Demonstrating the process of designing computing devices to pupils
https://doi.org/10.32517/2221-1993-2026-25-3-41-50
Abstract
It is useful for a teacher to have in his arsenal complex practical assignments (projects) that require the use of knowledge from several parts of the course being studied. The article develops such a project in detail: it proposes to pass through the main stages of designing one of the most important computer devices — an adder. During the project, students will need to apply their knowledge of constructing a truth table corresponding to the problem, replacing it with an equivalent logical formula, transforming it using Boolean algebra, and finally, obtaining a practical scheme of a device on logical elements. If you have the opportunity and desire, you can even assemble this circuit (for example, on the Arduino platform) and see how it works. There is also a "light" variant: to write a program that simulates the work of an adder or use the ready simulator proposed by the authors.
The article contains some additional information on the topic: the concept of HDL (Hardware Description Language) for logic circuit description, ideas about the completeness of the system from logical operations and its influence on the range of manufactured microcircuits, information about the construction of a multi-bit adder and ways to speed up the execution of an essentially sequential addition operation, general ideas for constructing an ALU (arithmetic logic unit) of a modern processor. All material is presented at a level accessible to schoolchildren.
The project has a clear career-oriented focus: during their work, students gain some understanding of the main stages of computer device development.
About the Authors
E. A. EreminRussian Federation
Evgeny A. Eremin, candidate of sciences (physics and mathematics), docent, Associate professor at the department of Applied Informatics, Information systems and technologies, faculty of Informatics and Economics
Perm
K. Yu. Polyakov
Russian Federation
Konstantin Yu. Polyakov, doctor of sciences (Engineering), professor at the department of ship Automation and Instrumentation, faculty of ship power Engineering and Automation; an informatics teacher
Saint Petersburg
References
1. Автономова Н. С., Филатов В.П. Понимание как логико-гносеологическая проблема // Вопросы философии. 1981. № 5. С. 164–169. EDN: TKGKTP.
2. Андреева Е. В., Босова Л. Л., Фалина И. Н. Математические основы информатики. Элективный курс: учебное пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 328 с. EDN: WLQBUT.
3. Бершадский М. Е. Педагогическая диагностика уровня понимания // Педагогические измерения. 2012. № 3. С. 60–88. EDN: OFVQZU.
4. Босова Л. Л. Об использовании графических схем в курсе информатики и ИКТ // Информатика и образование. 2008. № 5. С. 16–25. EDN: IUKTRP.
5. Гнитецкая Т. Н. Основы теории внутрипредметных связей // Физическое образование в вузах. 1999. Т. 5. № 2. С. 23–39. EDN: HTLKDT.
6. Гнитецкая Т. Н., Резник Б. Л., Плотников В. С. Феномен понимания и метод смысловых структур в ИТ-образовании // Современные информационные технологии и ИТ-образование. Сборник научных трудов II Международной научной конференции и XII Международной научно-практической конференции (Москва, 24–26 ноября 2017 года). М.: Лаборатория Открытых Информационных Технологий факультета ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова, 2017. С. 68–75. EDN: YTGYIV.
7. Гнитецкая Т. Н., Шутко Ю. Е. Внутрипредметные связи в обучении физике. Владивосток: Изд-во Дальневосточного федерального университета, 2023. 208 с. DOI: 10.24866/7444-5575-0. EDN: EYMQOY.
8. Еремин Е. А. Три этюда по компиляции, или Как использовать язык Julia для изучения генерируемого машинного кода // Информатика в школе. 2023. № 6 (185). С. 18–30. DOI: 10.32517/2221-1993-2023-22-6-18-30. EDN: OJCMNC.
9. Заводчикова Н. И., Быкова И. А. О некоторых психологических аспектах реализации внутрипредметных связей в школьном курсе информатики // Актуальные проблемы методики обучения информатике и математике в современной школе. Материалы Международной научно-практической интернет-конференции (Москва, 22–26 апреля 2024 года). М.: МПГУ, 2024. С. 70–78. EDN: GLERCN.
10. Знаков В. В. Психология понимания: Проблемы и перспективы. М.: Институт психологии РАН, 2005. 448 с. EDN: SURUEZ.
11. Инженерный анализ схемы ускоренного переноса процессора Intel 8008 // Хабр. 15 ноября 2020. https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/528026/
12. Кэй А. Идеям тоже нужна любовь!.. // Компьютер в школе. 1998. № 1. С. 11–13.
13. Однобитный полный сумматор на необычных микросхемах // Хабр. 8 июня 2029. https://habr.com/ru/articles/455312/
14. Пичугина Г. А. Подходы к реализации внутридисциплинарных связей в обучении // Карельский научный журнал. 2021. Т. 10. № 4 (37). С. 24–27. DOI: 10.26140/knz4-2021-1004-0006. EDN: DUPRGD.
15. Платт Ч. Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих. СПб.: БХВ-Петербург, 2015. 448 с.
16. Поляков К. Ю., Еремин Е. А. Информатика. Углублённый уровень: учебник для 10 класса. В 2 ч. Ч. 1. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 344 с. EDN: TUYVWD.
17. Поляков К. Ю., Еремин Е. А. Информатика. Углублённый уровень: учебник для 11 класса. В 2 ч. Ч. 2. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 304 с. EDN: TUZDKH.
18. Попов В. С. Изучение законов алгебры логики в симуляторе логических схем // Информатика в школе. 2025. Т. 24. № 6. С. 45–51. DOI: 10.32517/2221-1993-2025-24-6-45-51. EDN: KOAXDR.
19. Справочник по стандартным цифровым ТТЛ микросхемам. Состав серий ТТЛ ИС и их функциональные аналоги в сериях SN74.../SN54... (простая логика) // Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН. https://www.inp.nsk.su/~kozak/ttl/ttlh01.htm
20. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2003. 704 с.
21. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. М.: Мир, 1982. 512 с.
22. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988. 392 с.
23. Федеральная рабочая программа среднего общего образования. Информатика (базовый уровень) (для 10–11 классов образовательных организаций). М.: Минпросвещения России; Институт содержания и методов обучения им. В. С. Леднева, 2025. 46 с. https://edsoo.ru/wpcontent/uploads/2025/07/2025_soo_frp_informatika_10_11_baz.pdf
24. Фрике К. Вводный курс цифровой электроники. М.: Техносфера, 2003. 432 с.
25. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. СПб.: Питер, 2003. 848 с.
26. Харрис С. Л., Харрис Д. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V. М.: ДМК Пресс, 2021. 810 с.
27. Частиков А. П. Архитекторы компьютерного мира. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. 384 с. EDN: RJPSKF.
28. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. Серия «Массовая радиобиблиотека». Вып. 1111. М.: Радио и связь, 1987. 352 с.
29. Шустов М. А. Оптоэлектронные элементы «Исключающее ИЛИ (НЕ)» // РадиоЛоцман. 13 июля 2020. https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=619699&srsltid=AfmBOorX2xT6sI99wgQ2CNO4eHe1PPOkY02FgPTEMHi1DOa4WMTyALjB
30. 3 Bit Binary Adder: 5 Steps — Instructables. https://www.instructables.com/3-Bit-Binary-Adder/
31. Fisher K. M. Overviee of knowledge mapping // Mapping Biology Knowledge. Science & Technology Education Library. 2002. Vol. 11. P. 5–23. DOI: 10.1007/0-306-47225-2_2.
32. Lee H.-S., Liu O. L., Linn M. C. Validating measurement of knowledge integration in science using multiple-choice and explanation items // Applied Measurement in Education. 2011. Vol. 24. Is. 2. P. 115–136. DOI: 10.1080/08957347.2011.554604.
33. Luengo R., Casas L. M., Mendoza M., Arias J. Possibilities of “Nuclear concepts theory” on educational research, a review // Proc. Int. Conf. “The Future of Education”, edition 1. https://conference.pixel-online.net/conferences/edu_future/common/download/Paper_pdf/SOE33-Gonzalez,Garcia,Garcia,Masa.pdf
34. Petzold Ch. Code: The hidden language of computer hardware and software. Pearson Education, 2023. 480 p.
Review
For citations:
Eremin E.A., Polyakov K.Yu. Demonstrating the process of designing computing devices to pupils. Informatics in school. 2026;(3):41-50. (In Russ.) https://doi.org/10.32517/2221-1993-2026-25-3-41-50
JATS XML
















