Rechnerarchitektur und digitale Schaltungen

In der Lehrveranstaltung werden der prinzipielle Aufbau eines Rechners sowie die darunterliegenden Hardware-Konzepte eingeführt.

Die wesentlichen Aspekte hierbei sind:

• Kenntnisse über die unterschiedlichen Ebenen und Sprachen und die daraus resultierenden Sichtweisen eines Rechners bzw. eines Systems. Hierzu werden die verwendeten Komponenten im Einzelnen besprochen und systematisch deren Zusammenhang beschrieben.
• Kenntnisse über digitale Schaltungen und wie auf deren Basis die zuvor eingeführten Komponenten eines Rechners umgesetzt werden können. Implementierungsabhängige Aspekte werden besprochen und Optimierungskriterien bzgl. des Schaltungsentwurfs werden vorgestellt.

Lernergebnisse

• Grundlegende Konzepte moderner Rechner wiedergeben und erläutern können

• Schaltkreismodellierung durch Boolesche Funktionen verstehen und erklären können

• Hardware-Realisierungen von arithmetischen Funktionen darstellen können

• Modellierung und Optimierungsansätze integrierter Schaltkreise umreißen können

• Rechnersysteme anhand der eingeführten Konzepte selbständig beurteilen können

• Unterschiedliche Hardware-Realisierungen unter den eingeführten Optimierungskriterien bewerten können

• In Gruppen Probleme analysieren, gemeinsam Lösungsstrategien entwickeln und präsentieren können

Inhalte: I. Rechnerarchitektur

1. Rechnersichtweisen: Ebenen und Sprachen, Hierarchie, Compiler, Interpreter
2. Aufbau und Funktionsweise: Hardware, Software, Firmware, Aufbau eines von-Neumann-Rechners, Arbeitsspeicher, Speicherzelle, Arbeitsweise eines Prozessors, Speicher, I/OBusse
3. Befehlssatz: RISC, CISC, Designprinzipien
4. Pipelining
5. Speicher: Hierachie, Organisation, Caches, Hintergrundspeicher
6. Parallelität: Ausprägungen, Klassifikation von parallelen Rechnerarchitekturen, Exkurs über Verbindungsstrukturen

II. Digitale Schaltungen:

1. Schaltkreise: Technologien, Definition, Kosten, Semantik von kombinatorischen Schaltkreisen, Simulation, Teilschaltkreise, Hierarchischer Entwurf, Beispiele
2. Kodierung: Zeichen, Zahlen, Zahlensysteme, Übertragung, Fehlerkorrektur, HammingCode, Huffman-Code, Festkommadarstellungen, Zahlendarstellung durch Betrag und Vorzeichen, Einer-/Zweierkomplement-Darstellung, Gleitkommadarstellung (IEEE-754 Format)
3. Boolescher Kalkül: Funktion, Algebra, Ausdrücke, alternative Funktionsdarstellung, z.B. durch Entscheidungsdiagramme
4. Zweistufige Schaltungen: Logiksynthese, Implikanten, Primimplikanten, Minimierung, Quine/McClusky, Überdeckungsproblem
5. Integrierte Schaltungen, arithmetische Schaltungen, ALU
6. Schaltungen mit speichernden Elementen

Modulverantwortung

Prof. Dr. R. Drechsler

Fachbereich Informatik

Veranstaltungsdetails

Veranstaltungsform:
Vorlesung + Übung (Terminauswahl möglich)

Veranstaltungszeiten:
im Sommersemester - Präsenzunterricht
wöchentlich Mo 08:00 - 10:00 Übung
wöchentlich Mo 08:00 - 10:00 Übung
wöchentlich Mo 12:00 - 14:00 Vorlesung
wöchentlich Mo 16:00 - 18:00 Übung
wöchentlich Mo 16:00 - 18:00 Übung
wöchentlich Mi 08:00 - 10:00 Übung
wöchentlich Mi 12:00 - 14:00 Übung
wöchentlich Do 08:00 - 10:00 (Großer Hörsaal) Vorlesung

Prüfungen & Abschluss

Prüfung:

• i.d.R. Bearbeitung von Übungsaufgaben, Präsentation mindestens einer Lösung im Tutorium und Fachgespräch

Abschluss:

• Modulzertifikat

Umfang

Dauer: 1 Semester

Arbeitsaufwand:

84 Std. Präsenzveranstaltungen
+ 186 Std. angeleitetes Selbststudium

(entspricht 9 CP)

Teilnahmeentgelt

675 Euro (= 75 Euro pro CP)

Mitglieder des Alumni-Vereins der Universität Bremen erhalten 5 % Rabatt.

Bewerbung

Eine Bewerbung ist zum jetzigen Zeitpunkt leider nicht möglich.

Bewerbungszeitraum:
1. Februar - 15. März