Hardver alapok

Hardver alapok

Tárgykód	VIIIBA01
Általános infók
Szak	üzemmérnök
Kredit	7
Ajánlott félév	1
Keresztfélév	van
Tanszék	IIT
Követelmények
Labor	6 db
KisZH	labor beugrók
NagyZH	1 db
Házi feladat	nincs
Vizsga	írásbeli, beugróval
Elérhetőségek
Tantárgyi adatlap
Tárgyhonlap

A számítógépek működési elveinek, tipikus egységeinek és építőelemeinek megismertetése. A tárgy rendeltetése, hogy egyszerű példákon keresztül megadja mindazokat az alapfogalmi és rendszertechnikai alapismereteket, amelyek a számítógépekben található digitális hardverelemek működésének megértéséhez szükségesek. Az előadásokon az elméleti ismereteket gyakorlati példákkal is illusztráljuk. A megszerzett gyakorlati ismereteket a hallgatók vezetett laborgyakorlatokon próbálják ki.

Követelmények

A szorgalmi időszakban

• Az előadásokon részvétel, melyből hetente 2 van.
• A laborokon aktív részvétel, amelynek teljesítése a foglalkozás során elkészített és elfogadott jegyzőkönyvhöz kötött. A jelenlétet és a teljesítést a laborvezetők ellenőrzik és dokumentálják. A hallgatók felkészültségét a mérés elején beugró dolgozat formájában a laborvezetők ellenőrizhetik. Felkészületlen hallgató a mérést nem kezdheti meg.
• A ZH legalább elégséges szintű teljesítése (40%). A ZH maximális pontszáma: 20. A ZH egyszer pótolható. Az időkeret: 45 perc.
• Az aláírás feltételei a laborfoglalkozások sikeres teljesítése és a zárthelyi eredményes megírása.

A vizsgaidőszakban

• Írásbeli vizsga, időtartama 90 perc, ebből az első 30 perc beugró feladatok megválaszolása. A vizsgán elérhető maximális pontszám 60, ebből 20 a belépő rész, melyből minimum 12 pont elérése szükséges és amennyiben sikerült, 40 pont szerezhető meg a nagyfeladatok megoldásával.
• A vizsga anyaga a teljes féléves anyag.
• Az első lapon találhatóak a beugrófeladatok, mely lapot 30 perc után le kell választani, és beadni. A beugrófeladatok nagyon hasonlítanak a ZH-feladatokra és a laborok beugrófeladataira. Itt arra kell készülni, hogy lényegében egy ZH-t kell megírni, de 45 perc helyett csak 30 perc van rá, és a sikerességéhez 8 pont helyett 12 pontot kell elérni.
• A vizsga második részében a kiadott gyakorló- és ellenőrzőkérdésekből kerülnek ki feladatok, úgy, hogy az adatok természetesen eltérőek.
• A vizsgán a mikrovezérlőhöz készült egylapos segédlet használható, de saját változat nem, mindenkinek rányomtatják majd a vizsga utolsó két oldalára.

Félévvégi jegy

• A vizsgapontszám alapján. Az elégséges osztályzathoz a belépő kérdésekből legalább 12 pontot, a vizsgán összesen legalább 24 pontot kell elérni. A vizsgajegy a kapott pontszám alapján kerül megállapításra.
• Ponthatárok:

Eredmény %	Jegy
0 - 39.9	1
40 - 54.9	2
55 - 69.9	3
70 - 84.9	4
85 - 100	5

Tematika

Előadások

• A számonkéréseken általában csak az itt felsorolt ((kivéve a duplazárójeleseket)) témakörök szerepelnek.
• A hetek sorszámai szemeszterenként változhatnak.

Digitális elektronika

• 1. hét
  • 1. előadás: tárgykövetelmények és bevezetés (számrendszerek, átváltások és számábrázolások)
  • 2. előadás: számrendszerek (kettes, tízes és tizenhatos), átváltások és számábrázolások (BCD, kettes komplemens)
• 2. hét
  • 3. előadás: Boole-algebra: logikai értékek, műveletek, azonosságok, függvények, igazságtáblázat, (diszjunktív és konjunktív kanonikus) algebrai alak, mintermindex és maxtermindex; logikai rajz
  • 4. előadás: Karnaugh-tábla
• 3. hét
  • 5. előadás: multiplexerek
    • Hiba: a 3. oldalon a 8/1 multiplexer kiválasztó bemeneteinél hiányzik az S₀ felirata.
  • 6. előadás: sorrendi hálózatok: modellek, működési módok, állapottábla és állapotgráf
• 4. hét
  • 7. előadás: flip-flopok és átalakításuk
  • 8. előadás: felfelé/lefelé, illetve szinkron/aszinkron számlálók és alaphelyzetbe állításuk; általános és léptetőregiszter
• 5. hét
  • 9. előadás: gyakorlófeladatok

Mikrokontroller-programozás

• 5. hét
  • 10. előadás: mikrokontroller, alapok: oszcillátor, reset, watchdog, I/O-portok, regiszterek, utasítások
• 6. hét
  • 11. előadás: Assembly, alapok: fogalmak, számábrázolások, vezérlődirektívák, speciális regiszterek, utasítások, címzési módok (bitcímzés), szubrutin, szoftveres késleltetés, portkezelés (kimenet állítása)
  • 12. előadás: MPLAB X: használat, funkciók; Assembly: szubrutinok (késleltető, gombnyomás érzékelése, pulzus előállítása)
• 7. hét
  • 13. előadás: időzítők: automatikus környezetmentés, TMR0
  • 14. előadás: ((kommunikációs perifériák))
• 8. hét
  • 15. előadás: ((megszakítások))
  • 16. előadás: digitális elektronika – gyakorlófeladatok, konzultáció
  • ZH
• 9. hét
  • 17. előadás: ((analóg jelek feldolgozása és DMA-átvitel))

Számítógép-architektúrák

• 10. hét
  • 18. előadás: memóriatípusok: felejtő (SRAM, DRAM, SDRAM, DDR SDRAM) és nem felejtő (MRAM, EPROM, FRAM, NVRAM, EEPROM, flash, ROM, PROM, OTP)
  • PZH
  • 19. előadás: ((memóriabővítés)) és buszok: adatátvitel (szinkron, aszinkron, szemiszinkron)
• 11. hét
  • 20. előadás
• 12. hét
  • 21. előadás: cache: látszólagos memóriaelérési idő, leképezési stratégiák (direkt, set-asszociatív, asszociatív), behozatali stratégiák (igény szerint, előrelátó, szelektív), cserestratégiák (LRU, real LRU, pszeudo-LRU)
  • 22. előadás: virtuális tárkezelés: többlépcsős laptáblaszervezés
• 13. hét
  • 23. előadás: háttértárak (HDD, SSD): íróáram (NRZ, NRZI, PE, FM, MFM, RLL2.7)
    • Kézzel írott jegyzet: cache, virtuális tárkezelés, merevlemez-kódolások
  • 24. előadás: multiprogramozott és multiprocesszoros (lazán és szorosan csatolt, statikus és dinamikus feladathozzárendelés, QPI) rendszerek
• 14. hét
  • 25. előadás: ((buszok: ISA, PCI, PCI Express, USB))
  • 26. előadás: gyakorlófeladatok, konzultáció

Laborok

• 1. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai, Baleset-megelőzési tudnivalók
• 2. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai
• 3. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai
• 4. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai, 4. labor előtti konzultáció segédanyaga, Mintaprojekt a laborhoz
• összevont 5–6. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, 5–6. labor előtti konzultáció segédanyaga, mintaprojekt a laborhoz
• 5. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai, Mintaprojekt a laborhoz
• 6. labor: mérési útmutató, jegyzőkönyv, mintafeladatok megoldásai, Mintaprojekt a laborhoz

Segédanyagok

Feladatok

• Ellenőrzőfeladatsor
  • 1. feladat megoldásai
    • A c) feladat BCD-alakos megoldása helyesen: 0001 0000 0000
  • 2. feladat megoldásai
  • 3. feladat megoldásai
  • 4. feladat megoldásai
  • 5–7i. feladatok megoldásai
    • Több helyen hibás a megoldás: 5f (az utolsó kettő prímimplikáns helyett csak egy van: A┐D, lényeges), 5g (az első kettő prímimplikáns helyett csak egy van: ┐A┐D, lényeges)
  • 9–10. feladatok megoldásai
• Gyakorlófeladatsor megoldásokkal (az 1.4-es verzió 2. kiadása)
  • Hibák:
    • A 39. feladatban az első sorban a megoldás nem 128 KiB, hanem 16 KiB.
    • 45. feladat:
      • A feladat szövege helyesen: "...az alábbi memóriasorokra hivatkoznak: 0,1,3,2,3,0."
      • A pszeudo-LRU blokkcsere-stratégiát alkalmazó megoldás a 46. feladat megoldásának elején van.
  • Kézzel írott megoldások a 40–42. és 44–45. feladatokhoz

Hasznos összefoglalók egy-egy témakörhöz

• 1 bites teljes összeadó készítése
• Konjunktív kanonikus alak képzése diszjunktív kanonikus alakból
• Számítógép-architektúrák - feladatok részletes megoldással
• Számítógép-architektúrák - rajzolós feladatok mintamegoldással

Üres nyomtatható és digitális gyakorlólapok

• Karnaugh-tábla 2 változós logikai függvényekhez - nyomtatni
• Karnaugh-tábla 3 változós logikai függvényekhez - nyomtatni
• Karnaugh-tábla 4 változós logikai függvényekhez - nyomtatni
• Karnaugh-táblázatok 2-4 változós logikai függvényekhez - digitálisan kitölthető verzió
• Igazságtáblázat 3 változós logikai függvényekhez - nyomtatható, szerkeszthető
• Igazságtáblázat 4 változós logikai függvényekhez - nyomtatható, szerkeszthető

Szoftverek

• A tárgy keretében használt szoftverek
  • A digitális elektronikai laborokon a DigitalWorks nevű ingyenes szoftvert használjuk, az IIT által készített alkatrészkönyvtárakkal kiegészítve.
  • A mikrovezérlős laborokon a Microchip MPLAB X IDE ingyenes szoftverének legújabb verzióját (v5.x) használjuk, mpasm fordítóval, melyet a szoftver beépítetten tartalmaz.
• További ajánlott (ingyenes) szoftverek a digitális elektronikai fejezethez
  • Digital - modernebb logikai szimulátor szoftver a DigitalWorks helyett.
  • Logic Friday - algebrai kifejezések egyszerűsítésére és átalakítására használható szoftver, a megoldásaink ellenőrzéséhez nagyon hasznos.

Ajánlott irodalom

• Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése (BME-Viking Zrt.)
• Zombori Béla: Digitális elektronika (Műszaki Könyvkiadó)
• Pilászy György: Mérési segédlet a Hardver alapok laborgyakorlataihoz (elektronikus jegyzet)
• Horváth Gábor: Számítógép-architektúrák (elektronikus jegyzet)

Gyári katalóguslapok a mikrovezérlős előadásokhoz és laborokhoz

• 7-szegmenses kijelző leírása
• 7-szegmenses kijelzőhöz tartozó léptető regiszter leírása
• MPASM útmutató
• A PIC16F18875 mikrovezérlő leírása
• A laboron használt mérőpanel (Curiosity HPC) leírása

ZH

• A ZH anyaga a digitális elektronikai fejezet. A ZH-n a laborgyakorlatok beugrófeladataihoz és a kiadott példákhoz nagyon hasonló feladatok vannak, lényegében csak az adatok mások. A laborokhoz tartozó mintabeugrók feladatainak megoldását mindenképpen tudni és érteni kell a ZH-ra!

Vizsga

• 2018. ősz
  • nem hivatalos mintavizsga
    • A mintavizsgát az emlékeim alapján alapján állítottam össze, hivatalosnak semmiképpen sem tekinthetőek. Arra viszont szerintem megfelelőek, hogy lássa mindenki, milyen lesz a vizsga felépítése, és milyen feladattípusok köszönhetnek ott vissza. Érdemes megpróbálkozni a feladatok megoldásával először a megoldások megtekintése nélkül, az időt is számolva. --Huszár Csaba Benedek (vita) 2019. december 31., 12:24 (CET)
    • beugrókérdések
      • A csoport, megoldások
      • B csoport, megoldások
        • A 7. feladat 1. kérdésére a helyes válasz: Mealy-modell szerint működik.
    • nagyfeladatok
      • Ezekhez nem készítettem megoldást. Ennek oka kettős: egyrészt így, aki megcsinálja a feladatokat, az biztosan végigcsinálja azokat, másrészt kutakodik is egy kicsit (előadásdiák, gyakorló feladatok, továbbá a számítógép-architektúrás feladatok esetében célszerű segítségül hívni az Informatika 1 tárgy oldalát is).

GitEgylet-segédanyagok

• Exceles segédlet
  • Több munkalap van benne: számrendszerek, Karnaugh-tábla, állapottábla, dekóder, számláló, szoftveres időzítő, élérzékelő, memória, cache, íróáram, LRU.

Tippek

A laborokra alaposan meg kell tanulni a segédletet, mert sajnos véresen komolyan veszik a beugrót. A segédlet végén vannak kérdések, ha arra tudsz válaszolni, akkor átmész a beugrón. Aki nem tudja elfogadható szintűre megírni a beugró kérdéseket, annak érvénytelen a jegyzőkönyve, és póthéten meg kell ismételnie. Ha pedig másodjára is sikertelen a beugró, elbuktad a tárgyat! --Suszter Dominik (vita) 2018. december 10., 01:24 (CET)

Azért az első hozzászólás nagyon durva. Kezdjük azzal, hogy a legelső beugró 2018-ban próbabuegró volt, tehát fel tudtad mérni, hogy mennyi tanulás elég. Reális nézve, ha a segédlet végén lévő kérdésekre tudod a választ, akkor átmész. 4 kérdés van, ebből 2 kell ahhoz, hogy átmenj. 1 labort pótolhatsz, ha 2-t elbuktál, akkor meg kell ismételned a tárgyat. --Czárth Csanád (vita) 2019. január 5., 17:10 (UTC)

Az 5-6. labornál figyeljetek, ne magoljátok be a beugróválaszokat, mivel mi ezt tettük, és nagyon más feladatok voltak. Lehetséges, hogy azért, mert az előző beugró mindenkinek max pontos lett. Szóval óvatosan magoljátok a válaszokat! --Svanyova Adrián (vita) 2022. november 30., 13.51 (CET)

Nekünk egy héttel később már a mérési útmutatóban található ellenőrzőkérdéseknek megfelelő feladatok voltak a beugrón. --Gyöngyösi Máté (vita) 2023. január 10., 18:44 (CET)

Üzemmérnök-informatikus BProf
1. félév	Algoritmusok és gráfok  •  A programozás alapjai  •  Bevezető matematika B  •  Digitális kompetenciák  •  Hardver alapok  •  Kalkulus
2. félév	Hálózatok alapjai és üzemeltetése  •  Kísérleti fizika  •  Objektumorientált programozás  •  Operációs rendszerek B  •  Valószínűségszámítás B
3. félév	Adatkezelés  •  Alkalmazott mesterséges intelligencia  •  Eseményvezérelt és vizuális programozás  •  Kódolás és IT biztonság  •  Szoftvertechnológia és -technikák
4. félév	Elektronika alapjai  •  Jelek és jelfeldolgozás  •  Menedzsment és vállalkozásgazdaságtan
5. félév	Mikro- és makroökonómia B  •  Jogi alapismeretek
6. félév	Záróvizsga