Kezdőlap / Kidolgozott tételek / DEIK Mérnökinformatikus BSC 2017 / 6. tétel

6. Tétel — Szekvenciális logikai hálózatok és webes technológiák

Frissítve: 2026-09-09

Ez a tétel két nagyobb témakört fed le: a szekvenciális logikai hálózatokat (tárolók, számlálók, léptető regiszterek, memóriák), valamint a webes technológiákat (HTML5, CSS3, JavaScript vezérlési szerkezetek, szenzorleolvasás és távoli felügyeleti rendszerek).

Témák

I. Témakör: Digitális rendszerek és szekvenciális hálózatok

• Szekvenciális logikai hálózatok: Tárolók
• Számlálók
• Léptető regiszterek
• Memóriák

II. Témakör: Webes technológiák (HTML5, CSS3), Scriptvezérlés, Szenzorleolvasás és Távoli Felügyeleti Rendszerek

• A HTML5 új elemei
• A CSS3 új lehetőségei
• Vezérlési szerkezetek web scriptben
• Szenzorleolvasás webfelületen keresztül
• Távoli felügyeleti rendszerek megvalósítása webfelületen

I. Témakör: Digitális rendszerek és szekvenciális hálózatok

1. Bevezetés: Szekvenciális logikai hálózatok fogalma és elhatárolása a kombinációs hálózatoktól

A digitális rendszerek logikai hálózatait alapvetően két nagy csoportra oszthatjuk: kombinációs és szekvenciális hálózatokra. A kettő közötti legélesebb különbség a memória, vagyis a belső állapot tárolásának képességében rejlik.

• Kombinációs hálózatok: Ezek memóriamentes áramkörök. Kimenetük kizárólag a bemenetek pillanatnyi, aktuális értékétől függ. Ha a bemenet megváltozik, a kimenet szintén megváltozik, de a rendszernek nincs "emlékezete" a korábbi bemeneti értékekről. Tipikus példák a logikai kapuk, összeadók, multiplexerek.
• Szekvenciális hálózatok: Ezzel szemben a szekvenciális hálózatok kimenete nemcsak a bemenetek aktuális állapotától, hanem a hálózat belső, tárolt állapotától is függ. Ez a belső állapot a múltbeli bemeneti sorozatok eredményeként alakult ki. A működés kulcsa a visszacsatolás, amelynek során a hálózat kimeneti jeleit vagy belső állapotait visszavezetjük a bemeneti logikába, lehetővé téve az információ tárolását. Ezen tárolóelemek alkotják a rendszer memóriáját.

2. Tárolók

• Aszinkron tárolók: Ezek szintvezérelt elemek, ami azt jelenti, hogy amíg a vezérlőjel (engedélyező bemenet) aktív, a kimenetük folyamatosan követi a bemeneti változásokat. A legegyszerűbb az SR-latch, amely két keresztbe kötött NOR vagy NAND kapuból épül fel. Két bemenete a Set (S) és a Reset (R). Az S=1 beállítására a tároló 1-be, R=1-re 0-ba billen. Az S=1, R=1 kombináció tiltott állapot, mivel a kimenet viselkedése nem definiált.
• Szinkron tárolók: Ezek élvezérelt elemek, ami a gyakorlatban sokkal stabilabb működést garantál. A bemeneti értékeket csak egy központi órajel felfutó vagy lefutó élének pillanatában veszik át, és ezt az állapotot a következő órajel-élig stabilan tartják.
  • D (Data) flip-flop: A legegyszerűbb szinkron tároló. Az órajel aktív élénél a D bemeneten lévő logikai érték megjelenik a Q kimeneten.
  • T (Toggle) flip-flop: A T bemenet vezérli, hogy a tároló váltson-e állapotot. Ha T=1, az órajel élére a kimenet az ellenkezőjére vált. Ha T=0, az állapot változatlan marad.
  • JK flip-flop: A legsokoldalúbb tároló. Két bemenete, J és K, az SR-latch Set és Reset funkcióihoz hasonlóan működik, de kiküszöböli a tiltott állapotot.
    • J=0, K=0: Az órajelre az állapot nem változik (tartás).
    • J=0, K=1: Az órajelre a kimenet 0 lesz (Reset).
    • J=1, K=0: Az órajelre a kimenet 1 lesz (Set).
    • J=1, K=1: Az órajelre a kimenet az előző állapot ellenkezőjére vált (váltó üzemmód).

3. Számlálók (Counters)

A számlálók flip-flopok összekapcsolásával létrehozott szekvenciális áramkörök, amelyek előre meghatározott sorrendben lépkednek a különböző állapotok között, jellemzően órajel-impulzusok hatására.

• Aszinkron (Ripple) számlálók: Itt csak az első flip-flop kapja a külső órajelet. Minden további flip-flop órajelét az előző flip-flop kimenete vezérli. Előnye az egyszerű felépítés, hátránya viszont a jelentős terjedési késleltetés, mivel az állapotváltás végig "gyűrűzik" a láncon, ami korlátozza a maximális működési frekvenciát.
• Szinkron számlálók: Itt minden flip-flop ugyanazt a központi órajelet kapja. Azt, hogy egy adott flip-flopnak váltania kell-e, egy kombinációs logikai hálózat dönti el a J, K vagy T bemenetek vezérlésével. Bonyolultabb a felépítésük, de sokkal gyorsabbak és megbízhatóbbak, mivel minden állapotváltás egyszerre, az órajel élére történik.
• Modulo-N számlálók: Olyan számlálók, amelyek N állapotot tudnak megkülönböztetni (0-tól N-1-ig számolnak), majd a ciklus újraindul. Például egy modulo-10 számláló 0-tól 9-ig számol.
• Fel/Le (Up/Down) számlálók: Egy irányvezérlő bemenet segítségével eldönthető, hogy a számláló növelje vagy csökkentse a belső értékét az órajel hatására.

4. Léptető regiszterek

A léptető regiszterek olyan több bites tároló egységek, amelyek flip-flopok láncolatából állnak, és képesek a bennük tárolt bináris adatokat az órajel ütemére bitenként eltolni (léptetni) a szomszédos cellák felé.

Főbb típusok:

• SISO (Serial-In, Serial-Out): Soros bemenetű, soros kimenetű regiszter. Az adatok bitenként érkeznek be, és bitenként távoznak. Késleltetési vonalakként és soros adatátviteli pufferként használatos.
• SIPO (Serial-In, Parallel-Out): Soros bemenetű, párhuzamos kimenetű regiszter. Soros adatfolyamot alakít át párhuzamos byte-tá.
• PISO (Parallel-In, Serial-Out): Párhuzamos bemenetű, soros kimenetű regiszter. Párhuzamos adatokat olvas be egyszerre, majd soros bitfolyamként továbbít.
• PIPO (Parallel-In, Parallel-Out): Párhuzamos bemenetű, párhuzamos kimenetű regiszter. Ideiglenes adattárolásra, ALU regiszterekként alkalmazzák.

5. Memóriák (Memory Arrays)

A digitális rendszerekben a memóriák nagyméretű, strukturált tárolóhálózatok, amelyek tömeges adatok megőrzésére szolgálnak. Címzés alapján teszik lehetővé az olvasási és írási műveleteket.

Főbb memóriatípusok:

• RAM (Random Access Memory): Írható és olvasható, illékony memória; a tárolt adatok a tápfeszültség megszűnésekor elvesznek.
  • SRAM (Static RAM): Flip-flop alapú cellákból épül fel. Gyors, de drága és nagy helyigényű.
  • DRAM (Dynamic RAM): Tranzisztor és kondenzátor kombinációjából álló cella. Olcsó, nagy sűrűségű, de folyamatos frissítést igényel.
• ROM (Read-Only Memory): Csak olvasható, nem illékony memória. Tartalmát a gyártás során vagy speciális programozóval rögzítik. Változatai: PROM, EPROM, EEPROM, Flash memória.

II. Témakör: Webes technológiák (HTML5, CSS3), Scriptvezérlés, Szenzorleolvasás és Távoli Felügyeleti Rendszerek

1. A HTML5 új elemei

A HTML5 (HyperText Markup Language 5) a világháló standard jelölőnyelvének modern verziója, amely radikálisan kiterjesztette a webes alkalmazások képességeit, feleslegessé téve a korábbi külső beépülő modulokat.

Strukturális elemek: A korábbi, <div> alapú "korszak" helyett a HTML5 egyértelmű, beszédes címkéket vezetett be a főbb oldalszerkezeti egységekre:

• <header>: A bevezető tartalmak (pl. logó, főcím, navigáció) gyűjtőhelye.
• <footer>: Az oldal vagy egy szekció lábléce, amely jellemzően szerzői jogi információkat, kapcsolati adatokat tartalmaz.
• <main>: Az oldal központi, egyedi tartalma. Egy dokumentumban csak egy main elem lehet.
• <nav>: A fő navigációs linkek csoportosítására szolgál.
• <section>: A dokumentum egy tematikus csoportját jelöli, amelynek általában saját címsora van.
• <article>: Önálló, önmagában is értelmezhető tartalmi egységet definiál, mint egy blogbejegyzés, fórumposzt vagy újságcikk.
• <aside>: Olyan tartalmat jelöl, amely lazábban kapcsolódik a körülötte lévő tartalomhoz.

2. A CSS3 új lehetőségei

A CSS3 (Cascading Style Sheets 3) a stíluslapok modularizált fejlesztési formája, amely függetlenné tette a vizuális megjelenítést a tartalomtól, és modern tervezési eszközöket adott a fejlesztők kezébe.

Főbb új lehetőségek:

• Modern elrendezési modellek (Layouts):
  • Flexbox (Flexible Box Module): Egyirányú elrendezési rendszer, amely rendkívül hatékonyan kezeli az elemek elosztását, igazítását és sorrendjét egy adott tengelyen.
  • CSS Grid Layout: Kétirányú rács alapú elrendezési rendszer, amely komplex webes keretrendszerek nélkül teszi lehetővé precíz weboldalstruktúrák kialakítását.
• Vizuális effektek és díszítések: Lekerekített sarkok, árnyékok elemeken (és szövegeken is), valamint átlátszóság.
• Transzformációk, Átmenetek és Animációk:
  • Transitions: Sima vizuális átmenetet biztosít két CSS-állapot között (pl. gombszín változás hover hatásra).
  • Transforms: Elemek elforgatása, skálázása, eltolása 2D-ben vagy 3D-ben.
  • Animations & Keyframes: Komplex, időzített, több lépéses animációk definiálása tiszta CSS-ben.
• Reszponzív Webdesign (RWD) és Media Queries: A media szabályok segítségével a stíluslapok képesek alkalmazkodni a képernyő felbontásához, méretéhez vagy orientációjához.

3. Vezérlési szerkezetek web scriptben (JavaScript)

A webes scriptnyelv, a JavaScript teljes körű programozási logikát biztosít a böngészőben futó alkalmazások számára. A vezérlési szerkezetek szabályozzák a kód futásának irányát:

• Feltételes elágazások:
  • if...else és a többszörös elágaztatásra szolgáló switch...case szerkezetek.
  • feltétel ? igaz_ág : hamis_ág: rövidített feltételekhez.
• Ciklusok:
  • Hagyományos számlálós ciklus: for (let i = 0; i < 10; i++) { ... }.
  • Feltételes ciklusok: while és do...while.
  • Kollekciók iterálására: for...of (tömbök elemeihez) és for...in (objektumok kulcsaihoz).
• Aszinkron vezérlés: A modern webalkalmazások alapja az aszinkron kommunikáció, amely lehetővé teszi adatok háttérben történő lekérdezését a szerverről az oldal újratöltése nélkül.
  • AJAX (Asynchronous JavaScript and XML): A XMLHttpRequest objektummal megvalósított technológia, amely a háttérben képes HTTP kéréseket küldeni és fogadni.
  • Fetch API: Az AJAX modernebb, ígéret (Promise) alapú alternatívája, amely egyszerűbb és rugalmasabb szintaxist biztosít a hálózati kérések kezelésére.

4. Szenzorleolvasás webfelületen keresztül

A modern IoT (Internet of Things) rendszerekben elterjedt igény, hogy a fizikai környezet adatait közvetlenül egy webes felületen jelenítsék meg és dolgozzák fel.

Fizikai réteg (Szenzor és Mikrokontroller)

• Adatgyűjtés: A folyamat egy fizikai szenzorral indul, amely az érzékelt környezeti fizikai mennyiséget mérhető jellé alakítja.
• Jelfeldolgozás: A szenzor analóg vagy digitális jelét egy mikrokontroller olvassa be különféle hardveres interfészeken keresztül.
• Előkészítés: A mikrokontroller feladata a nyers szenzoradatok helyi szintű feldolgozása, valamint azok hálózati továbbításra való előkészítése.

Logikai réteg (Szerver és API)

• Adattovábbítás: A mikrokontroller egy hálózati protokollon keresztül továbbítja a feldolgozott adatokat egy központi szervernek. Ez történhet hagyományos protokollon alapuló kérésekkel egy alkalmazásprogramozási interfész végpontján keresztül, vagy egy dedikált, kis sávszélességű, IoT-specifikus üzenetkezelési protokoll alkalmazásával.
• Szerveroldali kezelés: A szerveroldali szoftveres környezet fogadja, ellenőrzi és validálja az adatokat, majd egy relációs vagy nem-relációs adatbázisban tárolja azokat.
• Interfész biztosítás: A szerver egy szabványos programozási interfészt (API) biztosít, amelyen keresztül a kliensek lekérdezhetik a tárolt adatokat. A kommunikáció kiterjedhet kétirányú, valós idejű kapcsolatot biztosító protokollokra is a szerver és a kliens között.

Prezentációs réteg (Webes Kliens)

• Kliensoldali kérés: A felhasználó a böngészőjében megnyitja a grafikus felületet biztosító dokumentumot, amelynek kliensoldali programkódja aszinkron hálózati kéréseket intéz a szerver API-jához a legfrissebb szenzoradatok beszerzése érdekében.
• Megjelenítés: A szerver által visszaküldött adatokat (jellemzően strukturált formátumban) a kliens feldolgozza, majd a dokumentumobjektum-modell programozói felületén keresztül dinamikusan frissíti a felhasználói felület elemeit.
• Időzítés: Ez a lekérdezési és frissítési ciklus periodikusan, ütemezetten ismétlődik, ezáltal biztosítva a szenzorok állapotának közel valós idejű megjelenítését a felhasználó számára.

5. Távoli felügyeleti rendszerek megvalósítása webfelületen

A távoli felügyeleti rendszerek (SCADA / IoT Dashboards) lehetővé teszik ipari vagy otthoni berendezések távoli monitorozását és vezérlését egy böngészőn keresztül.

• A rendszer kétirányúvá tehető. A webes felületen elhelyezett gombokkal a felhasználó eseményeket indíthat.
• Egy gombnyomásra a JavaScript egy POST kérést küld egy másik API végpontra.
• A szerver fogadja a parancsot, és egy megfelelő mechanizmuson keresztül továbbítja azt a cél mikrokontrollernek, amely végrehajtja a kért műveletet.