Bachelor-Studiengänge

Rechnerorganisation (BT, II, IN)

Allgemeine Informationen

Dozent Vorlesung

Dr.-Ing. Prof. h. c. Karsten Henke

Dozent(en) Seminar

Niclas Tietze, Constantin-Willelm Beyer, Dr.-Ing. Prof. h. c. Karsten Henke

Ziele der Veranstaltung

Vermittlung von fundierten Kenntnissen zu den technischen Grundlagen der Informatik als Voraussetzung für einen systematischen Zugang zu technischen Problemen der Informatik
Grundlagen für den Entwurf von digitalen Systemen
Praktische Übungen zur rechnerinternen Informationsverarbeitung, Rechnerarchitektur und -organisation
Bezug zu Entwurfsmethoden für Hard- und Softwaresysteme

Durchführung

Stundenumfang: 2V, 2U, 0.5P

Im Wintersemester 2020/21 soll das Fach "Rechnerorganisation" nach Möglichkeit als Präsenzveranstaltung durchgeführt werden.

Hinweis

Um künftig alle Informationen zur Lehrveranstaltung zu erhalten, schreiben Sie sich bitte in den dazugehörigen Moodle-Kursraum ein.
Die Seminaraufgaben sind vor Beginn der Übungen zu lösen, soweit sie thematisch in der Vorlesung behandelt wurden.
Die Übungen dienen zur Duiskussion der Lösungen und zur Vertiefung des Stoffes

Praktikum

Zu dieser Veranstaltung gehört ein Praktikum, welches im darauffolgenden Sommersemester durchgeführt wird.

Bonusklausur

Mitte Dezember kann eine Bonusklausur mitgeschrieben werden, in der max. 10% der Punkte der Abschlußklausur als Bonus erreicht werden können. Der Termin wird rechtzeitig in der Vorlesung bekanntgegeben.

Abschluss

Schriftliche Klausur: im Prüfungszeitraum 90 Minuten
Zeit und Orte: siehe Vorlesungsverzeichnis
Erlaubte Hilfsmittel: Arbeitsblätter
Verboten sind: Eigene Mitschriften, Skript, Übungsblätter, Taschenrechner, Handy und Nachbars Hilfe
Die Prüfungsergebnisse sind über das Thoska-System abrufbar.

Inhalte der Veranstaltung

1. Mathematische Grundlagen (Aussagen und Prädikate, Abbildungen, Mengenalgebra, Relationen)
2. BOOLEsche Algebren
- BOOLEsche Mengenalgebra (BMA)
- BOOLEsche Ausdrucksalgebra (BAA)
  - Schaltalgebraische Ausdrücke / Wertfunktion
  - Wertbestimmung / Werteverlaufsgleichheit
  - Werteverlaufsgleiche Umformungen
- Ein Java-Applet zur Demonstration der Zusammenhänge zwischen BAA und BMA
3. Entwurf kombinatorischer Schaltungen
- Funktioneller Entwurf
  - Abbildungen von Belegungsmengen / BOOLEsche Funktionen
  - Explizite Gleichungen / Normalformen (KDNF, KKNF, KNONF, KNANF)
  - Minimierung (Karnaugh)
  - EinJava-Applet zur Minimierung nach Karnaugh
- Ein Java-Applet zur Demonstration der Zusammenhänge zwischen BAA und BMA
- Struktureller Entwurf
  - Elementare Funktionen und Strukturen
  - Strukturbeschreibung
  - Beispiele komplexer Strukturen
  - Programmierbare Strukturen
  - EinJava-Applet zur Demonstration der Zusammenhänge zwischen ROM, PAL und PLA
4. Entwurf sequentieller Automaten
- Funktioneller Entwurf
  - Automatentabellen und -graphen
  - z- und y-Gleichungen
- Struktureller Entwurf
  - Elementare sequentielle Funktionen und Strukturen
  - Programmierbare sequentielle Strukturen (Mikroprogrammsteuerung)
  - Digitale Rechnerstrukturen
5. Rechnerorganisation
- Detailliertes Architekturmodell (von- Neumann-Architektur)
- Befehlsaufbau
- Operationsarten
- Adressierungsarten
- Beispielarchitektur i8086
  - Transportbefehle (Datenfluss)
  - Verarbeitungsbefehle (Operationen)
  - Steuerbefehle (Befehlsfluss)
  - Zusammenfassung der Assemblerbefehle
6. Informationskodierung/ ausführbare Operationen
- Befehle
- Daten
  - Alphanumerische Kodierung
  - BCD- Kodierung
  - Festkomma- Zahlen
  - Gleitkomma- Zahlen
  - Maschineninterne Datentypen
7. Virtuelle Rechnerarchitektur
- Beziehungen HLL <-> Maschinensprache
- Maschineninterne Darstellung von Datentypen höherer Programmiersprachen
  - Gleitkomma
  - String
  - Array
  - Record
  - Set
  - Dynamische Datentypen ( Pointer)
- Maschineninterne Umsetzung von Anweisungen
  - Wertzuweisung
  - Programmverzweigung

Prüfungsschwerpunkte

Belegungsmengen, Wertetabellen, schaltalgebraische Ausdrücke, Normalformen
Funktioneller und struktureller Entwurf kombinatorischer Schaltungen, Minimierung
Programmierbare kombinatorische Strukturen
Struktursynthese sequentieller Automaten, Vollständigkeit, Widerspruchsfreiheit
Wirkung ausgewählter Maschinenbefehle auf Register- Flag- und Speicherbelegungen
Operationen mit unterschiedlichen Zahlenkodierungen (BCD, Festkomma)
Gleitkommaformate und -kodierungsvorschriften

Arbeitsmaterialien

Vorlesung (mit Kapitelangabe in den Büchern)

Folien zur 1. Vorlesung (Kapitel 2.1 - 2.2 im Buch "Schaltsysteme" )
Zahlensysteme interaktiv (zum Üben und Erlernen)
Folien zur 2. Vorlesung (Kapitel 3.1 - 3.2.3 im Buch "Schaltsysteme" )
Folien zur 3. Vorlesung (Kapitel 3.2.5.-3.2.5.2., 3.3.im Buch "Schaltsysteme" )
Kap._3 - 3.2.3_Schaltsysteme
Ein Java-Applet zur Demonstration der Zusammenhänge zwischen BOOLEschen Algebren
Folien zur 4. Vorlesung ( Kapitel 3.3.1, 3.5.-3.5-2, 3.6.1 - 3.6.3, 4.1, 4.2 im Buch "Schaltsysteme")
Ein Java-Applet zur Minimierung nach Karnaugh
Folien zur 5. Vorlesung( 3.5 - 3.5.1, 3.6 - 3.6.8 )
Ein Java-Applet zur Demonstration der Zusammenhänge zwischen ROM, PAL und PLA
Folien zur 6. Vorlesung (Kapitel 5.1 - 5.2.1 )
Folien zur 7. Vorlesung (Kapitel 5.2.2 - 5.2.5 )
Folien zur 8. Vorlesung (Kapitel 6.1. - 6.1.2, 6.1.3.1 )
Folien zur 10. Vorlesung (Rechneraufbau und -funktion)
Link Mikroprogrammsteuerung
Folien zur 11. Vorlesung (Rechneraufbau und -funktion)
Folien zur 12. Vorlesung (Zeichenkodierung)
Ein Java-Applet zur rechnerinternen Zahlenverarbeitung
Folien zur 13. Vorlesung (Zahlenkodierung - INTEGER Zahlen)
Folien zur 14. Vorlesung (Zahlenkodierung - Gleitkommazahlen)
Folien zur 15. Vorlesung (Wiederholung und Zusammenfassung)
Arbeitsblätter Rechnerorganisation