Inhalt
Das Modul
Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (RSB)
besteht aus der Vorlesung (4 SWS) mit den begleitenden Übungen (1 SWS)
und dem Praktikum (1 SWS).
Ziel ist ein Verständnis der Grundlagen moderner Digitalrechner.
Im Details sind dies:
- die grundlegenden Konzepte, Organisationsformen und Entwurfsmethoden
von Rechnersystemen einschließlich der Betriebs(system)software.
- Ein Theorie- und Methodenrepertoire für die Konfigurierung, den Entwurf,
die Realisierung, und die angemessene Nutzung von Rechnern
unter Berücksichtigung ihrer Basiskomponenten und der eingesetzten
Betriebssysteme. Hierbei finden technologische, ökonomische und
anwendungsspezifische Randbedingungen Berücksichtigung.
Die Vorlesung behandelt:
- Grundbegriffe der Informationsverarbeitung: Information,
Repräsentation von Information, Zahlensysteme, Codierung,
- Rechnerarithmetik: Operationen mit Zahlen, Ganzzahl- und Gleitkomma-Arithmetik,
- Grundlagen der Digitaltechnik: Boole'sche Algebra, Schaltfunktionen,
Schaltnetze, Endliche Automaten, synchrone und asynchone Schaltwerke,
- Kopmonenten von Rechensystemen:
Datenpfade, Bus-Systeme, Zähler, Register, Speicher
- von-Neumann-Rechner: Architektur, Operations- und Steuerwerk, Befehlssatz
- Instruction Set Architekturen: Akkumulator-, Stack- und Registermaschine,
CISC und RISC Befehlssätze
,
- Grundlagen von Maschinen- und Assembler-Code,
- Die Hardware/Software-Schnittstelle, Umsetzung von Hochsprachen-Konstrukten
auf Assemblercode, Funktionsaufrufe und Stack-Verwaltung,
Programmbibliotheken, Linker/Loader, ELF-Dateiformat
,
- Verwaltung von Eingabe- und Ausgabegeräten (I/O),
Schnittstellen für Rechnerkommunikation,
- Programmunterbrechungen (Interrupts) und Systemaufrufe (Traps, syscalls)
- Pipelining und superskalare Prozessoren
- Speicherhierarchie: Speichertypen, Cache-Organisation, Virtueller Speicher
,
- Parallele Architekturen
- Betriebssystemebene: Konzepte und Aufgaben, Ressourcenverwaltung, Scheduling
Lernziel
Diese Grundlagenveranstaltung verfolgt drei Ziele:
- Verstehen der grundlegenden Konzepte, Organisationsformen und
der technischen Realisierung moderner Digitalrechner,
- Verstehen der Hardware-Software Schnittstelle, also der Umsetzung
von Programmen in aktuellen Programmiersprachen (Algorithmen und Datenstrukturen)
auf die konkreten Befehlssätze moderner RISC Prozessoren,
- Kennenlernen von Methoden zur formalen Beschreibung, Modellierung und
Bewertung von Rechen- und Kommunikationssystemen auf unterschiedlichen
Abstraktionsebenen.
