результату «зараховано», «незадовільно» - F, FX відповідає підсумковому результату «незараховано»).


Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Шкала оцінок
ВНЗ
(100-бальна)
Національна
(4-бальна)
ECTS
90-100 Відмінно А
82-89 Добре B
75-81 C
67-74 Задовільно D
60-66 E
35-59 Незадовільно FX
1-34 F
Затверджено рішенням кафедри
(протокол №
від «
»
року).