IT eszközök technológiája

A tantárgy angol neve: Technology of IT Devices

Adatlap utolsó módosítása: 2022. augusztus 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar 		BSc Mérnök informatikus szak
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEAD00   2/1/1/f 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Ress Sándor László,
4. A tantárgy előadója
Dr. Hosszú Gábor, egyetemi docens, EET
Dr. Ress Sándor László, egyetemi docens, EET
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Fizika, Digitális technika
7. A tantárgy célkitűzése
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 korlátaival
(K1) alapszinten tisztában lesz egy elektronikai rendszer fizikai felépítésével. 
(K2) megérti a modern digitális tervezés alapfogalmait, és megismeri az alapvető fejlesztőeszközöket, így képes lesz csapatban villamosmérnökökkel digitális rendszerek fejlesztésében részt venni.
(K2) elemi megfontolásokat képes alkalmazni egy rendszer teljesítmény és hűtésigényére
(K2) alapvető ismeretekkel fog rendelkezni az érzékelők technológiája és az A/D – D/A átalakítók területén
8. A tantárgy részletes tematikája
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. 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.
11. 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.
12. Az elektronikai technológia alapjai. Nyomtatott huzalozású lemez, passzív és aktív alkatrészek tokozása, értékkészlete, alapvető tulajdonságai.
13. A modern CMOS technológia. Skálázási problémák. Trendek és új megoldások a mikroelektronikában. Kitekintés a nanoelektronika felé.
A gyakorlatok/laborok részletes tematikája
A gyakorlatok az előadások elméleti ismereteinek megerősítését szolgálják, anyaguk az aktuális két hét előadásának anyaga.
Laboratórium:
1. Tervezés, modellezés, szimuláció HDL segítségével
2. A megtervezett rendszer kipróbálása FPGA segítségével
3. Tervezés SoC-re
4. Szoftver készítése SoC-re
5. Egy komplex mintapélda (pl. ML gyorsító) kipróbálása, módosítása
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)
A tantárgy elméleti anyagát (heti 2 óra) előadásokon ismertetjük, melyet kéthetente a gyakorlatok során számpéldákkal erősítünk meg. A félév során 5 alkalommal a hallgatók részben az előadás, részben a gyakorlat anyagához kapcsolódó önálló házi feladatot kapnak. 

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.
10. Követelmények
Szorgalmi időszakban
• 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 
• 70%-os részvétel a gyakorlatokon

11. Pótlási lehetőségek
Az összegző teljesítményértékelés (nagyzárthelyi) pótlására a szemeszter folyamán egy alkalommal pótzárthelyi írási lehetőséget biztosítunk. 
A laboratóriumi gyakorlatok közül egy pótolható a szemeszter folyamán. A kis házi feladatok mindegyike egy alkalommal pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek Az előadóval, illetve a gyakorlatvezetőkkel egyeztetett időpontban és platformon.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
 tantárgy honlapján közzétett előadás segédletek és kiegészítő anyagok.

Székely V.: Elektronika I. Félvezető eszközök, Műegyetemi Kiadó, 55054
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra28
Felkészülés zárthelyire26
Házi feladat elkészítése40
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása-
Vizsgafelkészülés-
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Dr. Poppe András, egyetemi tanár, EET
Dr. Rencz Márta, egyetemi tanár, EET
Dr. Ress Sándor, egyetemi docens, EET
IMSc tematika és módszer

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. 

IMSc pontozás
A laboralkalmakon kiadott IMSc feladatok helyes megoldásával laboralkalmanként 1 IMSc pont szerezhető. Az IMSc házi feladatok megoldásával bonyolultságtól függően 2-4 IMSc pont szerezhető. A félév során összesen 25 IMsc pont szerezhető, 5 a laborok során és 20 az IMSc házi feladatok megoldásával.