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Home Lehre Lehrveranstaltungen SS 2019 Rechnerarchitektur (Deutsch)

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Homepage des Kurses Rechnerarchitektur im Sommersemester 2020

Termine

 ZeitRaumDozenten
Vorlesung Mo. 10-12 SRG1, 1001

Prof. Jian-Jia Chen, Prof. Jens Teubner

Di. 12-14 OH12, E003
Übung Mo. 10.15-11.45 (deutsch) - Gruppe RA1 OH16, CILAB
(Raum U08)
Christian Hakert
Mi. 10.15-11.45 (deutsch) - Gruppe RA2 Marcel Ebbrecht
Do. 10.15-11.45 (deutsch) - Gruppe RA3 Christian Hakert
Do. 14.15-15.45 (englisch) - Gruppe RA4 Christian Hakert

Lerninhalte und Ziele

In dieser Vorlesung werden fortgeschrittene Konzepte der Rechnerarchitektur vorgestellt. Am Anfang steht ein breiter Überblick über mögliche Programmiermodelle, wie sie für Universalrechner (z.B. MIPS-Architektur) und aber auch spezielle Maschinen (z.B. Signalprozessoren) entwickelt wurden. Anschließend werden prinzipielle Aspekte der Mikroarchitektur von Prozessoren behandelt. Der Schwerpunkt liegt hierbei insbesondere auf dem sogenannten Pipelining und den in diesem Zusammenhang angewandten Methoden zur Beschleunigung der Befehlsausführung.

Im letzten Abschnitt werden Rechensysteme mit mehr als einem Prozessor bzw. mehreren Recheneinheiten betrachtet. Ausgehend von der nebenläufigen Verarbeitung mit Hilfe von sogenannten Threads werden Architekturen mit unterschiedlichem Kopplungsgrad zwischen den Berechnungs- und den verwendeten Speichereinheiten vorgestellt, wie z.B. Multi-Core-Systeme, Multiprozessoren und Cluster-Rechner.

 

Folien

Datum
Vortragender
Thema Folien Downloads
  Prof. Chen Organization, Introduction, ISA ra-01.pdf  
  Prof. Chen Amdahl's law, multi-threading (part 1) ra-02.pdf  
  Prof. Chen multi-threading (part 2) ra-03.pdf  
  keine Vorlesung      
  Prof. Teubner OpenMP parallel.pdf  
  keine Vorlesung      
  keine Vorlesung      
  Prof. Teubner OpenMP, MPI gpu.pdf  
  Prof. Teubner GPU    
  Prof. Teubner GPU    
  Prof. Teubner GPU    
  Prof. Teubner cache-coherence and synchronization multicore.pdf  
  Prof. Chen Measures of performance, power circuits, energy

ra-measure.pdf

ra-energypower.pdf

 
  Prof. Chen Temperature, hotspot, thermal gradient ra-temperature.pdf  
  Prof. Chen Pipeline, Instruction scheduling ra-ILP-scheduling.pdf  
  Prof. Chen Instruction scheduling    
  Prof. Chen Instruction scheduling (Tomasulo's algorithm) ra-tomasulo-speculative.pdf   
  Prof. Chen Branch prediction, Speculative executions

ra-branch-predictor.pdf

 
  Niklas Ueter Communication and Network on Chip ra-netzwerk.pdf  
  Niklas Ueter Communication and Network on Chip    
  keine Vorlesung      
  Prof. Chen memory hierarchy: cache ra-speicher.pdf  
  Prof. Chen memory hierarchy: cache ra-cache.pdf  
  Prof. Chen memory hierarchy: scratchpad memory ra-SPM.pdf  
  keine Vorlesung      
  Prof. Chen architecture-aware optimization

ra-optimization.pdf

ra-neural.pdf

https://halide-lang.org

https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3201383

  Prof. Chen architecture-aware optimization, deep neural networks
   
  Prof. Chen Probeklausur    
  Prof. Chen

Cache benchmarking and Decision Trees

ra-decision-trees.pdf  
  Niklas Ueter

Spectre, Meltdown

ra-spectre.pdf  

Übungen

AMD Epyc Rome Aufbau

Die Übungen fokussieren sich dieses Semester auf die praktische Erarbeitung der theoretischen Konzepte der Vorlesung. Dabei steht 'Hands on' im Vordergrund, das heißt, Sie werden selber Programme für moderne Computerarchitekturen entwickeln und ausführen. Dabei steht die parallele Ausführung von Programmen im Vordergrund, sowhohl auf hochgradig parallelen CPUs, als auch auf GPUs.

Bei der Entwicklung müssen die Laufzeit und der Energieverbrauch der Anwendungen berücksichtigt werden. Sie erlernen so wichtige Techniken, die in eingebetteten System, mobilen Systemen oder auch High-Performance-Computersystemen verwendet werden können.

Die Teilnahme an der Übung ist nicht verpflichtend, aber vermittelt und vertieft klausurrelevantes Wissen. Die Übungsblätter werden in der Übung bearbeitet, es ist aber empfehlenswert, sich die Aufgaben vorher anzusehen.

Für die Teilnahme an den Übungen gibt es keine formalen Voraussetzungen, Kenntnisse in den folgenden Bereichen erleichtern aber die Übungen: Linux, C/C++, GCC.

Da nur eine begrenzte Anzahl an Computern im CILAB vorhanden sind, ist Gruppenarbeit zwingend erforderlich. Bei der Anmeldung können bereits Gruppen angegeben werden. Verbleibende Studierende werden in Gruppen eingeteilt.

Eine Abgabe von Lösungen ist nicht erforderlich, jedoch können Theorieaufgaben auf Wunsch korrigiert werden. Werfen Sie Ihre Lösung dazu bitte bis spätestens 11.30 Uhr am Montag vor dem Übungstermin in den Briefkasten im Erdgeschoss der OH16 ein.

Anmeldung zu den Übungsgruppen über AsSESS.

Hinweis: Sie können die praktischen Übungen auch zu Hause bearbeiten. Die notwendigen Vorgaben erhalten Sie, indem Sie mit Ihrem Account auf das SVN-Repository zugreifen.

 

Übungsblatt  Bearbeitungszeitraum  Hinweise
Blatt 1: Deutsch, English
Blatt 2: Deutsch, English
Blatt 3: Deutsch, English  
Blatt 4 Deutsch, English
Blatt 5: Deutsch, English
Blatt 6: Deutsch, English  
Blatt 7: Deutsch, English  
Blatt 8: Deutsch, English
Blatt 9: Deutsch, English  
Blatt 10: Deutsch, English  

 

Literatur

Hennessy, John L., Patterson, David A.: Computer Architecture - A Quantitative Approach, Morgan Kaufman, 5. Auflage 2011.

Culler, David E., Singh, Jaswinder Pal, Gupta, Anoop: Parallel Computer Architecture: A Hardware/Software Approach, Morgan Kaufman, 1999.

Hwang, Kai: Advanced Computer Architecture: Parallelism, Scalability, Programmability, McGraw-Hill, 1993.

Shen, John Paul, Lipasti, Mikko H.: Modern Processor Design, McGraw-Hill, 2003.

Adve, Sarita V., Gharachorloo, Kourosh: Shared Memory. Consistency Models: A Tutorial, DIGITAL, WRL Research Report 95/7.

WEITERE INFORMATIONEN

Die Veranstaltung ist äquivalent zur ehemaligen Wahlpflicht-Vorlesung "Rechensysteme".

PRÜFUNG / LEISTUNGSNACHWEIS

Prüfung (Bachelor): Klausur (benotet, 8 Credits) über Inhalte von Vorlesung und Übungen.

 

Termine:

 

1. Klausur: 06.08.2020, 11.00-13.00, Audimax, CT-ZE-HS01

Hinweise zur Klausur: Bitte bringen Sie zur Klausur unbedingt Ihren Studierendenausweis sowie einen amtlichen Lichtbildausweis (Personalausweis, Reisepass) mit. Denken Sie daran, einen nicht roten, dokumentenechten Stift zu verwenden (keinen Bleistift). Sie dürfen ausschließlich das von uns zur Verfügung gestellte Papier verwenden. Es sind keine Hilfsmittel erlaubt!

 

 

2. Klausur: 15.09.2020, 11.00-13.00, SRG1 H001

Hinweise zur Klausur: Bitte bringen Sie zur Klausur unbedingt Ihren Studierendenausweis sowie einen amtlichen Lichtbildausweis (Personalausweis, Reisepass) mit. Denken Sie daran, einen nicht roten, dokumentenechten Stift zu verwenden (keinen Bleistift). Sie dürfen ausschließlich das von uns zur Verfügung gestellte Papier verwenden. Es sind keine Hilfsmittel erlaubt!

 

Achtung: Die hier angegebenen Termine sind nicht notwendigerweise aktuell und daher nicht verbindlich. Für eine verbindliche Auskunft besuchen Sie bitte die Übersicht über die Klausurtermine der Fakultät.

Sonderregelungen für Nebenfachstudierende: wenn zwingend erforderlich nach Absprache