Technische Informatik 1 HS 2009
Vorlesung
Allgemeine Informationen
| Vorlesung: | Technische Informatik 1 | |||||||||||||||
| Vorlesungs-Id: | 227-0013-00L | |||||||||||||||
| Semester: | HS 2009 | |||||||||||||||
| Dozent: | Prof. Lothar Thiele, ETZ G87, 044-632 7031, thiele@tik.ee.ethz.ch | |||||||||||||||
| Sprache: | Alle Materialien und die Vorlesung sind in Deutscher Sprache. | |||||||||||||||
| Vorlesung: | Donnerstag, 10:15-12:00, ETF E1 | |||||||||||||||
| Übungen: |
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| Computerlab: |
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Vorlesungsziele
Kennenlernen des logischen und physikalischen Aufbaus von Datenverarbeitungssystemen für den Einsatz in technischen Systemen. Einblick in die Prinzipien von Hardware-Entwurf, Datenpfad und Steuerung, Assemblerprogrammierung, moderne Rechnerarchitekuren (Pipelining, Spekulationstechniken, superskalare Architekturen), Speicherhierarchie, Softwarekonzepte.
Inhalt
Strukturen und Modelle digitaler Systeme (abstrakte Datentypen, endliche Automaten, Berechnung- und Prozessgraph), Abstraktion und Hierarchie in Datenverarbeitungssystemen, Assembler und Compiler, Kontrollpfad und Datenpfad, Ein- und Ausgabe, Kommunikationsstrukturen, Speicherhierarchie, Betriebssystem, Pipelining und superskalare Rechnerarchitekturen.
Theoretische und praktische Übungen, die den Stoff der Vorlesung vertiefen.
Voraussetzungen
Informatik I und II, Digitaltechnik.
Zeitplan
| Datum | Vorlesung | Materialien | Übung | Assistent | Materialien |
|---|---|---|---|---|---|
| 17.09.2009 | keine Vorlesung | ||||
| 24.09.2009 | 0. Organisation 1. Einleitung |
Kapitel 0 Kapitel 1 |
keine Übung | ||
| 1.10.2009 | 2. Instruktionssatz | Kapitel 2 | keine Übung | ||
| 08.10.2009 | 3. Assembler | Kapitel 3 Patterson Hennessy Appendix A |
Übung 1: Assembler (Computerübung) |
SH, WH | Übung 1 Files Übung1 Slides Übung1 Lösung 1 |
| 15.10.2009 | 3. Assembler 4. Vom Programm zur Ausführung |
Kapitel 4 | Übung 2: Assembler (Rechenübung) | SH, WH | Übung 2 Slides Übung2 Lösung 2 |
| 22.10.2009 | 6. Eingabe – Ausgabe | Kapitel 6 MIPS Assembly Language Programmers Guide |
Übung 3: Toolflow (Computerübung) | SP, SH | Übung 3 Files Übung3 Slides Übung3 Lösung 3 |
| 29.10.2009 | 6. Eingabe – Ausgabe 7. Plattenspeicher |
Kapitel 7 | Übung 4: Eingabe - Ausgabe (Rechenübung) | MK, SH | Übung 4 Slides Übung4 Lösung 4 |
| 05.11.2009 | 8. Prozessor - Einzeltakt | Kapitel 8 | Übung 5: Eingabe - Ausgabe (Computerübung) | WH, MK | Übung 5 Files Übung5 Slides Übung5 Lösung 5 |
| 12.11.2009 | 8. Prozessor - Einzeltakt 9. Prozessor - Pipelining |
Kapitel 9 | Übung 6: Datapath (Rechenübung) | WH, SP | Übung 6 Slides Übung6 Lösung 6 |
| 19.11.2009 | 9. Prozessor - Pipelining | Übung 7: Pipelining (Computerübung) | AM, SP | Übung 7 Files Übung 7 WinMIPS64 Tutorial Slides Übung7 Lösung 7 |
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| 26.11.2009 | 10. Prozessor - Instruktionsparallelität | Kapitel 10 | Übung 8: Pipelining (Rechenübung) | SP, AM | Übung 8 Slides Übung8 Lösung 8 | -->
| 03.12.2009 | 11. Speicher-Hierarchie | Kapitel 11 | |||
| 10.12.2009 | keine Vorlesung | Übung 9: Instruktionsparallelität (Rechenübung) | AM, MK | Übung 9 Slides Übung9 Lösung 9 |
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| 17.12.2009 | 11. Speicher-Hierarchie 5. Rechenleistung |
Kapitel 5 | Übung 10: Cache (Rechenübung) | MK, AM | Übung 10 Slides Übung10 Lösung 10 |
Kontakt
Sollten Sie spezielle Fragen zu dem Vorlesungsstoff oder den Übungen haben, schicken Sie sie per E-Mail an den zuständigen Übungsassistenten oder machen Sie mit ihm einen Termin aus.
Bei allgemeinen Fragen zur Vorlesung wenden Sie sich bitte ebenfalls per E-Mail an den Vorlesungskoordinator Clemens Moser (moser@tik.ee.ethz.ch) oder an Prof. Thiele (thiele@tik.ee.ethz.ch).
Generelle Fragen zu Vorlesung und Übung, Koordination:
- [CM] Clemens Moser, ETZ G85, phone: 044-632 70 37, moser@tik.ee.ethz.ch
Spezifische Fragen zu Vorlesung und Übung:
| Kürzel | Name | Büro | Telefon | Übung | |
|---|---|---|---|---|---|
| [WH] | Wolfgang Haid | ETZ G86 | 044-632 70 03 | haidw@tik.ee.ethz.ch | 1,2,5,6 |
| [SH] | Sarah Hoffmann | ETZ D97.5 | 044-632 64 26 | hoffmann@tik.ee.ethz.ch | 1,2,3,4 |
| [MK] | Matthias Keller | ETZ G76 | 044-632 70 41 | matthias.keller@tik.ee.ethz.ch | 4,5,9,10 |
| [AM] | Andreas Meier | ETZ G75 | 044-632 70 02 | a.meier@tik.ee.ethz.ch | 7,8,9,10 |
| [SP] | Simon Perathoner | ETZ G82 | 044-632 73 02 | perathoner@tik.ee.ethz.ch | 3,6,7,8 |
Literatur
Vorlesungsfolien
- Die Kopien der Vorlesungsfolien werden in der ersten Vorlesung am 23.09.2009 zum Preis von 10 Franken verkauft. Im Preis sind auch die Unterlagen zu den Übungen beinhaltet, die allerdings erst in einer späteren Vorlesung ausgegeben werden.
- Die Vorlesungsunterlagen werden zwar auch auf dieser Seite zur Verfügung stehen, aber trotzdem eine Bitte: Drucken Sie nicht noch einmal alles aus! Wenn Sie die Unterlagen noch nicht "auf Papier" erhalten haben, melden Sie sich bitte beim Vorlesungskoordinator.
Basis-Literatur
Die Vorlesung stützt sich in wesentlichen Teilen auf das Standardwerk von Patterson und Hennessy:
- David A. Patterson und John L. Hennessy: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface Morgan Kaufmann Publishers, Inc.; San Francisco, California; ISBN 978-0-12-374493-7; 2009.
Die gesamte Lehrveranstaltung kann jedoch auch ohne das Buch absolviert werden, da alle erforderlichen Unterlagen zur Vorlesung und zur Übung ausgeteilt werden.
Ein weiteres Buch, das begleitend zur Lehrveranstaltung in Technischer Informatik empfehlenswert ist:
-
William Stallings: Computer Organization and Architecture. Prentice
Hall; Upper Saddle River, New Jersey; ISBN 0-13-607373-5; 2010.
Das Buch ist ebenfalls detaillierter als das von Hennessy und Patterson. Es geht auf verschiedene Rechnerfamilien ein und hat einen anderen Aufbau.
Weiterführende Literatur
-
David A. Patterson und John L. Hennessy: Computer Architecture:
A Quantitative Approach. Morgan Kaufmann Publishers, Inc.; San Francisco,
California; ISBN 978-0-12-370490-0; 2007.
Das Buch führt in gewisser Weise das der Vorlesung zugrundeliegende Konzept weiter im Hinblick auf die quantitative Behandlung von Rechnerarchitekturen. Hierbei wird auf alle wesentlichen heutigen Rechnerarchitekturen im Detail eingangen.
Zum Schluss noch einige Literaturhinweise zu einzelnen Kapiteln der Vorlesung:
- Rechnerarchitekturen: MIPS, Pentium, PowerPC, SPARC.
- M. Becker et al.. The PowerPC 601 Microprocessor. IEEE Micro. Volume 13 , Issue 5, September 1993, Pages: 54 - 68, ISSN:0272-1732.
- Auch wenn man nicht immer allem trauen kann, ist Wikipedia immer einen Besuch wert.
Übungen
Ablauf
Die Übungen werden im wöchentlichen Rhythmus in Abstimmung mit den Übungen zur Vorlesung "Felder und Komponenten" durchgeführt. Jeder Student meldet sich in der ersten Vorlesungsstunde von TI1 (23.09.2009) zu einer Übungsgruppe an. Es gibt insgesamt 8 Übungsgruppen, je vier am Donnerstag und und je vier am Freitag (siehe auch unter Vorlesung):
| TI1 | FuK1 | |
| A1 | Donnerstag 13:15-15:00 | Freitag 15:15-17:00 |
| A2 | Donnerstag 13:15-15:00 | Donnerstag 15:15-17:00 |
| B1 | Donnerstag 15:15-17:00 | Freitag 13:15-15:00 |
| B2 | Donnerstag 15:15-17:00 | Donnerstag 13:15-15:00 |
| C1 | Freitag 13:15-15:00 | Donnerstag 15:15-17:00 |
| C2 | Freitag 13:15-15:00 | Freitag 15:15-17:00 |
| D1 | Freitag 15:15-17:00 | Donnerstag 13:15-15:00 |
| D2 | Freitag 15:15-17:00 | Freitag 13:15-15:00 |
Gruppeneinteilung HS 2009 [pdf]
Eine Übung dauert zwei Stunden, wobei zwischen Computer- und Rechenübung unterschieden wird. Die Raumbezeichnungen finden Sie ebenfalls hier. Die vier Computerübungen sind praktische Übungen, die innerhalb der Übungsstunden in den Computerräumen von den Studierenden durchgeführt werden. Die sechs Rechenübungen finden in den Übungsräumen statt. Der Ablauf der Übungen ist wie folgt: Zunächst werden die Aufgaben kurz von Assistenten vorgestellt. Anschliessend können die Aufgaben gelöst und Fragen gestellt werden. Zuletzt werden die Lösungen der Aufgaben von Assistenten präsentiert.
Je nach Gruppenzugehörigkeit sollen dann alle Übungen jede Woche zur gleichen Zeit besucht werden; unabhängig davon, ob es sich um eine Computerübung oder eine Rechenübung handelt. Die Übungsgruppen der Vorlesung "Technische Informatik 1" sind mit denen der Vorlesung "Felder und Komponenten 1" (FuK1), wie aus der obigen Tabelle ersichtlich, über Kreuz gekoppelt.
Testate
Ab dem Herbstsemester 2009 werden keine Testate mehr für die Teilnahme an den Übungen vergeben. Die Teilnahme an Rechen- und Computerübungen wird aber weiterhin sehr empfohlen.
Genauere Angaben zum Ablauf der Übungen wird es in der ersten Vorlesungsstunde geben. Bei Fragen wenden Sie sich am Besten an den Vorlesungskoordinator.
Prüfung
Hier finden Sie zwei ausgewählte Prüfungen der letzten Semester. Fragen zu diesen Prüfungen richten Sie am Besten an die Assistenten, die für das jeweilige Thema vorgesehen sind (siehe unter Kontakt). Andere alte Prüfungen, die sich evtl. noch aus vorherigen Semestern im Umlauf befinden, werden von unserer Seite nicht unterstützt, d.h. Fragen dazu werden definitiv nicht beantwortet!
| Jahrgang | Musteraufgaben |
| Frühjahr 2001 | Assemplerprogrammierung [pdf] I/O System [pdf] Datenpfad und Mikroprogrammierung [pdf] Cache [pdf] |
| Herbst 2001 | Assemplerprogrammierung [pdf] Kontrollflussgraph und Datenpfad [pdf] I/O System, Performance [pdf] Cache [pdf] |
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