Практикум по схемотехнике и архитектуре ЭВМ для школ, колледжей и вузов
«Компьютер Ершова» — бесплатный браузерный курс, в котором учащиеся собирают компьютер с нуля: от логических вентилей и сумматора до процессора, ассемблера, Verilog и проекта для FPGA. Используйте его как электив, факультатив, кружок, лабораторный практикум или выравнивающий модуль перед профильной дисциплиной.
Проблема и решение
Схемотехнику и архитектуру ЭВМ сложно преподавать без практики: «железа» в школах мало, а вузовские лаборатории требуют дорогих FPGA-плат и стендов.
Проблема
- Нехватка практики: теория «про компьютер» без возможности собрать его своими руками.
- Устаревшее ПО и виртуальные машины, которые не запускаются на слабых ПК.
- Разрозненные материалы: нет единого курса с проверкой решений.
Решение
- 47 уровней с автоматической проверкой — от вентиля NAND до работающего процессора.
- Игровые уровни повышают вовлечённость учеников, но при необходимости преподаватель может принудительно отключить их в кабинете преподавателя.
- Всё работает в обычном браузере: без установки и ИТ-нагрузки.
- Единая программа курса с измеримыми результатами каждого уровня.
Что осваивают учащиеся
Четыре части ведут ученика от базовой логики до проектирования собственного компьютера. Программа курса — таймлайн всех 47 уровней с заданием, сложностью и результатом каждого.
Базовые схемы
Вентили AND, OR, NOT, сумматоры, триггеры, регистры и сборка 8-битного Harvard-процессора.
Продвинутая архитектура
Адресация, шины, периферия, ассемблер и финальный проект «Змейка».
Verilog
Verilog — широко используемый язык описания аппаратуры: примитивы, модули, шины, RAM и тракт данных.
Проектирование компьютера
Блок управления, своя система команд и экспорт на FPGA Tang Nano 9K.
Внедрение под ваш тип учреждения
Преподаватель выбирает глубину внедрения: не обязательно проходить все 47 уровней. Курс не заменяет образовательную программу целиком; тема, длительность и измеримый результат каждого уровня — в программе курса.
Школа или лицей: 7–11 классы
Электив, факультатив, внеурочная деятельность, инженерный или ИТ-класс, кружок, летняя школа. Курс углубляет разделы информатики о логических основах компьютера, архитектуре ЭВМ, системах счисления и алгоритмах — не заменяя основную программу по информатике.
- База для олимпиад по информатике и профориентации в микроэлектронике.
- Игровая форма с мгновенной обратной связью удерживает даже слабо мотивированных.
Приоритетная аудитория курса — инженерные и ИТ-классы, где информатика идёт на углублённом уровне: федеральная рабочая программа СОО (10–11 классы) задаёт понятия, курс превращает их в практику конструирования с автоматической проверкой.
| Раздел ФРП, углублённый уровень | Уровни курса | Наблюдаемый результат |
|---|---|---|
| Законы алгебры логики, таблицы истинности, канонические формы, СДНФ/СКНФ | 2–5 + инструменты (генератор таблиц истинности, калькулятор булевых функций) | Строит схему по логическому выражению и записывает выражение по схеме |
| Логические элементы, сумматор, многоразрядный сумматор | 6–8 | Собирает полусумматор, полный и 8-битный сумматор, объясняет перенос |
| Триггер, регистр, тактирование | 10–12, 15–16 | Объясняет хранение состояния, фронт такта, работу счётчика |
| Побитовые операции, логический и арифметический сдвиги, шифрование с помощью XOR | 5, 13 | Собирает АЛУ с операциями AND, OR, XOR, NOT, SHL, SHR и выбором операции |
| Знаковый бит, дополнительный код, переполнение разрядной сетки | 13, 25 | Объясняет бит 7 как признак отрицательного числа и собирает условный переход JN |
| Архитектура фон Неймана, автоматическое выполнение программы процессором, память, шины, контроллеры | 14, 16–18, 21–24 | Собирает учебный процессор с раздельной памятью команд и данных, объясняет роль PC, RAM, АЛУ и портов; сопоставление с фон-неймановской организацией — тема занятия |
| Алгоритмы, ветвления, циклы, отладка | 23–29, 43 | Пишет и отлаживает простую программу на ассемблере учебного процессора |
| Метапредметные навыки | 22, 42, 43; краш-тесты 12, 14, 45 | Формулирует гипотезу, диагностирует ошибку, исправляет модель |
Курс встраивается модулями на 8, 16–20 или 30–36 академических часов (см. «Форматы внедрения» ниже) — без отдельной строки учебного плана; для старта хватает материалов первого занятия и гайдов по уровням, FPGA-плата не нужна. Для классов с ориентацией на микроэлектронику курс работает как подготовительный модуль к цифровой схемотехнике, ПЛИС и микроконтроллерам. Корректное позиционирование: электив, факультатив, внеурочная деятельность или модуль инженерного/ИТ-класса; курс не заменяет основную программу по информатике.
Форматы внедрения и рекомендуемые траектории
Курс гибко встраивается в учебный план — от годового электива до интенсива. Подробный расчёт — в программе курса.
| Формат | Для кого | Содержание | Объём | Результат |
|---|---|---|---|---|
| Вводный модуль | СПО, 1 курс вуза | Части 1–2 | 16–20 акад. ч | Студент объясняет путь данных и пишет простую программу |
| Полный практикум | Инженерные классы, ИТ-СПО, 1 курс ИТ/инженерных | Все 4 части, Verilog и FPGA | 30–36 акад. ч | Собственный 8-битный компьютер, структурный HDL-проект, экспорт для FPGA |
| Годовой электив | Школа 7–11 | Выборочная или полная траектория | 34 / 68 акад. ч | Логические основы и архитектура ЭВМ через практику |
| Интенсив | Кружок, кванториум, летняя школа, адаптационная неделя | Выбранный модуль или полный курс | 5 дней × 6 акад. ч | Видимый проектный результат: схема, программа, «Змейка» или FPGA-проект |
Оценивание: минимальные критерии
Симулятор проверяет решения автоматически, поэтому долю пройденного материала можно переводить в отметку по прозрачным порогам. Ниже — минимальный вариант, который можно заложить в рабочую программу уже сейчас; полный фонд оценочных средств — в разработке.
| Отметка | Критерий |
|---|---|
| Зачёт | Пройдено не менее 60% уровней выбранной траектории |
| «4» | Пройдено не менее 80% уровней выбранной траектории |
| «5» | Пройдено не менее 95% уровней выбранной траектории — либо не менее 90% при верных ответах на концепт-чеках |
Подсказки, «стены» (неудачные попытки) и время — диагностические показатели: они не штрафуются и служат материалом для разбора на занятии. Пороги преподаватель настраивает в своей рабочей программе.
Что получает преподаватель уже сейчас
Всё, что нужно для старта, уже доступно: кабинет преподавателя и Библиотека.
- Кабинет преподавателя — классы, готовые аккаунты студентов с печатным листом кодов входа, прогресс и активность, CSV-выгрузка, отчёт для кафедры (печать → PDF) → открыть
- Методические материалы — карточки по опорным концептам: план занятия, вопросы для обсуждения, типичные ошибки и критерии оценки → открыть
- Дидактика курса — почему игровые механики работают: спиральная программа, концепт-чеки, формирующее оценивание → открыть
- Программа курса — 47 уровней, темы, сложность, ориентировочное время, измеримый результат → открыть
- Входная диагностика — 26 пунктов: учащийся с сильной подготовкой начинает с середины курса, а не с вентилей → открыть
- 47 гайдов по уровням — для подготовки к занятию и разбора решений → открыть
- Руководства по компонентам — даташиты вентилей, сумматоров, памяти, шин, периферии и процессорных блоков → открыть
- Статьи по схемотехнике и Verilog (59) — теория для самостоятельной работы → открыть
- Уникальность проекта — конкурентный анализ и позиционирование: сравнение с Nand2Tetris, Turing Complete, CircuitVerse и HDLBits → открыть
- Руководство по ассемблеру — инструкции учебного процессора, форматы и примеры → открыть
- Материалы первого занятия — сценарий лабораторной на 90 минут и печатная инструкция студенту → открыть
- Видео-обзор → смотреть и справка → открыть
- Автоматическая проверка — таблицы истинности, структурные и программные чекпойнты
- ИИ-наставник — предлагает наводящие вопросы и объяснения (доступность и квоты могут различаться)
Пилот в вузе или школе
Пилот — это одна учебная группа в течение семестра: модуль на 16–20 академических часов внутри действующей дисциплины, без изменения РПД. Взамен просим обратную связь по курсу и занятиям; опционально — совместный доклад или публикацию по итогам. Вся процедура запуска и материалы первого занятия — на отдельной странице.
Технические условия и ограничения текущей версии
- Браузер и интернет: нужен современный Chrome, Firefox или Edge и интернет для первоначальной загрузки. После загрузки симуляция выполняется в браузере учащегося.
- Установка не требуется: курс открывается по ссылке, подходит для обычных компьютерных классов.
- Прогресс: для базового прохождения хранится локально в браузере на конкретном устройстве. Ученики с аккаунтом школ получают синхронизацию прогресса между устройствами; учитель видит успеваемость группы. Схемы и чипы всегда хранятся локально в браузере.
- Персональные данные: для базового прохождения аккаунт не нужен; прогресс не требует передачи ФИО. При оформлении сертификата пользователь добровольно указывает имя; подробности — в политике конфиденциальности.
- Экранная работа: преподаватель планирует занятие с чередованием практики в браузере, обсуждения схем и рефлексии в соответствии с локальными требованиями учреждения.
Дорожная карта
Уже доступно
- Базовый бесплатный доступ без регистрации
- Интерфейс RU + EN
- Учётные записи: вход ученика в класс по приглашению, кабинет преподавателя с прогрессом группы
- Аналитика группы: подсказки, время, «стены», понимание тем, трудные уровни, кому пора напомнить про игру; CSV-экспорт
- Автоматическая проверка схем и программ
- Сертификаты о прохождении частей и полного курса с публичной проверкой
- Входная диагностика: старт с подходящего уровня (/placement/)
- Программа курса, гайды по уровням, даташиты и статьи
В разработке
- Задания с дедлайнами и доступ к уровням (гейтинг)
- Рейтинг класса и шаблоны отчётов
- Шаблоны рабочих программ, сценарии уроков, полный фонд оценочных средств (минимальные критерии уже доступны)
- Английская версия кабинетов
Базовый доступ к симулятору и библиотеке останется бесплатным.
Часто задаваемые вопросы
Заменяет ли курс школьную/вузовскую дисциплину?
Нет. Это практический модуль по логическим основам, схемотехнике и архитектуре ЭВМ. В школе — электив, факультатив, внеурочная деятельность, инженерный класс; в СПО и вузе — лабораторный практикум, вводный или выравнивающий модуль в составе конкретной дисциплины.
Можно ли использовать курс на первом курсе вуза?
Да. Части 1–2 дают целостную модель процессора, памяти и программ; части 3–4 — структурный Verilog и FPGA. Преподаватель выбирает нужные уровни: от короткого диагностического модуля до полного практикума.
Что нужно для проведения занятия?
Современный браузер (Chrome, Firefox или Edge), интернет для загрузки страницы и одно устройство на учащегося или пару. Устанавливать ПО не требуется; рекомендуем протестировать на типовом устройстве учреждения до занятия. Для финального FPGA-проекта нужна плата Tang Nano 9K, но она не нужна для основной части курса.
Что требуется от ИТ-службы учреждения?
Минимум: домен ershovcomputer.ru должен открываться по HTTPS с компьютеров аудитории и не блокироваться контент-фильтром; нужен актуальный Chrome, Firefox или Edge. Ничего не устанавливается, плагины и открытые порты не требуются. Полный чек-лист — на странице пилота.
Хранятся ли данные и прогресс учащихся?
Да. Ученик входит в класс по коду приглашения и нику — без email и пароля; преподаватель видит прогресс группы в кабинете и может выгрузить CSV. Прогресс синхронизируется между устройствами учащегося, при этом схемы и чипы остаются локально в браузере. Базовый доступ по-прежнему возможен без регистрации. Какие данные обрабатываются и как удалить аккаунт — в разделе «Аккаунты школ и вузов» политики конфиденциальности.
Можно ли поставить оценку?
Симулятор автоматически проверяет схемы и программы и содержит концепт-чеки. Минимальные критерии уже опубликованы выше, в разделе «Оценивание»: зачёт — от 60% пройденных уровней выбранной траектории, «4» — от 80%, «5» — от 95% либо от 90% при верных концепт-чеках; подсказки, «стены» и время — диагностические, не штрафные. Полный фонд оценочных средств — в разработке; правила оценивания задаёт преподаватель в рамках своей рабочей программы.
Что выдаётся по завершении?
Сертификаты о прохождении частей курса и полного курса с публичной проверкой. Это не документ об образовании государственного образца.
Сколько это стоит?
Базовый доступ сейчас бесплатен для всех — школ, колледжей и вузов — и останется бесплатным для симулятора и библиотеки.
Как начать?
Откройте программу курса, выберите траекторию для группы и запустите первый уровень. По вопросам пилота или внедрения — контакты на странице.
Проектная деятельность по ФГОС
Для итогового проекта по информатике (8–11 класс) есть отдельное направление: готовые темы с работающими прототипами приборов — калькулятор, табло викторины, секундомер, FPGA. Методпакет для учителя выдаётся по ссылке сразу после заявки.
Проведите первый урок уже на этой неделе
Всё готово к старту: курс, гайды и проверка решений — бесплатно, прямо в браузере.