Lehrveranstaltung SPEZIELLE UND INNOVATIVE RECHNERARCHITEKTUREN
für die Studiengänge Informatik und Ingenieurinformatik (Master und Diplom)
Kapitelüberblick, Downloads und Links
Hier finden Sie die einzelnen Kapitel der Vorlesung mit kurzen Inhaltsangaben. Den einzelnen Kapiteln sind gegebenenfalls Downloadangebote für ergänzendes Material und Links zu weiterführenden Informationsquellen zugeordnet.
1. Kapitel: Einleitung
Einleitung:
- Motivation
- Begriffe und inhaltliche Einordnung
2. Kapitel: Vektorrechner
Vektorrechner:
- Prinzip und Eigenschaften
- Struktureller Aufbau
- Software-Herstellung für Vektorrechner
- Beispiel-Realisierungen
- Vektorbefehlssätze bei Universalprozessoren
Ergänzende Downloads
- Bilder von großen Vektorrechnern [pdf]
- Hauptseminararbeit: Vergleich von Vektor-Hochsprachen für SIMD-Architekturen (Autor: Robert Boller, 2007) [pdf]
- Hauptseminararbeit: Die Geschichte und Gegenwart der Cray-Supercomputer (Autor: Markus Malicke, 2005) [pdf]
Links zu Supercomputern
- Top-500-Liste der Supercomputer.
- Homepage des Supercomputers "Earth Simulator".
- CRAY-1 Hardware Reference Manual.
Cray Research, 1977.
Links zu Vektor-Hochsprachen
Links zu SIMD-Erweiterungen bei Universalprozessoren
- M. Mittal et al.: MMX Technology Architecture Overview.
In: Intel Technology Journal Q3/1997. - S. Thakkar et al.: The Internet Streaming SIMD Extensions.
In: Intel Technology Journal Q2/1999. [über SSE] - S. Fuller: Motorolas AltiVec Technology.
White Paper, Motorola Inc. (jetzt: Freescale Semiconductor Inc.) 1998. - 3DNow! Technology Manual.
AMD Inc. 2000. - R. M. Ramanathan et al.: Extending the World's Most Popular Processor Architecture.
White Paper, Intel Corp. 2006. [u.a. SSE4] - SSE-Versionsübersicht.
- J. Gebis, D. Patterson: Embracing and Extending 20th-Century Instruction Set Architectures.
In:IEEE Computer 04/2007, S. 68-75.
Sonstige Links
- J. Wesner: Was Sie schon immer über Vektorrechner wissen wollten.
In: mc Magazin für Computerpraxis 10/1991, S. 48-59, Franzis Verlag Poing. - J. Wawrzynek et al.: Spert-II: A Vector Microprocessor System.
In: IEEE Computer 3/1996, S. 79-86. - C. E. Kozyrakis et al.: Scalable Processors in the Billion-Transistor Era: IRAM.
In: IEEE Computer 9/1997, S. 75-78.
3. Kapitel: Virtuelle Befehlssatzarchitekturen
Virtuelle Befehlssatzarchitekturen:
- Allgemeines
- "Code-Morphing" bei den Prozessorkonzepten Crusoe und Efficeon
- Hardware-Implementierungen für den Java-Bytecode
Ergänzende Downloads
Links zum "Code-Morphing" bei Crusoe und Efficeon
- A. Klaiber: The Technology Behind Crusoe Processors.
Transmeta Corp. 2000. - A. Stiller: Zu neuen Ufern. Transmeta enthüllt Crusoe-Design.
In: c't Magazin für Computertechnik 3/2000, S. 32ff, Heise Verlag Hannover.
Links zu Java-Prozessoren
- P. Wayner: Sun gambles on Java chips.
In: Byte, 21(11):79-85, November 1996. - H. McGhan et al.: PicoJava: A Direct Execution Engine For Java Bytecode.
In: IEEE Computer 10/1998, S. 22-30. - MAJC [tm] Architecture Tutorial.
Sun Microsystems 1999. - D.S. Hardin: aJile Systems: Low-Power Direct-Execution Java [tm] Microprocessors for Real-Time and Networked Embedded Applications.
aJile Systems Inc. 2001. - R. Achutharaman et al.: Exploiting Java-ILP on a simultaneous multi-trace instruction issue (SMTI) processor.
In: International Parallel and Distributed Processing Symposium, 2003, Proceedings. S. 8 ff. - A.R. Omondi: Design and Implementation of Java Processors.
In: Lecture Notes in Computer Science, Vol. 2823/2003, Springer Verlag 2003, S. 86-96. - H.C. Wang et al.: Exploiting Dataflow to Extract Java Instruction Level Parallelism on a Tag-Based Multi-Issue Semi In-Order (TMSI) Processor.
In: IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium, April 2006. - M. Schöberl: JOP: A Java Optimized Processor for Embedded Real-Time Systems.
Dissertation, TU Wien, Fak. für Informatik, 2005.
Weiteres: Projekt-Homepage, Befehlssatz.
Links zur E2K-Architektur von Elbrus International
- B.A. Babayan: Main Principles of E2K Architecture.
In: Free Software Magazine, Febr. 2002. - Kurzmeldung zum Ende des E2K-Projekts.
heise online, 24.05.2004.
4. Kapitel: Datenfluss-Architekturen
Datenfluss-Architekturen:
- Prinzip und Eigenschaften
- Arten von Datenfluss-Architekturen
- Software-Herstellung für Datenfluss-Architekturen
Ergänzende Downloads
- Hauptseminararbeit: Hybride Datenfluss-Architekturen (Autor: Marcus Müller, 2004) [pdf]
Links zu Datenflussarchitekturen
- B. Lee: Dataflow Architectures and Multithreading.
In: IEEE Computer 8/1994, S. 27-39. - J. Silc et al.: Asynchrony in Parallel Computing: From Dataflow to Multithreading.
In: Parallel and Distributed Computing Practices, Vol.1, No.1, Jan. 1998.
5. Kapitel: Processing in Memory (PIM)
Processing in Memory (PIM):
- Prinzip und Eigenschaften
- Konventionelle PIM-Architektur
- Assoziativrechner
Links zum konventionellen PIM
- M. Gokhale et al.: Processing in Memory: The Terasys Massively Parallel PIM Array.
In: IEEE Computer 4/1995, S. 23-31. - C. E. Kozyrakis et al.: Scalable Processors in the Billion-Transistor Era: IRAM.
In: IEEE Computer 9/1997, S. 75-78.
Links zu Assoziativrechnern
- A. Krikelis et al: Associative Processing and Processors.
In: IEEE Computer 11/1994, S. 12-17. - K. Twardowski: An Associative Architecture for Genetic Algorithm-Based Machine Learning.
In: IEEE Computer 11/1994, S. 27-38. - B. und M. Soucek: Brain-Like and Massively Parallel Computers.
Chapter 17: Associative Memories and Processors.
ISBN 0-471-63533-2, John Wiley Verlag 1988.
6. Kapitel: Neurocomputer
Neurocomputer:
- Grundprinzip und Eigenschaften
- Realisierungsformen
- Virtuelle Neuroarchitektur
- Direkte Neuroarchitektur mit analogen Elementen
- Zusammenfassung
Links zu Neurocomputern und deren Komponenten
- A. K. Jain et al.: Artificial Neural Networks: A Tutorial.
In: IEEE Computer 3/1996, S. 31-44. - N. B. Serbedzija: Simulating Artificial Neural Networks on Parallel Architectures.
In: IEEE Computer 3/1996, S. 56-63. - B. und M. Soucek: Brain-Like and Massively Parallel Computers.
Chapter 12: Artificial Neural Systems and Neurocomputers.
ISBN 0-471-63533-2, John Wiley Verlag 1988. - R. S. Williams: How We Found the Missing Memristor.
In: IEEE Spectrum 12/2008(INT), S. 25-31.
7. Kapitel: Tendenzen bei Steuerfluss-Prozessoren
Tendenzen bei Steuerfluss-Prozessoren:
- Überblick
- Superspekulative Prozessoren
- Multiskalare Prozessoren und Prozessoren mit Simultaneous Multithreading (SMT)
- Raw Machines und Field Programmable Function Arrays (FPFA)
Ergänzende Downloads
- Foliensatz: Was bringt der Merced? [pdf]
Über die Prozessor-Architektur IA-64 von Intel, welche in den Itanium-Prozessoren benutzt wird.
Allgemeine Links
- D. Burger et al.: Billion-Transistor Architectures.
In: IEEE Computer 9/1997, S. 46-49. - D. Burger et al.: Billion-Transistor Architectures: There and Back Again.
In: IEEE Computer 3/2004, S. 22-28.
Links zu Superspekulation und SMT
- M. H. Lipasti et al.: Superspeculative Microarchitecture for Beyond AD 2000.
In: IEEE Computer 9/1997, S. 59-66. - S. Eggers et al.: Simultaneous Multithreading.
In: IEEE Micro 5/1997, S. 12-19. - G. S. Sohi et al.: Speculative Multithreaded Processors.
In: IEEE Computer 4/2001, S. 66-73.
Links zu Raw Machines und FPFA
- E. Waingold et al.: Baring It All to Software: Raw Machines.
In: IEEE Computer 9/1997, S. 86-93. - Paul M. Heysters et al.: Mapping of DSP Algorithms on Field Programmable Function Arrays.
In: Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1896, Springer Verlag 2000, S. 400-411. - C. Siemers: Rechnen in Zeit und Raum. Compiler-Technologie für rekonfigurierbare parallele Hardware.
c't Magazin 5/2006, Heise Verlag Hannover, S. 232ff.
8. Kapitel: Optische Computer
Optische Computer:
- Motivation und Eigenschaften
- Funktionselemente für optische Rechnerarchitekturen
- Holografische Speicher
- Beispiele für Optoelektronische Architekturen
Ergänzende Downloads
- Folien zu EOCB und MZI [pdf]
- Folien zum Optischen DSP von Lenslet Ltd. [pdf]
Dieser Link erscheint nur mit Uni-Login! - Hauptseminararbeit: Der weltweit erste kommerzielle ODSP. (Autor: Manuela Trömel, 2004) [pdf]
Allgemeine Links
- D. L. Klipstein: Es werde Licht.
In: mc Magazin für Computerpraxis 6/1991, S. 52-62, Franzis Verlag Poing. - A. D. McAulay: Optical Computer Architectures.
ISBN 0-471-63242-2, John Wiley Verlag 1991. - P.A. Mitkas et al.: Optical processing paradigms for electronic computers.
In: IEEE Computer 2/1998, S. 45-51. - D. Fey: Algorithmen, Architekturen und Technologie der optoelektronischen Rechentechnik. [pdf]
Habilitationsschrift, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Fakultät für Mathematik und Informatik, 1998. - M. Paniccia et al.: The Silicon Solution.
In: IEEE Spectrum 10/2005, S. 30-35 (INT). - D. Geer: Silicon Optics Aims to Combine the Best of Both Worlds.
In: IEEE Computer 6/2006, S. 16-19.
Spezielle Links
- A.E. Willner: Mining the Optical Bandwith for a Terabit per Second.
In: IEEE Spectrum 4/1997, S. 32-41. - M. Ishikawa et al.: Optically Interconnected Parallel Computing Systems.
In: IEEE Computer 2/1998, S. 61-68. - N. Savage: Linking with Light.
In: IEEE Spectrum 8/2002, S. 32-36. - C. Schow et al.: Get on the Optical Bus.
In: IEEE Spectrum 9/2010, S 30-35. - S. Eisenbach: Optical signal processing - Practical implementation and applications.
In: Acreo AB Annual Conference 2003.
(Behandelt den ODSP EnLight256 von Lenslet Ltd., Herzelia Pituach)
Links zu Holografischen Speichern
- J.I. Ostrowski: Holografie - Grundlagen, Experimente und Anwendungen.
ISBN 3-87144-989-X, Deutsch-Taschenbücher Band 19, Harri Deutsch Verlag 1989. - D. Psaltis et al.: Holographic data storage.
In: IEEE Computer 2/1998, S. 52-60. - Homepage Inphase Technologies (Longmont, USA).
9. Kapitel: Quantencomputer
Quantencomputer:
- Grundlagen und Eigenschaften
- Quantenbits
- Quantenalgorithmen
- Konzepte zur technischen Realisierung
- Quantenkryptografie
- Tendenzen
Ergänzende Downloads
- Foliensatz: Die ziemlich verrückte Welt der Quantencomputer [pdf]
Download einer Demonstrationssoftware
- Demonstrationssoftware "ShorDemo"
Das Programm dient zur Demonstration des Algorithmus von Peter W. Shor. Dieser Algorithmus könnte auf einem echten Quantencomputer Primzahlenzerlegungen mit nichtexponentiellem Zeitaufwand berechnen.
Die Software ist das Ergebnis der Studienarbeit von Herrn Torsten Koch und simuliert den Ablauf der Berechnung (mit hinreichend kleinen Zahlen). Dabei werden die einzelnen Schritte und Zwischenergebnisse visualisiert.
Eine besondere Installation ist nicht erforderlich. Entpacken Sie das zip-Archiv auf einem Windows-PC in ein leeres Verzeichnis und starten Sie die exe-Datei. Weitere Informationen können Sie den Dokumenten entnehmen.
Allgemeine Links
- J. Rink: Alice im Wunderland. Quantenrechner: Auf dem Sprung zur Realität?
In: c't Magazin für Computertechnik 3/1997, S. 110ff, Heise Verlag Hannover. - J. Rink: Quäntchen für Quäntchen. Fortschritte in der Quanteninformationsverarbeitung.
In: c't Magazin für Computertechnik 16/1998, S. 150ff, Heise Verlag Hannover. - C. P. Williams, S. H. Clearwater: Explorations in Quantum Computing.
ISBN 0-387-94768-X. Springer Verlag New York, 1998. - A. M. Steane et al.: Beyond Bits: the future of quantum information processing.
In: IEEE Computer 1/2000, S. 38-45. - R. Sietmann: Kleine Sprünge, große Wirkung. Vom Quantensprung zum Quantenrechner.
In: c't Magazin für Computertechnik 25/2000, S. 118-133, Heise Verlag Hannover. - Sonderheft Fortschritte der Physik, Volume 48, Issue 9-11.
Wiley Verlag Berlin 2000. - J. Mullins: The Topsy Turvy World of Quantum Computing.
In: IEEE Spectrum 2/2001, S. 42-49. - Quantum Information Processing.
Springer Netherlands (Zeitschrift seit 2002, mit Online-Ausgabe). - G. Chen et al.: Quantum Computing Devices: Principles, Designs, and Analysis.
ISBN 1-58488-681-1, CRC Press 2006. - D. Stick, J. D. Sterk, C. Monroe: The Trap Technique.
In: IEEE Spectrum 8/2007, S. 36-43. - L. Vandersypen: Dot-to-Dot Design.
In: IEEE Spectrum 9/2007, S. 42-47.
Spezielle Links
- A. P. Schmidt: Quantencomputer. Gödel-Maschinen für simulierte Parallel-Welten.
In: Telepolis 22.05.1998, Heise Verlag Hannover. - J. L. Casti: Das Berechnen des Unberechenbaren.
In: Telepolis 26.08.1998, Heise Verlag Hannover. - F. Embacher: EPR-Paradoxon und Bellsche Ungleichung.
Universität Wien 2000. - F. Embacher, G. Weihs: Das Quantenspiel. [doc]
Universität Wien 2000. - F. Embacher: Quantentheorie.
(Website mit vielen Demonstrationen). - M. Oskin et al.: A Practical Architecture for Reliable Quantum Computers.
In: IEEE Computer 1/2002, S. 79-87. - B. Colwell: Engineering, Science, and Quantum Mechanics.
In: IEEE Computer 3/2002, S. 8-10. - K. Walus: Basic Tutorial On Quantum-Dot Cellular Automata (QCA).
University of Calgary, 2004. - E. Guizzo: Can Quantum Dots Compute?
In: IEEE Spectrum Online, 8/2004. - R. W. Keyes: Challenges for Quantum Computing with Solid-State Devices.
In: IEEE Computer 1/2005, S. 65-69. - W. McCarthy: This Looks Like a Job for ... Superatoms.
In: IEEE Spectrum 8/2005, S. 36-41 (INT). - J. R. Minkel: Quantum Leap for Quantum Computing.
In: IEEE Spectrum 3/2006, S. 17-18. - Applet zum Mach-Zehnder-Interferometer (Universität Wien).
- S. Adee: Scientists Start Quest for the Silicon Quantum Computer.
In: IEEE Spectrum Online, 12/2007. - Seth Lloyd: Die D-Wellenreiter. (Kritische Betrachtung zum angeblichen Quantencomputer von D-Wave Systems).
In: Technology Review 21.05.2008, Heise Verlag Hannover.
Links zu Quantenalgorithmen
- A. Barenco et al.: Elementary Gates for Quantum Computation.
Phys. Rev. A52 (1995) 3457. - P. W. Shor: Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer.
SIAM J.Sci.Statist.Comput. 26 (1997) 1484. - L. K. Grover: A Fast Quantum Mechanical Algorithm for Database Search.
Proceedings, 28th ACM STOC, May 1996, pp. 212-219. - P. W. Shor: Quantum Computing.
Doc. Math. J.DMV Extra Volume ICM I (1998) 467-486. - P. W. Shor: Introduction to Quantum Algorithms.
January 2000 American Math Society meeting. - Homepage von Peter W. Shor
Links zur Quantenkryptographie
- P. W. Shor, J. Preskill: Simple Proof of Security of the BB84 Quantum Key Distribution Protocol.
Phys.Rev.Lett. 85 (2000) 441-444. - T. Jennewein et al.: Quantum Cryptography with Entangled Photons.
Phys. Rev. Lett. 84, 4729-4732 (2000). - Homepage derFirma id Quantique, Genf.
- Justin Mullins: Making Unbreakable Code.
In: IEEE Spectrum 5/2002, S. 40-45. - S. K. Moore: Commercializing Quantum Keys.
In: IEEE Spectrum 3/2007, S. 15-17.
Links zu Forschergruppen, Projekten und Firmen
- Qubit.org: Centre for Quantum Computation.
- QUIC: Quantum Information and Computation.
- IBM Research: Quantum Information at IBM Almaden.
- Universität Innsbruck: Quantenoptik und Spektroskopie.
- Universität Wien: Institut für Quantenoptik und Quanteninformation.
- Seibersdorf Research, Österreich: Quantenkryptographie.
- TU Delft: Quantum Dots.
- University of Notre Dame: Quantum-dot Cellular Automata.
- LMU München: xqp (experimental quantum physics).
- DFG-Schwerpunktprogramm Nr. 1078: Quanten-Informationsverarbeitung.
- Fraunhofer Institut Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (EIQU-Projekt).
- MIT MechE Micro & Nano Engineering
- D-Wave Systems Inc., Burnaby, Kanada. Blog.
(Hinweis: Auch die Kritik beachten)
Links zu ausgewählten Kurzmeldungen
- Quantenpunkte als Quantengatter (22.02.2001).
- Gigantische Verschränkung (27.09.2001).
- Bose-Einstein-Kondensate als Grundlage für Chips (05.10.2001).
- Quantenteleportation (27.11.2001).
- Quantencomputer mit 7 qubits (20.12.2001).
- Geklonte Photonen kontra Quantenkryptographie (03.04.2002).
- Molekülkaskade mit Kohlenmonoxidmolekülen (25.10.2002).
- Quantenzufallszahlen zum Download (17.03.2004).
- Erste Banküberweisung mit Quantenkryptographie (21.04.2004).
- Schnelle quantenkryptographische Übertragung (03.05.2004) .
- Erstes Quantenbyte (30.11.2005)
- Quantenregister an der Uni Bonn (12.07.2006)
- Angeblicher 16-QuBit-Quantenprozessor (D-Wave Systems) (14.02.2007)
- Quantenkryptoghraphie bei Wahlen in der Schweiz (16.10.2007)
- Erste Installation eines (angeblichen) Quantencomputers von D-Wave Systems (31.10.2011)
Inaktiv: Zellulare Computer
Zellulare Computer:
- Grundlagen und Eigenschaften
- Implementierungen
Gehört nicht zum aktuellen Stand der Vorlesung!
Ergänzende Downloads
- Foliensatz: Cellular Computing on a Linux Cluster [pdf]
Download einer Demonstrationssoftware
Das Programm dient zur Demonstration von drei unterschiedlichen zellularen Algorithmen. Es handelt sich um das Ergebnis einer Hauptseminararbeit von Herrn Kirke Rimbach.
Eine besondere Installation ist nicht erforderlich. Die exe-Datei ist auf einem Windows-PC unmittelbar ausführbar.
- Ausführbare Datei [exe]
- Hauptseminararbeit [pdf]
- Foliensatz [pdf]
- Archiv mit allen Dateien [zip]
Links zu zellularen Computern
- M. Sipper: The Emergence of Cellular Computing.
In: IEEE Computer 7/1999, S. 18-26. - D. Talia: Cellular Processing Tools for High-Performance Simulation.
In: IEEE Computer 9/2000, S. 44-52. - M. Sipper (Ed.): Evolution of Parallel Cellular Machines: The Cellular Programming Approach.
Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1194, Springer Verlag 1997. - M. Sipper: Simple + Parallel + Local = Cellular Computing.
In: Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1498, Springer Verlag 1998, S. 653-662. - Homepage von Moshe Sipper.
Hinweise:
- Der Inhalt der Vorlesung wird gelegentlich verändert. Maßgebend für den prüfungsrelevanten Stoff ist der tatsächliche Inhalt im jeweils besuchten Semester.
- Nicht zum aktuellen Stand der Vorlesung gehörende Inhalte sind besonders gekennzeichnet.
- Die durch Links erreichbaren Zusatzinformationen haben ergänzenden und weiterführenden Charakter und sind zum Verständnis der Vorlesung nicht zwingend erforderlich.
- Für durch externe Links erreichbare Inhalte wird keine Verantwortung übernommen. Einzelne externe Inhalte können kostenpflichtig sein.
Weitere Auskünfte
Dr.-Ing. Bernd Däne, Z 2072, Tel. 03677-69-1433.


