Rechnerarchitektur

Veranstalter	Prof. Dr. Hans Jürgen Ohlbach
Sprechstunde	Mittwoch 10:00 - 11:00 Uhr Raum E110, Oettingenstrasse 67
Hörerkreis	Bachelorstudiengänge Informatik Studiengänge mit Nebenfach Informatik
Vorlesungstermin(e) (Beginn:19.04.2012)	Donnerstag, 16:15 - 19:00 Uhr Geschw.-Scholl-Pl. 1, Raum A 140
Übungsbetrieb	Michael Dürr Philipp Marcus Hinweise zu den Übungen siehe unten
Klausur	Donnerstag, den 19.07.2012, 18:30 - 20:30 Uhr, Hörsäle Audimax, A140, B101, B201, M018 (Hauptgebäude)
Nachholklausur	Samstag, den 06.10.2012, 9.30 - 11.30 Uhr, Hörsäle B051, B052, B138, B139, C123 (Theresienstrasse 39/41)
Material zur Vorlesung	folien.zip, folien-2x1.zip, folien-2x2.zip

Aktuelles

• Aktuelle Mitteilungen für diese Veranstaltung sind nicht mehr verfügbar. Bei Fragen zum Inhalt der Veranstaltung nehmen Sie bitte Kontakt mit den betreuenden Mitarbeitern am Lehrstuhl für Mobile und Verteilte Systeme auf.
• 15.10.2012: Die Klausureinsicht findet am Freitag, den 26.10.2012 im Raum G 010 (Oettingenstr. 67) von 14 – 15 Uhr statt.
• 10.10.2012: Die Noten der Nachholklausur wurden soeben an Ihre CIP-Pool Adresse versandt. Der Zugriff auf Ihren CIP-Account ist auch online unterhttps://webmail.ifi.lmu.de möglich! Wenden Sie sich an Michael Dürr, wenn Sie bisher keine Email erhalten haben!Folgender Notenschlüssel wurde angewendet:
  

  Note	1,0	1,3	1,7	2,0	2,3	2,7	3,0	3,3	3,7	4,0	5,0
  ab Punkten	94,5	89,0	83,5	78,0	72,5	67,0	61,5	56,0	50,5	45,0	0,0
  Anzahl Noten	2	0	1	1	2	6	4	12	13	19	68

  Diese Angaben sind ohne Gewähr!

• 07.10.2012: Die Ergebnisse (erreichte Punktzahl) der Nachholklausur wurden soeben an Ihre CIP-Pool Adresse versandt. Der Zugriff auf Ihren CIP-Account ist auch online unter https://webmail.ifi.lmu.de möglich! Wenden Sie sich an Michael Dürr, wenn Sie bisher keine Email erhalten haben!
• 05.10.2012: Für die Klausur am 06.10.2012 ergibt sich folgende Aufteilung der Studenten auf die Hörsäle (alle in der Theresienstrasse 39 – 41). Beachten Sie in diesem Zusammenhang auch die Hinweise zur Klausur!
  

  Hörsaal	Nachnamen (nach Anfangsbuchstaben sortiert)
  C 123	A – Herg
  B 051	Herr – Lip
  B 052	Liu – Rek
  B 138	Ren – Te
  B 139	Th – Z

• 16.08.2012: Es werden Tutoren für die Vorlesung Betriebssysteme im kommenden Wintersemester 2012/2013 gesucht. Bei Interesse melden sie sich bei Philipp Marcus.
• 27.07.2012: Die Anmeldung zur Nachholklausur am Samstag, den 06.10.2012, ist ab sofort in Uniworx möglich. Die Anmeldefrist endet am Mittwoch, den 03.10.2012.Anmeldungen nach dem letzten Anmeldetermin werden nicht akzeptiert!Nicht angemeldete Studierende können nicht an der Nachholklausur teilnehmen! Bitte melden Sie sich zu dieser Klausur nur an, wenn Sie diese auch sicher mitschreiben wollen! Beachten Sie dazu auch Hinweise zur Klausur auf demMerkblatt!
• 23.07.2012: Die Klausureinsicht findet am Donnerstag, den 16.08.2012 im Raum G 010 (Oettingenstr. 67) von 17 – 18 Uhr statt.
• 23.07.2012: Die Klausurergebnisse wurden soeben an Ihre CIP-Pool Adresseversandt. Der Zugriff auf Ihren CIP-Account ist auch online unterhttps://webmail.ifi.lmu.de möglich! Die Noten werden nicht unter Uniworx publiziert! Wenden Sie sich an Michael Dürr, wenn Sie bisher keine Email erhalten haben!Es haben 49% der Teilnehmer die Klausur bestanden. Der Schnitt lag bei 4,07.
• 18.07.2012: Für die Klausur am 19.07.2012 ergibt sich folgende Aufteilung der Studenten auf die Hörsäle (alle im Hauptgebäude der LMU):
  

  Hörsaal	Nachnamen (nach Anfangsbuchstaben sortiert)
  Audimax	A – Hab
  A 140	Häh – Kut
  B 101	L – Schef
  B 201	Scher – Z
  M 018	Alle Studenten mit genehmigtem Nachteilsausgleich

• 18.07.2012: Alle Studenten, die sich für die morgige Klausur angemeldet haben, wurden soeben durch eine Email an ihre CIP-Pool Adresse über ihre erfolgreiche Anmeldung informiert. Der Zugriff auf Ihren CIP-Account ist auch online unterhttps://webmail.ifi.lmu.de möglich! Wenden Sie sich an Michael Dürr, wenn Sie bisher keine Email erhalten haben!
• 16.07.2012: Eben wurde an Ihre CIP-Pool Adresse ein Link zur Teilnahme an der freiwilligen anonymisierten Umfrage zur Vorlesung versandt. Das notwendige Schlüsselwort (Anemledtoken) finden sie ebenfalls in der Email. Um repräsentative Schlüsse aus der Umfrage ziehen zu können und damit eine Verbesserung der Qualität in der Lehre zu ermöglichen, freuen wir uns über eine möglichst hohe Teilnehmerzahl! Hinweis: Der Zugriff auf Ihren CIP-Account ist auch online unter https://webmail.ifi.lmu.de möglich!
• 12.07.2012: Zur Selbstkontrolle Ihrer Kenntnisse aus dem Bereich Rechnerarchitekturen, können Sie diesen Fragenkatalog durcharbeiten.
• 12.07.2012: Ausschreibung: Für das kommende Wintersemester suchen wir noch Tutoren für die Betreuung der Übungen zur Vorlesung Betriebssysteme. Bei Interesse schicken sie bitte eine Email mit den folgenden Informationen an Philipp Marcus: Vorname, Nachname, Matrikelnummer, Fachsemester, Studiengang, erzieltes Ergebnis in der Klausur Betriebssysteme.
• 28.06.2012: Für die heutige Vorlesung gibt es eine aktualisierte Version der Folien.
• 26.06.2012: Dank der Unterstütung bei der Beantwortung durch die Tutoren stehen die Antworten zu Aufgabe 28 jetzt online. Besonderer Dank geht an Johannes Hafner, Frederik Meerwaldt und Thomas Ramsauer, die sozusagen im Alleingang die Beantwortung der Fragen und übernommen haben!!
• 21.06.2012: Für die heutige Vorlesung zum Thema Assemblerprogrammierung wurden das Folienskript aktualisiert. Das entsprechende Kapitel können Sie hierherunterladen.
• 19.07.2012: Die Anmeldung zur Klausur am Donnerstag, den 19.07.2012, ist ab sofort in Uniworx möglich. Die Anmeldefrist endet am 17.07.2012. Anmeldungen nach dem letzten Anmeldetermin werden nicht akzeptiert! Nicht angemeldete Studierende können nicht an der Klausur teilnehmen! Eine Anmeldung zu dieser Klausur ist nicht notwendig, wenn sie nur an der Nachholklausur teilnehmen wollen. Bitte melden Sie sich zu dieser Klausur nur an, wenn Sie diese auch sicher mitschreiben wollen! Beachten Sie dazu auch Hinweise zur Klausur sowie die Regelung zu den Bonuspunkten auf dem Merkblatt!
• 14.06.2012: Es wurde soeben eine neu Version der Imaginären Maschine verlinkt, die sowhl die 32- als auch die 64-Bit Versionen von Windows und Linux unterstützt.
• 11.06.2012: Achtung: In Aufgabe 30 auf Übungsblatt 07 hat sich ein Fehler eingeschlichen. Die Defintion der Funktion f_succ ist falsch. Die korrekte Definition lautet: f_succ(d(i)) = d(i + 1) mod 4 mit f_succ : B² → B². Eine aktualisierte Version des Übungsblattes finden Sie hier.
• 11.06.2012: Die Folien zur Vorlesung sind nun auch als einseitige Version verlinkt.
• 27.05.2012: Update zur Angabe von Übungsblatt 5: Bei dem in Aufgabe Aufgabe 22) dargestellt D-Flipflop ist das Negationsgatter dem falschen Eingang (S anstatt R) des RS-Flipflop vorgeschaltet. Eine aktualisierte Version des Übungsblattes finden sie hier.
• 27.05.2012: Hinweis zu Übungsblatt 5, Aufgabe 23: Gehen Sie davon aus, dass die D-Flipflops bei steigender Flanke des Taktsignals schalten.
• 24.05.2012: Dem Übungsblatt 05 ist ein Anhang beigefügt, der noch einmal einenÜberblick über die Zusammenhänge zwischen Boolescher Algebra und Aussagenlogik, sowie Deduktion und dem Verfahren von Quine und McCluskey gibt.
• 21.05.2012: Am Pfingstmontag, den 28.05.2012 finden keine Übungen statt. Bitte weichen sie ausnahmsweise auf eine der anderen Übungsgruppen aus, falls sie für eine der Montagsgruppen angemeldet sind.
• 21.05.2012: Das Tutorium am Dienstag, den 22.05.2012 findet statt! Die behandelten Themen umfassen die elektrotechnischen Grundlagen von Gattern und das Quine McClusky Verfahren.
• 15.05.2012: Wie auf Übungsblatt 04 bereits vermerkt können Sie ab sofort die Abgabe der Hausaufgaben in Uniworx auch als Gruppe tätigen. Die maximal erlaubte Anzahl an Studenten pro Gruppe wird auf drei Personen beschränkt. Die Abgabe tätigt pro Gruppe jeweils nur ein Student. In den bei Uniworx dafür vorgesehenen Feldern trägt dieser dann die CIP-Email Adressen der anderen Gruppenmitglieder ein.
• 15.05.2012: Aufgrund des Feiertags (Christi Himmelfahrt) findet die Vorlesung am 17.05.2012 nicht statt. Zudem fallen die Übungsgruppen am 18.05, 21.05 und 23.05 komplett aus. Es wird für den Zeitraum vom 17.05.-23.05.2012 kein Übungsblatt zur Verfügung gestellt.
• 03.05.2012: Im Rahmen der Vorlesung Rechnerarchitekturen vom Sommersemester 2011 entstand eine kleine Liste häufig gestellter Fragen. Interessierte Studenten finden die Auflistung unter der Adressehttp://lehre.mobile.ifi.lmu.de/ra_pub/nachgefragt/nachgefragt_antworten.xml.
• 03.05.2012: Aufgrund der Häufung sehr mangelhaft digitalisierter handschriftlicher Abgaben der Hausaufgaben, werden solche Abgaben ab sofort nur noch bei Einhaltung der folgenden beiden Bedingungen akzeptiert:
  • Nur Aufgaben, die nicht mittels reinem Fließtext beantwortbar sind, dürfen handschriftlich bearbeitet werden. Dies beinhaltet z.B. Schalnetze und Schaltwerk jedoch nicht boolsche Funktionen.
  • Es werden nur noch eingescannte Lösungen akzeptiert. Abfotografierte Lösungen werden generell nicht mehr akzeptiert!
• 26.04.2012: Die Abgabefrist der Übungsblätter wurde von donnerstags 12:00 Uhr um drei Stunden auf donnerstags 15:00 Uhr nach hinten verschoben und gilt ab sofort.
• 25.04.2012: Achtung: Die Montagsübung von Herrn Ramsauer (14 – 16 Uhr) findetab sofort in Raum M 110 im Hauptgebäude statt.
• 19.04.2012: Da die Kapazitäten der Übungsgruppen schon nahezu erschöpft sind, bitten wir diejenigen Studenten, die die Hausaufgaben zwar abgebgen, jedoch sicher nicht den Übungsbetrieb besuchen wollen, sich in Uniworx von ihrer derzeitigen Übungsgruppe in die Gruppe „Keine Gruppe“ umzuschreiben. Somit erhalten andere Studenten vielleicht noch die Chance an einer ihrer Wunschübung teilzunehmen.
• 13.04.2012: Das Merkblatt zur Vorlesung steht jetzt online zur Verfügung.
• 13.04.2012: Die Anmledung zu den Übungsgruppen ist ab sofort unter Uniworxfreigeschaltet. Hinweis: Die Freitagsübung, 12 – 14 Uhr, wird nicht angeboten!
• 20.02.2012: Willkommen auf der Webseite der Vorlesung Rechnerarchitektur im Sommersemester 2012.

Inhalt der Vorlesung

Dieses Modul gibt eine Einführung in die technischen Grundlagen der Informatik und der Architektur von Rechnern. In der Vorlesung werden u.a. die Darstellung von Informationen im Rechner, klassische Komponenten eines Computers, Arithmetik in Computern, logischer Entwurf von Computern, Schaltwerke, Darstellung von Speicherinhalten, primäre und sekundäre Speicher, Ein- und Ausgabe sowie Pipelining eingeführt.

• Repräsentation als Bits: (Zahlen, Texte, Bilder, Audio, Video, Programme)
• Speicherung von Daten
• Transfer von Daten, Fehlererkennung und -korrektur
• Boolesche Algebra
• Verarbeitung von Daten: Schaltungsentwurf, Schaltnetzwerke
• Zahlendarstellung und -arithmetik
• Schaltfunktionen, Schaltnetze, Schaltwerke
• Von-Neumann-Modell
• Maschinenmodell
• Maschinen- und Assemblerprogrammierung

Die Vorlesung richtet sich an Studierende der Informatik im 2. Semester. Das die-informatiker.net-Team bietet unter http://www.die-informatiker.net ein Forum zur Vorlesung Rechnerarchitekturen an, in dem über vorlesungsbezogene Inhalte und Übungsblätter diskutiert werden kann.

Übungen

Eine Anmeldung zu den Übungen und Übungsgruppen ist zwingend erforderlich und über das elektronische Abgabesystem UniWorX ab sofort möglich (Vorlesung: Rechnerarchitektur 2012). Zur Registrierung bei UniWorX ist ein Account am CIP-Pool des Instituts für Informatik (kennung@cip.ifi.lmu.de) nötig. Wie man an eine solche Kennung kommt steht hier.
Bitte bachten Sie, dass die Anmeldung zur Übung und zu den einzelnen Übungsgruppen in zwei getrennten Schritten durchzuführen ist.

Folgende Übungsgruppen stehen zur Verfügung:

Gruppe	Zeit	Raum	Tutor
1	Mo 12-14 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A)	Valentin Protschky
2	Mo 14-16 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A) Raum M 110 (Hauptgebäude)	Thomas Ramsauer
3	Mo 16-18 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A)	Johannes Hafner
4	Mo 18-20 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A)	Sophie Dürre
5	Mi 10-12 Uhr	Raum B 133 (Theresienstr. 39)	Carla Harth
6	Mi 12-14 Uhr	Raum B 133 (Theresienstr. 39)	Frederik Meerwaldt
7	Mi 14-16 Uhr	Raum B 134 (Theresienstr. 39)	Lorenz Schauer
8	Fr 10-12 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A)	Andreas Kolb
9	Fr 14-16 Uhr	Raum 220 (Amalienstr. 73A)	Julius Burkart

 

Übungsmaterial

An dieser Stelle wird jeweils zu Beginn jeder Woche das aktuelle Übungsblatt zum Download bereit gestellt. Beachten Sie bitte auch die Merkblätter. Die Abgabe der Übungsblätter ist freiwillig. Der Klausurbonus kann nur für die Klausur und die Nachholklausur angerechnet werden (siehe Merkblatt). Der Bonus kann nicht auf Klausuren nachfolgener Semester angerechnet werden!
Hinweis:
Es werden lediglich Abgaben in den Formaten .pdf, .jpg, .txt akzeptiert! Abgaben in anderen Formaten (Microsoft Word,...) werden nicht akzeptiert! Abgaben nach der auf dem jeweiligen Übungsblatt vermerkten Abgabefrist werden nicht akzeptiert.

 

Blatt	Downloadlinks
Merkblatt
Übungsblatt 1
Übungsblatt 2
Übungsblatt 3
Übungsblatt 4
Übungsblatt 5
Übungsblatt 6
Übungsblatt 7
Übungsblatt 8
Übungsblatt 9
Übungsblatt 10
Übungsblatt 11

 

Klausur

• Es werden zwei Klausuren angeboten.
• Für beideKlausuren gilt:
  • Es findet jeweils eine obligatorische Klausuranmeldung statt.
  • Melden Sie sich nur dann zur entsprechenden Klausur an, wenn Sie diese auch sicher mitschreiben wollen! Beachten Sie dazu auch die Hinweise zu den Bonuspunkten auf dem Merkblatt. Sie können sich bis zum Ende der Anmeldefrist jederzeit von einer Klausur auch wieder abmelden.
  • Anmeldungen nach dem letzten Anmeldetermin werden nicht akzeptiert!
  • Nicht angemeldete Studierende können nicht an der Klausur teilnehmen!
  • Zur Klausur sind keinerlei Hilfsmittel erlaubt.
  • Bringen Sie Ihren Studentenausweis und einen amtlichen Lichtbildausweis mit zur Klausur. Personen, die sich in der Klausur nicht ausweisen können dürfen nicht an der Klausur teilnehmen. Es werden diesbezüglich keine Ausnahmen gemacht!
  • Der Prüfungsstoff beinhaltet Ihre Vorlesungsmitschriften, das Vorlesungsskript, etwaige Vorlesungsfolien sowie alle Aufgaben der Übungsblätter.
  • Die Klausurergebnisse werden Ihnen an Ihre CIP-Pool Email-Adresse (<kennung>@cip.ifi.lmu.de) bzw. an die von ihnen in Uniworx hinterlegte Kontakt-Email-Adresse übermittelt!

Programme und Hilfsmittel

• Zum Testen der Imaginären Maschine steht eine Website zur Verfügung. Außerdem exisitiert eine Implementierung der Imaginären Machine für Windows (32 Bit) undLinux (32 Bit). [Update] Es gibt nun auch eine Version der Imaginären Maschine, die sowohl 32- als auch die 64-Bit Versionen von Linux und Windows unterstützt. Entpacken Sie dazu die Zip-Datei und führen Sie das entsprechende Skript im Wurzelverzeichnis aus. [/Update]
• Logisim ist ein Schaltnetzsimulator der auf jeder Platform ausgeführt werden kann, auf der eine Java Version 1.4 oder höher installiert ist. Die Webseite dazu findet man unter http://ozark.hendrix.edu/~burch/logisim/
• Die aktuellste Version für den Simulator SPIM finden sich unterhttp://pages.cs.wisc.edu/~larus/spim.html#qtspim. Als Einführung ist das deutschsprachige SPIM-Tutorial von Reinhard Nitzsche zu empfehlen. Die aktuellste Dokumentation zu SPIM finden sie auf der Seitehttp://pages.cs.wisc.edu/~larus/spim.html unter dem Punkt Resources. Im CIP-Pool ist die grafische Oberfläche Xspim installiert. Sie können diese über das Kommandoxspim starten Eine weitere Beschreibung des Spim/Xspim-Simulators enthält derAnhang (nicht der aktuellen Ausgabe) aus dem Buch „Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface“ (siehe Literatur).
• MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator) ist eine Java-basierte Entwicklungsumgebung und eignet sich ebenfalls sehr gut zur Programmierung von SPIM.

Da die oben genannten Programme nicht an unserem Lehrstuhl entwickelt wurden, gilt leider:
Der Lehrstuhl kann keinen Support leisten!

Literatur

Als Begleitliteratur wird das Skriptvon Prof. Dr. Linnhoff-Popien von Sommersemester 2010, sowie die folgenden Bücher empfohlen (siehe auch das Einführungskapitel des Skriptes):

• "Computer Organization and Architecture: Designing for Performance", William Stallings, Pearson Education, 8th Edition (ISBN-10: 0135064171, ISBN-13: 978-0135064177)
• "Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface" von David A. Patterson and John L. Hennessy, Morgan Kaufmann, 4th Edition   (ISBN-10: 0123744938, ISBN-13: 978-0123744937)

Darüberhinaus existiert ein Viedeomitschnitt der Vorlsung vom Sommersemenster 2009