Detail předmětu

Subsystémy PC

FEKT-BPC-SPCAk. rok: 2025/2026

Vnitřní struktura počítačů PC a jejich komunikace s vnějším prostředím (přerušení, DMA, sériové rozhraní, grafické karty). Činnost obvodu se podrobně rozebírá s ohledem na návrh uživatelských karet. Pracuje se s PC v reálu (měření signálu na sběrnicích, návrh a oživování obvodů, karet, atd.). Signálové procesory TI a jejich spolupráce s PC. Vyžadují se základní znalosti programování v jazyce C nebo v Pascalu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Karel Horák, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Vstupní znalosti

Vyžadují se základní znalosti programování v jazyce C, znalost booleovy algebry, logických a sekvenčních obvodu. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené", kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Laboratorní cvičení + projekt: 50 bodů
Písemná zkouška: 50 bodů
Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Cílem kurzu je seznámit studenty s konstrukcí PC na programátorské úrovni. Umožní pochopit činnost PC jako řídicího počítače v technologických procesech.
- navrhnout jednoduchou periferii PC
- sestavovat logické obvody a sítě
- popsat funkci sběrnic ISA, PCI a PCI Express
- popsat vlastnosti a funkce hradlových polí
- posoudit a odhadnout výhody implementace hradlových polí a signálových procesorů jako periferie PC
- popsat mechanizmy zpracování přerušení
- diskutovat výhody a nevýhody jednotlivých sběrnic v počítačích třídy PC

Základní literatura

BUDRUK S. PCI Express System Architecture. MindShare, Inc., 2013 1280 p. ISBN 13: 978-0-321-15630-3. (EN)
MUELLER S. Personal Computer. Computer Press, 2001. 869 p. ISBN 80-7226-470-2. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AMT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Karel Horák, Ph.D.

Osnova

1. Organizace výuky, architektura počítačů třídy PC, sběrnice obecně (adresová, datová, řídicí), paměťový subsystém, přenosové rychlosti, výpočet propustnosti a periferní obvody.

2. Sběrnice ISA, funkce, adresové dekodéry, popis signálů, prostory – paměťově mapovaný, izolovaný, přerušovací subsystém, DMA.

3. Sběrnice  PCI, topologie, funkce, časový multiplex, popis signálů, arbitr sběrnice (de/centralizovaný), charakteristiky vedení.

4. Sběrnice PCI, konfigurační prostor, rychlé přenosy dat bez účasti procesoru, bus master, přerušovací subsystém.

5. Sběrnice PCI Express, verze sběrnice, vývoj do roku 2023 (gen. 5/6), principy přenosu, kódování, fyzická vrstva, diferenciální vedení a jeho zakončení.

6. Sběrnice PCI Express, transakční a linková vrstva, přenosové rychlosti, QoS, virtuální kanály, příklady použití pro akvizici dat a embedded zařízení.

7. Ethernet a jeho standardy z hlediska fyzické vrstvy, metody kódování signálu a vyjednávání rychlosti fyzické vrstvy.

8. Ethernet optická rozhraní 1 Gbit – 400 Gbit/s, interface pro FPGA propojení na sběrnici PCI Express.

9. Akvizice a generování analogových signálů, vzorkovací teorém a jeho aplikace na reálné AD a DA převodníky, Nyquistova zóna a dopad na šířku pásma převodníku.

10. Paměťové obvody volatilní a non-volatilní paměti, synchronní a asynchronní, SDR, DDR4/5, GDR6, QDR2/3, NAND, SSD, NVMe, přenosové rychlosti a dopad na organizaci dat v paměti z hlediska Cache. 

11. Snímače obrazu CCD, CMOS, plošné a řádkové, rozlišení, barevná hloubka, kódování barev, snímková frekvence. Přenos obrazových dat do PC, rozhraní USB, CameraLink, PCIe, analogová linka, video formát.

12. Snímače obrazu zpracování dat – signálové procesory DSP, video výstup a generování obrazových dat, zobrazovače (monitory a displeje např. pro virtuální realitu).

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Karel Horák, Ph.D.

Osnova

1.-6. Laboratorní úlohy komunikace s PC, sériová linka a její varianty, Ethernet, VGA Controller.

7.-12. Laboratorní úlohy – samostatný projekt pod vedením vyučujícího.