Rechnerarchitekturen

Rechnerarchitekturen (iRA) passt in das dritte Semester der Studienrichtung Informatik.

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse der Informatik
• Programmierung, Kenntnis von C
• Umgang mit Standard-tools
• Grundlagen der Mathematik und der Digitaltechnik
• Zahlensysteme Boolesche Logik
• Hinreichende Englischkenntnisse, um mit englischsprachiger Literatur und Dokumentation arbeiten zu können

Ziele und Inhalte

• Rechnerarchitekturen wie beispielhaft
  • AVR-Atmel (ATmega)
  • intel-x86
  • JVM (Java virtual machine)
• Prozessorstrukturen und Befehlssätze
  • Akku
  • Register
  • Stack
    Diese findet man in floating point units (Intel 80x87 und Nachfahren), HP-Taschenrechnern und in der JVM.
• Speicher (-architektur) und Schutzmechanismen
• Ein- und Ausgabe
   
• Darstellung und Kodierung von Werten im Rechner
• Rechnerarithmetik
   

Die Themen werden praktisch vertieft mit maschinennahem Programmieren in C (GCC für AVR oder Pi) mit mit Analyse und (bei AVR ggf.) gezielter lokaler Verbesserung des Assemblerkodes.

Die intel-80x86-Rechnerarchitektur ist seit Jahrzehnten [sic!] bewährt, weit verbreitet und vielseitig einsetzbar — siehe das Bild. Die überwiegende Mehrheit von PCs und Servern nutzt diese Architektur. Sie wird als Kontrast zur AVR ATmega-Architektur als zweites Lehrbeispiel betrachtet.

Literatur und Hilfsmittel

Standardliteratur zu Rechnerarchitektur, wie das entspr. Werk von Andrew S. Tanenbaum und Todd Austin.

Zum Üben und Kennenlernen der Stack-Rechnerarchtitektur zwei einfache Web-Anwendungen mit JavaScript + HTML5:
[ Stackrechner, Anzeige des Stacks ]     [ Stackrechner, Anzeige wie Taschenrechner) ]