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Lehrende: Dr. Andreas Mäder; Prof. Dr. Jianwei Zhang
Veranstaltungsart:
Vorlesung
Anzeige im Stundenplan:
RS - VL
Semesterwochenstunden:
4
Credits:
4,0
Unterrichtssprache:
Deutsch
Min. | Max. Teilnehmerzahl:
- | 360
Weitere Informationen:
Tutorium
Wegen der großen Nachfrage in den letzten Semestern wird wieder
ein begleitendes RSB Tutorium anbieten. Die Teilnahme ist freiwillig. Hier soll Gelegenheit
gegeben werden außerhalb der Übungsgruppen Fragen zu stellen, offene Punkte
zu diskutieren und Wissenslücken zu schließen.
Kommentare/ Inhalte:
Einführende Grundlagen
- Grundbegriffe der Informationsverarbeitung:Information, Repräsentation von Information, Zahlensysteme, Codierung
- Rechnerarithmetik: Operationen mit Zahlen, Ganzzahl- und Gleitkomma-Arithmetik
- Konzepte der Digitaltechnik: Boole'sche Algebra, Automatentheorie, Schaltnetze, synchrone und asynchone Schaltwerke, kooperierende Schaltwerke (Operationswerk, Steuerwerk)
- Hardwarestrukturen: Register, Registerbank, Zähler, Datenpfade, Bus-Systeme, Speicher
Rechnerarchitektur
- von-Neumann-Rechner: Prinzipien, Architektur, Befehlssatz
- ISA-Konzepte: CISC, RISC
- Maschinen- und Assembler-Code
- Pipelining, superskalare Architekturen, Parallelrechner
- Speicherhierarchie: Speichertypen, Cache
Betriebssysteme
- Konzepte und Aufgaben
- Prozesse und Threads
- Synchronisation und Kommunikation
- Scheduling
- Speicherverwaltung: virtueller Speicher
Praktikum Rechnerstrukturen (Blockveranstaltung)
- Grundelemente: Register, Bussystem, Speicheransteuerung, Operationswerk (ALU), Mikroprogrammiertes Steuerwerk
- Assemblerprogrammierung
- Speicherhierarchie: Speichertypen, virtueller Speicher, Cache-Organisation
- Kommunikation, Schnittstellen und Peripheriegeräte
Lernziel:
- Verstehen der grundlegenden Konzepte, Organisationsformen und Entwurfsmethoden von Rechnerstrukturen und deren Vernetzung einschießlich der Betriebssoftware
- Verstehen der Prinzipien der technischen Realisierung von Rechner-und Kommunikationshardware
- Kennenlernen von Methoden zur formalen Beschreibung, Modellierung und Bewertung von Rechen- und Kommunikationssystemen auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen
Vorgehen:
Dieses Modul behandelt im Rahmen der Vorlesung ein begrenztes und wohl ausgewähltes Theorie- und Methodenrepertoire für die Konfigurierung, den Entwurf, die Realisierung und die angemessene Nutzung von Rechnern- und Komunikationsnetzen sowie ihrer Basiskomponenten, u.a. unter Berücksichtigung technologischer, ökonomischer und anwendungsspezifischer Randbedingungen.
Der Vorlesungsstoff der Lehreinheit Rechnerstrukturen wird in Übungen durch Beispiele ergänzt, um das Verstehen der grundlegenden Konzepte, Organisationsformen und Entwurfsmethoden von Rechnerarchitekturen und deren Vernetzung, einschließlich der Betriebssoftware, durch die eigenständige Beschäftigung mit den Inhalten besser zu verankern.
Begleitend zu Vorlesung und Übungen wird ein Tutorium angeboten, in dem weitergehende Fragen zu Zusammenhängen, zum Verständnis oder zu den Übungsaufgaben gestellt werden können.
Darüber hinaus wird das technische Grundverständnis für Rechnerstrukturen durch ein technisches Praktikum exemplarisch vertieft, welches auf dem Prinzip "learning by doing" aufbaut, und den Studierenden die praktische Handhabung von Komponenten für Rechnerarchitekturen ermöglicht.
Literatur:
- R.E. Bryant, D.R. O'Hallaron: Computer systems - A programmers perspective, 3rd global Ed., Pearson, 2015
- A.S. Tanenbaum, T. Austin: Rechnerarchitektur - Von der digitalen Logik zum Parallelrechner, 6. Aufl., Pearson Deutschland, 2014
- W. Stallings: Operating Systems - Internals and Design Principles, 8th global Ed., Pearson 2015
- C. Baun: Betriebssysteme kompakt, Springer, 2017
Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekannt gegeben, bzw. steht auf der Informatik Webseite.
Zusätzliche Hinweise zu Prüfungen:
Vor der ersten Klausur wird die Möglichkeit gegeben sich in einem weiteren Tutorium und mit Hilfe einer Probeklausur auf die Prüfung vorzubereiten. Daneben werden ausführliche Musterlösungen erstellt und in den Übungsgruppen (blockweise an zwei Terminen) verteilt.
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