Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage die Kenntnisse hinsichtlich der Grundlagen der Rechnerarchitektur auf die vorgestellten Systeme sowie andere Rechnersysteme anzuwenden. Die Studierenden verstehen die Hardware/Software-Schnittstelle und wissen welche Faktoren die Ausführungsgeschwindigkeit eines Programms beeinflussen und wie die Leistungsfähigkeit eines Systems bewertet werden kann. Weiterhin lernen die Studierenden wie der Hardwareentwurf beitragen kann die Leistungsfähigkeit eines Systems zu verbessern - beispielsweise durch Techniken wir Pipelining und Caching. Zudem werden die Studierenden in die Lage versetzt dieses erlernte Wissen anzuwenden und auf andere Prozessorarchitekturen und Systeme zu übertragen.

• Leistungsbewertung
• Instruktionssatz und Assembler der RISC-V Architektur
• Rechnerarithmetik
• Addressierung
• ALU
• Festkomma- und Gleitkomma-Darstellung
• Prozessor
• Daten- und Kontrollpfad
• Pipelining und Pipelining Hazards
• Speicherhierarchie
• Register
• Cache-Speicher
• Hauptspeicher, virtuelle Speicherverwaltung
• I/O-Systeme

Vorlesungsfolien, Lehrbuch, Beispiele und exemplarische Rechnungen, Codebeispiele

Lecture 1: Computer Abstractions and Technology
Readings: P&H Chapter 1  
Suggested exercises: 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.9, 1.12(1,2,3).

Lecture 2: Instructions: Language of the Computer (part I)
Readings: P&H Chapter 2  
Suggested exercises: 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.7

Lecture 3: Instructions: Language of the Computer (part II)
Readings: P&H Chapter 2  
Suggested exercises: 2.25, 2.26, 2.27, 2.28, 2.40.

Lecture 4: Arithmetic for Computers
Readings: P&H Chapter 3
Suggested exercises: 3.6, 3.7, 3.8, 3.12, 3.13, 3.22, 3.23, 3.30.

Lecture 5: The Processor (part I)
Readings: P&H Chapter 4: 4.1 - 4.4 (single cycle)
Suggested exercises: 4.5, 4.6, 4.7.

Lecture 6: The Processor (part II)
Readings: P&H Chapter 4: 4.5 - 4.8 (pipelined processor)
Suggested exercises: 4.26, 4.27.

Lecture 7: The Processor (part III)
Readings: P&H Chapter 4: 4.9 - 4.15
Suggested exercises: 4.28, 4.30

Lecture 8: The Memory (part I)
Readings: P&H Chapter 5: 5.1 - 5.4 (Cache)
Suggested exercises: 5.2, 5.3, 5.4, 5.8, 5.11

Lecture 9: The Memory (part II)
Readings: P&H Chapter 5: 5.5 - 5.7 (Virtual memory)
Suggested exercises: 5.16, 5.20.

Lecture 10: The Memory (part III)
Readings: P&H Chapter 5: 5.7 - 5.16
Suggested exercises: 5.26.

Textbook:
D.A. Patterson, J.L. Hennessy: Computer Organization and Design - The Hardware/Software Interface
RISC-V Edition, Morgan Kaufmann Publishers

ECTS Breakdown:

33h ... Anwesenheit in der Vorlesung
42h ... laufende Beschäftigung mit dem aktuellen Stoff der VO + Vorbereitung auf die Prüfung
-------------------
75h ... entsprechen 3 ECTS

Schriftliche Prüfung.

Textbook:
D.A. Patterson, J.L. Hennessy: Computer Organization and Design - The Hardware/Software Interface
5th Revised Edition, Morgan Kaufmann Publishers