Detail předmětu

Systémy odolné proti poruchám

FIT-SPPAk. rok: 2025/2026

Principy odolnosti, struktury a techniky pro zvýšení odolnosti systémů proti poruchám. Kódy pro zabezpečení a opravu informace. Lineární blokové kódy. Řídké paritní kódy. Maticový popis kódů. Galoisova tělesa. Cyklické kódy. BCH a RS kódy. Kódy pro zabezpečení informace v pamětech typu Flash a CDROM. Úvod do kvantového počítání, oprava chyb v kvantových systémech.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Vstupní znalosti

Základy lineární algebry a diskrétní matematiky, základy návrhu číslicových systémů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Vypracování projektu, jeho prezentace a dosažení min. hodnocení 10 bodů pro získání zápočtu a připuštění k závěrečné zkoušce. Složení závěrečné zkoušky s dosažením min. 50 bodů v součtu za hodnocené aktivity předmětu pro jeho úspěšné absolvování.

Učební cíle

Seznámit studenty s různými formami redundance a jejich využitím k vytváření počítačových systémů pracujících správně i za přítomnosti poruch nebo chyb v datech. Zvládnuté přístupy k vytváření odolnosti proti poruchám obvodovými a softwarovými prostředky.

Motivace:

Pokud bychom měli zvolit matematický objev s největším dopadem za posledních 50 let, samoopravný kód by byl jistým kandidátem. Takový kód chrání digitální informace, které jsou přenášeny nebo ukládány, před náhodnými chybami. Předmět SPP mimo jiné ukazuje, že řada objektů abstraktní algebry - např. matice, prvočísla, polynomy, grupy nebo konečná tělesa - mají významné praktické aplikace, protože se používají při návrhu a analýze kódů pro opravu chyb. Bez nich by zařízení jako CDROM, paměti Flash nebo prostředky digitální komunikace, nefungovala.

Základní literatura

Dumas, J.-G., Roch, J.-L., Tannier, E., Varrette, S.: Foundations of Coding: Compression, Encryption, Error Correction. Wiley-Blackwell, 2015
Jiang, Y.: A Practical Guide to Error-Control Coding Using MATLAB. Artech House, 2010
Koren, I., Krishna, C. M.: Fault-Tolerant Systems, 2. vyd., Morgan Kaufmann, 2020
Lin, S., Costello, D.J.: Error Control Coding: Fundamentals and Applications, 2. vyd., PEARSON, 2010
Sanvicente, E.: Understanding Error Control Coding. Springer, 2019

Doporučená literatura

Dumas, J.-G., Roch, J.-L., Tannier, E., Varrette, S.: Foundations of Coding: Compression, Encryption, Error Correction. Wiley-Blackwell, 2015
Jiang, Y.: A Practical Guide to Error-Control Coding Using MATLAB. Artech House, 2010
Koren, I., Krishna, C. M.: Fault-Tolerant Systems, 2. vyd., Morgan Kaufmann, 2020
Lin, S., Costello, D.J.: Error Control Coding: Fundamentals and Applications, 2. vyd., PEARSON, 2010
Sanvicente, E.: Understanding Error Control Coding. Springer, 2019

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, povinný, je součástí profilujícího základu
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program NMSP-RRTES magisterský navazující

    specializace RRTS , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do problematiky systémů odolných proti poruchám (SOPP).
  2. Základní principy SOPP. Prostředky analýzy spolehlivosti systémů.
  3. Zvyšování spolehlivosti systémů (1): statická, dynamická a časová redundance.
  4. Zvyšování spolehlivosti systémů (2): hlídací obvody, hybridní systémy, Markovovy modely.
  5. Informační redundance: úvod do kódů pro detekci a opravu chyb. Paritní kódy, Bergerův kód
  6. Lineární blokové kódy: Hammingovy kódy, LDPC
  7. Algebraické prostředky kódů pro detekci a opravu chyb (1): maticový popis kódů.
  8. Algebraické prostředky kódů pro detekci a opravu chyb (2): Galoisova tělesa
  9. Cyklické kódy: CRC, obvodová realizace vybraných operací.
  10. Pokročilé cyklické kódy: BCH kódy, Reed-Solomonovy kódy
  11. Základy teorie kvantových výpočtů. Kvantové počítače v kontextu problematiky SOPP.
  12. Základní principy zabezpečení kvantových výpočtů.
  13. Praktická demonstrace programování a simulace kvantového výpočtu.

Projekt

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

Individuálně volená témata projektů zaměřená primárně na studium vybrané problematiky a zpracování prezentace na dané téma v rozsahu cca 25 minut.

Individuální příprava na přednášku

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

Studium doporučené literatury a podpůrných materiálů k jednotlivým tématům přednášek.

Individuální příprava na ukončení

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

Studium doporučené literatury a podpůrných materiálů k jednotlivým tématům předmětu SPP dle pokynů k závěrečné zkoušce.

Individuální příprava - zpracování prezentace

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Michal Bidlo, Ph.D.

Osnova

Příprava na přednesení prezentace jako výstupu řešení projektu SPP.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz