Modul Technische Informatik 2, Informatik (Bachelor) (SPO 7)
Allgemein:
Die Studierenden kennen den Aufbau und die Leistungsmerkmale von Rechnerarchitekturen und -systemen und können deren Eignung zur Lösung gegebener Problemstellungen im Bereich der Informatik beurteilen.
Im Modul "Technische Informatik 2" werden Rechnerarchitekturen und -strukturen behandelt, die Konzepte mit Hilfe von Assemblerprogrammierung erläutert und im "Digitallabor" zur Vertiefung und Festigung des Verständnisses in sechs Versuchen eingeübt. Dies dient dem Verständnis und der Kenntnis klassischer Rechnerarchitekturen und vor allem deren Grenzen und Defiziten hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation.
Zusammenhänge/Abgrenzung zu anderen Modulen:
Zusammenhänge bestehen zum Software-Projekt (INFB2217, INFBINFB2227), in dem Grundkenntnisse der Programmiersprache C vermittelt werden.
Grundkenntnisse der Digitaltechnik werden bereits durch das Modul Technischen Informatik 1 (INFB1217, INFB1227) abgedeckt und bei entsprechenden Themenblöcken (Computerarithmetik, Peripherieschnittstellen) weiterreichend vermittelt.
Im Rahmen der als Wahlfach angebotenen Seminarveranstaltung "Parallel Computing" werden Konzepte und Möglichkeiten zur Lösung der oben genannten Grenzen und Defiziten klassischer rechnerarchitekturen hinsichtlich Rechenleistung und Speicherorganisation gezeigt und durch Seminarprojekte umgesetzt.
Fachliche, methodische, fachübergreifende Kompetenzen, Schlüsselqualifikationen:
Nach Abschluss des Moduls
- können die Studierenden Eingebettete Systeme unter Verwendung einer Entwicklungsumgebung hardwarenahe programmieren und testen.
- können die Studierenden die Umsetzbarkeit einer Anforderung (Spezifikation) auf einem Eingebetteten System abschätzen, in geeignete Untersysteme (Blöcke, Subroutinen, Module) aufteilen und durch hardwarenahe Programmierung in Assembler und C als Gesamtsystemlösung umsetzen.
- können die Studierenden im Team Problemlösungen erstellen, implementieren und testen.
Studien- und Prüfungsleistungen
Die theoretischen Kenntnisse der Studierenden werden anhand einer schriftlichen Klausur (Dauer 90 min) bewertet.
Die praktischen Fähigkeiten im Umgang mit dem Entwicklungssystem und die Ergebnisse der Laborversuche werden durch Kolloquien zu jedem Laborversuch bewertet.
Medienformen
- Tafelanschrieb
- Hand-Outs (Powerpoint-Folien als PDF-Dokumente)
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
- Sammlung von Übungsaufgaben und Klausuren
- Laboranleitungen, Befehlssatz- und Datenblätter
Die in der Vorlesung "Technische Informatik 2" behandelten Konzepte werden im "Digitallabor" begleitend mit Hilfe von Hardware mit passender Rechnerarchitektur und -struktur eingeübt. Dies dient zur Konkretisierung und Vertiefung des Stoffes sowie zur persönlichen Erfolgskontrolle. Die Studierenden verstehen dadurch die verschiedenen grundlegenden arithmetischen Operationen und die damit verbundene Zahlendarstellung in verschiedenen Zahlensystemen.
Die Teilnehmenden beherrschen den Umgang mit einem Mikrocontroller-Entwicklungssystem und verstehen den Aufbau und die Bedienung typischer Peripherieschaltungen.
Das Digitallabor umfasst Versuche zu:
- Computerarithmetik
- Modulare Programmierung, Verwendung des Stapelspeichers
- Parallele Ein-/Ausgabe über Peripherieschnittstellen
- Serielle Datenübertragung (RS232)
- Hardwarenahe C-Programmierung
- Laboranleitungen
- Datenblätter
- Tutorials
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
Praktische Gruppenarbeit im Labor, Durchführung der gestellten Aufgaben mit Nachweis der Funktionsfähigkeit und Beantworten von Fragen. Selbständige Arbeit zur Vorbereitung der Versuche.
Vorlesung Technische Informatik 2:
- Einführung – Konzepte eingebetteter Systeme
- Mikroprozessor-Befehlssätze
- Mikroprozessor-Architekturen
- Programmerstellung in Assembler
- Mikroprozessor-Organisation und -Implementierung
- Architekturelle Unterstützung für Hochsprachen
- Programmerstellung in C
- Speicherhierarchie, Cache-Architekturen
- Tafelanschrieb
- Hand-Outs (Powerpoint-Folien als PDF-Dokumente)
- Mikrocontroller-System (Hardware) und Entwicklungsumgebung
- Sammlung von Übungsaufgaben und Klausuren
- Laboranleitungen, Befehlssatz- und Datenblätter
- Spezifische Literatur in Hand-Out
- Furber, Steve: ARM-Rechnerarchitekturen für System-on-Chip-Design, Mitp-Verlag, 2002
- Furber, Steve: ARM System-on-Chip Architecture, Addison Wesley, 2. Edition, 2000
Vorlesungsteilnahme, Vor- und Nachbereitung anhand der Vorlesungsfolien und des Vorlesungsprotokolls, Eigenständige Bearbeitung von Laboraufgaben.