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Rechnerarchitektur Stefan Conrad Institut fur ¨ Informatik ¨ Dusseldorf Heinrich-Heine-Universitat ¨

Sommersemester 2018 Nach Vorlagen von: ¨ Amsterdam) Andrew Tanenbaum (Freie Universitat Jochen Schiller (FU Berlin) Martin Mauve (HHU Dusseldorf) ¨ ¨ Scheuermann (HHU Dusseldorf) Bjorn ¨

1. Einleitung

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Ziele und Themen

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Organisatorisches

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Strukturierter Rechneraufbau

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Weiterer Ablauf der Vorlesung

Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Ziele der Veranstaltung

Nach dieser Veranstaltung sollen Sie: • erklaren ¨ ¨ konnen, wie ein Computer funktioniert • von der elementaren Logik • bis zum Zusammenspiel der Komponenten • herleiten und begrunden ¨ konnen, welche Vor-/Nachteile bestimmte ¨

Architekturen fur ¨ bestimmte Aufgaben haben • . . . und die Klausur bestehen!

Rechnerarchitektur – 1. Einleitung

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Themen der Veranstaltung

• Einleitung • Rechnerorganisation • Digitale Logik, Schaltnetze und Schaltwerke • Busse und Prozessoren • Mikroarchitekturen • Instruktionssatzarchitekturen

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Organisatorisches Die Veranstaltung Rechnerarchitektur“ besteht aus 2 Teilen ” • Vorlesung ¨ • Ubung (alle 2 Wochen) ¨ Zu dem Modul Rechnerarchitektur“ (insg. 9 ) gehoren ferner ” • Vorlesung Hardwarenahe Programmierung“ ” (als Blockkurs am Ende der VL-Zeit; setzt allgemeine Programmierkenntnisse voraus, daher sollte das Modul Prorammierung“ vorher erfolgreich abgeschlossen sein) ” ¨ • Praktische Ubungen Hardwarenahe Programmierung“ ” (als Kurs in der VL-freien Zeit; Anmeldung vorauss. ab Juni) Weitere Informationen zur Veranstaltung Rechnerarchitektur“ unter: ” im Ilias-System( Rechnerarchitektur) Folien:

im Ilias-System

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Ziele und Themen

Organisatorisches

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Vorlesung I

• Ziele: • Vermitteln von Basiswissen • Kennenlernen von Ideen • Aufzeigen von Zusammenhangen ¨

• Termine: • Montag, 08:30 bis 10:00 Uhr, Horsaal ¨ 5C

(Feiertag am 21.05. !!!) • Teilnahme freiwillig • Folien alleine reichen zum Lernen oft nicht aus;

¨ ausfuhrliche Erklarungen in der Vorlesung (oder in guten Lehrbuchern) ¨ ¨

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Vorlesung II • Kontakt ¨ • Tutoren in den Ubungsgruppen • spezielle Fragen an: [email protected] • Sprechstunden: siehe Ilias • Literatur: • Andrew S. Tanenbaum: Structured Computer Organization.

Prentice Hall, 5th/6th Edition, 2006/2013 • weitere Bucher auszugsweise ¨

• leitende Mitarbeiterin:

Julia Romberg

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

¨ Ubung

• Ziele: • aktives Anwenden des Stoffes • Gelegenheit zum Diskutieren und Vertiefen • Organisatorisches: • Anmeldung ab heute (Mo, 09.04.), 10:00 Uhr uber das Abgabesystem: ¨ https://auas.cs.uni-duesseldorf.de ¨ • Abgabe der Ubungsbl ¨ atter nur nach Anmeldung zu einer (nummerierten) ¨ ¨ Ubungsgruppe moglich! • Anwesenheit ist nicht verpflichtend, wird aber dringend empfohlen ¨ • erste Ubungstermine: ab dem 23.04.

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Ziele und Themen

Organisatorisches

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Weiterer Ablauf

¨ ¨ Ubungsbl atter ¨ • zweiwochentlich ¨ ¨ Ubungsbl atter (Nr. 0 – 6) mit Aufgaben • Aus- und Abgabe online im Abgabesystem • Abgabe im Abgabesystem immer bis montags, 08:30 Uhr!

¨ ¨ Verspatete Abgaben sind nicht moglich! • Eigenstandige ¨ Bearbeitung der Abgaben!

Gruppenarbeit und Abschreiben wird geahndet. • Werden von Tutoren bewertet (Ñ Punkte). • Abgaben mussen in den angegebenen Dateiformaten erfolgen und ¨

lesbar, d.h. insbesondere korrekt ausgerichtet, sein. ¨ • Erstes Ubungsblatt: Montag, 09.04. • Abgabe dieses Blatts: Montag, 16.04., 08:30 Uhr

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Klausur

• Mittwoch 25.07.2018, 08:30 - 9:30 Uhr • ohne Unterlagen • fur ¨ i.d.R. Prufungsleistung; ¨ Studierende von Bachelor-Studiengangen ¨

d.h. Anmeldung beim Prufungsamt erforderlich! (i.d.R. online!) ¨ • Zulassung: ¨ • Mindestpunktzahl auf den Ubungsbl ¨ atter; ¨ Schwelle wird bei 70 von 130 Ubungspunkten liegen

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Ziele und Themen

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Weiterer Ablauf

Leistungen schon (teilweise) vorhanden? ¨ Anmeldung fur ¨ die Ubungen: ¨ Ubungen noch nicht bestanden bestanden

Gruppe Gruppe 1–14 Warteliste˚ ¨ Ich mochte keine ... aber noch keine Zulassung! Ich habe bereits ... die Zulassung erworben.

• Ihre Abgaben werden nur korrigiert, wenn Sie in einer der

nummerierten Gruppen oder Keine Anwesenheit“ angemeldet sind. ” ¨ ¨ Sollten die Platze in allen Gruppen erschopft sein, tragen Sie sich in die Gruppe Warteliste“ ein. ” ¨ • Sie durfen nur eine Ubungsgruppe besuchen, zu der Sie angemeldet ¨ sind.

˚

• Die Anmeldungen zur Gruppe Ich habe bereits ... Zulassung erworben

¨ benotigen wir um Ihre Klausurzulassung fruhzeitig uberpr ufen zu ¨ ¨ ¨ ¨ konnen. Rechnerarchitektur – 1. Einleitung

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Ziele und Themen

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(Werbe-) Einschub: Tutorium mathematische Grundlagen

Details siehe http://www.cs.uni-duesseldorf.de

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Was ist ein Computer? Finden Sie eine Definition!

Ziele und Themen

Organisatorisches

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1.3 Strukturierter Rechneraufbau

• Die elementarsten Bausteine digitaler Systeme konnen“ ¨ nur sehr

”

wenig • zum Beispiel: • 0 oder 1 speichern • 0 und 1 verknupfen ¨

• Anwender erwarten mehr von einem Computer! • Wir werden in diesem Semester sehen, wie wir dieses Problem losen ¨

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Schichten I • direktes Entwickeln einer Anwendung durch Zusammensetzen

elementarer Bauteile digitaler Schaltungen: • sehr aufwandig ¨ • nicht besonders praktisch

• daher: Einfuhrung von Schichten (Layers) ¨

Jede Schicht • bietet der daruber liegenden Schicht eine komfortablere Schnittstelle an ¨ • diese Schnittstelle hat die Form einer Sprache • eine Sprache besteht aus Instruktionen/Anweisungen/Befehlen • nutzt die Schnittstelle der nachsttieferen ¨ Schicht

• Nutzen der Schnittstelle der nachsttieferen ¨ Schicht: • durch Interpretation: • Ein Befehl der Schicht N wird zur Laufzeit auf die Befehle der Schicht N ´ 1 abgebildet.

¨ • durch Ubersetzen (Compilieren): • Ein Befehl der Schicht N wird in Befehle der Schicht N ´ 1 umgesetzt, bevor er ausgefuhrt wird. ¨ Rechnerarchitektur – 1. Einleitung

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Schichten in aktuellen Computern

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Ziele und Themen

Organisatorisches

Rechneraufbau

Weiterer Ablauf

Weiterer Ablauf der Vorlesung

• Rechnerorganisation und Datendarstellung • Digitale Logik • Prozessoren und Busse • Mikroarchitektur • Instruktionssatzarchitektur

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