Uni Wien:Technische Grundlagen der Informatik VO (Reichl)

Daten

Vortragende	Peter Reichl, Andreas Janecek
ECTS	6,00 / 2,00
Aufgezeichnet	Nein
Sprache	Deutsch
Links	ufind:051011 , Homepage

Zuordnungen

Bachelor Lehramt Informatik	Modul Technische und gesellschaftliche Grundlagen (Pflichtfach)
Bachelor Wirtschaftsinformatik	Modul STEOP (Pflichtfach)
Bachelor Informatik	Modul STEOP (Pflichtfach)

Inhalt

Es werden die Grundlagen der heutigen Informatik gelehrt. Angefangen von wie man nur mit Hilfe von Strom Gatter schalten kann bis hin zu den Basics des Quantencomputing. Hier ein Überblick:

Bit

Zahlensysteme, besonders das Binärsystem, werden untersucht. Rechnen mit Binärzahlen umfasst grundlegende Operationen wie Addition und Multiplikation. Negative Zahlen werden im Binärsystem durch das Zweierkomplement dargestellt. Festkomma- und Gleitkommazahlen spielen in der Computerarithmetik eine Rolle. Rundungsfehleranalyse betrachtet die Auswirkungen von Fehlern bei Gleitkommazahlen.

Logik

Wahrheitswerte werden in Bezug auf ihre Darstellung und Anwendung untersucht, wobei die Boolesche Algebra grundlegende Gesetze für logische Operationen bereitstellt. Die Normalformen dienen der standardisierten Darstellung logischer Ausdrücke. KV-Diagramme bieten eine grafische Methode zur Vereinfachung boolescher Funktionen. Fuzzy-Logik erweitert die klassische Boolesche Logik, indem sie unscharfe Wahrheitswerte zulässt und somit mehr Flexibilität in der Modellierung von Unsicherheit bietet

Transistor

Logische Zustände repräsentieren den aktuellen Zustand eines digitalen Signals, wobei Halbleiter als grundlegende Bausteine der Elektronik diese Zustände umsetzen. Transistoren, als wichtige Halbleiterkomponenten, dienen zur Steuerung und Verstärkung elektronischer Signale in Schaltkreisen. CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) ist eine spezifische Technologie, die auf Transistoren basiert und in der digitalen Schaltungstechnik weit verbreitet ist, insbesondere in der Mikroelektronik

Gatterschaltung

Gatter bilden die Grundbausteine digitaler Schaltungen und ermöglichen logische Operationen. Halb- und Volladdierer sind Schaltungseinheiten, die für die Addition von Binärzahlen verwendet werden. Carry-Ripple-Addierer sind spezielle Schaltungen zur schnellen Addition von Binärzahlen. Multiplizierer sind Schaltungen, die die Multiplikation von Binärzahlen durchführen. Multiplexer und Decoder sind Bausteine, die in der Datenverarbeitung eingesetzt werden, um Signale zu steuern und zu verarbeiten. Die ALU (Arithmetic Logic Unit) ist ein zentraler Bestandteil des Prozessors und führt arithmetische und logische Operationen durch.

Speicher

ROM (Read-Only Memory) ist ein nicht-flüchtiger Speichertyp, der Daten dauerhaft speichert und beim Lesen darauf zugreift. Latches und Flip-Flops sind bistabile Schaltungen, die in der digitalen Elektronik zur Speicherung von Informationen verwendet werden. SRAM (Static Random-Access Memory) und DRAM (Dynamic Random-Access Memory) sind verschiedene Arten von Halbleiterspeichern mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie schneller Zugriff (SRAM) oder hohe Speicherdichte (DRAM). Der Speicheraufbau umfasst die Organisation und Struktur von Speichermedien, einschließlich Hierarchien wie Register, Cache, RAM und Massenspeicher.

Prozessor

Amdahl's Gesetz quantifiziert die Leistungssteigerung, die durch die Verbesserung eines bestimmten Teils eines Systems erreicht werden kann, unter Berücksichtigung der unveränderten Anteile. Abstraktionsebenen beschreiben die hierarchische Struktur in der Informatik, von der hardwarenahen Ebene bis zur höheren Softwareabstraktion. Prozessorarchitektur bezieht sich auf das Design und die Organisation eines Prozessors, einschließlich Befehlssatz, Pipelining und Cache-Struktur. Die Prozessorperformance betrachtet die Effizienz und Geschwindigkeit eines Prozessors bei der Ausführung von Anweisungen und hängt von Faktoren wie Taktfrequenz, Architektur und Parallelverarbeitung ab.

Cache

Paging organisiert den virtuellen Speicher in feste Einheiten. Caching beschleunigt den Datenzugriff durch temporäre Speicherung. Cache-Performance bewertet die Wirksamkeit eines Caches anhand von Trefferquoten und Zugriffszeiten. Cache-Organisation befasst sich mit der Struktur von Caches, einschließlich Aspekten wie Direktabbildung. Sekundärspeicher, wie Festplatten und SSDs, dient der langfristigen Datenspeicherung

Architektur

Rechnerarchitekturen beschreiben die Grundstruktur von Computern. Pipelining ist eine Technik, bei der die Ausführung von Befehlen in mehrere Stufen aufgeteilt wird, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Superskalare Architekturen ermöglichen die parallele Ausführung mehrerer Befehle pro Taktzyklus. Multicore- und Multi-CPU-Systeme nutzen mehrere Prozessorkerne oder separate Prozessoren, um simultane Verarbeitungsaufgaben zu bewältigen, was die Gesamtleistung verbessert

Quantencomputing

Qubits sind die Grundbausteine der Quanteninformation, die mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Quantengatter sind Operationen, die die Grundlage für Quantencomputeralgorithmen bilden. Verschränkung verbindet Qubits quantenphysikalisch miteinander. Teleportation ermöglicht die Übertragung von Qubit-Zuständen über Distanzen ohne Materieübertragung. Quantenalgorithmen lösen Probleme auf Quantencomputern schneller dank quantenmechanischer Prinzipien.

Ablauf

Die Vorlesung startet mit einer kurzen Introduction des Vorlesungsthemas. Anschließend werden die Folien durchgegangen und mit Beispielen auf der Tafel vertieft

Es können jederzeit Fragen gestellt werden und der Professor geht detailliert auf Unklarheiten ein.

Benötigte/Empfehlenswerte Vorkenntnisse

Es werden keine Preskills erfordert. Alle Kenntnisse werden aufbauend in den VO´s und den PUE´s vermittelt.

Vortrag

Der Vortrag ist sehr interessant gestaltet und ist in den Augen vieler Studenten das Highlight des STEOP Semesters. Zudem werden ergänzend wöchentlich

Videos zu Verfügung gestellt, die das behandelte Thema nochmals auffrischen.

Übungen

Es gibt ein dazugehöriges Repetitorium welches nicht notwendig ist, um zu bestehen, dennoch ist es empfehlenswert dieses zu besuchen, da man dort Aufgaben bekommt, welche erstens helfen, sich auf die Prüfung vorzubereiten und zweitens, einem die Möglichkeit geben, das Wissen auch mehr oder weniger praktisch anzuwenden. Die Note des Repetitoriums setzt sich zusammen aus den erledigten Aufgabenblättern, pro Woche eines, insgesamt 9, der Anwesenheit, Tafel-Präsentationen und der Teilnahme am Recap-Quiz. Das Recap-Quiz ist ein wöchentliches Kahoot Quiz, bei welchem ebenso nochmal der gelehrte Stoff wiederholt wird. Im Sommersemester gibt es teilweise von Prof. Reichl teilweise sogar Preise für die ersten Plätze. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die REP-Note sich eher aus der Mitarbeit als aus der Leistung zusammensetzt.

Prüfung, Benotung

Leistungsbeurteilung VO:

Maximalpunktezahl (P) : 70 Punkte

61 <= P <= 70 Sehr Gut (1)

52,5 <= P < 61 Gut (2)

43,5 <= P < 52,5 Befriedigend (3)

35 <= P < 43,5 Genügend (4)

0 <= P < 35 Nicht Genügend (5)

Leistungsbeurteilung Repetitorium: mindestens 27 vollständig gelöste Beispiele hochgeladen.

Ist diese Voraussetzung erfüllt, ergibt sich die Note aus:

- bis zu max 55 Punkte durch hochgeladene Beispiele (Anzahl und Qualität ausschlaggebend)

- bis zu max 15 Punkte durch Teilnahmen an den Kahoot-Quizzes

- bis zu max 15 Punkte durch Teilnahmen an den Kleingruppen erzielt werden

- bis zu max 15 Punkte durch Präsentation von zwei Beispielen in den Kleingruppen (pro Präsentation bis zu 7,5 Punkte)

Dauer der Zeugnisausstellung

Rund eine Woche

Zeitaufwand

Moderat. Empfohlen wird wöchentlich zu den Repetitorien zu gehen und die Beispiele aufzuarbeiten. Wer einige Einheiten verpasst, kann diese einfach nachholen, weil seitens der Professoren viel Material angeboten wird. Videos, Quizzes + Besprechungen, Tutorien, Übungen. Für jemanden der sogar halbwegs dabei ist und ein grundsätzliches Verständnis aufbringt, wird diese LV positiv bestehen können.

2h30 (VO) + ~2h (Beispiele aufbereiten) + 1h (Repetitorium) + 2h (Quiz.) + 1h (Wiederholung) = 8h 30/Woche

wobei Tutorium nicht dazugezählt wurde.

Unterlagen

VO-Folien + Übungsblätter aus den Repetitorien sind komplett ausreichend

Tipps

noch offen

Verbesserungsvorschläge / Kritik

noch offen

Materialien

Neues Material hinzufügen

T

• TGI Prufung - Wichtige Formeln.pdf (details)
• TGI Zusammenfassung WS21.pdf (details)