Lehrveranstaltungshandbuch Grundlagen der technischen Informatik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Hartung

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

• aktuelle
  • Ba ET2012 GTI

Organisation

Version erstellt 2011-10-14 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Bezeichnung Lang Grundlagen der technischen Informatik LVID F07_GTI LVPID (Prüfungsnummer)

Semesterplan (SWS) Vorlesung 2 Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) 1 Praktikum 1 Projekt Seminar Tutorium (freiwillig) 2

Präsenzzeiten Vorlesung 30 Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) 15 Praktikum 15 Projekt Seminar Tutorium (freiwillig) 30

max. Teilnehmerzahl Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) 30 Praktikum 15 Projekt Seminar

Gesamtaufwand: 150

Unterrichtssprache

• Deutsch

Niveau

• Bachelor

Notwendige Voraussetzungen

• Programmierkenntnisse in C

Literatur

• Vogt, C: C für Java-Programmierer
• Tanenbaum, Goodman: Computerarchitektur, Pearson Studium (Prentice Hall)

Dozenten

• Prof.Dr.Hartung
• Prof.Dr.Thieling
• Prof. Dr. Kreiser

Wissenschaftliche Mitarbeiter

• Dipl.-Ing. Norbert Kellersohn
• Dipl.-Ing. Peter Pohlig

Zeugnistext

Grundlagen der technischen Informatik

Kompetenznachweis

Form
sK	Regelfall (bei kleiner Prüfungszahl: sMP)

Aufwand [h]
sK	10

Intervall: 3/Jahr

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Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung / Übung

Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• elementare Automatentheorie
  • Boole'sche Algebra kennen
    • Nutzung von Grundfunktionen zur Beschreibung logischer Zusammenhänge
    • Elementare Rechengesetze
    • Standarddarstellungen
  • Boolesche Funktionsnetzwerke
    • Grundrechenarten mit Zahlen
  • Codes zur Informationsdarstellung im Computer
    • Zahlendarstellungen (ganze Zahlen, Gleitkommazahlen)
    • Zeichencodierung
      • ASCII
    • binäre Ziffern- und Wertecodes
      • Fehlerbehandlung
        • Paritätscodes
  • Endliche Diskrete Automaten (FSM)
    • Mealy
    • Moore
    • Transformation Modell -> Code
      • Codegenerierung (C)
• Grundlagen der Technologie digitaler Systeme
  • Beschreibungsformen
    • Schaltplan
    • Beschreibungssprache (VHDL)
  • Bausteine
    • Digitale Standard-ICs
      • Gatter AND, OR, NOT, XOR
      • Decoder, Multiplexer
    • Konfigurierbare Bausteine
• Grundlagen der C-Programmierung für hardwarenahe Programmierung
  • Wdh. Konstanten, Variablen, Datentypen
  • Ausdrücke
    • Bit-Operationen
  • Anweisungen, strukturierte Kontrollstrukturen
  • Zeiger und Zeigerarithmetik
  • Funktionen
    • Funktionen mit Referenzparametern
    • Variablen in Funktionen
      • auto, static, volatile, register
  • Standardbibliotheken
    • stdio
    • string
  • Strukturierte Datentypen (Felder, Strukturen)
  • Präprozessoranweisungen
  • Aufbau von Mehrdateienprogrammen mit Zugriff auf Bibliotheken
• hardwarenahe I/O-Programmierung in C
  • Aufbau digitaler I/O-Ports
  • Erreichbarkeit von I/O-Ports
    • Memory-Mapped-I/O
    • separater I/O-Adressbereich
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Zeiger
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Treiberbibliotheken
  • Bitbasierte Ein-Ausgabe und Verarbeitung mittels C
• Software-Entwicklungsumgebung
  • Compiler
  • Linker
  • (Target-)Debugger
  • Simulator
• Programmierung von Aufgaben des Messens, Steuerns und Regelns in C
  • Realisierung von Moore- und Mealy-Automaten in C
  • Aufbau einer anwendungsorientierten IO-Bibliothek auf Basis eines Treibers
• Aufbau und Funktionsweise eines dedizierten Kleinrechnersystems (z.B. Mikrocontroller)
  • Architekturübersicht (Register, Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Busstruktur, I/O-Komponenten)
  • Funktionsweise, d.h. Ablauf einer Programmabarbeitung auf Basis von Registertransfers
• I/O-Schnittstellen eines Rechnersystems und deren Nutzung mittels C (am Beispiel des dedizierten Kleinrechnersystems)
  • digitale Ports (siehe oben)
  • Timer/Counter
• Interrupts
  • Interrupt-Quellen und -Arten (extern, intern, hardware, software)
  • Grundlagen der Interruptverwaltung
  • Nutzung von I/O-Schnittstellen mittels Interrupt unter C

Fertigkeiten

• Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
  • technische Texte erfassen
  • implizite Angaben erkennen und verstehen
  • fehlende Angaben
    • erkennen
    • ableiten
    • erfragen
• Nutzung von Beschreibungsverfahren
  • Einfache Umrechnungen Boolescher Funktionen
  • Umsetzung einer FSM in eine C-Programmstruktur
• Aufbau eines digitaltechnischen Systems
  • Nutzung eines Werkzeugs für Spezifikation
    • Erstellung Schaltplan
    • Erstellung VHDL-Modul
    • Synthese
    • Systemat. Test mit Testvektoren
• Aufbau eines Steuerungssystems mit Computer
  • Verstehen und Erläutern der Arbeitsweise eines Kleinrechnersystems inkl. einfacher I/O-Schnittstellen
  • Nutzung von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit
    • digitale Ports
    • Timer/Counter
  • Programmierung des Systems mit C
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
    • Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
    • Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliothek

Begleitmaterial

• elektronische Vortragsfolien zur Vorlesung
• elektronische Übungsaufgabensammlung
• elektronische Software-Entwicklungsumgebung zum Compilieren, Linken, Debuggen, Simulieren
• elektronische Sammlung von Beispiel-Programmen
• elektronische Tutorials für Selbststudium
  • Handhabung eines digitalen Entwurfswerkzeugs
  • Handhabung einer C-Entwicklungsumgebung

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

• keiner

Praktikum

Lernziele

Fertigkeiten

• Aufbau eines digitaltechnischen Systems
  • Nutzung eines Werkzeugs für Spezifikation
    • Erstellung Schaltplan
    • Erstellung VHDL-Modul
    • Synthese
    • Systemat. Test mit Testvektoren
  • Realisierung
    • Konfiguration aus Werkzeug
    • Test am realen System
• Aufbau eines Steuerungssystems mit Computer
  • Einfache technische Spezifikationen von I/O-Schnittstellen interpretieren und nutzen
  • Nutzung von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit
    • digitale Ports
    • Timer/Counter
  • Programmierung des Systems mit C
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
    • Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
    • Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliothek

Handlungskompetenz demonstrieren

• komplexere Aufgaben in einem Kleinteam bewältigen
• Erarbeitung eines digitalen Steuersystems
  • übersichtliche Problemstellungen verstehen und analysieren
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
    • System strukturiert analysieren
      • sinnvolle Teilsysteme erkennen
      • Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
  • Problemlösung mittels digitalem Entwurfswerkzeug spezifizieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen
    • Spezifikation von Teilsystemen mit VHDL
      • Treiberfunktion für zur Verfügung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen)
      • Interrupt-Service-Funktionen
      • Funktionen zur Implementierung von Zustandübergangsdiagrammen
      • ...
    • Synthese der Teilsysteme
      • Finden syntaktischer Fehler und deren Behebung
    • Tests
      • Teilfunktionen
      • Gesamtsystem mit simuliertem elektromech. Modell
    • Endtest und In-Betriebnahme am elektromech. Modell
• Erarbeitung eines Steuersystems mit Mikrocontroller und C-Programmen
  • übersichtliche Problemstellungen verstehen und analysieren
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
    • System strukturiert analysieren
      • sinnvolle Teilsysteme erkennen
      • Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
  • Problemlösung mittels Software-Entwicklungsumgebung in C implementieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen
    • Programmierung von Teilsystemen in C
      • Treiberfunktion für zur Verfügung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen)
      • Interrupt-Service-Funktionen
      • Funktionen zur Implementierung von Zustandübergangsdiagrammen
      • ...
    • Compilieren der Teilsysteme
      • Finden syntaktischer Fehler und deren Behebung
    • Tests
      • Teilfunktionen
      • Gesamtsystem mit simuliertem elektromech. Modell
    • Endtest und In-Betriebnahme am elektromech. Modell

Begleitmaterial

• elektronische Aufgabenstellung (Problembeschreibung)
• elektronische Software-Entwicklungsumgebung zum Compilieren, Linken, Debuggen, Simulieren
• elektronische Sammlung von Beispiel-Programmen
• elektronische Tutorials für Selbststudium
  • Handhabung eines digitalen Entwurfswerkzeugs
  • Handhabung der Entwicklungsumgebung

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

• keiner