F07_RHP < F07_Studium

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---
*Verantwortlich:* Prof. Dr. Thieling

---++ Lehrveranstaltung
---+++ Befriedigt Modul (MID)
   * aktuelle
      * [[BaTIN2012_RHP]]
      * [[BaTIN2010_RHP]]

---+++ Organisation
<sticky>
  <table border="0">
    <tr valign="top">
      <td>
        <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
          <th colspan="2">Version</th>
          <tr>
            <td>erstellt</td>
            <td>2011-10-14</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>VID</td>
            <td>1</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>gültig ab</td>
            <td>WS 2012/13</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>gültig bis</td>
            <td/>
          </tr>
        </table>
      </td>
      <td>         </td>
      <td>
        <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
          <th colspan="2">Bezeichnung</th>
          <tr>
            <td>Lang</td>
            <td>%FORMFIELD{"Bezeichnung"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>LVID</td>
            <td>F07_RHP</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>LVPID (Prüfungsnummer)</td>
            <td/>
          </tr>
        </table>
      </td>
    </tr>
  </table>
</sticky><sticky>
  <table border="0">
    <tr valign="top">
      <td>
        <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
          <th colspan="2">Semesterplan (SWS)</th>
          <tr>
            <td>Vorlesung</td>
            <td>%FORMFIELD{"VorlesungSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Übung (ganzer Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungGanzSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Übung (geteilter Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungHalbSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Praktikum</td>
            <td>%FORMFIELD{"PraktikumSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Projekt</td>
            <td>%FORMFIELD{"ProjektSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Seminar</td>
            <td>%FORMFIELD{"SeminarSWS"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Tutorium (freiwillig)</td>
            <td>%FORMFIELD{"TutoriumSWS"}%</td>
          </tr>
        </table>
      </td>
      <td>    </td>
      <td>
        <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
          <th colspan="2">Präsenzzeiten</th>
          <tr>
            <td>Vorlesung</td>
            <td>%FORMFIELD{"VorlesungPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Übung (ganzer Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungGanzPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Übung (geteilter Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungHalbPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Praktikum</td>
            <td>%FORMFIELD{"PraktikumPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Projekt</td>
            <td>%FORMFIELD{"ProjektPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Seminar</td>
            <td>%FORMFIELD{"SeminarPZ"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Tutorium (freiwillig)</td>
            <td>%FORMFIELD{"TutoriumPZ"}%</td>
          </tr>
        </table>
      </td>
      <td>    </td>
      <td>
        <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
          <th colspan="2">max. Teilnehmerzahl</th>
          <tr>
            <td>Übung (ganzer Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungGanzTeilnehmer"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Übung (geteilter Kurs)</td>
            <td>%FORMFIELD{"UebungHalbTeilnehmer"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Praktikum</td>
            <td>%FORMFIELD{"PraktikumTeilnehmer"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Projekt</td>
            <td>%FORMFIELD{"ProjektTeilnehmer"}%</td>
          </tr>
          <tr>
            <td>Seminar</td>
            <td>%FORMFIELD{"SeminarTeilnehmer"}%</td>
          </tr>
        </table>
      </td>
    </tr>
  </table>
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*Gesamtaufwand:* %FORMFIELD{"Gesamtaufwand"}%

---++++ Unterrichtssprache
   * Deutsch

---++++ Niveau
   * %FORMFIELD{"Niveau"}%
---++++ Notwendige Voraussetzungen
   * grundlegende prozedurale Programmierkenntnisse 
   * Grundlegende Funktionsweise eines Von-Neumann-Rechners
   * Grundlagen der Digitaltechnik
   * Automatem u. Zustandsüberführungsdiagramme

---++++ Literatur
   * Märtin: Rechnerarchitektur, Fachbuchverlag Leipzig (Carl Hanser)
   * Oberschelp/Vossen: Rechneraufbau und Rechnerstrukturen, Oldenbourg Verlag
   * Vogt, C: C für Java-Programmierer
   * Tanenbaum, Goodman: Computerarchitektur, Pearson Studium (Prentice Hall)

---++++ Dozenten
   * Prof.Dr.Thieling
   * Prof.Dr.Hartung



---++++ Wissenschaftliche Mitarbeiter
   * tba

---++++ Zeugnistext
Rechneraufbau und hardwarenahe Programmierung

---+++ Kompetenznachweis
<sticky>
  <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
    <th colspan="2">Form</th>
    <tr>
      <td>sK</td>
      <td>Regelfall (bei kleiner Prüfungszahl: sMP)</td>
    </tr>
  </table>
</sticky>

<sticky>
  <table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0">
    <th colspan="2">Aufwand [h]</th>
    <tr>
      <td>sK</td>
      <td>10</td>
    </tr>
  </table>
</sticky>

*Intervall:* 3/Jahr

-----
---++ Lehrveranstaltungselemente

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---+++ <u>Vorlesung / Übung</u>

---++++ Lernziele 
---+++++ Lerninhalte (Kenntnisse)
   * Grundlagen der C-Programmierung
      * Konstanten, Variablen, Datentypen 
      * Ausdrücke, Anweisungen, Kontrollstrukturen 
      * Präprozessoranweisungen 
      * Zeiger und Zeigerarithmetik 
      * Strukturierte Datentypen (Felder, Strukturen) 
      * Funktionen
      * Standardbibliotheken
      * Aufbau von Mehrdateienprogrammen mit Zugriff auf Bibliotheken 
      * Software-Entwicklungsumgebung
         * Compiler
         * Linker
         * Debugger
         * Simulator
   * hardwarenahe I/O-Programmierung in C
      * Aufbau digitaler I/O-Ports
      * Erreichbarkeit von I/O-Ports
         * Memory-Mapped-I/O
         * seperater I/O-Adressbereich
      * Zugriff auf I/O-Ports mittels Zeiger
      * Zugriff auf I/O-Ports mittels Treiberbibliotheken
      * Implementierung von Treiberbibliotheken in C
      * Bitbasierte Ein-Ausgabe und Auswertung von Daten mittels C
   * Programmierung von Aufgaben des Messens, Steuerns und Regelns in C 
      * Realisierung von Moore- und Mealy-Automaten in C 
      * Optimierung von zyklischen Zugriffen auf I/O-Daten
   * 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 
      * elementare Grundlagen zur Programmierung des Kleinrechners in Assembler 
      * Verwendung von Inline-Assembler in C-Programmen
   * I/O-Schnittstellen eines Rechnersystems und deren Nutzung mittels C (am Beispiel des dedizierten Kleinrechnersystems)
      * digitale Ports (siehe oben)
      * Timer/Counter (inkl. Digital-Analog-Wandlung mittel Pulsweitenmodulation) 
      * Analog-Digital-Wandler 
      * serielle Schnittstelle
      * Nutzung der I/O-Schnittstellen aus C heraus
   * Interrupts
      * Interrupt-Quellen und -Arten (extern, intern, hardware, software)
      * Interruptsverwaltung
         * Interupt-Vektor-Tabelle
         * Interrupts-Service-Routine
         * zeitlicher Ablauf der Interruptsbearbeitung
         * Mechanismen zur Bearbeitung konkurrierender Interrupts
            * Priorisierung
            * Unterbrechung
            * Problenspezifischer Einsatz dieser Mechanismen
      * Nutzung von I/O-Schnittstellen mittels Interrupt unter C 
   * Laufzeitsystem für C-Programme 
      * Unterprogrammaufruf in Assembler
      * Stack und Assemblerbefehle zur Stackmanipulation
      * Programmzustandsrettung und -wiederherstellung mittels Stack 
      * C-Funktions-Parameterübergabe mittels Stack
      * Verwaltung lokalen C-Variablen  mittels Stack
      * dynamischer Stackauf und -abbau bei geschaltelten C-Funktionsaufrufen
      * manuelle Interpretation des Stackinhalts mittels Debugger 

---+++++ Fertigkeiten
   * Verstehen und erläutern der Arbeitsweise eines Kleinrechnersystems inkl. seiner I/O-Schnittstellen
   * Detaillierten technischen Spezifikationen von I/O-Schnittstellen interpretieren, so dass zielgerichtete sinnvolle Konfigurationen erstellt werden können
   * Erstellen von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit
      * digitale Ports
      * Timer/Counter
      * Analog-Digital-Wandler
      * serielle Schnittstellen
   * Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
      * technische Texte erfassen
      * implizite Angaben erkennen und verstehen
      * fehlende Angaben
         * erkennen
         * ableiten
         * erfragen
   * Erarbeitung von Problemlösungen aus dem Bereich Messen-Steuern-Regeln, die sich mit C-Programmen realisieren lassen
      * Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
      * Auswahl und Konfiguration der benötigten I/O-Schnittstellen
      * Erarbeitung eines Interruptskonzeptes
      * Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
         * Auswahl der geeigneten Spezifikationsform (Moore versus Mealy)
         * Bewertung der Spezifikation
            * Vollständigkeit
            * Determiniertheit
            * Lebendigkeit
      * Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliotheken
   * Laufzeitsystem für C-Programme analysieren und beschreiben
      * dynamischer Stackauf und -abbau bei geschachtelten C-Funktionsaufrufen ermitteln und beschreiben
      * dynamischen Stackaufbau mittels Debugger analysieren und bescheiben


---++++ 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 der Entwicklungsumgebung


---++++ Besondere Voraussetzungen 
   * keine


---++++ Besondere Literatur 
   * keine


---++++ Besonderer Kompetenznachweis 
   * keiner

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---+++ <u>Praktikum</u>

---++++ Lernziele 
---+++++ Fertigkeiten
   * siehe Fertigkeiten, die unter "Vorlesung/Übung-&gt;Lernziele-&gt;Fertigkeiten" aufgeführt sind
   * zielgerichtetes Handhaben der Software-Entwicklungsumgebung

---+++++ Handlungskompetenz demonstrieren
   * komplexere Aufgaben in einem Kleinteam bewältigen
   * Erarbeitung von komplexeren Problemlösungen aus dem Bereich Messen-Steuern-Regeln, die sich mit C-Programmen realisieren lassen
      * komplexere Problemstellungen verstehen und analysieren
         * Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
         * System strukturiert analysieren
            * sinnvolle Teilsysteme erkennen
            * Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
      * Gesamtsystem auf Basis von Teilsystemes modellieren
      * Teilsysteme modellieren. Hierbei soweit möglich auf zur Vefürgung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen) abbilden, d.h. Komponentenauswahl und Konfiguration.
      * Problemlösung mittels Software-Entwicklungsumgebung  in C implementieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen
         * Spezifiation von Teilsystemen in C
            * Treiberfunktion für zur Verfügung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen)
            * Interrupt-Service-Funktionen
            * Funktionen zur Implementierung von Zustandübergangsdiagrammen
            * Funktionen zur Systembedienung
            * ...
         * Compilieren der Teilsysteme
            * Finden syntaktischer Fehler und deren Behebung
         * Simulation und Debuggen von Teilsystemen
            * Erstellen von Teststimuli
            * Finden semantischer Fehler und deren Behebung
         * Spezifikation des Gesamtsystems in C
         * Simulation und Debuggen des Gesamtsystems
            * Erstellen von Teststimuli
            * Finden semantischer Fehler und deren Behebung
         * Gesamtsystem am Zielsystem in Betrieb nehmen


---++++ Begleitmaterial 
   * elektronische Aufgabenstellung (Problembeschreibung)
   * elektronische Software-Entwicklungsumgebung zum Compilieren, Linken, Debuggen, Simulieren
   * elektronische Sammlung von Beispiel-Programmen
   * elektronische Tutorials für Selbststudium
      * Handhabung der Entwicklungsumgebung


---++++ Besondere Voraussetzungen 
   * keine


---++++ Besondere Literatur 
   * keine


---++++ Besonderer Kompetenznachweis 
   * keiner

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Topic-Revision: r9 - 11 Jan 2016, GeneratedContent
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