Рабочий лист студента: Практическая работа №4. Конструкция, подключение и инсталляция периферийных устройств

Вариант 1

Студийный монтажный комплекс 8K видео

Оборудование: Рабочая станция с Thunderbolt 4, док-станция TB4, профессиональный монитор 8K HDR с интерфейсом DisplayPort 2.1, внешний RAID NVMe (4 диска, шина PCIe 3.0 x4), сквозное питание USB PD EPR 100W.

1. Спецификация оборудования и физические порты

Узел системы	Устройство и параметры	Физический разъем	Стандарт и протокол передачи
Хост-компьютер	Мобильная рабочая станция для видеомонтажа	USB-C (Thunderbolt 4)	TB4 / USB4 (40 Гбит/с, PCIe tunneling, DP Alt Mode)
Док-станция	Студийный концентратор TB4 с внешним БП 180W	TB4 Host / DP 2.1 Out / TB4 Out	Контроллер Intel Goshen Ridge (JHL8440)
Монитор	8K UHD (7680×4320, 60 Гц, 10-бит HDR RGB 4:4:4)	DisplayPort 2.1 / USB-C	UHBR10 / UHBR13.5 (до 54 Гбит/с полезной полосы)
Накопитель	Внешний дисковый массив NVMe RAID0 (4×2TB)	Thunderbolt 4 / Type-C	PCIe 3.0 x4 over Thunderbolt (до 32 Гбит/с)

2. Расчет пропускной способности и кабельного тракта

Расчет битрейта видеопотока 8K@60Hz 10-bit HDR ($R = 7680 \times 4320 \times 30 \times 60 \times 1.15$) и сопоставление со стандартами DP 1.4 HBR3 vs DP 2.1 UHBR:

Обоснование типов кабелей (DP80 для DP 2.1, пассивный 40Gbps TB4 кабель) и длины линий:

3. Электрический баланс питания USB Power Delivery (100W)

Анализ профилей питания (20V / 5A), назначение микросхемы E-Marker, падение напряжения на контактах VBUS:

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Схема кабельной трассировки (Ноутбук ↔ Док-станция ↔ Монитор / RAID):

Чек-лист предпусковой проверки (ESD, заземление шасси RAID, нагрев кабелей TB4):

Вариант 2

Конференц-зал с видеоконференцсвязью (PTZ + Dante)

Оборудование: Поворотная PTZ-камера 4K с питанием PoE+ (IEEE 802.3at), микрофонный массив Dante (Audio over IP / USB), центральный коммутатор PoE+, дублирующие HDMI 2.0b экраны через активный сплиттер.

1. Спецификация сетевых и мультимедийных узлов

Оборудование	Назначение	Физический разъем	Стандарт интерфейса и питания
PTZ-камера 4K	Видеозахват с 20x оптическим зумом	RJ-45 (Ethernet) + HDMI	1000BASE-T, PoE+ (IEEE 802.3at, до 25.5 Вт)
Микрофонный массив	Потолочный массив с формированием луча	RJ-45 / USB Type-B	Dante (Audio over IP), PoE (802.3af, до 12.95 Вт)
PoE-коммутатор	Центральный сетевой свитч зала	8×RJ-45 PoE+ (PSE)	Суммарный бюджет PoE 130 Вт
Экраны зала (2 шт.)	Дублирование контента для участников	HDMI Type-A	HDMI 2.0b (4K@60Hz 8-bit RGB, кабель до 10 м)

2. Расчет сетевого бюджета PoE и кабельных линий

Расчет мощности PoE (камера 25.5 Вт + микрофон 12 Вт), сопоставление со стандартами 802.3af vs 802.3at и категорией кабеля витой пары:

Анализ пропускной способности HDMI-сплиттера (14.4 Гбит/с чистой полосы), выбор активных HDMI кабелей при длине свыше 5–10 метров:

3. Синхронизация Dante и задержки аудио-видео

Особенности передачи несжатого звука по IP (PTP-синхронизация, QoS на коммутаторе, аналоговые выходы 3.5mm TRRS):

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Схема кабельной разводки зала (Коммутатор ↔ Камера / Микрофон ↔ ПК кодека ↔ HDMI Сплиттер ↔ Дисплеи):

Чек-лист предпускового аудита (категория Cat.6 медная, заземление экранированного разъема RJ-45, тест PoE питания под нагрузкой):

Вариант 3

Офисная зона открытого типа Open Space (Hub + Daisy Chain)

Оборудование: Ультрабук, настольный концентратор USB-C Hub с проходным питанием 65W, проводной Gigabit Ethernet, два офисных монитора QHD (2560×1440@60Hz) в цепочке Daisy Chain через DisplayPort MST.

1. Спецификация оборудования и портов

Компонент	Модель / Характеристики	Физический разъем	Протокол и режим работы
Ультрабук	Офисный ноутбук со встроенной графикой	USB-C (DP Alt Mode)	DP 1.4 HBR3 (режим 2-lane DP + USB 3.2 Gen2)
USB-C Концентратор	Настольный многопортовый хаб	Type-C (Upstream) + DP-Out	Поддержка USB PD 3.0 Pass-Through 65–100W
Монитор 1 (Master)	27" QHD (2560×1440@60Hz)	DP-In и DP-Out	Поддержка MST Daisy Chain (разветвление DP)
Монитор 2 (Slave)	27" QHD (2560×1440@60Hz)	DP-In	Конечный монитор цепочки

2. Расчет пропускной способности DisplayPort MST в режиме 2-lane DP

Расчет суммарной полосы двух мониторов QHD@60Hz (2 × 5.63 Гбит/с ≈ 11.3 Гбит/с) и сопоставление с полосой 2-lane DP 1.4 HBR3 (12.96 Гбит/с):

Почему интерфейс HDMI непригоден для организации цепочки Daisy Chain (топология точка-точка, отсутствие протокола MST):

3. Баланс мощности питания USB Power Delivery (65W Pass-Through)

Расчет потерь мощности в хабе (потребление контроллера хаба 15 Вт: сетевой адаптер должен выдавать 80–100 Вт, чтобы до ноутбука дошло 65 Вт):

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Схема кабельных линий (БП ↔ Хаб ↔ Ультрабук; Хаб ↔ Монитор 1 [DP In / DP Out] ↔ Монитор 2 [DP In]):

Чек-лист предпускового аудита (включение режима MST в меню монитора 1, отключение DP 1.1 режима, кабели DP-DP сертифицированные):

Вариант 4

Лабораторный измерительный стенд (RS-232, Virtual COM, Осциллограф)

Оборудование: Промышленный ПК, цифровой двухканальный запоминающий осциллограф с шиной USB Virtual COM, микроконтроллерный стенд с интерфейсом RS-232 / UART, оптическая гальваническая развязка USB, экранированные кабели с ферритовыми кольцами.

1. Спецификация измерительных узлов и сигнальных интерфейсов

Прибор / Узел	Назначение	Физический разъем	Уровни сигналов и защита
Промышленный ПК	Сбор и математическая обработка телеметрии	USB Type-A, COM (DB-9M)	Заземленный корпус стандарта IEC 61140
Осциллограф USB	Цифровая регистрация сигналов (до 100 МГц)	USB Type-B	Изолированный USB-порт (гальваноразвязка 2.5 кВ)
Стенд МК (UART/RS-232)	Отладка микроконтроллера STM32/AVR	DB-9F / Клеммная колодка	Уровни RS-232 (±12 В) через микросхему MAX232 / MAX3232
USB-Изолятор	Оптоэлектронная / емкостная изоляция шины	USB Type-A In / Out	Микросхема ADuM3160 / ADuM4160 (Analog Devices)

2. Анализ гальванической развязки и устранение токовых петель (Ground Loops)

Физика возникновения паразитного уравнительного тока через экран USB-кабеля при подключении заземленного осциллографа к исследуемой цепи:

Принцип работы ферритового фильтра (Ferrite Bead) и правила подавления синфазных помех от импульсных преобразователей:

3. Согласование электрических уровней RS-232 и UART (USB Virtual COM)

Сравнение уровней напряжения (КМОП UART 0–3.3V vs стандарт RS-232 от -12V до +12V), риск физического выгорания портов микроконтроллера:

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Схема кабельной коммутации стенда (ПК ↔ USB Изолятор ↔ Осциллограф; ПК ↔ USB-UART переходник с развязкой ↔ МК стенд ↔ Общий заземляющий контур):

Чек-лист предпускового аудита (проверка наличия антистатического браслета ESD 1 МОм, выравнивание потенциалов шиной PE, целостность экранов кабелей):

Рабочий лист студента: Практическая работа №4. Конструкция, подключение и инсталляция периферийных устройств — часть 1 из 3

Студийный монтажный комплекс 8K видео

1. Спецификация оборудования и физические порты

2. Расчет пропускной способности и кабельного тракта

3. Электрический баланс питания USB Power Delivery (100W)

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Конференц-зал с видеоконференцсвязью (PTZ + Dante)

1. Спецификация сетевых и мультимедийных узлов

2. Расчет сетевого бюджета PoE и кабельных линий

3. Синхронизация Dante и задержки аудио-видео

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Офисная зона открытого типа Open Space (Hub + Daisy Chain)

1. Спецификация оборудования и портов

2. Расчет пропускной способности DisplayPort MST в режиме 2-lane DP

3. Баланс мощности питания USB Power Delivery (65W Pass-Through)

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита

Лабораторный измерительный стенд (RS-232, Virtual COM, Осциллограф)

1. Спецификация измерительных узлов и сигнальных интерфейсов

2. Анализ гальванической развязки и устранение токовых петель (Ground Loops)

3. Согласование электрических уровней RS-232 и UART (USB Virtual COM)

4. Текстовая схема коммутации и чек-лист инженерного аудита