Institute of Information Science - University of Miskolc

User Tools

Site Tools

Trace: • szoftver_alapismeretek • mesterseges_intelligencia_alapjai • egyszeru_mintapeldak • bevezetes_a_c_nyelvbe_es_programfelepites • hardver_alapismeretek • docker2 • mesterseges_intelligencia_alapjai_gtk
tanszek:oktatas:szamitastechnika:hardver_alapismeretek

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

Both sides previous revisionPrevious revision
Next revision		Previous revision
tanszek:oktatas:szamitastechnika:hardver_alapismeretek [2025/09/16 18:58] – [3. Számítógépkategóriák és architektúrák] kneheztanszek:oktatas:szamitastechnika:hardver_alapismeretek [2025/09/16 19:08] (current) – [2. Hardver alapjai] knehez
Line 3: Line 3:
 === 1.1 Adat és információ === === 1.1 Adat és információ ===
   * **Adat**: a világ jelenségeinek leírása számokkal, szöveggel, képekkel vagy mérésekkel.     * **Adat**: a világ jelenségeinek leírása számokkal, szöveggel, képekkel vagy mérésekkel.  
-    *Példa*: egy szenzor 22,5 °C hőmérsékletet mér → ez adat.+  * Példa: egy szenzor 22,5 °C hőmérsékletet mér → ez adat.
   * **Információ**: olyan közlés, amely csökkenti a bizonytalanságot, és döntést tesz lehetővé.     * **Információ**: olyan közlés, amely csökkenti a bizonytalanságot, és döntést tesz lehetővé.  
-    *Példa*: „A gép túlhevült, mert a hőmérséklet 95 °C” → ez információ.+  * Példa: „A gép túlhevült, mert a hőmérséklet 95 °C” → ez információ.
   * **Claude Shannon (1939)**: az információ a bizonytalanság (entrópia) csökkentése.   * **Claude Shannon (1939)**: az információ a bizonytalanság (entrópia) csökkentése.
   * **Bit**: a legkisebb információegység, amely két állapotot különböztet meg (0 vagy 1).   * **Bit**: a legkisebb információegység, amely két állapotot különböztet meg (0 vagy 1).
- 
---- 
  
 === 1.2 Analóg és digitális jelek === === 1.2 Analóg és digitális jelek ===
   * **Analóg jel**: folytonos, tetszőleges értéket vehet fel.     * **Analóg jel**: folytonos, tetszőleges értéket vehet fel.  
-    *Példa*: higanyos hőmérő szintje.+  * Példa: higanyos hőmérő szintje.
   * **Digitális jel**: diszkrét, előre meghatározott értékeket vesz fel.     * **Digitális jel**: diszkrét, előre meghatározott értékeket vesz fel.  
-    *Példa*: digitális hőmérő kijelzője.+  * Példa: digitális hőmérő kijelzője.
   * A számítógépek digitálisak, mert:   * A számítógépek digitálisak, mert:
     - zajállóbbak,     - zajállóbbak,
Line 97: Line 95:
     D -->|Adatok| A     D -->|Adatok| A
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 2.2 Memóriahierarchia === === 2.2 Memóriahierarchia ===
Line 109: Line 105:
  
 <mermaid> <mermaid>
-graph TD+graph LR
     R[Regiszterek] --> C1[L1 Cache] --> C2[L2 Cache] --> C3[L3 Cache] --> M[RAM] --> H[Háttértár]     R[Regiszterek] --> C1[L1 Cache] --> C2[L2 Cache] --> C3[L3 Cache] --> M[RAM] --> H[Háttértár]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 2.3 Buszrendszerek === === 2.3 Buszrendszerek ===
Line 129: Line 123:
     CPU -->|Vezérlőbusz| IO[I/O perifériák]     CPU -->|Vezérlőbusz| IO[I/O perifériák]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 2.4 Példa: Raspberry Pi felépítése === === 2.4 Példa: Raspberry Pi felépítése ===
Line 152: Line 144:
 A számítógépek többféle kategóriába sorolhatók teljesítményük, méretük és felhasználási területük alapján.   A számítógépek többféle kategóriába sorolhatók teljesítményük, méretük és felhasználási területük alapján.  
 Emellett különböző architektúrák léteznek (x86, ARM, RISC-V, SoC), amelyek a mérnöki alkalmazások szempontjából is fontosak. Emellett különböző architektúrák léteznek (x86, ARM, RISC-V, SoC), amelyek a mérnöki alkalmazások szempontjából is fontosak.
- 
---- 
  
 === 3.1 Számítógépkategóriák === === 3.1 Számítógépkategóriák ===
Line 169: Line 159:
     D --> E[Szuperszámítógép]     D --> E[Szuperszámítógép]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 3.2 Architektúrák === === 3.2 Architektúrák ===
Line 185: Line 173:
     S[SoC - System on Chip] -->|Integráció| I[Mobil, Raspberry Pi, IoT]     S[SoC - System on Chip] -->|Integráció| I[Mobil, Raspberry Pi, IoT]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 3.3 Példák mérnöki alkalmazásokban === === 3.3 Példák mérnöki alkalmazásokban ===
Line 206: Line 192:
 A perifériák a számítógéphez csatlakozó eszközök, amelyek adatbevitelre, megjelenítésre, adattárolásra vagy kommunikációra szolgálnak.   A perifériák a számítógéphez csatlakozó eszközök, amelyek adatbevitelre, megjelenítésre, adattárolásra vagy kommunikációra szolgálnak.  
 Az interfészek biztosítják az összeköttetést a központi egység és a perifériák között. Az interfészek biztosítják az összeköttetést a központi egység és a perifériák között.
- 
---- 
  
 === 4.1 Input (adatbevitel) === === 4.1 Input (adatbevitel) ===
Line 222: Line 206:
     IN5[Videokamera] --> CPU     IN5[Videokamera] --> CPU
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 4.2 Output (eredménykivitel) === === 4.2 Output (eredménykivitel) ===
Line 237: Line 219:
     CPU --> OUT4[Hangszóró]     CPU --> OUT4[Hangszóró]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 4.3 Input/Output kombinált eszközök === === 4.3 Input/Output kombinált eszközök ===
Line 253: Line 233:
     CPU <--> USB[USB eszköz]     CPU <--> USB[USB eszköz]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 4.4 Modern interfészek === === 4.4 Modern interfészek ===
Line 277: Line 255:
 A számítógép működéséhez szükség van gyors, átmeneti és tartós adattárolásra is.   A számítógép működéséhez szükség van gyors, átmeneti és tartós adattárolásra is.  
 Az eltérő tárolók különböző sebességűek, kapacitásúak és feladatúak. Az eltérő tárolók különböző sebességűek, kapacitásúak és feladatúak.
- 
---- 
  
 === 5.1 Memóriahierarchia === === 5.1 Memóriahierarchia ===
Line 287: Line 263:
  
 <mermaid> <mermaid>
-graph TD+graph LR
     R[Regiszterek<br/>pár bájt] --> C1[L1 Cache<br/>~32-64 KB]     R[Regiszterek<br/>pár bájt] --> C1[L1 Cache<br/>~32-64 KB]
     C1 --> C2[L2 Cache<br/>~256 KB - 1 MB]     C1 --> C2[L2 Cache<br/>~256 KB - 1 MB]
Line 295: Line 271:
     SSD --> HDD[HDD<br/>~1-20 TB]     SSD --> HDD[HDD<br/>~1-20 TB]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 5.2 RAM típusai === === 5.2 RAM típusai ===
Line 302: Line 276:
   * **SRAM (Static RAM)** – gyors, drága → cache.     * **SRAM (Static RAM)** – gyors, drága → cache.  
   * **SDRAM, DDR, DDR4, DDR5** – modern, szinkronizált RAM-típusok.   * **SDRAM, DDR, DDR4, DDR5** – modern, szinkronizált RAM-típusok.
- 
---- 
  
 === 5.3 Háttértárak === === 5.3 Háttértárak ===
Line 319: Line 291:
     HDD -.-> Archive[Optikai lemezek<br/>CD/DVD/Blu-ray]     HDD -.-> Archive[Optikai lemezek<br/>CD/DVD/Blu-ray]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 5.4 Virtuális memória === === 5.4 Virtuális memória ===
Line 330: Line 300:
 flowchart TD flowchart TD
     CPU --> RAM     CPU --> RAM
-    RAM -->|Ha megtelik| VM[Virtuális memória (SSD/HDD)]+    RAM -->|Ha megtelik| VM[Virtuális memória SSD/HDD]
 </mermaid> </mermaid>
- 
---- 
  
 === 5.5 Mérnöki alkalmazási példa === === 5.5 Mérnöki alkalmazási példa ===
Line 340: Line 308:
   * **Beágyazott rendszerek**: kis méretű RAM és flash → optimalizált programozás kell.   * **Beágyazott rendszerek**: kis méretű RAM és flash → optimalizált programozás kell.
  
 +===== 6. Párhuzamos feldolgozás és gyorsítók =====
 +
 +A számítógépek teljesítményének növelését ma már nem elsősorban az órajel emelése, hanem a **párhuzamos feldolgozás** és a **speciális gyorsítók** biztosítják.  
 +
 +=== 6.1 Többmagos processzorok ===
 +  * A CPU több maggal rendelkezik → egyszerre több utasítást hajthat végre.  
 +  * Példák:
 +    - **Dual-core, Quad-core, Octa-core** CPU-k.
 +    - Mobil eszközökben: heterogén architektúrák (pl. ARM big.LITTLE).  
 +  * Előny: több szál (thread) futtatható egyidőben.
 +
 +<mermaid>
 +graph TD
 +    CPU[Processzor] --> C1[Mag 1]
 +    CPU --> C2[Mag 2]
 +    CPU --> C3[Mag 3]
 +    CPU --> C4[Mag 4]
 +    C1 & C2 & C3 & C4 --> OS[Operációs rendszer<br/>többszálúság]
 +</mermaid>
 +
 +=== 6.2 Párhuzamos feldolgozási technikák ===
 +  * **Pipeline (csővezetékes feldolgozás)** – egy utasítás több részfeladatra oszlik, amelyek átfedésben hajthatók végre.  
 +  * **SIMD (Single Instruction, Multiple Data)** – egy utasítással több adaton művelet (pl. vektorműveletek).  
 +  * **MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data)** – több mag különböző programrészeket futtat párhuzamosan.  
 +
 +<mermaid>
 +flowchart LR
 +    A[Pipeline] -->|lépések egymásra tolva| B[Gyorsabb végrehajtás]
 +    C[SIMD] -->|egy utasítás<br/>több adaton| B
 +    D[MIMD] -->|különböző utasítások<br/>különböző adatokon| B
 +</mermaid>
 +
 +=== 6.3 GPU-k (Grafikus processzorok) ===
 +  * Eredetileg grafikai számításokra (3D, játékok).  
 +  * Ma: **általános célú számításokra is** (GPGPU).  
 +  * Több ezer feldolgozó egység → kiváló párhuzamosítás nagy adathalmazokon.  
 +  * Használat: gépi tanulás, képfeldolgozás, FEM/CFD szimulációk gyorsítása.  
 +
 +<mermaid>
 +graph TD
 +    GPU[GPU] --> C1[1000+ mag]
 +    GPU --> AI[AI és ML számítások]
 +    GPU --> SIM[Szimulációk]
 +    GPU --> GFX[Grafika és 3D megjelenítés]
 +</mermaid>
 +
 +=== 6.4 Egyéb gyorsítók ===
 +  * **FPGA (Field Programmable Gate Array)**: újraprogramozható hardver, ipari alkalmazásokban gyors, testreszabott feldolgozásra.  
 +  * **TPU (Tensor Processing Unit)**: mesterséges intelligenciára optimalizált chip.  
 +  * **NPU (Neural Processing Unit)**: neurális hálók futtatására mobil eszközökben.  
 +
 +<mermaid>
 +flowchart TD
 +    FPGA -->|Rugalmasság| Ipari[Ipari vezérlés]
 +    TPU -->|AI felhő| Cloud[Felhőszolgáltatások]
 +    NPU -->|Mobil AI| Mobile[Okostelefonok, IoT]
 +</mermaid>
 +
 +=== 6.5 Mérnöki alkalmazási példák ===
 +  * **FEM szimuláció** – CPU + GPU együttműködésével gyorsabb számítás.  
 +  * **Képfeldolgozás** – GPU gyorsítással valós idejű hibadetektálás gyártásban.  
 +  * **FPGA** – ipari robotvezérlés, valós idejű adatfeldolgozás.  
 +  * **TPU/NPU** – prediktív karbantartás, IoT érzékelők adatfeldolgozása.
 +
 +===== 7. Ipari és mérnöki alkalmazások =====
 +
 +A számítástechnika nemcsak irodai környezetben, hanem ipari és mérnöki területeken is kulcsfontosságú.  
 +A mérnökök számára a legfontosabb alkalmazási területek: beágyazott rendszerek, ipari vezérlők, IoT, valamint nagy teljesítményű szimulációk.
 +
 +=== 7.1 Beágyazott rendszerek ===
 +  * Speciális célú, kisméretű számítógépek.  
 +  * Tipikus eszközök: **mikrokontroller**, **Arduino**, **ESP32**, **Raspberry Pi**.  
 +  * Alkalmazások:
 +    - Szenzoradatok gyűjtése és feldolgozása.
 +    - Motorok, aktuátorok vezérlése.
 +    - Egyszerű ipari automatizálási feladatok.
 +
 +<mermaid>
 +flowchart TD
 +    S[Szenzorok] --> MCU[Mikrokontroller]
 +    MCU --> ACT[Motorok / aktuátorok]
 +    MCU --> NET[Kommunikáció pl. \(WiFi, Bluetooth\)]
 +</mermaid>
 +
 +=== 7.2 PLC-k és ipari vezérlőrendszerek ===
 +  * **PLC (Programmable Logic Controller)**: ipari gépek és folyamatok vezérlésére kifejlesztett számítógép.  
 +  * Jellemzők:
 +    - Robusztus, megbízható, folyamatos üzemre tervezett.
 +    - I/O csatlakozások ipari szabvány szerint (pl. 24V, relékimenet).
 +    - Egyszerű logikai programozás (létra diagram).  
 +  * Alkalmazások: gyártósorok, robotok, szállítószalagok.
 +
 +<mermaid>
 +graph LR
 +    SENSOR[Szenzorok] --> PLC[PLC]
 +    PLC --> MOTOR[Motorvezérlés]
 +    PLC --> HMI[Kezelőpanel / HMI]
 +    PLC --> NET[Hálózati kommunikáció]
 +</mermaid>
 +
 +=== 7.3 IoT és edge computing ===
 +  * **IoT (Internet of Things)**: szenzorok hálózata, amely adatokat gyűjt és továbbít.  
 +  * **Edge computing**: adatfeldolgozás a hálózat szélén, a szenzor közelében → csökkenti a késleltetést.  
 +  * Példák:
 +    - Okosgyár (smart factory).
 +    - Prediktív karbantartás (hibák előrejelzése).
 +    - Energiagazdálkodás.
 +
 +<mermaid>
 +flowchart LR
 +    S1[Szenzor] --> EDGE[Edge eszköz]
 +    EDGE --> CLOUD[Felhő]
 +    CLOUD --> USER[Felhasználó / Mérnök]
 +</mermaid>
 +
 +=== 7.4 Nagy teljesítményű számítások (HPC) ===
 +  * Mérnöki tervezésben és kutatásban szükség van extrém számításokra:
 +    - **FEM (végeselemes módszer)** szilárdságtanhoz.
 +    - **CFD (Computational Fluid Dynamics)** áramlástanhoz.
 +    - Molekuláris szimulációk, anyagvizsgálatok.
 +  * Ezekhez munkaállomások és szuperszámítógépek szükségesek, gyakran GPU gyorsítással.
 +
 +<mermaid>
 +flowchart LR
 +    MODEL[3D mérnöki modell] --> FEM[FEM szimuláció]
 +    MODEL --> CFD[CFD szimuláció]
 +    FEM --> HPC[Munkaállomás / Szuperszámítógép]
 +    CFD --> HPC
 +</mermaid>
 +
 +=== 7.5 Példák mérnöki gyakorlatból ===
 +  * **Gépészmérnökök**: 3D CAD modellezés, végeselemes analízis.  
 +  * **Villamosmérnökök**: vezérlőelektronika, PLC programozás, ipari kommunikációs hálózatok.  
 +  * **Anyagmérnökök**: mikroszkópos képfeldolgozás, szimulációs modellek.  
 +  * **Mechatronikus mérnökök**: robotvezérlés, szenzorhálózatok, IoT integráció.
  
tanszek/oktatas/szamitastechnika/hardver_alapismeretek.1758049110.txt.gz · Last modified: 2025/09/16 18:58 by knehez