Rechnerorganisation

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Rechnerorganisation

6 LP

Deutsch

#40019 / #4

Seit SS 2017

Fakultät IV

EN 12

Institut für Technische Informatik und Mikroelektronik

34341400 FG Architektur eingebetteter Systeme

Juurlink, Bernardus

Pohl, Angela

b.juurlink@tu-berlin.de

Lernergebnisse

Die Studierenden sind in der Lage, programmierbare digitale Systeme in Assembler zu programmieren. Sie verstehen, wie ein in einer höheren Programmiersprache (wie z. B. C oder Java) geschriebenes Programm in eine Maschinensprache übersetzt und von einem digitalen System ausgeführt werden kann. Ferner sind Sie auch in der Lage, die mit der Bearbeitung der Maschinenbefehle einhergehenden logischen Abläufe in einem digitalen System auf der Registertransferebene nachzuvollziehen und zu erweitern. Sie haben darüber hinaus die Kompetenz, die Funktionalität eines Systems in konstruktiver Weise mittels eines endlichen Automaten oder mittels Mikroprogrammierung festzulegen. Außerdem verfügen sie über Kompetenzen in den bei digitalen Systemen verwendeten Zahlendarstellungen und in den für die arithmetischen Operationen zugrunde liegenden Mikroalgorithmen. Hinzu kommen Kompetenzen im grundsätzlichen Aufbau digitaler Systeme, einschließlich der Ein-/Ausgabeorganisation, und in den elementaren Strukturprinzipien von Rechnern.

Lehrinhalte

- Grundlagen im Entwurf digitaler Systeme (kombinatorische Logik, Gatter, Wahrheitstabellen, Speicherlemente, endliche Zustandsautomaten) - Grundlegende Technologien und Komponenten einer Rechnerarchitektur - Assemblerprogrammierung: Assemblersprache, Steuerkonstrukte, Adressierungsarten - Rechnerarithmetik: Zahlendarstellungen (Stellenwertsysteme, Fest- und Gleitpunktzahlen) - Rechenleistung verstehen und beurteilen (SPEC Benchmarks, Amdahl’s Law) - Aufbau und Funktionsweise eines einfachen Von-Neumann-Rechners - Aufbau und Funktionsweise einer Mehrzyklenimplementierung - Fließbandverarbeitung (Pipelining), Pipelinekonflikte und ihre Lösungen - Speicherhierarchie, Caches, virtueller Speicher - Ein-/Ausgabetechniken (Adressierung, Synchronisation, Direktspeicherzugriff)

Modulbestandteile

Pflichtteil:

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

Lehrveranstaltungen Art Nummer Turnus Sprache SWS
Rechnerorganisation VL 0401 L 410 WS Keine Angabe 2
Rechnerorganisation UE 0401 L 410 WS Keine Angabe 2

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Rechnerorganisation (VL):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Präsenzzeit 15.0 2.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
90.0h (~3 LP)

Rechnerorganisation (UE):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Präsenzzeit 15.0 2.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
90.0h (~3 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

- Vorlesung zur Stoffvermittlung - begleitende wöchentliche Gruppenübungen (Tutorien, z.T. betreute Rechnerzeiten) zur Festigung und Einübung des Stoffes Werkzeug: Simulator und Assembler für einen einfachen Von-Neumann-Rechner (MIPS-Prozessor)

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Grundkenntnisse in C, wie sie im Blockkurs des Moduls "Einführung in die Programmierung" (0432 L 205) in den ersten zwei Vorlesungswochen gelehrt werden

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Keine Angabe

Abschluss des Moduls

Benotung:

benotet

Prüfungsform:

Portfolioprüfung

Sprache:

Deutsch

Art der Portfolioprüfung

100 Punkte insgesamt

Prüfungselemente

Name Punkte Kategorie Dauer/Umfang
(Ergebnisprüfung) Hausaufgabe 20 schriftlich 2 Wochen
(Punktuelle Leistungsabfrage) Schriftlicher Test 60 schriftlich 60 min
(Punktuelle Leistungsabfrage) Multiple-Choice-Test 20 schriftlich 45 min

Notenschlüssel

1.01.31.72.02.32.73.03.33.74.0
95.090.085.080.075.070.065.060.055.050.0

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

* Multiple-Choice-Test über die Grundlagen Digitaldesign und Zahlendarstellung zu Beginn des Semesters * Programmierhausaufgabe über MIPS-Assembler zur Mitte des Semesters * Schriftlicher Test über die Konzepte der zweiten Semesterhälfte am Ende des Semesters

Dauer des Moduls

Dieses Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

Maximale teilnehmende Personen

Dieses Modul ist nicht auf eine Anzahl Studierender begrenzt.

Anmeldeformalitäten

Die Einteilung der Tutorien erfolgt über MOSES in der ersten Vorlesungswoche. Die Prüfungsanmeldung erfolgt über QISPOS. Die An- und Abmeldefristen werden in der Vorlesung, auf ISIS und den Fachgebietsseiten bekannt gegeben. Die Lehrmaterialien werden über ISIS bereitgestellt.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar
Zusätzliche Informationen:
Bereitstellung auf der ISIS-Kursseite (http://www.isis.tu-berlin.de)

Literatur

Empfohlene Literatur
Bohn, W. F.; Flik, Th. (2006): Zeichen- und Zahlendarstellungen. In: Rechenberg, P.; Pomberger, G.: Informatik-Handbuch. 4. Aufl. München: Hanser
Flik, Th. (2005): Mikroprozessortechnik und Rechnerstrukturen. 7. Aufl. Berlin: Springer
Hoffmann, R. (1993): Rechnerentwurf und Mikroprogrammierung. Oldenbourg (vergriffen). Siehe aber: Hoffmann, R.: Literatur zur LV Prozessorentwurfspraktikum, TU Darmstadt (www)
Patterson, A.P.; Hennessy, J.L. (2005): Rechnerorganisation und –entwurf, Die Hardware/ Software-Schnittstelle. 3. Aufl. München: Elsevier. ISBN: 978-3-8274-1595-0

Zugeordnete Studiengänge

Dieses Modul wird auf folgenden Modullisten verwendet:

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Sonstiges

Die Vorlesung basiert auf: "Patterson, A.P.; Hennessy, J.L. (2005): Rechnerorganisation und –entwurf, Die Hardware/Software-Schnittstelle. 3. Aufl. München: Elsevier. ISBN: 978-3-8274-1595-0". Es wird daher sehr empfohlen, sich dieses Buch zu beschaffen.