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Universität Bremen Universität Bremen Fachbereich 3 Informatik
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Technische Informatik 1: Rechnerarchitektur und digitale Schaltungen 03-BA-700.11

Veranstalter: Prof. Dr. Rolf Drechsler, Dr. Daniel Große

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.
Dem entsprechen zwei inhaltliche Schwerpunkte:

Rechnerarchitektur
  • Rechnersichtweisen: Ebenen und Sprachen, Hierarchie, Compiler, Interpreter
  • Aufbau und Funktionsweise: Hardware, Software, Firmware, Aufbau eines von-Neumann-Rechners, Arbeitsspeicher, Speicherzelle, Arbeitsweise eines Prozessors, Speicher, I/O Busse
  • Befehlssatz: RISC, CISC, Designprinzipien
  • Pipelining
  • Speicher: Hierarchie, Organisation, Caches, Hintergrundspeicher
  • Parallelität: Ausprägungen, Klassifikation von parallelen Rechnerarchitekturen, Exkurs über Verbindungsstrukturen
Digitale Schaltungen und Rechnerorganisation:
  • Schaltkreise: Technologien, Definition, Kosten, Semantik von kombinatorischen Schaltkreisen, Simulation, Teilschaltkreise, Hierarchischer Entwurf, Beispiele
  • Kodierung: Zeichen, Zahlen, Zahlensysteme, Übertragung, Fehlerkorrektur, Hamming-Code, Huffman-Code, Festkommadarstellungen, Zahlendarstellung durch Betrag und Vorzeichen, Einer-/Zweierkomplement-Darstellung, Gleitkommadarstellung (IEEE-754 Format)
  • Boolescher Kalkül: Funktion, Algebra, Ausdrücke, alternative Funktionsdarstellung, z.B. durch Entscheidungsdiagramme
  • Zweistufige Schaltungen: Logiksynthese, Implikanten, Primimplikanten, Minimierung, Quine/McCluskey, Überdeckungsproblem
  • Integrierte Schaltungen, arithmetische Schaltungen, ALU
  • Schaltungen mit speichernden Elementen
Links:
  • Befehlssatz MIPS-R2000 - eine Referenz mit Syntax und Kurzbeschreibung aller Befehle.
  • SPIM - ein MIPS-R2000/R3000 Simulator, mit dem entsprechende Assembler-Programme laufen.
  • MARS - ein weiterer MIPS Simulator.
Literatur:
  • B. Becker, P. Molitor, Technische Informatik, Oldenbourg Wissenschafts Verlag, 2008
  • B. Becker, R. Drechsler, P. Molitor, Technische Informatik - Eine Einführung, Pearson Education Deutschland, 2005
  • A. Tanenbaum, T. Austin, Rechnerarchitektur, Pearson Studium, 2014
  • D. Hoffmann, Grundlagen der Technischen Informatik, Hanser Verlag, 2007
  • S. Shiva, Computer, Organization, Design, and Architecture, CRC Press, 2014
Ergänzende Literatur:
  • H. Wuttke, K. Henke, Schaltsysteme, Pearson Studium, 2002
  • W. Stallings, Computer Organization & Architecture, Prentice Hall, 2002
  • C. Siemers, A. Sikora, Taschenbuch Digitaltechnik, Fachbuchverlag Leipzig, 2002
  • T. Beierlein, O. Hagenbruch, Taschenbuch Mikroprozessortechnik, Fachbuchverlag Leipzig, 2001
  • D. Patterson, J. Hennessy, Rechnerorganisation und -entwurf: Die Hardware/Software-Schnittstelle, Spektrum akademischer Verlag, 2005
  • R. E. Bryant, Graph-Based Algorithms for Boolean Function Manipulation, IEEE Trans. Comput., 35, 677-691, 1986


 Ort & Zeit:

Vorlesung:
Mo 12:00 - 14:00 NW1 H0020
Do 08:00 - 10:00 NW1 H0020

Tutorien:

Zeit

Raum

Tutor
Mo, 8-10 Uhr MZH 5210 Michael Rabe
Mo, 14-16 Uhr MZH 1450 Christina Plump
Mo, 16-18 Uhr MZH 1470 Rune Krauß
Di, 08-10 Uhr MZH 1100 Saman Fröhlich
Di, 10-12 Uhr MZH 6190 Philipp Niemann
Di, 10-12 Uhr MZH 1450 Gregor Kuhn
Di, 16-18 Uhr MZH 1100 Tim Meywerk
Mi, 8-10 Uhr MZH 6190 Marcel Walter
Aus Gründen des Urheberrechts sind sämtliche Foliensätze und Übungsblätter nur über Stud.IP verfügbar.



[Folien (außer Übungsblätter) nur aus dem Campusnetz erreichbar]






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