Veranstaltung: Computerarchitektur und Betriebssysteme

Nummer:
148194
Lehrform:
Vorlesung und Übungen
Medienform:
Folien, rechnerbasierte Präsentation, Tafelanschrieb
Verantwortlicher:
Prof. Dr.-Ing. Michael Hübner
Dozenten:
Prof. Dr.-Ing. Michael Hübner (ETIT), M. Sc. Muhammed Soubhi Al Kadi (ETIT), M. Sc. Fynn Schwiegelshohn (ETIT)
Sprache:
Deutsch
SWS:
4
LP:
6
Angeboten im:

Ziele

Die Studierenden kennen Zusammenhänge und haben Detailkenntnisse zum Aufbau, zu Komponenten und zur Funktionsweise moderner Computersysteme in Hard- und Software. Damit haben sie die Basis, um sowohl in der Computertechnik selbst, als auch in deren Anwendungsbereichen - wie z.B. der Automatisierungstechnik - Computerkomponenten und -systeme auszulegen, und zu entwickeln.

Um die Studierenden zum Einen hinsichtlich Teamarbeit, Kommunikationsfähigkeit und Dokumentationsfähigkeit weiter zu qualifizieren und zum Zweiten anwendungsbezogene, praxisrelevante Problemstellungen und deren Lösungsmöglichkeiten zu vermitteln, wird veranstaltungsbegleitend ein Projekt angeboten, das im Team von 3 - 4 Studierenden zu bearbeiten ist. Abhängig von der inhaltlichen und formal-stilistischen Ausarbeitung kann ein Bonus von bis zu 10% erworben werden, der bei der Abschlussklausur angerechnet wird.

Inhalt

Im ersten Teil der Veranstaltung werden, ausgehend von grundlegenden Computerstrukturen (Von-Neumann-Architektur, SISD, SIMD, MIMD), grundlegende Fähigkeiten zum anforderungsgerechten Entwurf, und zur anwendungsbezogenen Realisierung von Computersystemen vermittelt. Konkrete Beispiele heutiger Computer für unterschiedliche Anwendungsfelder (8051, Pentium 4, Core-Architektur, Ultra Sparc III) runden die generellen Wissensinhalte ab. Einen besonderen inhaltlichen Schwerpunkt bildet die Programmierung der Mikroarchitekturebene als Ergänzung zu anderen Lehrveranstaltungen im Bereich der Informatik / Computertechnik (Programmiersprachen, Eingebettete Prozessoren). Im zweiten Teil der Veranstaltung werden die Basisfunktionen moderner Betriebssysteme behandelt. Schwerpunkte sind hier die Organisation von Prozessen mit Prozessscheduling und Interprozesskommunikation sowie die Behandlung von Deadlocks.

Im Detail ist die Lehrveranstaltung wie folgt gegliedert:

  • Einführung
    • Grundstrukturen und Definitionen
    • Prinzipien moderner Computerarchitektur
  • Struktur und Aufbau von Computersystemen
    • Klassische "Von-Neumann-Struktur"
    • Parallelitätsprinzipien
    • Klassifikation und Merkmale von Computerarchitekturen
  • Logisch digitale Ebene
    • CPU-Chips und Busse
    • Schnittstellen
  • Mikroarchitekturebene
    • Fallbeispiel einer Mikroarchitektur
    • Design der Mikroarchitekturebene
    • Methoden der Leistungsoptimierung
    • Beispiele der Mikroarchitekturebene
  • Betriebssystemebene
    • Prozesse und Threads (Scheduling, Interprozesskommunikation)
    • Deadlock-Behandlung
    • Organisation virtueller Speicher
    • Virtuelle E/A-Instruktionen

Voraussetzungen

keine

Empfohlene Vorkenntnisse

Inhalt aus den Vorlesungen:

  • Digitaltechnik
  • Programmiersprachen
  • Eingebettete Prozessoren

Literatur

  1. Tanenbaum, Andrew S. "Computerarchitektur. Strukturen - Konzepte - Grundlagen", Pearson, 2006
  2. Tanenbaum, Andrew S. "Modern Operating Systems", Pearson, 2009
  3. Tanenbaum, Andrew S. "Moderne Betriebssysteme", Pearson, 2009
  4. Bode, Arndt, Hennessy, John L., Patterson, David A. "Rechnerorganisation und -entwurf", Spektrum Akademischer Verlag, 2005
  5. Tanenbaum, Andrew S. "Structured Computer Organization", Prentice Hall, 2005

Sonstiges

Vormals: "Computerarchitektur"

Die Übungen werden zwecks Vorbereitung den Studierenden spätesten 1 Woche vor dem Übungstermin im Netz zum Download bereitgestellt. Die Durchführung der Übungen (Erarbeitung der Ergebnisse im Dialog mit den Studierenden) erfolgt nicht in einem festen Zeitraster sondern gemäß dem Vorlesungsfortschritt.