Hörsaalübung
0. Organisatorisches
Themen: Kennenlernen. Inhaltlicher Überblick übers Modul. Kurzer Ausflug in die Geschichte der Rechner. Ada Lovelace und Alan Turing. Stereotyp der 'männlichen Informatik'. Erwartungsmanagement. Raum für Fragen, Kritik und Rat. Prüfungsformat. Literaturhinweise.
1. Logikgatter
Themen: Bits darstellen mit Relais und Transistoren. Kurzer Überblick über die Halbleiterfertigung. Physikalische Herausforderungen. Grundlegende Logikgatter. Intuitive Schaltungsminimierung. Halb- und Volladdierer. Schaltpläne und Wertetabellen. Organisatorische Details.
2. Zahlen
Themen: Informationen zum Kursmaterial. Halb- und Volladdierer. Komplementdarstellung für Ganzzahlen mit Vorzeichen. Gleitkommazahlen nach IEEE 754-2008. Beispiele, Ausnahmen und Fallstricke.
3. Automaten
Themen: Algebraische und grafische Schaltungsminimierung. Latches, Flipflops und Register. Endliche Automaten: Entwurf, Zustandsgleichungen, kombinatorische Logik, Moore- und Mealy-Automaten. Zeichenkodierung in Unicode: Terminologie, Kodierung, Sicherheitsprobleme.
4. Speicher
Themen: Speicheradressierung. Einheiten. Räumliche und zeitliche Lokalität. Cache-Grundbegriffe. Organisationsstrukturen: Direkte, mengenassoziative und vollassoziative Abbildung.
5. Instruction Set Architecture
Themen: Überblick über verschiedene Befehlssatzarchitekturen, historisch und aktuell. Elemente einer Instruction Set Architecture am Beispiel RISC-V 32I. Datenpfad eines einfachen RISC-V-Rechners.
6. Pipelines und I/O
Themen: Fünfstufige Pipeline: Stufen, Datenpfad, Ausführungszeit, Hazards, NOPs, Forwarding. Input/Output: Dateizugriff in Unix, Systemaufrufe, Funktionen der C-Standardbibliothek (stat, open, read, lseek, close), Tracing (ltrace, strace). Auswertung des Zwischenfeedbacks.