Computer Engineering - Interactive curriculae of TU Ilmenau

sPL 90 min (100%)

SL Praktikum; belegt durch Testat (4 Versuche). unbenotet

Dieses Modul enthält mindestens eine alternative semesterbegleitende Abschlussleistung. Bitte beachten Sie, dass diese in der Regel schon zu Beginn des Semesters, in dem diese angeboten wird, angemeldet werden muss.
Über die Details und Zeiträume dazu werden Sie vom Lehrenden und/oder dem Prüfungsamt informiert. Fragen Sie gegebenenfalls unbedingt beim Lehrenden nach.

This module contains at least one alternative exam part. Please note that this must usually be registered at the beginning of the semester in which it is offered.
The lecturer and/or the examination office will inform you about the details and time periods. If necessary, be sure to ask the lecturer.

Hochschulzulassung

Fachkompetenz:

Die Studierenden verfügen über Kenntnisse und Überblickswissen zu den wesentlichen Strukturen und Funktionen von digitaler Hardware und haben ein Grundverständnis für den Aufbau und die Wirkungsweise von Funktionseinheiten von Digitalrechnern. Die Studierenden verstehen detailliert Aufbau und Funktionsweise von Prozessoren, Speichern, Ein-Ausgabe-Einheiten und Rechnern. Die Studierenden verstehen Entwicklungstendenzen der Rechnerarchitektur. Die Studierenden verfügen über Kenntnisse und Überblickswissen über den Aufbau und die Wirkungsweise von programmierbaren Strukturen. Sie verfügen über Verständnis und Wissen zur Funktion von Rechnerbaugruppen und zu hardwarenaher Programmierung.

Methodenkompetenz:

Die Studierenden sind in der Lage, einfache digitale Schaltungen zu analysieren und zu synthetisieren. Sie können einfache Steuerungen sowohl mit Hilfe von diskreten Gatterschaltungen als auch mit Hilfe programmierbarer Schaltkreise erstellen. Sie sind in der Lage, Automatenmodelle zu verstehen und anzuwenden. Sie können die rechnerinterne Informationsverarbeitung modellieren und abstrakt beschreiben sowie die zugehörigen mathematischen Operationen berechnen. Die Studierenden entwerfen und analysieren einfache maschinennahe Programme. Die Studierenden können computergestützte Werkzeuge zur Modellierung und maschinennahen Programmierung verwenden.

Systemkompetenz:

Die Studierenden verstehen das grundsätzliche Zusammenspiel der Baugruppen eines Digitalrechners als System. Sie erkennen den Zusammenhang zwischen digitalen kombinatorischen und sequentiellen Schaltungen, Funktionsabläufen innerhalb von Rechnern und der Ausführung von Maschinenprogrammen anhand praktischer Übungen. Sozialkompetenz: Die Studierenden erarbeiten Problemlösungen einfacher digitaler Schaltungen, der Rechnerarchitektur und von einfachen Maschinenprogrammen in der Gruppe. Sie können von ihnen erarbeitete Lösungen gemeinsam in Übungen auf Fehler analysieren, korrigieren und bewerten. Sie erkennen den Zusammenhang zwischen verschieden Beschreibungsniveaus anhand praktischer Anwendung. Sie sind in der Lage, vorhandenes Wissen in begrenzter Zeit erfolgreich zur Problemlösung anzuwenden.

Sozialkompetenz: 

Die Studierenden erarbeiten einen Teil der Problemlösungen in kleinen Gruppen. Sie können die Ergebnisse gemeinsam auf Fehler analysieren und korrigieren. Sie sind in der Lage, auf Kritiken und Lösungshinweise zu reagieren. Sie verstehen die Notwendigkeit einer sorgfältigen und ehrlichen Arbeitsweise.

1. Mathematische Grundlagen

• Aussagen und Prädikate, Abbildungen, Mengen
• Anwendung der BOOLEschen Algebra und der Automatentheorie auf digitale Schaltungen

2. Informationskodierung / ausführbare Operationen

• Zahlensysteme (dual, hexadezimal)
• Alphanumerische Kodierung (ASCII)
• Zahlenkodierung 3. Struktur und Funktion digitaler Schaltungen
• BOOLEsche Ausdrucksalgebra, Schaltalgebraische Ausdrücke, Normalformen
• Funktions- und Strukturbeschreibung kombinatorischer und sequenzieller Schaltungen, programmierbare Strukturen
• Analyse und Synthese einfacher digitaler Schaltungen
• digitale Grundelemente der Rechnerarchitektur (Tor, Register, Bus, Zähler/Zeitgeber)

4. Rechnerorganisation

• Kontroll- und Datenpfad
• Steuerwerk (Befehlsdekodierung und -abarbeitung)
• Rechenwerk (Operationen und Datenübertragung)

5. Rechnergrundarchitekturen und Prozessoren

• Grundarchitekturen
• Prozessorgrundstruktur und Befehlsablauf
• Erweiterungen der Grundstruktur
• Befehlssatzarchitektur und einfache Assemblerprogramme

6. Speicher

• Speicherschalkreise als ROM, sRAM und dRAM
• Speicherbaugruppen

7. Ein-Ausgabe

• Parallele digitale E/A
• Serielle digitale E/A
• periphere Zähler-Zeitgeber-Baugruppen
• Analoge E/A

8. Fortgeschrittene Prinzipien der Rechnerarchitektur

• Entwicklung der Prozessorarchitektur
• Entwicklung der Speicherarchitektur
• Parallele Architekturen

 Laborpraktika

• Hardware-Realisierung kombinatorischer  Schaltungen
• PLD-Realisierung kombinatorischer Schaltungen
• Grundlagen zur maschinennahen Programmierung
• Maschinennahe Programmierung mit Peripherieansteuerung

• Vorlesung mit Tafel/Auflicht-Presenter und Powerpoint-Präsentation,
• eLearnig-Angebote im Internet,
• Arbeitsblätter und Aufgabensammlung für Vorlesung und Übung (Online und Copyshop),
• Lehrbuch (auf Ilmedia verfügbar)
• Praktikumsanleitungen und Online-Ergänzungen zum Praktikum

 Ergänzend: Webseiten (Materialsammlung und weiterführende Infos)

Moodle: 
https://moodle2.tu-ilmenau.de/course/view.php?id=3782
https://moodle2.tu-ilmenau.de/course/view.php?id=3795

Primär: Eigenes Material (Online und Copyshop) sowie empfohlene Lehrbücher:

• Wuttke, H.-D.; Henke, K: Schaltsysteme - Eine automatenorientierte Einführung, Verlag: Pearson Studium, 2003
• W. Fengler und O. Fengler: Grundlagen der Rechnerarchitektur. Ilmenau 2016. ilmedia.
• Hoffmann, D.W.: Grundlagen der Technischen Informatik, Hanser- Verlag, 2007
• Märtin, C.: Einführung in die Rechnerarchitektur - Prozessoren und Systeme. ISBN 3-446-22242-1, Hanser 2003.
• Flick, T.; Liebig, H.: Mikroprozessortechnik Springer-Verlag, Berlin 2005
• moodle: Technische Informatik, Studienbegleitendes Online-Material
• GOLDi: Grid of Online Lab Devices Ilmenau, Remote Lab des Fachgebietes IKS