Professor
Prof. Dr. Michael Engel
Raum: WE5/03.018
Telefon: 0951 863-2926
E-Mail: michael.engel(at)uni-bamberg.de
Grundlagen der Rechnerarchitektur und Betriebssysteme
Auf dieser Seite werden die Lehrmaterialien zum Modul “Inf-GRABS-B: Grundlagen der Rechnerarchitektur und Betriebssysteme” zur Verfügung gestellt. Weiteres über Inhalte und Format des Moduls sind im Modulhandbucheintrag zu finden. Die Inhalte des Moduls stehen weitestgehend unter offenen Lizenzen zur Verfügung. Fragen und Fehlerkorrekturen nimmt das Lehrstuhl-Team gern entgegen.
Inhalte zum Modul
Über das Modul
| Kürzel | Inf-GRABS-B |
|---|---|
| Umfang | 9 ECTS, 270 h |
| Voraussetzungen | Grundlegende Programmierkenntnisse |
| Zeitpunkt | Sommersemester |
| Prüfung | schriftliche E-Prüfung, 90 Minuten |
| Verortung | Bachelormodul, 1./2. Semester |
Inhalte
Das Modul behandelt die Grundlagen der Hardware und Systemsoftware moderner Computersysteme mit einem Schwerpunkt auf der Interaktion zwischen Soft- und Hardware und deren Auswirkungen auf Systemeigenschaften wie Performanz, Energieaufnahme, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Basierend auf einer Einführung in die technischen Grundlagen der Informatik wie digitale Schaltungen, Architektur von Prozessoren, Speicherhierarchie, Ein-/Ausgabeeinheiten und Bussystemen sowie Informationsdarstellung (Zahlenformate, Zeichencodierung), digitale Logik und Arithmetik wird die Nutzung, Verwaltung und Zuteilung der Hardwarekomponenten durch Systemsoftware, insbesondere Betriebssysteme, erläutert.
Hierbei sind wichtige Schwerpunkte das Zusammenspiel von Software und Hardware, die Realisierung und Steuerung von Nebenläufigkeit und Parallelität in Rechnersystemen sowie die Kommunikation, Synchronisation und Isolation verschiedener nebenläufiger Aktivitäten sowie die Verwaltung und Optimierung von Zugriffen auf die verschiedenen Elemente der Speicherhierarchie.
Die Themen werden anhand der Prozessorarchitektur RISC-V, systemnahen Programmiersprachen (C und Assembler) und Beispielen moderner Betriebssysteme (z.B. Linux) behandelt. Ergänzend wird ein erster Einblick in Rechnernetze und Aspekte der Systemsicherheit gegeben.
Im Rahmen der Veranstaltung erarbeiten sich die Studierenden zusätzlich praktische Kenntnisse im Umgang mit der Unix-Kommandozeile sowie der Assembler-Programmierung. Diese Inhalte erarbeiten sich die Studierenden auch anhand von bereitgestellten Materialien und Aufgaben primär im Selbststudium.
Lernziele und Kompetenzen
Studierende erhalten einen umfassenden Einblick in die systemnahen Bereiche der Informatik und verstehen die Interaktion von Software und Hardware und die Auswirkungen von Hardwareeigenschaften auf nichtfunktionale Eigenschaften von Software wie Performanz oder Energieaufnahme.
Die Studierenden können den Aufbau und die grundlegende Funktionalität moderner Prozessoren, Rechnersysteme und Betriebssysteme erläutern und haben ein grundlegendes Verständnis nebenläufiger und paralleler Prozesse und der zugehörigen Methoden zur Kommunikation, Synchronisation und Isolation.
Die Studierenden sind dazu in der Lage, Assemblerprogramme zu entwerfen und den Zusammenhang von Hochsprachen- zu Assemblerbefehlssequenzen sowie die zugehörigen Vorgänge auf Seiten der Hardware zu bestimmen. Zusätzlich können die Studierenden die Unix-Befehlszeile zur Entwicklung von Software einsetzen.
Literatur
Frank Slomka, Michael Glaß:
Grundlagen der Rechnerarchitektur: Von der Schaltung zum Prozessor
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, 1. Auflage 2023
ISBN-13: 978-3-658-36658-2 (Softcover) / 978-3-658-36659-9 (eBook)
Andrew Waterman, David A. Patterson:
The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas
Strawberry Canyon, 2017. ISBN-13: 978-0-999-24911-6
Remzi H. Arpaci-Dusseau, Andrea C. Arpaci-Dusseau:
Operating Systems: Three Easy Pieces
https://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/
Team
Das gesamte Lehrstuhlteam finden Sie auf der Website des Lehrstuhls.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Florian Knoch
Raum: WE5/03.092
Telefon: 0951 863-2812
E-Mail: florian.knoch(at)uni-bamberg.de
Lizenzen
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Materialien weiterverwenden
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Kurs: Grundlagen der Rechnerarchitektur und Betriebssysteme.
SYSNAP / Universität Bamberg (CC BY-SA 4.0)