Modul

PPRA - Parallelprogrammierung und Rechnerarchitekturen

Bachelor Technische Informatik 2020

PDF Studiengangsverzeichnis Studienverlaufspläne Bachelor Technische Informatik

Version: 3 | Letzte Änderung: 26.04.2022 19:13 | Entwurf: 6 | Status: Entwurf | Verantwortlich: Thieling

Anerkannte Lehrveran­staltungen PPRA_Thieling
Fachsemester 4
Dauer 1 Semester
ECTS 5
Zeugnistext (de) Parallelprogrammierung und Rechnerarchitekturen
Zeugnistext (en) Parallel Programming and Computerarchitektur
Unterrichtssprache deutsch oder englisch
abschließende Modulprüfung Ja
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Systeme zur Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen für technische Anwendungen planen, realisieren und integrieren
Anforderungen, Konzepte und Systeme analysieren und bewerten
Mit Auftraggebern, Anwendern, gesellschaftlichem Umfeld und Teammitgliedern interagieren
Modulprüfung
Benotet Ja
Frequenz Jedes Semester
Prüfungskonzept

Die Studierenden sollen in einer schriftlichen Klausur (bei kleiner Teilnehmerzahl: mündliche Prüfung) folgende Kompetenzen nachweisen: 1.) Sicherer Umgang mit grundlegenden Begrifflichkeiten, Mechanismes und Konzepten. 2.) Programmierung unter Verwendung gängiger Entwurfwerkzeuge (z.B. MPI und CUDA). 3.) Entwicklung von Problemlösungen die prädestiniert sind für den Einsatz von Parallelrechnersystemen.

Learning Outcomes
LO1 - Was: Das Modul vermittelt die Kompetenzen zur Verwendung von lose und eng gekoppelten Parallelrechnersystemen für die Erarbeitung von Problemlösungen z.B. aus dem Bereich der Simulation oder der Künstlichen Intelligenz. Die Problemlösungen werden unter Verwendung von state-of-the-art Entwicklungsumgebungen (z.B. MPI und CUDA) auf Basis gängiger Programmierparadigmen und Design-Pattern erstellt. Die Studierenden werden in die Lage versetzt, fachspezifische Begriffe, Tools und Techniken im praktischen Umfeld sicher anzuwenden. Aufbauend auf den in der Vorlesung vermittelten Kenntnissen werden komplexere Problemstellungen analysiert, auf Teilsysteme heruntergebrochen und modelliert. Darauf aufbauend wird die Problemlösung mittels Entwurfswerkzeugen implementiert und am Zielsystem in Betrieb genommen.
Womit: Der Dozent vermittelt Wissen und Basisfertigkeiten in einem Vorlesungs-/Übungsteil und betreut darauf aufbauend ein Praktikum. Im Praktikum erarbeiten die Studierenden in Kleingruppen Problemlösungen und verteidigen diese.
Wozu: Kompetenzen in der Verwendung von parallelen Rechnersystemen sind essentiell für technische Informatiker, die im HF 1 arbeiten wollen. Durch die Entwicklung von Problemlösungen erwerben die Studierenden zudem Erfahrungen, die essentiell für das HF 2 sind. Eine projektorientierte Durchführung der Praktika in kleinen Teams mit dem Dozenten als "Auftraggeber" initiert die Interaktionsfähigkeit der Studierenden (HF 4).
Kompetenzen
Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Informationen beschaffen und auswerten; Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern
Typische Werkzeuge, Standards und Best Practices der industriellen Praxis kennen und einsetzen
Befähigung zum lebenslangen Lernen
Kommunikative und interkulturelle Fähigkeiten anwenden
diese Kompetenz wird vermittelt
In Systemen denken
fachliche Probleme abstrahieren und formalisieren
Konzepte und Methoden der Informatik, Mathematik und Technik kennen und anwenden
Systeme analysieren
Systeme entwerfen
Systeme realisieren
Systeme prüfen
In vorhandene Systeme einarbeiten und vorhandene Komponenten sinnvoll nutzen

Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Systeme zur Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen für technische Anwendungen planen, realisieren und integrieren
Anforderungen, Konzepte und Systeme analysieren und bewerten
Mit Auftraggebern, Anwendern, gesellschaftlichem Umfeld und Teammitgliedern interagieren
Learning Outcomes
LO1 - Was: Das Modul vermittelt die Kompetenzen zur Verwendung von lose und eng gekoppelten Parallelrechnersystemen für die Erarbeitung von Problemlösungen z.B. aus dem Bereich der Simulation oder der Künstlichen Intelligenz. Die Problemlösungen werden unter Verwendung von state-of-the-art Entwicklungsumgebungen (z.B. MPI und CUDA) auf Basis gängiger Programmierparadigmen und Design-Pattern erstellt. Die Studierenden werden in die Lage versetzt, fachspezifische Begriffe, Tools und Techniken im praktischen Umfeld sicher anzuwenden. Aufbauend auf den in der Vorlesung vermittelten Kenntnissen werden komplexere Problemstellungen analysiert, auf Teilsysteme heruntergebrochen und modelliert. Darauf aufbauend wird die Problemlösung mittels Entwurfswerkzeugen implementiert und am Zielsystem in Betrieb genommen.
Womit: Der Dozent vermittelt Wissen und Basisfertigkeiten in einem Vorlesungs-/Übungsteil und betreut darauf aufbauend ein Praktikum. Im Praktikum erarbeiten die Studierenden in Kleingruppen Problemlösungen und verteidigen diese.
Wozu: Kompetenzen in der Verwendung von parallelen Rechnersystemen sind essentiell für technische Informatiker, die im HF 1 arbeiten wollen. Durch die Entwicklung von Problemlösungen erwerben die Studierenden zudem Erfahrungen, die essentiell für das HF 2 sind. Eine projektorientierte Durchführung der Praktika in kleinen Teams mit dem Dozenten als "Auftraggeber" initiert die Interaktionsfähigkeit der Studierenden (HF 4).
Kompetenzen
Kompetenz Ausprägung
In Systemen denken diese Kompetenz wird vermittelt
fachliche Probleme abstrahieren und formalisieren diese Kompetenz wird vermittelt
Konzepte und Methoden der Informatik, Mathematik und Technik kennen und anwenden diese Kompetenz wird vermittelt
Systeme analysieren diese Kompetenz wird vermittelt
Systeme entwerfen diese Kompetenz wird vermittelt
Systeme realisieren diese Kompetenz wird vermittelt
Systeme prüfen diese Kompetenz wird vermittelt
Informationen beschaffen und auswerten; Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Typische Werkzeuge, Standards und Best Practices der industriellen Praxis kennen und einsetzen Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
In vorhandene Systeme einarbeiten und vorhandene Komponenten sinnvoll nutzen diese Kompetenz wird vermittelt
Befähigung zum lebenslangen Lernen Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Kommunikative und interkulturelle Fähigkeiten anwenden Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt

Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung

Die Studierenden erlernen umfangreiche Kenntnisse über den Hardware-Aufbau von Parallelrechnersystemen, die sowohl lose als auch eng gekoppelt sind, sowie deren Nutzung unter Verwendung von gängigen Entwicklungswerkzeugen zur Parallelprogrammierung (z.B. MPI, CUDA). Sie erarbeiten Problemlösung, die prädestiniert sind für den Einsatz von Parallelrechnersystemen.

Separate Prüfung

keine

Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung

Die Studierenden setzen die erworbenen Kenntnisse in praktischen Projekten zur Programmierung paralleler Rechnersysteme um. Die Projekte resultieren aus gängigen Fragestellung im Bereich rechen/datenintensiver Algorithmen (z.B. Suche nach Stichworten in großen Textdateien), der Signalverarbeitung (z.B. Bildverarbeitung), der Künstlichen Intelligenz (z.B. Neuronale Netze) oder der Simulation (z.B. raytracing-basierte Grafische Darstellungen).

Separate Prüfung
Benotet Nein
Frequenz Einmal im Jahr
Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung Ja
Prüfungskonzept

Die Studierenden schliessen sich zu Kleingruppen zusammen. Jede Kleingruppe bearbeitet mehrerer kleinere Projekte. Dabei reichen sie über eine Lernplattform Vorbereitungen ein, wozu sie Tutorials und Zugriff auf Rechnersysteme / Simulatoren erhalten. In Laborterminen werden die Teilaufgaben bearbeitet, die nicht online zu erledigen sind. Die Überprüfung der Lösungseigenständigkeit erfolgt in Online- oder Präsenzterminen.


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