Rechnerarchitektur für AI

NUMMER:	141140
KÜRZEL:	RaAI
MODULBEAUFTRAGTE:R:	Studiendekan ETIT
DOZENT:IN:	M. Sc. Florian Fricke
FAKULTÄT:	Fakultät für Mathematik
SPRACHE:	Deutsch
SWS:	4 SWS
CREDITS:	5 CP
ANGEBOTEN IM:	jedes Wintersemester

PRÜFUNGEN

FORM:	schriftlich
TERMIN:	Siehe Prüfungsamt.

LERNFORM

Vorlesung und Übung

LERNZIELE

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls:
∙ kennen die Studierenden Zusammenhänge und haben Detailkenntnisse von den Komponenten und der Funktionsweise moderner Computersysteme. Dies schließt neben dem
Prozessor auch das Speichersystem und die Schnittstellen zu weiteren Systemkomponenten ein
∙ sind die Studierenden auf der Basis dieser Kenntnisse in der Lage, Computersysteme
und deren Komponenten bezüglich verschiedener Metriken, wie z.B. Energieverbrauch,
Rechenleistung, Speicherperformance etc. auf deren Eignung für eine bestimmte Aufgabe zu bewerten
∙ haben die Studierenden die grundsätzliche Arbeitsweise und den prinzipiellen Aufbau
von Prozessoren auf der Ebene der Mikroarchitektur verstanden und sind in der Lage, den Einfluss von Architekturmerkmalen, wie z.B. Pipelining oder Out-of-OrderExecution, auf die Befehlsausführung zu analysieren

INHALT

Die Veranstaltung Rechnerarchitektur befasst sich mit dem Aufbau und der Funktion moderner Prozessoren und Computersysteme. Ausgehend von grundlegenden Computerstrukturen
wie der Von-Neumann- und der Harvard-Architektur werden der Aufbau, die Klassifizierung
und die technische Realisierung von Rechnersystemen dargestellt. Hierbei wird die Programmierung auf Assemblerebene sowie die Verarbeitung von Programmen durch einen Prozessor
erläutert. Darauf aufbauend folgen Methoden zu Leistungsbewertung von Prozessoren auf der
Basis von standardisierten Benchmarks und verschiedene Metriken, um die Ergebnisse einordnen zu können. Der inhaltliche Schwerpunkt der Vorlesung stellt die tiefgehende Analyse
der Mikroarchitekturebene eines Prozessors dar, wobei sowohl der Datenpfad als auch das
Steuerwerk im Rahmen der Vorlesung schrittweise entwickelt und erläutert werden. Auf der
Basis des in der Vorlesung vorgestellten Prozessors werden dann moderne Verfahren zur Leistungssteigerung und deren Einsatzgebiete vorgestellt. Neben dem eigentlichen Prozessor wird
auch das Speichersystem moderner Computer und verschiedene Schnittstellen zu internen und
externen Komponenten des Computersystems behandelt. Alle Themen werden mit aktuellen Beispielen aus verschiedenen Bereichen der Technik erläutert, so dass neben dem im Detail
vorgestellten Beispielprozessor mit MIPS Architektur auch moderne Hochleistungsprozessoren mit x86-64 ISA, Prozessoren für eingebettete Systeme auf Basis der ARM-Architektur,
extrem energiesparende Prozessoren auf Basis des MSP430, wie sie zum Beispiel in IoTGeräten zum Einsatz kommen, und anwendungsspezifische Spezialprozessoren auf Basis der
Tensilica Xtensa Plattform vorgestellt werden.

VORAUSSETZUNGEN CREDITS

Bestandene Modulabschlussprüfung

EMPFOHLENE VORKENNTNISSE

Digitaltechnik, Programmiersprachen, Eingebettete Prozessoren

LITERATUR

1. Tanenbaum, Andrew S. "Computerarchitektur. Strukturen - Konzepte - Grundlagen",
Pearson, 2006
2. Tanenbaum, Andrew S. "Modern Operating Systems", Pearson, 2009
3. Tanenbaum, Andrew S. "Moderne Betriebssysteme", Pearson, 2009
4. Patterson, David A., Hennessy, John L., Bode, Arndt "Rechnerorganisation und -
entwurf", Spektrum Akademischer Verlag, 2005
5. Tanenbaum, Andrew S. "Structured Computer Organization", Prentice Hall, 2005