Modulhandbuch BaTIN2012_Digital Systems and Computer Architecture

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Verantwortlich: Prof. Dr. Georg Hartung

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 RA

Organisation

Bezeichnung Lang BaTIN2012_Digital Systems and Computer Architecture MID BaTIN2012_RA MPID

Zuordnung Studiengang BaTIN2012 Studienrichtung H Wissensgebiete H_GWC, H_GWS

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 4-6 Pflicht Wahl H

Version erstellt 2013-06-05 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Digitale Systeme und Rechnerarchitektur

en

Digital Systems and Computer architecture

Unterrichtssprache

Englisch

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sK	Klausur

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
GWC	5
GWS	1
Summe	6

Aufwand [h]: 180

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Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bÜA	Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bÜA	unbenotet

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• Digital systems
  • Description (PFK.1, PFK.3)
    • Schematic Design
    • HDL
      • Gajski-Kuhn systematic for HDL
        • Structure
          • Hierarchical Digital Design
          • SOPC Design
        • Behavior
          • Switching networks
          • State machines
          • Algorithmic Behavior
        • Technology (see Implementation)
    • Automata (PFK.3)
      • State machine
      • Programmable Processor
  • Implementation (PFK.9)
    • CMOS Circuits
    • PLD
      • PLS
      • CPLD
      • FPGA
    • ASIC
• Computer Systems
  • Sequential Computing (PFK.1, PFK.3)
    • Principal Modells
      • von Neumann
      • Harvard
    • Processor Examples
      • CISC
        • Intel X86
      • RISC
        • e.g. Altera NIOS II
      • Stack Machine
        • JVM
    • Programming support
      • Runtime system
        • Variable handling for procedural languages
      • OS support
        • Memory Management
          • Cache
          • MMU
          • Virtual Memory
        • Interrupts
        • Timer
  • Parallel Computing (PFK.1, PFK.3)
    • Architectural Aspects
      • Taxonomies
      • NUMA architectures
      • COW architectures
    • Programming parallel Machines
      • Paradigms of parallel programming
      • Standards for high performance computing (HPC)

Fertigkeiten

• Design and Implementation of a hierarchical digital system (PFK.2,PFK4,PFK.5,PFK.6)
  • Designing Control with State machines
  • Interfacing to libraries
  • Algorithmic data processing
• Low-level programming of a processor (PFK.9)
  • Assembler programming
  • Using Interrupt and Timer
  • Interfacing to hardware system description
• Parallel Programming (PFK.4, PFK.5, PFK.6, PFK.9, PFK.10)
  • Implementation using a standard for HPC
  • Performance Evaluation

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Die Studierenden lernen, wie digitale Systeme, Prozessoren und Rechner aufgebaut werden und welche Prinzipien dabei angewandt werden. Sie sind in der Lage, die Vor- und Nachteile einer Hardware- mit einer Softwarelösung und die Grenzen von Hardwarelösungen zu beschreiben. Sie kennen moderne Trends in der Hardware-Konstruktion (insbesondere SOPC). Sie lernen an einem Beispielsystem die Funktion eines Prozessors und können diesen in seiner Assemblersprache programmieren. Sie kennen wichtige Trends in der Rechnerarchitektur, u.a. Parallelisierung auf der Datenebene, Mehrkern-Systeme, Cluster-Systeme. Sie kennen Verfahren der Leistungsbeurteilung von Rechnersystemen.

Praktikum

Form Kompetenznachweis
bPA	Projektaufgabe im Team am Praktikumstermin bearbeiten

Beitrag zum Modulergebnis
bPA	unbenotet, Testat als Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• (PFK 3, PFK 5, PFK 6, PFK 7, PFK 8, PFK 9, PSK 3, PSK 4)
  • Digital Design
    • Development of a hierarchical digital design
    • Test using test vectors
    • error correction
  • Assembler programming of SOPC system
    • Programming simple algorithms in Assembler
    • Translating state machines into Assembler programs
    • Using timer and interrupt
    • Testing and debugging
    • Comparison digital system to SOPC system
  • Parallel programming
    • Parallelization of a program using a COW
    • Coding and debugging
    • Performance measurement

Fertigkeiten

• (PFK.5, PFK.6,PSK.1)
  • Designing an IT system using various technologies
    • Digital technology based on HDL
    • SOPC technology combined with Assembler programming
  • Exploring the potential of parallel processsing
    • Using a HPC programming standard
    • Performance evaluation of a parallel implementation

Handlungskompetenz demonstrieren

• Extraction of relevant information from task description (PFK.2)
• Implementation (PFK.5, PFK.6, PFK.7, PFK.9,PSK.1)
  • digital system
  • low level programming system
  • parallel system

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Die Studenten erwerben praktische Erfahrungen in der Verwendung moderner Hardware-Entwurfsmittel, insbesondere auch für SOPC-Systeme. Sie lernen, wie mit HW-Beschreibungssprachen digitale Systeme im Daten- und Kontrollfluss konstruiert werden. Sie vergleichen eine Hardware- mit einer Softwarelösung. Sie vertiefen ihre Kenntnisse in der hardwarenahen Programmierung, insbesondere in der Nutzung von Interrupt und Timer. Sie erwerben Kenntnisse in Nutzung mehrerer Prozessoren und führen Beispielmessungen zur Bewertung des Rechnersystems durch.