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Module (6 Credits)

Rechnerstrukturen und Betriebssysteme

Name in diploma supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Responsible
Prof. Dr. Pedro José Marrón
Admission criteria
See exam regulations.
Workload
180 hours of student workload, in detail:
  • Attendance: 60 hours
  • Preparation, follow up: 80 hours
  • Exam preparation: 40 hours
Duration
The module takes 1 semester(s).
Qualification Targets

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
Module Exam

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.

Usage in different degree programs
  • LA Info GyGe BachelorPflichtbereich Informatik 5. Sem, Compulsory
  • SE BachelorPflichtbereichPflichtbereich II: Programmierung und Entwicklung 1.-2. Sem, Compulsory
Elements
Name in diploma supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Organisational Unit
Networked Embbedded Systems
Lecturers
Prof. Dr. Pedro José Marrón
SPW
2
Language
German
Cycle
winter semester
Participants at most
no limit
Participants

Preliminary knowledge

Grundlegende Kenntnisse in der Programmierung und Modellierung von Informatiksystemen

Contents

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

Literature

  • 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.
Lecture: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C1194)
Name in diploma supplement
Computer Architectures and Operating Systems
Organisational Unit
Networked Embbedded Systems
Lecturers
Prof. Dr. Pedro José Marrón
SPW
2
Language
German
Cycle
winter semester
Participants at most
no limit
Participants

Preliminary knowledge

siehe Vorlesung

Contents

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

Literature

Siehe Vorlesung

Exercise: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑C0254)
Module: Rechnerstrukturen und Betriebssysteme (WIWI‑M0924)