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Rechnerarchitektur und digitale Schaltungen

Technische Informatik 1

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

 

In Kürze

Inhalt:
Grundlagen der Rechnerarchitektur und der Aufbau von digitale Schaltungen

Niveau: Bachelor-Modul 

Veranstaltungsform:
Vorlesung + Übung

Semester: Sommersemester

Umfang: 8 CP

Modulverantwortung

Prof. Dr. R. Drechsler

Fachbereich Informatik

Zielgruppe

  • Interessierte an den Arbeitsfeldern Informationstechnik und Medien

Zugangsvoraussetzungen

  • Hochschulzugangsberechtigung

  • eine mindestens einjährige Berufspraxis
       

Veranstaltungsdetails

Veranstaltungsform:
Vorlesung + Übung

Veranstaltungszeiten:
im Sommersemester
Termine folgen

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
+ 156 Std. angeleitetes Selbststudium

(entspricht 8 CP)

Teilnahmeentgelt

In der LIFE-Erprobungsphase kostenfrei - die Bereitschaft zur Teilnahme an der Programmevaluation wird vorausgesetzt!

Bewerbung

Zur Online Bewerbung

Bewerbungszeitraum:
1. Februar - 15. März

Zugehörige Zertifikate:

Das Modul ist Bestandteil folgender Zertifikatsangebote:

Information & Beratung:

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Josephine Haladich-Hofmann | Astrid Rehbein | Svenja Renner

Telefon: 0421 - 218 61 037 oder 0421 - 218 61 619
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