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Rechnerarchitektur (RA)5 ECTS (englische Bezeichnung: Computer Architecture)
(Prüfungsordnungsmodul: Rechnerarchitektur)
Modulverantwortliche/r: Dietmar Fey Lehrende:
Dietmar Fey
weitere Studienfächer/Prüfungsordnungsmodule:
Einfrieren der UnivIS-Modul-Beschreibung: 11.10.2021
Rechnerarchitektur (29468)
Startsemester: |
WS 2021/2022 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch und Englisch |
Lehrveranstaltungen:
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Rechnerarchitektur
(Vorlesung, 2 SWS, Dietmar Fey, Mi, 14:15 - 15:45, 00.151-113)
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Übungen zu Rechnerarchitektur
(Übung, 2 SWS, Sebastian Rachuj)
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Rechnerübungen zu Rechnerarchitektur (optional)
(Übung, 2 SWS, Anwesenheitspflicht, Christian Widerspick)
Inhalt:
Die Vorlesung baut auf die in den Grundlagen der Rechnerarchitektur und -organisation vermittelten Inhalte auf und setzt diese mit weiterführenden Themen fort. Es werden zunächst grundlegende fortgeschrittene Techniken bei Pipelineverarbeitung und Cachezugriffen in modernen Prozessoren und Parallelrechnern behandelt. Ferner wird die Architektur von Spezialprozessoren, z.B. DSPs und Embedded Prozessoren behandelt. Es wird aufgezeigt, wie diese Techniken in konkreten Architekturen (Intel Nehalem, GPGPU, Cell BE, TMS320 DSP, Embedded Prozessor ZPU) verwendet werden. Zur Vorlesung wird eine Tafelübung angeboten. Mit erfolgreicher mündlicher Prüfung können 5 ECTS erworben werden. In den Tafelübungen werden die in der Vorlesung vermittelten Techniken durch zu lösende Aufgaben vertieft. In der Rechnerübung soll u.a. ein einfacher Vielkern-Prozessor auf Basis des ZPU-Prozessors mit Simulationswerkzeugen aufgebaut werden. Im Einzelnen werden folgende Themen behandelt:
Organisationsaspekte von CISC und RISC-Prozessoren
Behandlung von Hazards in Pipelines
Fortgeschrittene Techniken der dynamischen Sprungvorhersage
Fortgeschritten Cachetechniken, Cache-Kohärenz
Ausnutzen von Cacheeffekten
Architekturen von Digitalen Signalprozessoren
Architekturen homogener und heterogener Multikern-Prozessoren (Intel Corei7, Nvidia GPUs, RISC-V)
Architektur von Parallelrechnern (Clusterrechner, Superrechner)
Effiziente Hardware-nahe Programmierung von Mulitkern-Prozessoren (OpenMP, SSE, CUDA)
Leistungsmodellierung und -analyse von Multikern-Prozessoren (Roofline-Modell)
Lernziele und Kompetenzen:
- Fachkompetenz
- Wissen
- Lernende können Wissen abrufen und wiedergeben. Sie kennen konkrete Einzelheiten wie Begriffe, Definitionen, Fakten, und Abläufe in einem Prozessor darlegen.
- Verstehen
- Lernende können Beispiele für Rechnerarchitekturen anführen, sie sind in der Lage, Schaubilder von Prozessoren zu interpretieren und die Abläufe in eigenen Worten zu beschreiben.
- Anwenden
- Lernende können beim Erstellen eigener Programme durch Transfer des Wissens über Interna von Prozesorarchitekturen Optimierungen hinsichtlich des Laufzeitverhaltens vornehmen.
- Analysieren
- Lernende können zwischen verschiedenen Varianten von Lösungen einer Prozessorarchitektur klassifizieren, die Gründe für durchgeführte Entwurfsentscheidungen erschließen, Unterscheide gegenüberstellen und gegeneinander bewerten.
- Lern- bzw. Methodenkompetenz
- Lernende erwerben die Fähigkeit selbstständig Testprogramme zum Bewerten der Leistungsfähigkeit eines Prozessors zu erstellen.
Literatur:
- Patterson/Hennessy: Computer Organization und Design
Hennessy/Patterson: Computer Architecture - A Quantitative Approach
Stallings: Computer Organization and Architecture
Märtin: Rechnerarchitekturen
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
- Data Science (Master of Science)
(Po-Vers. 2021w | Gesamtkonto | Technische Schlüsselqualifikationen | Rechnerarchitektur)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "123#67#H", "Artificial Intelligence (Master of Science)", "Computational Engineering (Master of Science)", "Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)", "Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science)", "Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))", "Informatik (Bachelor of Science)", "Informatik (Master of Science)", "Information and Communication Technology (Master of Science)", "Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)", "Mathematik (Bachelor of Science)" verwendbar. Details
Studien-/Prüfungsleistungen:
Rechnerarchitektur (Prüfungsnummer: 798810)
(englischer Titel: Computer architecture)
zugeh. "mein campus"-Prüfung: | - 798810 Rechnerarchitektur (Gewichtung: 100.0 %, Prüfung, Form: mehrteilige Prüfung, Zehntelnoten, Dauer: -, 5 ECTS, Prüfung).
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- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 5 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
30-minütige mündliche Prüfung (80%) + 2x-maliges Vorführen einer der Übungsaufgaben (20%)
- Prüfungssprache: Deutsch
- Erstablegung: WS 2021/2022, 1. Wdh.: SS 2022
1. Prüfer: | Dietmar Fey (100101) |
- Ort: 07.150 - Martensstr. 3
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