64-040- Modul InfB-RS: Rechnerstrukturen · Universität Hamburg MIN-Fakultät Fachbereich Informatik Modul InfB-RS: Rechnerstukturen 64-040 Rechnerstrukturen Motivation Modulhandbuch

Universität Hamburg

MIN-FakultätFachbereich Informatik

64-040 Rechnerstrukturen

64-040 Modul InfB-RS: Rechnerstrukturenhttp://tams.informatik.uni-hamburg.de/

lectures/2014ws/vorlesung/rs

– Info zur Organisation –

Andreas Mäder

Universität HamburgFakultät für Mathematik, Informatik und NaturwissenschaftenFachbereich InformatikTechnische Aspekte Multimodaler Systeme

Wintersemester 2014/2015

A. Mäder 1

http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs




64-040 Rechnerstrukturen

Info zur Organisation

1. Modul InfB-RS: Rechnerstukturen2. Organisatorisches

VorlesungÜbungenTutorienPraktikumKlausur

3. Literaturempfehlungen4. Software

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Modul InfB-RS: Rechnerstukturen 64-040 Rechnerstrukturen

Motivation

ModulhandbuchDieses Modul behandelt im Rahmen der Vorlesung ein begrenztes und wohlausgewähltes Theorie- und Methodenrepertoire für die Konfigurierung, denEntwurf, die Realisierung, und die angemessene Nutzung von Rechnern- undKommunikationsnetzen sowie ihrer Basiskomponenten, u.a. unterBerücksichtigung technologischer, ökonomischer und anwendungsspezifischerRandbedingungen.

. . . das Verstehen der grundlegenden Konzepte, Organisationsformen undEntwurfsmethoden von Rechnerarchitekturen und deren Vernetzung,einschließlich der Betriebssoftware. . .

www.inf.uni-hamburg.de/de/studies/bachelor

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http://www.inf.uni-hamburg.de/de/studies/bachelor




Informatik BSc

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Software-System-Entwicklung BSc

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Rechnerstrukturen: Themen

Einführende GrundlagenI Grundbegriffe der Informationsverarbeitung:

Information, Repräsentation von Information,Zahlensysteme, Codierung

I Rechnerarithmetik:Operationen mit Zahlen, Ganzzahl- und Gleitkomma-Arithmetik

I Konzepte der Digitaltechnik:Boolesche Algebra, Schaltnetze, Automatentheorie,synchrone und asynchone Schaltwerke,kooperierende Schaltwerke (Operationswerk, Steuerwerk)

I Hardwarestrukturen:Register, Registerbank, Zähler, Speicher,Datenpfade, Bus-Systeme

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Rechnerstrukturen: Themen (cont.)

RechnerarchitekturI von-Neumann-Rechner:

Prinzipien, Architektur, BefehlssatzI ISA-Konzepte: CISC, RISCI Maschinen- und Assembler-Code und -programmierungI BetriebssystemebeneI Pipelining, superskalare Architekturen, ParallelrechnerI Speicherhierarchie:

Speichertypen, virtueller Speicher, Cache-OrganisationB Kommunikation, Schnittstellen und PeripheriegeräteB IC-Schaltungstechnik, VLSI-Entwurf und -Fertigung

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Feedback erwü[email protected]

I Zwischenfragen: bitte Feedback bei Unklarheiten etc.!I Fehler und Ungenauigkeiten in den Folien und Materialien

bitte meldenI Vorschläge und Hinweise auf Tools, schöne Lehrmaterialien etc.

sind immer willkommen!Problem: stark unterschiedliches Vorwissen!I generell: keine speziellen VoraussetzungenI betrifft insbesondere Rechnerstrukturen⇒ Geduld, wenn (am Anfang) Stoff schon bekannt⇒ kein Frust, wenn sehr speziell, sondern: Eigeninitiative

(Fragen, Tutorium, Übungsgruppen . . . )A. Mäder 8




Kontakt

Dr. Andreas Mä[email protected]

+49 40 42883 2502Informatikum, Haus F-317

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Organisatorisches - Vorlesung 64-040 Rechnerstrukturen

Vorlesungtams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs

I Mi. 16:15-17:45 Erzwiss. H, VMP-8Fr. 12:15-13:45 Audimax II, VMP-4 (4 SWS)

I Folien (pdf) vor der Vorlesung zum DownloadI Lecture2Go: lecture2go.uni-hamburg.deI diverse gute Lehrbücher — Empfehlungen s.u.

I Software: JAVA VM, C-Compiler, GNU-Toolchain

I Informationen und Downloads auf der Webseite — aktuell!I eingestreute Hinweise auf aktuelle Themen und Vertiefung

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http://lecture2go.uni-hamburg.de



Organisatorisches - Übungen 64-040 Rechnerstrukturen

Übungentams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs/uebungen

I neunzehn Gruppen geplant, Details siehe STiNE/WebseiteI 1 SWS, wöchentlichI Beginn: nächste Woche!

I Diskussion und Nachbereitung der VorlesungI Gruppenarbeit: 2-3 Teilnehmer pro Gruppe

I Übungsaufgaben zum Vertiefen und Erarbeiten des StoffesI Aufgabenblätter jeweils Mittwochs zum Download verfügbarI Abgabe der Lösungen: email bis nächsten Mittwoch 24:00

beim Gruppenleiter (zur Not schriftlich im Sekretariat F-311)A. Mäder 11

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Übungen: Scheinkriterien

I tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs/

uebungen/scheinkriterien.pdf

I regelmäßige aktive TeilnahmeI mindestens zweimal an der Tafel vorrechnenI höchstens zweimal (unentschuldigt) gefehlt

I alle Aufgabenblätter bearbeitetI jeweils mindestens 30% der Punkte pro AufgabenblattI und mindestens 50% der Gesamtpunktzahl

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http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs/uebungen/scheinkriterien.pdf

http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs/uebungen/scheinkriterien.pdf




Übungen: Gruppeneinteilung / Wechselwünsche?

I Übungen beginnen in der zweiten VorlesungswocheI Anmeldung und Ranking letzte Woche über STiNEI derzeit insgesamt 276 AnmeldungenI neunzehn Gruppen á 15 Teilnehmer vorgesehen

I Wechselwünsche: bitte zur gewünschten Gruppe erscheinen, vorOrt in Warteliste eintragen

I späterer Wechsel bei freien Plätzen nach Rücksprache mit denGruppenleitern möglich (Übertragung der Punkte, etc.)

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Übungen: Gruppeneinteilung / Wechselwünsche? (cont.)

Derzeitige Belegung 14.Okt.

Mo 12 – 13 F-334 15 P3-07 1513 – 14 F-334 14 P3-07 1514 – 15 F-635 15 P3-07 1515 – 16 F-635 15 P3-07 15

Di 10 – 11 F-334 15 D-129 1511 – 12 F-334 13 D-129 1012 – 13 F-334 14 P3-07 1513 – 14 F-334 15 P3-07 15

Mi 8 – 9 F-334 15 F-534 159 – 10 F-334 15

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Organisatorisches - Tutorien 64-040 Rechnerstrukturen

Tutorientams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/vorlesung/rs/tutorien

I freiwillig, Nacharbeiten von Stoff und ÜbungenI Diskussion, Fragen: mehr Zeit als in der Übung

1. ab nächster Woche, wöchentlich ein Doppeltermin:Donnerstag, 18 – 20 Uhr, F-334 (13.11., F-132)

+ Live-Videostream (Info folgt)

2. Vorbereitung auf die Klausur: „Paniktutorium“Termin: kurz vor der Klausur, Ort und Zeit werden nochbekanntgegeben

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Organisatorisches - Praktikum 64-040 Rechnerstrukturen

Praktikumtams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/praktikum/rechprak

I nicht für LehramtsstudiengängeI im laufenden Semester empfohlen

und in der vorlesungsfreien Zeit (Februar, März)I Blockkurse á 4 Termine zu je 3 h (1 SWS)I Vorbereitung unbedingt erforderlich

I Erarbeiten und Programmieren eines einfachen ProzessorsI Komponenten auf der Register-Transfer-EbeneI Zeitverhalten, SpeicheransteuerungI MikroprogrammierungI AssemblerprogrammierungI I/O-Operationen und Interrupts

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http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2014ws/praktikum/rechprak



Organisatorisches - Klausur 64-040 Rechnerstrukturen

Klausurwww.inf.uni-hamburg.de/de/studies/orga/dates/2014-wise-written-exams.html

I Abschlussprüfung des Moduls RechnerstrukturenI Note geht in BSc-Zeugnis ein

I insgesamt zwei Klausurtermine in den SemesterferienI Do. 05. Feb. 2015 10:00-12:30 Audimax I

Do. 05. März 2015 10:00-12:30 Audimax IIpünktlich kommen!

I Tipp: möglichst bereits die erste Klausur mitschreibenI zweite Klausur fällt (leider) oft schlechter aus

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http://www.inf.uni-hamburg.de/de/studies/orga/dates/2014-wise-written-exams.html



Organisatorisches - Klausur 64-040 Rechnerstrukturen

Probeklausur

I Umfang und Ablauf wie „echte“ KlausurI 2-stündige Klausur

+ anschließende gemeinsame Korrektur/BesprechungI Termin: vorletzte Semesterwoche?

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Literaturempfehlungen 64-040 Rechnerstrukturen

Literatur: empfohlene Lehrbücher

[BO14] R.E. Bryant, D.R. O’Hallaron:Computer systems – A programmers perspective.2nd new intl. ed., Pearson Education Ltd., 2014.ISBN 978–1–292–02584–1. csapp.cs.cmu.edu

Rechnerarchitektur mit Schwerpunkt Software und Systeme, leider nichtganz billig. Viele C-Programme und Systemprogrammierung. Beispieleanhand Intel x86 Architektur.

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http://csapp.cs.cmu.edu




Literatur: empfohlene Lehrbücher (cont.)

[TA14] A.S. Tanenbaum, T. Austin: Rechnerarchitektur –Von der digitalen Logik zum Parallelrechner.6. Auflage, Pearson Deutschland GmbH, 2014.ISBN 978–3–86894–238–5Guter Überblick, klares didaktisches Konzept. Java VM, Intel x86, SPARC.Mit jeder Auflage komplett überarbeitet und aktualisiert.

[TA13] A.S. Tanenbaum, T. Austin:Structured Computer Organization.6th edition, Pearson Education Limited, 2013.ISBN 978–0–273–76924–8s.o.; die Originalausgabe

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Literatur: weitere Lehrbücher

[Mu+09] T. Müller [u. a.]: Technische Informatik I –Grundlagen der Informatik und Assemblerprogrammierung.3. Auflage, vdf, 2009. ISBN 978–3–7281–3255–0

[Gu+10] R. Gübeli [u. a.]: Technische Informatik II –Mikroprozessor-Hardware und Programmiertechniken.2. Auflage, vdf, 2010. ISBN 978–3–7281–3256–7

[PH14] D.A. Patterson, J.L. Hennessy: Computer Organizationand Design – The Hardware/Software Interface.5th edition, Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2014.ISBN 978–0–12–407726–3Schönes Lehrbuch von den Entwicklern der RISC/MIPS Prozessoren.

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Literatur: weitere Lehrbücher (cont.)

[PH11] D.A. Patterson, J.L. Hennessy: Rechnerorganisationund -entwurf – Die Hardware/Software-Schnittstelle.4. Auflage, Oldenbourg, 2011. ISBN 978–3–486–59190–3Die deutsche Übersetzung; eine Auflage zurück.

[SS04] W. Schiffmann, R. Schmitz: Technische Informatik 1 –Grundlagen der digitalen Elektronik.5. Auflage, Springer-Verlag, 2004. ISBN 978–3–540–40418–7

[Sch05] W. Schiffmann: Technische Informatik 2 –Grundlagen der Computertechnik.5. Auflage, Springer-Verlag, 2005. ISBN 978–3–540–22271–2

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Literatur: weitere Lehrbücher (cont.)

[SBH11] W. Schiffmann, H. Bähring, U. Hönig:Technische Informatik 3 – Grundlagen der PC-Technologie.Springer-Verlag, 2011. ISBN 978–3–642–16811–6

[SSW04] W. Schiffmann, R. Schmitz, J. Weiland:Übungsbuch zur Technische Informatik 1 und 2.3. Auflage, Springer-Verlag, 2004. ISBN 978–3–540–20793–1Dutzende von Übungsaufgaben mit detailliert entwickelten Lösungen.

[MH07] M.J. Murdocca, V.P. Heuring: Computer architectureand organization – An integrated approach.John Wiley & Sons, 2007. ISBN 978–0–471–73388–1

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Literatur: Vertiefung

[HP12] J.L. Hennessy, D.A. Patterson:Computer architecture – A quantitative approach.5th edition, Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2012.ISBN 978–0–12–383872–8Die Bibel zum Thema Rechnerarchitektur

[Knu05] D.E. Knuth: The Art of Computer Programming,Volume 1, Fascicle 1, MMIX — A RISC Computer forthe New Millennium.Addison-Wesley Professional, 2005. ISBN 978–0–201–85392–6

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Literatur: Vertiefung (cont.)

[Knu08] D.E. Knuth: The Art of Computer Programming,Volume 4, Fascicle 0, Introduction to CombinatorialAlgorithms and Boolean Functions.Addison-Wesley Professional, 2008. ISBN 978–0–321–53496–5

[Knu09] D.E. Knuth: The Art of Computer Programming,Volume 4, Fascicle 1, Bitwise Tricks & Techniques;Binary Decision Diagrams.Addison-Wesley Professional, 2009. ISBN 978–0–321–58050–4

[DM94] G. De Micheli: Synthesis and Optimization ofDigital Circuits. McGraw-Hill, 1994. ISBN 0–07–016333–2.si2.epfl.ch/~demichel/publications/mcgraw

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http://si2.epfl.ch/~demichel/publications/mcgraw




Literatur: aus Hamburg

[Lag87] K. Lagemann: Rechnerstrukturen.Springer-Verlag, 1987. ISBN 3–540–17618–7

[Möl03] D.P. Möller: Rechnerstrukturen: Grundlagen derTechnischen Informatik.Springer-Verlag, 2003. ISBN 3–540–67638–4

[Mäd11] A. Mäder: Vorlesung: Rechnerarchitektur undMikrosystemtechnik. Universität Hamburg,FB Informatik, 2011, Vorlesungsfolien. tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2011ws/vorlesung/ram

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http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2011ws/vorlesung/ram

http://tams.informatik.uni-hamburg.de/lectures/2011ws/vorlesung/ram




Literatur: Assemblerprogrammierung

[Hyd10] R. Hyde: The Art of Assembly Language Programming.2nd edition, No Starch Press, 2010. ISBN 978–1–59327–207–4.www.plantation-productions.com/Webster/www.artofasm.com

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http://www.plantation-productions.com/Webster/www.artofasm.com



Software 64-040 Rechnerstrukturen

Software

I Java VM für diverse ProgrammierbeispieleI HADES Schaltungssimulator — HAmburg DEsign System

tams.informatik.uni-hamburg.de/applets/hades

I Assembler und Tools, DebuggerI C-Compiler

I GNU-Toolchain empfehlenswert: gcc, binutils, gdbI Insight-Debugger als Frontend zu gdbI unter Windows

I Cygwin mit Development-Tools installieren www.cygwin.comI Linux VM mit vorinstallierter Software (VirtualBox, VMware . . . )

I Links und weitere Infos auf der Webseite zur VorlesungA. Mäder 28

http://tams.informatik.uni-hamburg.de/applets/hades

http://www.cygwin.com

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