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Modul (9 Credits)

Rechnerstrukturen und Betriebssysteme

Name im Diploma Supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Verantwortlich
Voraus­setzungen
Siehe Prüfungsordnung.
Workload
270 Stunden studentischer Workload gesamt, davon:
  • Präsenzzeit: 90 Stunden
  • Vorbereitung, Nachbereitung: 120 Stunden
  • Prüfungsvorbereitung: 60 Stunden
Dauer
Das Modul erstreckt sich über 1 Semester.
Qualifikations­ziele

Die Studierenden 

  • können den Aufbau und die Funktion von Rechen- und Betriebssystemen sowie die grundlegenden Konzepte erläutern
  • sind in der Lage, ein einfaches Hardwaresystem aus digitalen Basiskomponenten zu entwerfen und Grundfunktionen eines sehr einfachen Betriebssystems selbst zu entwickeln
  • können sich in vorgegebene Systeme einarbeiten, diese einordnen und ihre wesentlichen Eigenschaften erkennen
  • können die grundlegenden Aufgaben und Arbeitsweisen von Rechensystemen ebenso wie den prinzipiellen Aufbau aus digitalen Basiskomponenten erläutern
  • kennen kombinatorische Schaltungen, Bool'sche Funktionen, Schalter und einfache Gatter
  • sind vertraut mit der binären Arithmetik und Zahlendarstellung und können sie anwenden
  • verstehen, was Prozesse sind und können erläutern, wie sie verwaltet, ausgeführt und synchronisiert werden und wie eine Kommunikation zwischen Prozessen erfolgen kann
  • sind in der Lage zu erklären, wie Prozessor, Speicher und Ein-/Ausgabefunktionen verwaltet werden
  • sind befähigt, ein einfaches Hardwaresystem und Grundfunktionen eines sehr einfachen Betriebssystems selbst zu entwerfen
  • verfügen über die Fähigkeit, effizienzsteigernde Techniken in Hardware und Betriebssystem zu konzipieren
  • besitzen eine vertiefte Kenntnis von Rechnerstrukturen und sind in der Lage, diese praktisch anzuwenden
  • können maschinennahe Programme entwerfen, implementieren , diese auf geeignete Hardware portieren und ausführen
  • besitzen ein vertieftes Verständnis von Funktion und Aufbau von Hardware und zugehöriger Betriebssoftware, und können diese erläutern und zielgerichtet einsetzen
Prüfungs­modalitäten

Zum Modul erfolgt eine modulbezogene Prüfung in der Gestalt einer Klausur (in der Regel: 90 bis 120 Minuten).

Vom Dozierenden wird zu Beginn der Veranstaltung festgelegt, ob die erfolgreiche Teilnahme an der Übung als Prüfungsvorleistung Zulassungsvoraussetzung zur Modulprüfung ist. Bestandene Prüfungsvorleistungen haben nur Gültigkeit für die Prüfungen, die zu der Veranstaltung im jeweiligen Semester gehören.

Verwendung in Studiengängen
  • AI-SE-Ba-2017KernstudiumPflichtbereich II: Informatik3.-4. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014Pflichtbereich Informatik5. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013InformatikListe 21.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013WahlpflichtbereichProfil "Network Systems Engineering"1.-6. FS, Wahlpflicht
Bestandteile
Name im Diploma Supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Anbieter
Lehrperson
SWS
4
Sprache
deutsch
Turnus
Wintersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

Grundlegende Kenntnisse in der Programmierung und Modellierung von Informatiksystemen

Lehrinhalte

Diese Vorlesung bietet einen Überblick über Konzepte und Technologien für den Aufbau und Betrieb von digitalen Computersystemen. Es werden Grundkonzepte, Funktionsweisen, Anforderungen und Aufgaben von Rechnerarchitekturen und Betriebssystemen vermittelt.

  1. Einführung: Von Neumann-Architektur, Zahlendarstellung, Digitale Datenverarbeitung, Überblick Basistechnologien
  2. Einfacher Digitalrechner: ALU, Speicher, Bus, Takt, Programm, Daten, I/O
  3. Grundlegende Programmiermodelle: Speicheradressierung, Mikroprogrammierung, Maschinenbefehle, Operanden, Compiler, Betriebssystem
  4. Klassifikation von Rechnerarchitekturen: Befehlssatz (RISC vs. CISC), „general purpose CPU“ vs. Mikrocontroller vs. DSP vs. Grafikprozessor
  5. Mikroarchitekturen: Pipelines, Sprungvorhersage, spekulative Befehlsausführung
  6. Betriebssysteme: Motivation, Struktur, Funktionen, Anforderungen, Architekturen, Kontext: System vs. User
  7. Hauptspeicherverwaltung/Speicherorganisation: Hierarchien (Register, Cache, RAM, Disk) vs. persistenter homogener Speicher, Virtueller Speicher, Caching-Strategien
  8. Massenspeicher und Dateisysteme: Festplatte vs. Flashram, Blöcke, Festplattenorganisation, RAID, Dateiverwaltung (Löschen und Freigeben), verteilte Dateisysteme, Verzeichnisse
  9. Prozesse/Threads und Scheduling: Prozess- und Prozessorverwaltung, IPC, Prozesskoordination und -synchronisation (inkl. Deadlockerkennung, -vermeidung, - verhinderung), Schedulingkonzepte, -kriterien, -algorithmen, Spezialanforderungen z.B. Realtime
  10. Geräteverwaltung: Hardwareabstraktion, Ressourcenverwaltung, Treiber
Literaturangaben
  • Skript zur Vorlesung
  • Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme; Hanser-Verlag
  • G. Silberschatz: Operating Systems Concepts; Addison-Wesley
  • D.A. Patterson and J.L. Hennessy, Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface. Third Edition, Morgan Kaufmann; 2007
  • D.A. Patterson and J.L. Hennessy, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 3rd edition, Morgan-Kaufmann, 2002.
Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017KernstudiumPflichtbereich II: InformatikModul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"3.-4. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014Pflichtbereich InformatikModul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"5. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013InformatikListe 2Modul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013WahlpflichtbereichProfil "Network Systems Engineering"Modul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"1.-6. FS, Wahlpflicht
Vorlesung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C0255)
Name im Diploma Supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Anbieter
Lehrperson
SWS
2
Sprache
deutsch
Turnus
Wintersemester
maximale Hörerschaft
unbeschränkt
empfohlenes Vorwissen

Grundlegende Kenntnisse in der Programmierung und Modellierung von Informatiksystemen

Lehrinhalte

Die Studierenden bearbeiten praktische Übungen und kleinere Projektaufgaben zu den Inhalten der Vorlesung.

Literaturangaben

Siehe Literaturangaben der Vorlesung.

Hörerschaft
  • AI-SE-Ba-2017KernstudiumPflichtbereich II: InformatikModul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"3.-4. FS, Pflicht
  • LA-Info-GyGe-Ba-2014Pflichtbereich InformatikModul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"5. FS, Pflicht
  • Mathe-Ba-2013InformatikListe 2Modul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"1.-6. FS, Wahlpflicht
  • TechMathe-Ba-2013WahlpflichtbereichProfil "Network Systems Engineering"Modul "Rechnerstrukturen und Betriebssysteme"1.-6. FS, Wahlpflicht
Übung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C0254)
Modul: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑M0123)