Rechnerarchitektur

Veranstalter

Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien

Sprechstunde

Montag 11:00 Uhr - 12:00 Uhr
Raum G 009, Oettingenstraße 67

Hörerkreis

Bachelorstudiengänge Informatik
Studiengänge mit Nebenfach Informatik

Vorlesungstermin(e)
(Beginn:25.04.2019)

Donnerstag, 14:00 - 16:15 Uhr s.t.
Raum B 201, Geschw.-Scholl-Pl. 1

Übungsbetrieb

Carsten Hahn

Sebastian Zielinski

Steffen Illium

Hinweise zu den Übungen siehe unten

Klausur

Die Klausur findet statt am Freitag, den 26.07.2019 von 18:30 - 20:30 Uhr. Der Einlass beginnt ab 18:15 Uhr. Die fristgerechte Anmeldung über UniWorX ist Zulassungsvoraussetzung. Die An- bzw. Abmeldung ist noch bis zum 18.07.2019, 23:59 Uhr freigeschaltet.

Klausureinsichten (im Raum G 010 in der Oettingenstraße 67):
- Montag, der 29.07.2019 9 - 11 Uhr
- Donnerstag, der 01.08.2019 15 - 17 Uhr

Nachholklausur

Die Nachholklausur findet statt am Dienstag, den 15.10.2019 von 18:30 - 20:30 Uhr im Hauptgebäude am Geschwister-Scholl-Platz 1. Die genaue Raumzuweisung wird rechtzeitig hier bekanntgegeben. Der Einlass beginnt ab 18:15 Uhr. Die An- bzw. Abmeldung über UniWorX ist bis 7. Oktober 2019 um 10:00 Uhr möglich. Spätere An- und Abmeldungen können nicht mehr berücksichtigt werden.

Material zur Vorlesung

Merkblatt
Skript
Skript (zweiseitig)
Folien zur Vorlesung vom 23.05.2019

Aktuelles

  • 26.08.2019: Die Nachholklausur findet am Dienstag, den 15. Oktober 2019 von 18:30 Uhr bis 20:30 Uhr im Hauptgebäude am Geschwister-Scholl-Platz 1 statt. Die genaue Raumzuweisung wird nach Ende der An-/Abmeldefrist hier bekanntgegeben. Der Einlass beginnt ab 18:15 Uhr. Die An- bzw. Abmeldung über UniWorX ist bis 7. Oktober 2019 um 10:00 Uhr möglich. Spätere An- und Abmeldungen können nicht mehr berücksichtigt werden.
  • 28.07.2019: Die Klausurergebnisse wurden über UniWorX veröffentlicht. Es wird zwei Einsichtstermine geben. Beide jeweils im Raum G 010 in der Oettingenstraße 67. Beide Einsichten finden in zwei Schichten statt:
    Am Montag, den 29.07.2019:

    Nachname Uhrzeit
    A – L 09 – 10 Uhr
    M – Z 10 – 11 Uhr

    Am Donnerstag, den 01.08.2019:

    Nachname Uhrzeit
    A – L 15 – 16 Uhr
    M – Z 16 – 17 Uhr
  • 23.07.2019: Die Lösung zu den H-Aufgaben von Blatt 12 steht zum Download bereit.
  • 22.07.2019: Für die Klausur am 26.07.2019 gilt folgende Sitzordnung:
    Hörsaal (Hauptgebäude, Geschw.-Scholl.-Pl. 1) Nachnamen (nach Anfangsbuchstaben sortiert)
    A 140 A – C
    A 240 D – Ha
    B 101 He – M
    B 201 N – T
    M 118 U – Z

    Innerhalb der Hörsäle wird es feste Platznummern geben. Bitte erfragen Sie diese beim Eintritt in den Hörsaal. Studenten mit Sonderbedingungen kommen bitte trotz obiger Platzordnung zum B 101. Der Einlass beginnt um 18:15 Uhr. Die Bearbeitungszeit beginnt um 18:30 Uhr.

  • 19.07.2019: Am Montag, den 22. Juli 2019 findet von 14.00 – 16.00 Uhr ein Sondertutorium im Hörsaal E 004 (Geschw.-Scholl-Pl. 1) für alle Studenten statt, an dem nochmal gezielt Fragen zum Stoff gestellt werden können.
  • 18.07.2019: Zwei weitere Beispiele aus der Vorlesung zu Quantenannealing stehen zum Download bereit bzw. wurden diese im Skript hinzugefügt (ab Seite 159).
  • 18.07.2019: Das Übungsblatt 13 steht zum Download bereit. Dieses dient der Vorbereitung auf die Klausur und wird nicht besprochen.
  • 11.07.2019: Das Übungsblatt 12 steht zum Download bereit.
  • 04.07.2019: Achtung: Bitte beachten Sie die Klausuranmeldung über UniWorX, die ab heute freigeschaltet ist. Die An- bzw. Abmeldung ist bis 18. Juli 2019 um 23:59 Uhr möglich. Spätere An- und Abmeldungen können nicht mehr berücksichtigt werden. Nähere Informationen finden sich hier.
  • 04.07.2019: Das Übungsblatt 11 steht zum Download bereit.
  • 27.06.2019: Das Übungsblatt 10 steht zum Download bereit.
  • 20.06.2019: Das Übungsblatt 09 steht zum Download bereit.
  • 17.06.2019: Aufgrund von Krankheit fällt der Tutor Jonas Erbe auf unbestimmte Zeit aus. Sein Tutorium wird vorerst von Ludger Deffaa vertreten und beginnt jetzt mittwochs 10:00 s.t. .
  • 17.06.2019: Die Uhrzeit der Klausureinsicht am Donnerstag, den 01.08.2019 musste von 10 – 12 Uhr auf 15 – 17 Uhr verschoben werden. Zudem wird es einen alternativen Einsichtstermin am Montag, den 29.07.2019 von 9 – 11 Uhr geben.
  • 13.06.2019: Das Übungsblatt 08 steht zum Download bereit.
  • 11.06.2019: Aus gegebenem Anlass möchten wir darauf hinweisen, dass bei UniWorX hochgeladene Abgaben zu den Hausaufgaben immer noch einmal überprüft werden sollten, da es beim Hochladen von Dateien zu den verschiedensten Fehlern kommen kann. UniWorX bietet die Möglichkeit, die hochgeladene Datei wieder herunterzuladen (allerdings in komprimierter Form als zip-Archiv), um sie zu prüfen. Dies empfehlen wir, um sicherzustellen, dass die Abgaben vollständig und fristgerecht bei uns ankommen.
  • 06.06.2019: Das Übungsblatt 07 steht zum Download bereit.
  • Anmerkung zur Aufgabe 31 von Übungsblatt 06: Da die Umlaute im Quellcode bei manchen Studenten Probleme im Simulator QtSpim verursachen, wurde dieser noch einmal ohne Umlaute in den Kommentaren zur Verfügung gestellt. Zudem kann bei dieser Aufgabe davon ausgegangen werden, dass vom Nutzer nur die Zeichen „0“ und „1“ eingegeben werden und Fehleingaben in dieser Hinsicht nicht behandelt werden müssen.
  • 29.05.2019: Das Übungsblatt 06 steht zum Download bereit.
  • 23.05.2019: Die Folien zur heutigen Vorlesung stehen zum Download bereit.
  • 23.05.2019: Das Übungsblatt 05 steht zum Download bereit.
  • 16.05.2019: Das Übungsblatt 04 steht zum Download bereit.
  • 09.05.2019: Das Übungsblatt 03 steht zum Download bereit.
  • 02.05.2019: Das Übungsblatt 02 steht zum Download bereit.
  • 29.04.2019: Wir möchten auf die folgende von Studierenden initiierte WhatsApp-Gruppe für Studierende im ersten Fachsemester des Bachelor Informatikstudiums aufmerksam machen:
    https://chat.whatsapp.com/H2Wyw4F80Sm8owJSRlrNDc
    Der Beitritt ist freiwillig und der Lehrstuhl bzw. die LMU übernimmt keine Verantwortung.
  • 26.04.2019: Wir möchten auf die folgende von Studierenden initiierte WhatsApp-Gruppe zum Austausch über die Vorlesung aufmerksam machen:
    https://chat.whatsapp.com/EovPjzQyPzF6I55SEt21ZM
    Der Beitritt ist freiwillig und der Lehrstuhl bzw. die LMU übernimmt keine Verantwortung.
  • 25.04.2019: Folgendes Kleidungsstück wurde im Hörsaal gefunden und an der Pforte im Hauptgebäude abgegeben:
  • 25.04.2019: Das Übungsblatt 01 und das Merkblatt stehen zum Download bereit.
  • 23.04.2019: Als Reaktion auf die Nachfragesituation wurde der Termin der Gruppe 03 auf Mo. 14:00 bis 16:00 c.t in Raum E 216 im Hauptgebäude verschoben.
  • 04.02.2019: Die Tutorien starten in der 2. Vorlesungswoche, also am 29.04.2019.
  • 04.02.2019: Die Anmeldung zur Vorlesung Rechnerarchitektur bzw. zu den Übungsgruppen wird über UniWorX ab dem 01.03.2019 12 Uhr möglich sein. Die Namen der Tutoren für die einzelnen Übungstermine werden noch bekanntgegeben.
  • 04.02.2019: Willkommen auf der Webseite der Vorlesung Rechnerarchitektur im Sommersemester 2019

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
  • Einführung in Quanten Computing

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 01.03.2019 12 Uhr möglich (Vorlesung: Rechnerarchitektur). 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 beachten Sie, dass die Anmeldung zur Vorlesung und zu den einzelnen Übungsgruppen in zwei getrennten Schritten durchzuführen ist.
Bei konkreten Fragen oder Problemen bei der Anmeldung bzw. zum Übungsbetrieb wenden Sie sich bitte an den Übungsleiter Carsten Hahn.

Folgende Übungsgruppen stehen zur Verfügung (sortiert nach Startzeit):

Gruppe Zeit Raum Tutor
1 Mo. 12:00 bis 14:00 c.t Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Michael Kölle
2 Mo. 14:00 bis 16:00 c.t Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Sebastian Zielinski
3 Mo. 16:00 bis 18:00 c.t
Mo. 14:00 bis 16:00 c.t
Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101
Geschw.-Scholl.Pl. 1 - E 216
Michael Kölle
4 Mo. 16:00 bis 18:00 c.t. Geschw.-Scholl.Pl. 1 - E 216 Daniel Bauersachs
5 Mo. 18:00 bis 20:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Ludger Deffaa
6 Di. 16:00 bis 18:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Lisa Stephan
7 Mi. 10:00 bis 12:00 c.t. s.t.
Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Jonas Erbe
Ludger Deffaa
8 Mi. 12:00 bis 14:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Lisa Stephan
9 Mi. 14:00 bis 16:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Carsten Hahn
10 Fr. 10:00 bis 12:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 201 Simon Maiwald
11 Fr. 10:00 bis 12:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Julian Hager
12 Fr. 12:00 bis 14:00 c.t. Geschw.-Scholl-Pl. 1 - M 101 Daniel Bauersachs

Übungsmaterial

An dieser Stelle wird 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 nachfolgender 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
Übungsblatt 01 Download
Übungsblatt 02 Download
Übungsblatt 03 Download
Übungsblatt 04 Download
Übungsblatt 05 Download
simple.s
Da die Datei simple.s beim Simulator QtSpim Probleme verursacht, im Folgenden die gleiche Datei ohne Umlaute:
simpleQtSpim.s
Übungsblatt 06 Download
binarytodecimal.s
binarytodecimalQtSpim.s
Übungsblatt 07 Download
Übungsblatt 08 Download
Übungsblatt 09 Download
Kommentare.s
Übungsblatt 10 Download
Übungsblatt 11 Download
Übungsblatt 12 Download
Lösung zu H61 und H64
Übungsblatt 13 Download

Klausur

  • Es werden zwei Klausuren (Klausur und Nachholklausur) angeboten.
  • Die Details werden zu gegebener Zeit unter dem Punkt Aktuelles bekannt gegeben.
  • Für beide Klausuren gilt:
    • Es findet eine obligatorische Klausuranmeldung statt. Wenn Sie nur an der zweiten Klausur (Nachholklausur) teilnehmen möchten, müssen Sie sich nicht für die erste Klausur anmelden.
    • Achtung: Ein Nichterscheinen bei vorliegender Anmeldung führt zu einem "durchgefallen" in den Transkripts of Records, siehe hier.
    • Anmeldungen nach dem letzten Anmeldetermin werden nicht akzeptiert!
    • Nicht angemeldete Studierende können nicht an der jeweiligen Klausur teilnehmen!
    • Zur Klausur sind keinerlei Hilfsmittel außer Fremdwörterbüchern 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.
    • Für die Klausur wird die Kenntnis der Programmiersprache Java vorausgesetzt (die Kenntnis von C ist nicht notwendig)!
    • Die Klausurergebnisse werden Ihnen an Ihre CIP-Pool Email-Adresse (<kennung>@cip.ifi.lmu.de) übermittelt!

Programme und Hilfsmittel

Hier einige Programme und Hilfsmittel zur Assembler-Programmierung mit SPIM:

  • Das deutschsprachige SPIM-Tutorial von Reinhard Nitzsche sei hier sehr zu empfehlen! Es stellt eine sehr gute Einführung mit eigenen Übungen dar und deckt im Wesentlichen den gesamten Stoff zur SPIM Programmierung ab, der hier in der Vorlesung behandelt wird. Es steht hier zum Download bereit.
  • Die aktuellste Version des MIPS Simulators (QtSpim) für alle gängigen Plattformen finden Sie hier. Bitte nutzen Sie nach Möglichkeit den QtSpim Simulator.
  • Im CIP-Pool ist zudem die grafische Oberfläche Xspim installiert. Sie können diese über das Kommando xspim starten.
  • MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator) ist eine Java-basierte Entwicklungsumgebung und eignet sich ebenfalls 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 werden die folgenden Bücher empfohlen (siehe auch das Einführungskapitel des Skriptes):

  • "Rechnerarchitektur: Von der digitalen Logik zum Parallelrechner", Andrew S. Tanenbaum, Todd Austin, 6. Auflage (ISBN: 978-3-86894-238-5)
  • "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)

Darüber hinaus werden in der Vorlesung speziell für jedes Kapitel zusätzliche Literaturhinweise bekannt gegeben.