Rechnerarchitekturen 2 - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

• schriftliche Prüfungsleistung über 90 Minuten mit einer Wichtung von 100% (Prüfungsnummer: 2200810)
• Studienleistung mit einer Wichtung von 0% (Prüfungsnummer: 2200811)

Laborpraktikum mit Testat (unbenotet).

Für die Praktikumsdurchführung werden die Kenntnisse aus Vorlesung und Übung benötigt.

Prof. Dr. Daniel Ziener,

Dr. Bernd Däne

Grundlagenkenntnisse zu Rechnerarchitekturen, vorzugsweise aus der entsprechenden Lehrveranstaltung

Fachkompetenz: Die Studierenden verstehen detailliert Aufbau und Funktionsweise von fortgeschrittenen Prozessoren und Rechnern. Die Studierenden verstehen Entwicklungstendenzen der modernen Rechner- und Systemarchitektur. Sie beherrschen den Umgang mit Entwicklungs- und Beschreibungsmitteln sowie Modellen und erkennen das Zusammenwirken von Hardware und Software auf hardwarenahen Architekturebenen.

Methodenkompetenz: Die Studierenden sind in der Lage, Anwendungsbeispiele und Architekturvarianten zu entwickeln. Die Studierenden analysieren Leistungskennwerte von Rechnern und Rechnersystemen. Die Studierenden sind in der Lage, maschinennahe Programme zu verstehen, zu erstellen und in Betrieb zu nehmen. Sie sind in der Lage zur werkzeuggestützten Modellierung und zur Simulation und Analyse von Modellen.

Systemkompetenz: Die Studierenden verstehen das Zusammenwirken der Funktionsgruppen von fortgeschrittenen Rechnern als System und in Rechnersystemen. Sie erkennen den Zusammenhang zwischen Architektur, Leistung und Anwendung anhand von Übungsbeispielen. Sie beherrschen Entwicklungsvorgänge mit Schritten zur Programmerstellung, Programmtest, Modellerstellung und Modellanalyse.

Sozialkompetenz: Die Studierenden sind in der Lage, fortgeschrittene Problemstellungen der Rechnerarchitektur in der Gruppe zu lösen.

Im Praktikum werden gezielt folgende KOmpetenzen erworben:

Die Studierenden kennen Vorgehensweisen zur Entwicklung von Microcontroller- Anwendungen. Sie sind in der Lage, Microcontroller-Anwendungen mit Software- und Hardware-Aspekten zu verstehen, zu erstellen und in Betrieb zu nehmen.

Sie beherrschen den Umgang mit Werkzeugen für Erstellung, Test und Analyse von Microcontrolleranwendungen.

Die Studierenden beherrschen den Umgang mit Beschreibungsmitteln und Modellen.

Sie kennen die detaillierte Funktion unterschiedlicher Prozessorarchitekturen und sind in der Lage, Konzepte der Mikroparallelität bei Prozessoren zu erkennen und zu erklären. Sie sind in der Lage zur werkzeuggestützten Modellierung und zur Simulation und Analyse von Modellen.

• Entwicklung der Prozessorarchitektur: Complex-Instruction-Set-Computing (CISC), Reduced-Instruction-Set-Computing (RISC);
• Befehls-Pipelining;  Skalare Prozessorarchitektur, Very-Long-Instruction-Word-Architektur, Out of Order-Execution; Simultaneous Multithreading.
• Entwicklung der Speicherarchitektur: Adresspipelining, Burst Mode und Speicher-Banking;
• Speicherhierarchie, Cache-Prinzip, Cache-Varianten;   Beispielarchitekturen;
• Spezialrechner: Aufbau eines Einchip-Controllers; Einchipmikrorechner des mittleren Leistungssegments, Erweiterungen im E/A-Bereich; Prinzip der digitalen Signalverarbeitung, Digitale Signalprozessoren (DSP), Spezielles Programmiermodell;
• Leistungsbewertung: MIPS, MFLOPS; Speicherbandbreite; Programmabhängiges Leistungsmodell (Benchmarkprogramme);
• Parallele Rechnerarchitekturen: Einteilung nach Flynn; Enge und lose Kopplung, Verbindungstopologien, Entwicklung von Anwendungsbeispielen, Architekturvarianten und Berechnung von Leistungskennwerten
• Praktischer Umgang mit einem einfachen Mikrocontroller
• Modellierung fortgeschrittener Pipeline-Architekturen

Vorlesung: Folien, Arbeitsblätter (Online und Copyshop), Anschriebe

Übung: Arbeitsblätter und Aufgabensammlung (Online und Copyshop)

Allgemein: Onlinematerial (Materialsammlung, Literaturhinweise, Links) 

Technische Anforderungen bei alternativen Lehrleistungen in elektronischer Form:
Internetzugang, Mikrofon+Lautsprecher oder Headset, Webex Meeting 

Primär:

• Vorlesungsfolien (online bereitgestellt)
• Materialsammlung zum Download und im Copyshop

Sekundär:

• C. Märtin: Einführung in die Rechnerarchitektur - Prozessoren und Systeme. ISBN 3-446-22242-1, Hanser 2003.

• T. Flik: Mikroprozessortechnik und Rechnerstrukturen. ISBN 3-540-22270-7, Springer 2005.
  
  
• J. L. Hennessy, D. A. Patterson: Rechnerorganisation und -entwurf. ISBN 3-8274-1595-0, Elsevier 2005
  
  
• W. Stallings: Computer Organization & Architecture. ISBN 0-13-035119-9, Prentice Hall 2003
  
  
• A. S. Tanenbaum, J. Goodman: Computerarchitektur. ISBN 3-8273-7016-7, Pearson Studium 2003