Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
angol nyelvű adatlap
IT eszközök technológiája
A tantárgy angol neve: Technology of IT Devices
Adatlap utolsó módosítása: 2019. május 6.
Mérnök informatikus szak
BSc képzés
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Ress Sándor
egyetemi docens
Elektronikus Eszközök Tsz
Dr. Rencz Márta
egyetemi tanár
Elektronikus Eszközök Tsz.
Fizika, digitális technika
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
A tantárgy célkitűzése, hogy megismertesse a hallgatókat az IT eszközök legfontosabb hardware elemeinek működésével, ezen elemek elektronikai alapjaival és megvalósításuk technológiáinak alapjaival. Cél továbbá annak bemutatása, hogy a modern mikroelektronika milyen lehetőségeket biztosít a számítástechnika számára, melyek a fizikai megvalósítás korlátjai, és mik a fejlődés trendjei. A tárgy további célja az, hogy az informatikus hallgatók megértsék, és a laboratóriumi gyakorlatokon maguk is tapasztalják, hogy a hardver- és szoftverfejlesztés hasonló elvek és eszközök segítségével történik.
A tárgyat sikeresen teljesítő hallgató:
· (K1) tisztában lesz a jelenleg alkalmazott IT eszközök alapvető működésével és ezek korlátaival
· (K2) elemi megfontolásokat képes alkalmazni egy rendszer teljesítmény és hűtésigényére
· (K2) megérti a modern digitális tervezés alapfogalmait, és megismeri az alapvető fejlesztőeszközöket, így képes lesz csapatban villamosmérnökökkel digitális rendszerek fejlesztésében résztvenni
· (K1) alapszinten tisztában lesz egy elektronikai rendszer fizikai felépítésével. (nyomtatott huzalozás, alkatrészkészlet, tápellátás, órajel előállítás)
· (K2) alapvető ismeretekkel fog rendelkezni az érzékelők és A/D – D/A átalakítók területén
A részletes tematikát heti bontásban adjuk meg.
1. Rövid bevezetés, az IT eszközök tervezésének absztrakciós szintjei, az alkalmazott technológiák rövid összefoglalása. Példák: tablet felépítése, alkatrészei, érzékelői, szereléstechnológiája. A modern IT eszközökben felhasznált integrált áramkörök, fejlődési tendenciák, roadmap-ek. VLSI alapfogalmak.
2. A félvezetők alaptulajdonságai, a MOS tranzisztor felépítése. A MOS tranzisztor, mint kapcsoló eszköz működése. A digitális logika megvalósítása logikai áramkörökkel. A statikus CMOS logika: inverter, alapkapuk. Kapukésleltetés és fogyasztás.
3. Mikroprocesszorok és a kapcsolódó logika fizikai megvalósítása. Kombinációs és szekvenciális hálózatok áramköri megvalósítása, tárolók. Az adatút elemei. Nagysebességű digitális rendszerekben alkalmazott elrendezések.
4. Digitális (IC) rendszertervezés. A digitális tervezés folyamata. Hardver leíró nyelvek. Szimuláció: rendszerszintű, logikai és áramköri szimuláció. Rendszertervezés és verifikáció HDL segítségével. Magas szintű, logikai és layout szintézis. A hard és szoft IP.
5. Az operatív és a cache memória technológiája. Statikus RAM memória cella, működése. Több portos SRAM, regisztertömb áramköri megvalósítása. Dinamikus RAM memóriák technológiája, a cella működése. Tartalommal címezhető memória. ROM memóriák technológiája. A NAND és NOR típusú elrendezés. Flash EEPROM elemi cellája, működése és technológiája.
6. A be- és kimenet. Az ESD védelem. Buszok meghajtása. Órajel generálás és elosztás. IT eszközök tápellátása. Egyenirányítás, DC-DC átalakítás, feszültségstabilizálás. Az akkumulátoros üzem, akkumulátorok jellemzői.
7. ASIC áramkörök, system on a chip. ASIC áramkörök alaptulajdonságai. Semi-custom ASIC, gate-array, standard cellás áramkörök, cella bázisú ASIC. Programozható logikai eszközök. FPGA-k felépítése és tulajdonságai.
8. Asztali és mobil számítástechnikában használt érzékelők: hőmérséklet, elmozdulás, gyorsulás, érintés érzékelése. Integrált érzékelők, CMOS képérzékelő. Integrált érzékelő gyártástechnológiája, a MEMS.
9. Megjelenítő eszközök és vezérlésük. TFT, a háttérmegvilágítás megvalósítása, fényemittáló és lézerdióda. Érintőképernyők technológiája.
10. Mágneses adattárolók felépítése, a felhasznált technológiák és érzékelők, mágneses tér és fényintenzitás érzékelése. Trendek és újdonságok a mágneses adattárolásban.
11. AD/DA átalakítás. Mintavételezés. Ideális és valós konverterek, az A/D és D/A konverterek főbb tulajdonságai, használatuk, tulajdonságaik. Főbb A/D és D/A konverter architektúrák tulajdonságai.
12. Modern IT eszközök teljesítmény és hőmérsékleti problémái. A hőellenállás és a hőkapacitás. Passzív és kényszerített hűtési technológiák. A fogyasztáscsökkentés rendszer szintű megvalósítása. Szerverek és adatközpontok termikus problémái.
13. Az elektronikai technológia alapjai. Nyomtatott huzalozású lemez, passzív és aktív alkatrészek tokozása, értékkészlete, alapvető tulajdonságai.
14. (amennyiben megtartható) A modern CMOS technológia. Skálázási problémák. Trendek és új megoldások a mikroelektronikában. Kitekintés a nanoelektronika felé.
A tárgyhoz laboratórium (1 óra/hét) tartozik.
A labor elősegíti az előadásokon elhangzott ismeretek megértését és elmélyítését. Az elvégzendő feladatok a szemeszter folyamán 2 órás blokkokban az alábbiak:
1. Áramköri szimuláció.
2. Tervezés HDL segítségével
3. A megtervezett rendszer kipróbálása FPGA-n.
4. Tervezés SoC-re.
5. Egy komplex mintapélda kipróbálása, módosítása
A tantárgy elméleti anyagát (heti 2 óra) előadásokon ismertetjük. A félév során 10 alkalommal a hallgatók részben az előadás, részben a laboratóriumi gyakorlat anyagához kapcsolódó önálló házi feladatot kapnak. A házi feladatok egy része az előadás tematikájához kapcsolódó irodalom feldolgozása, más része pedig számítási feladat. Egy házi feladat elkészítése körülbelül 3-4 óra befektetett munkát igényel.
A laboratóriumi gyakorlatokon korszerű eszközök segítségével a hallgatók betekintést nyernek a modern hardver-tervezés folyamatába, a megtervezett egyszerű feladatokat pedig rögtön ki is próbálják megfelelő fejlesztőkártya segítségével.
A szorgalmi időszakban: a félévközi jegy megadásának feltétele:
§ a laboratóriumi feladatok teljesítése (a laboratóriumi gyakorlat megkezdése előtt a felkészülést minden alkalommal szintfelmérő értékeléssel ellenőrizzük, a feladatok mindegyike min. elégséges szinten teljesítendő)
§ egy összegző teljesítményértékelés (nagyzárthelyi) elégséges szintű megírása
§ a kis házi feladatok összességében elégséges szintű elkészítése
A félévközi jegy kiszámítása 80%-ban a nagyzárthelyi eredmény, 20%-ban pedig a kis házi feladatok alapján történik.
Az összegző teljesítményértékelés (nagyzárthelyi) pótlására a szemeszter folyamán egy alkalommal pótzárthelyi írási lehetőséget biztosítunk. A zárthelyi második pótlására csak abban az esetben kerülhet sor, ha a Tanulmányi és Vizsgaszabályzat erre az oktatási-szervezeti egységet kifejezetten kötelezi.
A laboratóriumi gyakorlatok közül egy pótolható a szemeszter folyamán. A kis házi feladatok mindegyike egy alkalommal pótolható.
A tárgyból heti rendszerességgel konzultációt tartunk, ennek helyét és idejét előzetes egyeztetéssel határozzuk meg. A nagyzárthelyit megelőzően kívánságra „megerősített” konzultációt biztosítunk.
A tantárgy honlapján közzétett előadás segédletek és kiegészítő anyagok.
Székely V.: Elektronika I. Félvezető eszközök, Műegyetemi Kiadó, 55054
Dr. Mojzes Imre (szerk.): Mikroelektronika és elektronikai technológia (2. kiadás)
Kontakt óra
42
Készülés előadásokra
14
Készülés gyakorlatokra
0
Készülés laborra
Készülés zárthelyire
16
Házi feladat elkészítése
34
Önálló tananyag-feldolgozás
Vizsgafelkészülés
Összesen
120
Dr. Poppe András
Az IMSc-s hallgatók számára külön labor csoportot indítunk. (Az előadás a teljes évfolyam számára közös.) Ezekben a csoportokban ugyanazon tananyag és tematika mellett mélyebb, összetettebb feladatok gyakoroltatják ugyanazokat a témaköröket.
Az érdeklődők számára a tárgyon tanultak alkalmazását bemutató, illetve a tárgy szorosan vett tananyagán túlmutató IMSc házi feladatokat adunk ki a tárgy honlapján. Ezek egyéni elmélyülésre adnak lehetőséget, kidolgozásukhoz konzultációk keretében segítséget nyújtunk.
A számonkéréseken alkalmazott pontozás és jegyszámítás mindenkinél egységes.
A laboralkalmakon kiadott IMSc feladatok helyes megoldásával laboralkalmanként 1 IMSc pont szerezhető. Az IMSc házi feladatok megoldásával bonyolultságtól függően 1,2 vagy 3 IMSc pont szerezhető. A félév során összesen 20 IMsc pont szerezhető, 5 a laborok során és 15 az IMSc házi feladatok megoldásával.