Rechnerstrukturen und Betriebssysteme

Modul: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (6 Credits)
Name im Diploma Supplement	Computer Architectures and Operating Systems
Verantwortlich	Prof. Dr. Pedro José Marrón
Voraussetzungen	Siehe Prüfungsordnung.
Workload	180 Stunden studentischer Workload gesamt, davon: Präsenzzeit: 60 Stunden Vorbereitung, Nachbereitung: 80 Stunden Prüfungsvorbereitung: 40 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 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 sowie Zahlen- und Informationsdarstellung 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 verfügen über die Fähigkeit, effizienzsteigernde Techniken in Hardware und Betriebssystem zu konzipieren können maschinennahe Programme entwerfen und implementieren
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	LA Info GyGe Bachelor > Pflichtbereich Informatik > 5. FS, Pflicht SE Bachelor > Pflichtbereich > Pflichtbereich II: Programmierung und Entwicklung > 1.-2. FS, Pflicht
Bestandteile	Vorlesung Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (3 Credits) Übung Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (3 Credits)
Modul: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑M0924)

Vorlesung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (3 Credits)
Name im Diploma Supplement	Computer Architectures and Operating Systems
Anbieter	Networked Embbedded Systems
Lehrperson	Prof. Dr. Pedro José Marrón
Semesterwochenstunden	2	Sprache	deutsch
Turnus	Wintersemester	maximale Hörerschaft	###LABEL_NOLIMIT###
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. Einführung: Von Neumann-Architektur, Zahlendarstellung, Digitale Datenverarbeitung, Überblick Basistechnologien Einfacher Digitalrechner: ALU, Speicher, Bus, Takt, Programm, Daten, I/O Grundlegende Programmiermodelle: Speicheradressierung, Mikroprogrammierung, Maschinenbefehle, Operanden, Compiler, Betriebssystem Klassifikation von Rechnerarchitekturen: Befehlssatz (RISC vs. CISC), „general purpose CPU“ vs. Mikrocontroller vs. DSP vs. Grafikprozessor Mikroarchitekturen: Pipelines, Sprungvorhersage, spekulative Befehlsausführung Betriebssysteme: Motivation, Struktur, Funktionen, Anforderungen, Architekturen, Kontext: System vs. User Hauptspeicherverwaltung/Speicherorganisation: Hierarchien (Register, Cache, RAM, Disk) vs. persistenter homogener Speicher, Virtueller Speicher, Caching-Strategien Massenspeicher und Dateisysteme: Festplatte vs. Flashram, Blöcke, Festplattenorganisation, RAID, Dateiverwaltung (Löschen und Freigeben), verteilte Dateisysteme, Verzeichnisse Prozesse/Threads und Scheduling: Prozess- und Prozessorverwaltung, IPC, Prozesskoordination und -synchronisation (inkl. Deadlockerkennung, -vermeidung, - verhinderung), Schedulingkonzepte, -kriterien, -algorithmen, Spezialanforderungen z.B. Realtime 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.
Vorlesung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C1194)

Übung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (3 Credits)
Name im Diploma Supplement	Computer Architectures and Operating Systems
Anbieter	Networked Embbedded Systems
Lehrperson	Prof. Dr. Pedro José Marrón
Semesterwochenstunden	2	Sprache	deutsch
Turnus	Wintersemester	maximale Hörerschaft	###LABEL_NOLIMIT###
empfohlenes Vorwissen siehe Vorlesung
Lehrinhalte Die Studierenden bearbeiten praktische Übungen und kleinere Projektaufgaben zu den Inhalten der Vorlesung.
Literaturangaben Siehe Vorlesung
Übung: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C0254)