Lernergebnisse
Die Studierenden sind in der Lage, programmierbare digitale Systeme in Assembler zu programmieren. Sie können beschreiben, wie ein in einer höheren Programmiersprache geschriebenes Programm in Maschinensprache übersetzt und von einem digitalen System ausgeführt wird. Ferner sind sie in der Lage, die mit der Bearbeitung der Maschinenbefehle einhergehenden logischen Abläufe in einem digitalen System auf der Registertransferebene abzuleiten und Erweiterungen zu entwickeln. Außerdem können die Studierenden die bei digitalen Systemen verwendeten Zahlendarstellungen interpretieren und arithmetischen Operationen mithilfe von zugrunde liegenden Mikroalgorithmen lösen. Sie können den grundsätzlichen Aufbau digitaler Systeme darstellen, einschließlich der Ein-/Ausgabeorganisation, der Speicherhierarchie und der 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)
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)
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.
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.
