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Modul 1. Computertechnik

1.1. Allgemeine Informationen und kurze Geschichte der Computer

1.1.1. Organisation und Architektur
1.1.2. Kurze Geschichte der Computer

1.2. Computerarithmetik

1.2.1. Die arithmetisch-logische Einheit
1.2.2. Zahlensysteme
1.2.3. Darstellung von ganzen Zahlen
1.2.4. Arithmetik mit ganzen Zahlen
1.2.5. Gleitkommadarstellung
1.2.6. Gleitkommaarithmetik

1.3. Klassische Konzepte des logischen Entwurfs

1.3.1. Boolesche Algebra
1.3.2. Logikgatter
1.3.3. Logische Vereinfachung
1.3.4. Kombinatorische Schaltungen
1.3.5. Sequentielle Schaltungen
1.3.6. Konzept der sequentiellen Maschine
1.3.7. Speicherelement
1.3.8. Arten von Speicherelementen
1.3.9. Synthese sequentieller Schaltungen
1.3.10. Synthese von sequentiellen Schaltungen mit PLA

1.4. Aufbau und grundlegende Funktionsweise eines Computers

1.4.1. Einführung
1.4.2. Komponenten eines Computers
1.4.3. Funktionsweise eines Computers
1.4.4. Verbindungsstrukturen
1.4.5. Verknüpfung mit Bussen
1.4.6. PCI-Bus

1.5. Interner Speicher

1.5.1. Einführung in Computerspeichersysteme
1.5.2. Halbleiter-Hauptspeicher
1.5.3. Fehlerkorrektur
1.5.4. Fortgeschrittene Organisation von DRAM-Speichern

1.6. Input/Output

1.6.1. Externe Geräte
1.6.2. Input/Output-Module
1.6.3. Programmiertes Input/Output
1.6.4. Input/Output über Interrupts
1.6.5. Direkter Speicherzugriff
1.6.6. Input/Outputkanäle und Prozessoren

1.7. Maschinenbefehle: Merkmale und Funktionen

1.7.1. Merkmale von Maschinenbefehlen
1.7.2. Arten von Operanden
1.7.3. Arten von Operationen
1.7.4. Assemblersprache
1.7.5. Adressierung
1.7.6. Befehlsformate

1.8. Struktur und Funktionsweise des Prozessors

1.8.1. Organisation des Prozessors
1.8.2. Organisation der Register
1.8.3. Befehlszyklus
1.8.4. Segmentierung von Befehlen

1.9. Cache und externer Speicher

1.9.1. Grundlagen von Cache-Speichern
1.9.2. Entwurfselemente des Cache-Speichers
1.9.3. Magnetische Festplatten
1.9.4. RAID
1.9.5. Optischer Speicher
1.9.6. Magnetband

1.10. Einführung in die Bedienung des Steuergeräts

1.10.1. Mikrooperationen
1.10.2. Prozessorsteuerung
1.10.3. Verkabelte Implementierung

Modul 2. Betriebssysteme

2.1. Einführung in Betriebssysteme

2.1.1. Konzept
2.1.2. Historischer Rückblick
2.1.3. Grundlegende Bausteine von Betriebssystemen
2.1.4. Zielsetzung und Funktionen von Betriebssystemen

2.2. Struktur von Betriebssystemen

2.2.1. Dienste des Betriebssystems
2.2.2. Benutzeroberfläche des Betriebssystems
2.2.3. Systemaufrufe
2.2.4. Arten von Systemaufrufen

2.3.     Prozess-Planung

2.3.1. Grundlegende Konzepte
2.3.2. Kriterien für die Planung
2.3.3. Algorithmen zur Planung

2.4. Prozesse und Threads

2.4.1. Konzept des Prozesses
2.4.2. Konzept des Threads
2.4.3. Status der Prozesse
2.4.4. Prozesskontrolle

2.5. Gleichzeitigkeit. Gegenseitiger Ausschluss, Synchronisation und Verriegelung

2.5.1. Grundsätze der Gleichzeitigkeit
2.5.2. Gegenseitiger Ausschluss
2.5.3. Ampeln
2.5.4. Monitore
2.5.5. Weitergabe von Nachrichten
2.5.6. Grundlagen der Verklemmung
2.5.7. Prävention der Verklemmung
2.5.8. Vermeidung der Verklemmung
2.5.9. Erkennung und Wiederherstellung von der Verklemmungen

2.6. Speicherverwaltung

2.6.1. Anforderungen an die Speicherverwaltung
2.6.2. Speichermodell eines Prozesses
2.6.3. Kontinuierliches Zuteilungsschema
2.6.4. Segmentierung
2.6.5. Paginierung
2.6.6. Segmentierte Paginierung

2.7. Virtueller Speicher

2.7.1. Grundlagen des virtuellen Speichers
2.7.2. Lebenszyklus einer Seite
2.7.3. Richtlinie zur Verwaltung des virtuellen Speichers
2.7.4. Lokalisierungspolitik
2.7.5. Extraktionspolitik
2.7.6. Ersatzpolitik

2.8. Input/Output-Systeme

2.8.1. Input/Output-Geräte
2.8.2. Organisation des Input/Output-Systems
2.8.3. Verwendung des Puffers
2.8.4. Magnetische Festplatte

2.9. Schnittstelle und Implementierung des Dateisystems

2.9.1. Konzept der Datei
2.9.2. Zugriffsmethoden
2.9.3. Verzeichnisstruktur
2.9.4. Struktur eines Dateisystems
2.9.5. Implementierung des Dateisystems
2.9.6. Implementierung des Verzeichnissystems
2.9.7. Zuweisungsmethoden
2.9.8. Verwaltung von freiem Speicherplatz

2.10. Schutz

2.10.1. Ziele
2.10.2. Authentifizierung
2.10.3. Autorisierung
2.10.4. Kryptografie

Modul 3. Fortgeschrittene Betriebssysteme

3.1. Konzept des Betriebssystems

3.1.1. Funktionen des Betriebssystems
3.1.2. Prozessmanagement
3.1.3. Speicherverwaltung
3.1.4. Verzeichnis- und Dateiverwaltung
3.1.5. Die Shell: Interaktivität
3.1.6. Sicherheit
3.1.7. Designziele

3.2. Geschichte der Betriebssysteme

3.2.1. Die erste Generation
3.2.2. Die zweite Generation
3.2.3. Die dritte Generation
3.2.4. Die vierte Generation
3.2.5. Der Fall OS/2
3.2.6. Die Geschichte von GNU/Linux
3.2.7. Die Geschichte von Windows

3.3. Struktur eines Betriebssystems

3.3.1. Monolithische Systeme
3.3.2. Mehrschichtige Systeme
3.3.3. Virtualisierung
3.3.4. Exokernel
3.3.5. Client-Server-Modell
3.3.6. Verteilte Systeme

3.4. Systemaufrufe

3.4.1. Systemaufrufe. Konzepte
3.4.2. Systemaufrufe für die Prozessverwaltung
3.4.3. Systemaufrufe für die Datei- und Verzeichnisverwaltung
3.4.4. Aufrufe des Kommunikationssystems

3.5. Windows und GNU/Linux

3.5.1. Struktur von Windows
3.5.2. Struktur von GNU/Linux

3.6. Die Shell von GNU/Linux und PowerShell

3.6.1. Der Befehlsinterpreter
3.6.2. Verwendung des Befehlsinterpreters
3.6.3. GNU/Linux-Befehle
3.6.4. Grundlegende PowerShell-Syntax
3.6.5. Grundlegende PowerShell-Befehle

3.7. Shell-Programmierung

3.7.1. Skript-Programmierung
3.7.2. Syntax

3.8. GNU/Linux-Systemprogrammierung

3.8.1. Programmiersprache C unter UNIX
3.8.2. Kompilierungs-Tools
3.8.3. Fehlerbehandlung

3.9. Dateisystem-Aufrufe

3.9.1. Grundlegende Aufrufe
3.9.2. Verzeichnisaufrufe
3.9.3. Erweiterte Aufrufe

3.10. Systemaufrufe bei Prozessen

3.10.1. Grundlegende Aufrufe
3.10.2. Signale
3.10.3. Rohre

Modul 4. Computerstruktur

4.1. Grundlagen des Computerdesigns und der Entwicklung

4.1.1. Definition der Computerarchitektur
4.1.2. Entwicklung und Leistung von Architekturen
4.1.3. Parallele Architekturen und Parallelisierungsgrade

4.2. Leistungsbewertung eines Computers

4.2.1. Leistungsmessungen
4.2.2. Referenzprogramme (Benchmarks)
4.2.3. Leistungsverbesserung
4.2.4. Kosten eines Computers

4.3. Die Speicherhierarchie ausnutzen

4.3.1. Speicherhierarchie
4.3.2. Cache-Grundlagen
4.3.3. Cache-Bewertung und -Erweiterung
4.3.4. Virtueller Speicher

4.4. Speicherung und andere Input/Output-Aspekte

4.4.1. Zuverlässigkeit, Verlässlichkeit und Verfügbarkeit
4.4.2. Festplattenspeicher
4.4.3. Flash-Speicher
4.4.4. Verbindungs- und Informationsübertragungssysteme

4.5. Segmentierte Prozessoren

4.5.1. Was sind segmentierte Prozessoren?
4.5.2. Grundsätze der Segmentierung und Leistungsverbesserung
4.5.3. Entwurf eines segmentierten Prozessors
4.5.4. Funktionale Kanaloptimierung
4.5.5. Unterbrechungsbehandlung in einem segmentierten Prozessor

4.6. Superskalare Prozessoren

4.6.1. Was sind superskalare Prozessoren?
4.6.2. Befehlsparallelität und Maschinenparallelität
4.6.3. Superskalare Befehlsverarbeitung
4.6.4. Verarbeitung von Sprungbefehlen
4.6.5. Behandlung von Unterbrechungen in einem superskalaren Prozessor

4.7. VLIW-Prozessoren

4.7.1. Was sind VLIW-Prozessoren?
4.7.2. Ausnutzung der Parallelität in VLIW-Architekturen
4.7.3. Ressourcen zur Unterstützung des Compilers

4.8. Vektorprozessoren

4.8.1. Was sind Vektorprozessoren?
4.8.2. Vektoarchitektur
4.8.3. Das Speichersystem in Vektorprozessoren
4.8.4. Leistungsmessungen in Vektorprozessoren
4.8.5. Effizienz der Vektorverarbeitung

4.9. Parallele Computer

4.9.1. Parallele Architekturen und Parallelisierungsgrade
4.9.2. Motivation für das Studium von Parallelrechnern
4.9.3. Gestaltungsspielraum. Klassifizierung und allgemeine Struktur
4.9.4. Leistung von Parallelrechnern
4.9.5. Klassifizierung von Kommunikationssystemen in Parallelrechnern
4.9.6. Allgemeine Struktur eines Parallelrechner-Kommunikationssystems
4.9.7. Die Netzwerkschnittstelle in Parallelrechnern
4.9.8. Die Netzwerkverbindung in Parallelrechnern
4.9.9. Leistung von Kommunikationssystemen auf Parallelrechnern

4.10. Verbindungsnetzwerke und Multiprozessoren

4.10.1. Topologie und Arten von Verbindungsnetzwerken
4.10.2. Vermittlung in Verbindungsnetzwerken
4.10.3. Flusskontrolle in Verbindungsnetzwerken
4.10.4. Routing in Verbindungsnetzwerken
4.10.5. Kohärenz des Multiprozessorspeichersystems
4.10.6. Multiprozessor-Speicher-Konsistenz
4.10.7. Multiprozessor-Synchronisation

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