¿Qué programa (s) de estudios de licenciatura eventualmente me llevará a estudiar en profundidad el diseño de la arquitectura del procesador y el diseño del sistema operativo?

Tomaría Ingeniería Informática para los estudios de pregrado para obtener la comprensión básica de cómo funcionan las computadoras. Ya que la programación es el tema con muchos más recursos en línea y posibilidades de probarlo, no debería ser un problema para usted aprender los conceptos básicos sobre cómo el código usa la arquitectura de la computadora.
Luego, para su programa de posgrado, puede decidir si realmente desea profundizar su conocimiento sobre la parte de ingeniería informática o si desea obtener la ventaja de escribir su propio sistema operativo tomando el curso de informática.
Para estudiantes talentosos e interesados, debe haber posibilidades de tomar un curso, pero asistir a clases para el otro curso. Además, tómate un tiempo para pensar cómo encaja todo lo que aprendes y habla con tus profesores para que finalmente vean que estás interesado en la imagen completa. Tienen contactos para ayudarlo a ampliar sus conocimientos y conocer gente de investigación y de la industria.

No hay un solo programa que haga ambos. La Ingeniería Informática le daría un diseño de microprocesador, y la Ciencia Informática le daría un diseño de Sistema Operativo. Estas dos materias se sientan firmemente en dos caminos educativos separados. Podrían converger, pero ese no sería el flujo natural de ninguno de los dos caminos educativos.

Depende de la escuela pero por lo general sería algo así como Ingeniería Informática.