Bachelor, Vollzeit
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Studienplan
Module
Grundlagen
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Grundlagen der Digitaltechnik |
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Grundlagen der DigitaltechnikDie AbsolventInnen dieses Kurses beherrschen die Grundlagen der technischen Informatik, wie Zahlensysteme, Schaltalgebra und Fest-/Gleitkommazahlen sowie die Grundlagen zum prinzipiellen Verständnis der Funktionsweisen von ALU und CPU. Grundlagen der Digitaltechnik
Zahlensysteme, Zahlen- und Zeichencodes, Fixkomma- und Gleitkommazahlen, Schaltalgebra, Kombinatorische Schaltungen, Minimierung von Schaltfunktionen, Multiplexer, Encoder, Addierer, Aufbau einer exemplarischen ALU, Sequentielle Schaltungen, Endliche Automaten, Flipflops, Schaltwerkentwurf, Zähler, Schieberegister, synchrone und asynchrone sequentielle Schaltungen, Register, Speicher, Aufbau einer mikroprogrammierten CPU. Grundlagen der Digitaltechnik
Praktische Beispiele zur den Themen der Vorlesung - begleitet durch den Einsatz computerunterstützter Werkzeuge. |
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Software-Entwicklung und Algorithmen |
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Software-Entwicklung und AlgorithmenSoftware bereichert unser Leben heute in vielfältiger Weise. Ob es unsere Grundbedürfnisse wie Kommunikation oder Mobilität betrifft, moderne technische Geräte oder Dienstleistungen aus unserem Alltag: Erst durch Software wird dies alles möglich. Die erforderlichen Grundkenntnisse für die Entwicklung dieser Software vermittelt dieses Modul. Vorkenntnisse sind dabei nicht nötig - von der Programmierung über den Software-Entwicklungszyklus bis zur Algorithmik wird alles sukzessive erarbeitet und anhand praktischer Beispiele gemeinsam umgesetzt. Mit diesem Modul wird das Fundament für die professionelle Software-Entwicklung der Informatik gelegt, wie es für die Entwicklung kreativer Lösungen künftig benötigt wird. Software-Entwicklung 1
Programmiersprache C bzw. C++, praktische Umsetzung von Algorithmen in der Programmiersprache, gezielter Einsatz der Software-Entwicklungsumgebung zur Ablaufanalyse und Fehlersuche, Compilier-/Link-/Ladevorgang, Präprozessor, Gültigkeitsbereich und Lebensdauer, Felder und Strukturen, Listen und Bäume, Rekursionen, Speicherabbildung, Bitoperationen, Inline-Assembler, grundlegende Software-Testmethoden. Einführung in Algorithmen und Datenstrukturen: elementare Programmbausteine, Begriff des Datentyps, Anweisungen zur Ablaufsteuerung, Prozeduren und Funktionen, Ein-/Ausgabe, Darstellungsarten von Algorithmen, Methodik des Programmentwurfs, Spezifikation von Algorithmen, Abstraktionsschichten, Struktur und Entwurf von Algorithmen, Begriff der strukturierten Programmierung, Modulkonzept und Geheimnisprinzip, Datenkapselung, durch Tabellen spezifizierte Algorithmen, Besonderheit der Gleitkommazahlen, statische und dynamische Datenstrukturen, dynamische Speicherverwaltung, rekursive Algorithmen, Entrekursivieren. Software-Entwicklung 1
Begleitende, praktische Übungen im Einsatz von modernen Software-Entwicklungsumgebungen, standardisierten Programmiersprachen und Bibliotheken, Grundzüge der methodischen Software Entwicklung. |
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Einführung und Labor Elektronik |
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Einführung und Labor ElektronikIn zunehmendem Maße interagieren Systeme und Geräte mit beiden Welten, der analogen wie der digitalen. Althergebrachte Ansätze in der universitären Lehre berücksichtigen diese Entwicklung dennoch bestenfalls ansatzweise. Statt dessen werden die Prinzipien der digitalen und analogen Teilbereiche so behandelt, als ob beide jeweils völlig unabhängig voneinander betrachtet werden könnten. Im Gegensatz dazu folgt das HSD-Studium im Bereich der Elektronik dem zeitgemäßen Ansatz einer kombinierten Ausbildung. Diese hebt den starken Zusammenhang beider Teilaspekte aktueller digitaler Systeme heraus und macht diese Systeme für die Studierenden in der Theorie ebenso wie der darauf aufbauenden Praxis beherrschbar. Dieses Modul legt den Grundstein für das Verständnis analoger und digitaler elektronischer Schaltungen. Dazu vermittelt es die Methoden zu Analyse und Verständnis elektrischer Netzwerke die der analogen und digitalen Welt gemein sind und beleuchtet die Anwendung dieser Methoden auf die Schaltungen, welche die Basis jedes digitalen Systems darstellen. Den Anforderungen der zeitgemäßen Praxis folgend liegt der Schwerpunkt hierbei auf der MOS-Feldeffekt-Schaltungstechnik. Zum Einstieg in diese Materie werden Modellvorstellungen grundlegender Begriffe wie Strom, Spannung, Energie und Leistung vermittelt, die ein festes Verständnisfundament für die Elektronik legen. Ergänzend zur methodischen Einführung durch die eng miteinander verzahnten Lehrveranstaltungen Vorlesung und Übung erlaubt das Labor die Anwendung der erlernten Methoden jeweils zeitnah in der Praxis. Zusätzlich werden im Labor auch praktische Fertigkeiten zum Aufbau von Prototypen elektronischer Schaltungen und dem professionellen Umgang mit Messgeräten vermittelt. Studierende mit entsprechender Vorbildung, beispielsweise aus HTL oder Fachschule sind vom Besuch dieses Einführungsmoduls befreit. Dies ermöglicht gleichzeitig die optimale Ausrichtung der Lehrveranstaltungsinhalte an den Bedürfnissen der AbsolventInnen von Schulformen wie AHS, Hak,... Circuits & Electronics 1
Einführung und Grundlagen zur Analyse und zum Entwurf elektronischer Schaltungen: Elektrischen Grundgrößen, Analyse linearer Netzwerke, Überführung einer graphischen Schaltungsdarstellung in ein geeignetes mathematisches Modell und dessen Analyse, Modellierung elektronischer Bauelemente mit Hilfe idealisierter Grundelemente – das Konzept der Ersatzschaltung innerhalb eines Betriebsbereiches, Modellierung des in digitalen Schaltungen besonders wichtigen MOSFET, Anwendung der Groß- und Kleinsignalmodellierung. Circuits & Electronics 1
Vertiefung des Stoffes der Vorlesung anhand von praktischen Übungsbeispielen, Verwendung von Simulationswerkzeugen begleitend zur behandelten Theorie. Circuits & Electronics 1
Circuits & Electronics 2
Vertiefung der Erkenntnisse aus Vorlesung und Übung durch die Umsetzung in praktischen Labor-Versuchen und -Messungen. |
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Algebra und Analysis |
6 | 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Algebra und AnalysisDie Mathematik legt die Grundlagen für die technischen Fächer im Bereich der Elektronik, Digitale Signalverarbeitung, System- und Nachrichtentechnik und in vielen weiteren Ingenieurdisziplinen. Der sichere Umgang mit mathematischen Methoden unterstützt das zielorientierte Problemlösen in allen technischen Entwicklungsaufgaben. Algebra und Analysis 1
Elementare Funktionen, Folgen und Reihen, Grenzwerte von Funktionen, Differentialrechnung: Ableitung elementarer Funktionen, Differentiationsregeln Extremwerte, Newtonverfahren, Taylorpolynome, Taylorreihen, Regel de l`Hospital; Integralrechnung: Unbestimmtes und Bestimmtes Integral, Integrationsregeln; Lineare Algebra: Lineare Gleichungen. Algebra und Analysis 1
Beispiele zur Vertiefung und praktischen Anwendung des Stoffes der Vorlesung. Algebra und Analysis 2
Lineare Algebra: Vektoren, Matrizen, Gauß-Algorithmus; komplexe Zahlen; gewöhnliche Differentialgleichungen: Differentialgleichungen erster Ordnung, Homogene Differentialgleichungen zweiter Ordnung, Inhomogene Differentialgleichungen zweiter Ordnung, Interferenz; Differentialrechnung in 2 Variablen: Geometrische analytische Eigenschaften, Kettenregel, Exemplarische Behandlung Partieller Differentialgleichungen. Algebra und Analysis 2
Beispiele zur Vertiefung und praktischen Anwendung des Stoffes der Vorlesung. |
Hardware
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Elektronik und Schaltungstechnik |
6 | 4.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronik und SchaltungstechnikDen nahtlosen Brückenschlag von der angewandten Physik über die Elektronik hin zur Digitaltechnik, der bereits die Basis des Grundlagenmoduls "Einführung & Labor Elektronik" bildet, setzt dieses Modul fort. Auch hier wird nicht bloßes Wissen, sondern tiefgehendes Verständnis vermittelt. Die inhaltliche Ausrichtung orientiert sich konsequent an den technischen Gegebenheiten aktueller Computersysteme, bei denen hohe Verarbeitungsleistung bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch im Vordergrund steht. Während die Schaltungen im Grundlagenmodul in vereinfachter, weil idealisierter Form betrachtet wurden, wird demzufolge nun auch das zeitliche und räumliche Verhalten mit in die Analyse einbezogen - für das Verständnis der Effekte, die in schnellen digitalen Schaltungen auftreten eine unbedingte Voraussetzung. Circuits & Electronics 2
Operationsverstärker (idealisierte wie in der an die Realität angenäherten Form) als Grundbaustein der analogen Schaltungstechnik, Analyse und des Entwurfs von Netzwerken unter Beteiligung von Energiespeichern, Zeitabhängigkeit der elektrischen Größen im Sinne von Ausgleichsvorgängen, Schaltungen erster und zweiter Ordnung, Modellierung des MOSFET unter Beteiligung parasitärer Effekte der Gate-Kapazität zur analogen Realisierung einer digitalen Schaltfunktion. Circuits & Electronics 2
Vertiefung des Stoffes der Vorlesung anhand von praktischen Übungsbeispielen, Verwendung von Simulationswerkzeugen begleitend zur behandelten Theorie. Circuits & Electronics 3
Quasistationäre elektromagnetische Vorgänge und Erscheinungen in Hinsicht auf deren technische Anwendungen, Methoden zur Lösung physikalischer und technischer Aufgabenstellungen auf dem Feld des Elektromagnetismus, dynamischer elektromagnetischer Vorgänge und elektromagnetischer Wellen, elektromagnetische Welle in der 1-dimensionalen Form (Ausbreitung über eine homogene Leitung), Kettenschaltungen linearer ausdehnungsfreier Bauelemente, Analyse von Netzwerken bei nicht-sinusförmiger zeitlich veränderlicher Anregung, Analyse und Synthese von Netzwerken mit Hilfe von Zweitoren (Vierpole). Circuits & Electronics 3
Vertiefung des Stoffes der Vorlesung anhand von praktischen Übungsbeispielen, Verwendung von Simulationswerkzeugen begleitend zur behandelten Theorie. |
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Computer-Architektur und -Design |
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Computer-Architektur und -DesignDie Performance von eingebetteten Software-Systemen hängt wesentlich davon ab, inwieweit Software-Enwickler:innen die zugrundeliegende Hardware-Architektur verstehen. Gleichzeitig müssen den Hardware-Entwickler:innen die weitreichenden Auswirkungen von Entwurfs-Entscheidungen auf die Software-Applikationen beachten. Dieses Modul erklärt den Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise einfacher RISC- und CISC-CPUs und verdeutlicht den Zusammenhang zur Programmierbarkeit in Maschinensprache. Im Besonderen werden die Zusammenhänge zwischen Hardware-Struktur und zeitlichen Abläufen dargestellt. Im Bereich der hardwarenahen Programmierung steht der Umgang mit aktuellen Mikrocontroller-Plattformen im Zentrum. Der ARM-Befehlssatz und die ARM-Befehlsformate werden durch die Implementierung konkreter Assemblerprogramme genutzt und von den Studierenden verstanden. Computer Organisation & Design
Einführung in die Rechnerarchitektur: Aufbau eines Computers, Zusammenwirken und Funktionsweise der einzelnen Systemkomponenten (Prozessor, Speicher, I/O-System), Performance-Kennzahlen, Befehlsarchitektur, Einführung in Assembler: Adressierungsarten, Befehlsklassen; Datenpfad, Steuerwerk (FSM, Mikroprogrammiert), RISC/CISC, Single-Cycle-CPU, Multi-Cycle-CPU, Parallele Architekturen, Parallel-Rechner, Superskalar-Rechner, Pipelining. Computer Organisation & Design
Mikroprogrammierung, Programmieren in ARM-Assembler, Berechnung der kritischen Pfad in Single-Cycle- und Multicycle-CPUs, Abarbeiten von Programmen mit Pipelining. |
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Signale und Systeme |
3.5 | 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Signale und SystemeWie funktioniert eine mobile Nachrichtenübertragung, wie ein ABS-System? Fragen, die ohne Methodenkenntnisse zu Signalen und Systemen nicht beantwortet werden können. Ziel ist es daher, anhand von Beispielen das notwendige Methodenwissen für die Lehrveranstaltungen in höheren Semestern zu erwerben. Zunächst stehen die Methoden der Verarbeitung der zeitkontinuierlichen Signale und Systeme im Vordergrund, insbesondere die Laplace- und Fouriertransformation. In modernen eingebetteten Systemen werden die Signale nicht zeitkontinuierlich sondern –diskret verarbeitet. Wie werden zeitkontinuierliche Signale diskretisiert? Sind sie wieder fehlerfrei aus dem diskretisierten Signal rekonstruierbar? Die Antwort gibt Shannons Abasttheorem. Welche Methoden gibt es zur Analyse und Synthese von zeitdiskreten Signalen und Systemen? Die Fourier- und die z-Transformation erweisen sich als mächtiges Werkzeug zur Entwicklung der komplexen Systeme der Regelungs- und Nachrichtentechnik. Signale und Systeme
Charakterisierung von Signalen, Charakterisierung von Systemen, Laplace Transformation (Einführung, Anwendung der Laplace Transformation auf Signale und lineare zeitinvariante Systeme, Lösung von linearen Differentialgleichungen mit der Laplace Transformation, Übertragungsfunktionen, Frequenzgang, Impulsantwort, Sprungantwort, Stabilität, Anwendungen), Beschreibung analoger Signale und Systeme im Frequenzbereich (Fourierreihen, Fourier Transformation), Faltung, Auto- und Kreuzkorrelationen von determinierten Signalen, Einführung in die stochastische Signaltheorie. Signale und Systeme
Einführung in MATLAB und Anwendung des Simulationstools auf die in der Vorlesung behandelten Konzepte. Digitale Signalverarbeitung
Abtasttheorem (Abtastung analoger Signale, Anti-Aliasing Filter, Rekonstruktion), z-Transformation, Beschreibung zeitdiskreter Signale im Frequenzbereich (zeitdiskrete Fouriertransformation, DFT, FFT, Fensterung und Spektralanalyse), Zeitdiskrete LTI-Systeme (Impulsantwort, Beschreibung mit Differenzen-gleichungen, Übertragungsfunktion, Frequenzgang, Pol- und Nullstellen), Digitale Filter (FIR- und IIR-Filter, Analyse und Entwurf), Spektralanalyse, Korrelation. Digitale Signalverarbeitung
Experimentelles Anwenden der Verfahren der Digitalen Signalverarbeitung mithilfe von Simulations-Werkzeugen. |
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Chip-Design: Simulation, Synthese, Methodik |
3 | 4 | 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chip-Design: Simulation, Synthese, MethodikDieses Modul vermittelt in drei aufeinander aufbauenden Veranstaltungen vom 2. bis zum 4. Semester die Fähigkeit, digitale integrierte Schaltungen selbständig zu projektieren, mittels moderner Methoden zu konstruieren und in Form eines FPGAs zu verwirklichen. Obwohl das Thema des Moduls es vielleicht erwarten lässt, geht es hier keineswegs um den Umgang mit Schaltplänen. Vielmehr wird die Chip-Konstruktion auf der Basis von sprachlichen Hardwarebeschreibungen vermittelt, wobei die Hardwarebeschreibungssprache VHDL Verwendung findet. Dieses Modul stützt sich insofern nicht so sehr auf die Grundlagen der Elektronik als vielmehr auf das Fundament, welches in den Lehrveranstaltungen zur Softwareentwicklung und zu den Grundlagen der Digitaltechnik gelegt wird. Am Beginn des Moduls steht die detaillierte Auseinandersetzung mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL und der Funktionsweise eines Simulators für diese Sprache. Letzterer ist das wichtigste Werkzeug bei der Chip-Entwicklung, da ein Entwurf mit seiner Hilfe schon vorab "zum Leben erweckt" werden kann. Mit dem dritten Semester wird anhand eigener kleiner Chip-Designs das Erstellen einer Hardwarebeschreibung erlernt, die nicht sich nicht nur zur Simulation sondern auch zur Realisierung auf dem Chip eignet. Wie beim Erlernen einer Programmiersprache ist es auch hier von großer Bedeutung, dass neue Kenntnisse umgehend in der Praxis erprobt werden können. Daher sind alle Studierenden mit einem eigenen am Studiengang entwickelten Prototypensystem für die Erprobung der eigenen Realisierungen ausgerüstet. Hierbei handelt es sich um eine mit FPGA und Mikrocontroller bestückte Testplatine, welche die Erprobung eigener Chip-Designs ebenso zulässt wie deren Kombination mit Embedded Software, weshalb sie auch im entsprechenden Software-Modul verwendet wird. Den Abschluss dieses Moduls markiert die Vermittlung weiterführender Methoden für das Chip-Design, wie sie auch in großen industriellen Projekten, z.B. beim Design von Mikroprozessorkernen oder Signalverarbeitungseinheiten zum Einsatz kommen. Zusätzlich werden die fortgeschrittenen Möglichkeiten der Zieltechnologie FPGA anhand einer industriell weit verbreiteten FPGA-Familie dargestellt. Chip-Design: Simulation
Motivation des Hardwareentwurfs mit Hardwarebeschreibungssprachen, sequentielle Sprachelemente von VHDL; Variable, Signals und Prozesse im Simulationszyklus; Attributes, Verzögerung, Trägheit, Transport und Inertial Delay; Idealisierung: Delta-Delay; Strukturbeschreibung: entity, architecture, instantiation; Spracherweiterungen: package, Standarderweiterungen nach IEEE: 9-wertige Logik, concurrent Statements, Busse: resolution. Chip-Design: Simulation
Begleitende praktische Übungen mit modernster, industriell eingesetzter Simulations-Software. Chip-Design: Synthese
Synthese digitaler Schaltungen mittels einer Hardwarebeschreibungssprache: Realisierungsmöglichkeiten: TTL, FPGA, Standardzellen und structured ASIC; Überlick über den Entwurfsablauf; Synthesesemantik: Typen, Operatoren, statements; Gefahren asynchroner Schaltungen, vollsynchroner Entwurf, Register und komplexere speichernde Strukturen (Zähler,...); Zustandsautomaten (FSM); IEEE-Standarderweiterungen: package ieee.numeric_std. Chip-Design: Synthese
Begleitende praktische Umsetzung der Hardware-Synthese auf einem FPGA-basierten Rapid-Prototyping-System (SandboxX). Chip-Design: Entwurfsmethodik
Interner Aufbau eines FPGA-Bausteines am Beispiel des eingesetzten Prototyping-Systems; Einsatz von technologiespezifischen Zellen (RAM, ROM, ...); Entwurfsmethode: FSMD mit implizitem Datenpfad; Entwurfmethode: Trennung von Datenpfad und Steuerwerk; Entwurfsbeispiel: Realisierung eines Schnittstellenprotokolls; Kommunikation über ein Memory-Mapped-Protokoll: Entwurf eines Peripheriegerätes für eine CPU; Technologiesimulation: Post-Layout-Simulation; Umgang mit asynchronen Signalen und Clock-Domain-Crossing. Chip-Design: Entwurfsmethodik
Begleitende praktische Umsetzung auf einem FPGA-basierten Rapid-Prototyping-System. |
Embedded Computing
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Mikroprozessortechnik |
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MikroprozessortechnikMikroprozessoren sind das Kernstück jedes Embedded Systems. Das Modul Mikroprozessortechnik vermittelt Expertenwissen über Architekturen und Programmierung von 8-, 16-, 32- und 64- bit Mikroprozessorsystemen. Anhand von praktischen Beispielen werden die wichtigsten Peripherieeinheiten und die Besonderheiten der Programmierung erklärt. Systemstrukturen, Busse, und Interrupt- und Eventsysteme sowie Caches und DMA Controller sind Inhalt dieses Module Die praxisrelevante Übungen mit industriell eingesetzten Mikroprozessoren runden dieses Modul ab. Mikroprozessortechnik
Mikroprozessor: Timer, Uart, parallele Ports, Speicherzugriffe, Waitstates, Output und Input, Adress-Datenbus. Systemstrukuten und Busse: synchroner und asynchroner Bus, dezentrale/zentrale Bus Arbitration, Daisy-Chain, I/O-Mapped, memory-mapped, Bus-Signale, Handshaking. Interruptstrukturen: Priorisierung von Interrupts - zentral und dezentral, Pending Interrupt, Nested Interrupt, Autovektoren, Traps, Exeptions. Cache: Typen von Cache (vollassoziativ, direct mapped, teilassoziaitv), Cache-Kohärenz (MESI-Kohärenzprotokoll), L1, L2 Cache, Cache Clear/ Flush, Write Through, Copy-Back, Bus Snooping. Speicher: virtueller, realer Speicher, Segmentierung, Seitenverwaltung, Zugriffsschutz, Segment- und Seitendeskriptoren, TLB, MMU. Mikroprozessortechnik
Praxisrelevante Übungen mit industriell eingesetzten Mikroprozessoren. |
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Embedded Software Entwicklung |
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Embedded Software EntwicklungEmbedded Systems - wie z.B. Antiblockiersysteme bei Autos, Pulsmesser, elektrische Zahnbürsten, TV Fernbedienungen, … - verfügen über wenig Speicher und beschränkte Ressourcen. Aus diesem Grund erfolgt die Programmierung meistens in der Programmiersprache C. Die Programmierung von Embedded Systemen unterscheidet sich von der Software-Entwicklung auf PCs – sie wird daher auch Firmware-Entwicklung genannt. Dieses Modul vermittelt Expertenwissen im Umgang mit aktuellen Mikrocontroller-Plattformen und die Besonderheiten in der Erstellung von Firmware. Die Studierenden lernen dabei die Vorteile von Assembler und der Programmiersprache C sowie die Design-Prinzipien von hardwarenaher Softwareware kennen. Sie können Race-Conditions erkennen und vermeiden und beherrschen die Abschätzung von Latenzzeiten und Jitter für Echtzeitanforderungen. Hardwarenahe Programmierung
Programmierung von Mikrocontrollern in C und Assembler, Makroprogrammierung, Inline-Assembler, Einsatz von Bibliotheken, Compilerdirektiven, Besonderheiten der Erstellung von Firmware, ARM Development Tools, Bibliotheken für ARM, Trace und Debugfunktionen. |
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Kommunikation in Embedded Systems |
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Kommunikation in Embedded SystemsEmbedded Systems sind typischer Weise vernetzt und kommunizieren untereinander. Die Schwerpunkt-Themen dieses Moduls sind fortgeschrittene Kenntnisse von standardisierten Kommunikationsprotokollen und die Fähigkeit, eigene Kommunikationsschnittstellen zu definieren und zu realisieren. Es werden die Prinzipien, Gemeinsamkeiten und Unterschiede von folgenden Kommunikationsprotokollen erklärt: ISO/OSI Schichtenmodell, serielle Schnittstellen, Feldbus-Systeme, CAN-Bus, Ethernet, TCP/IP, USB. Kommunikationsnetze
Kommunikationssysteme und Übertragungsverfahren: Grundlagen für Kommunikationsprotokolle, ISO/OSI Schichtenmodell, Strukturen von Kommunikationsnetzen; Serielle Schnittstellen: RS485, RS422, RS232, Handshaking (Hardware, Software); CRC: Codierungsgrundlagen, algebraische Grundlagen, Polynomdivisionen, Generatorpolynom, Anwendungen in der Praxis; I²C: Busarbitration, Multimastermode, High Speed I²C, 7- und10-bit Adressierung; Feldbus-Systeme: Aufgaben von Feldbussysteme, Anwendungen in der Praxis, Layer2 und Layer1 von verschiedenen Feldbussystemen, Arbitrationsverfahren bei Feldbussen, CAN-Bus; TCP/IP: Protokollbeschreibung, Anwendungen und Adaptierungen für Embedded Systems. USB: Hardwarearchitektur, USB1.0, USB1.1, USB2.0, Layer1 und 2, USB-Deskriptoren, Enumeration, Firmwaretreiber. Firewire: Hardwarearchitektur, Layer 1 und 2, Arbitration, asynchron, isochron, Tree identification. Kommunikationsnetze
Ausgewählte Themen der Vorlesung werden computer-unterstützt durch konkrete Implementierungen geübt. |
Software
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Angewandte Software-Entwicklung |
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Angewandte Software-EntwicklungNachdem man mit den Grundprinzipien der Software-Entwicklung soweit vertraut ist, werden in diesem Modul weiterführende Kenntnisse vermittelt, die für die Umsetzung von Projekten aus der Informatik bedeutsam sind. Dabei liegt der Fokus auf jene Themengebiete der Informatik, die von praktischer Relevanz sind. Das sind tiefergehende Konzepte aus dem Bereich der Algorithmen und Datenstrukturen, die Beurteilung der Laufzeitkomplexitäten von Algorithmen, der Entwurf von Schnittstellen sowie die technische Umsetzung von Abstraktion und Kapselung und vieles mehr. Darüber hinaus wird heute im professionellen Umfeld der versierte Umgang mit Bibliotheken wie der C++ Standard Library und der C++ Standard-Template-Library und Know-how zur Entwicklung typunabhängiger, generischer Algorithmen erwartet, was dieses Modul ebenfalls vermittelt und mit Beispielen aus der Praxis ergänzt. Software-Entwicklung 2
Suchen, Sortieren, Zufallszahlen, Hashing, Exhaustionsalgorithmen, Topologisches Sortieren, Nichtdeterministische Algorithmen, Komplexitätsanalyse und O-Notation, Grammatik und EBNF, Exceptions; C++ Standard Library, Streams, Manipulatoren, Dateioperationen; Schnittstellen-Entwurf, Abstrakter Datentyp, Klasse und Objekt, Funktions-Templates, Klassen-Templates, Operator Overloading, Standard Template Library (STL) mit Iteratoren, Algorithmen, Sequence-Containern und assoziativen Containern, Funktoren, Negator, Binder; Entwurf generischer Algorithmen. Praktische Umsetzung mit C++. Software-Entwicklung 2
Praktische, computerunterstützte Anwendung derThemen der Vorlesung. |
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Betriebssysteme |
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BetriebssystemeDie Aufgabe eines Betriebssystems ist es, den Benutzerprogrammen ein besseres, einfaches, klares Modell des Computers zur Verfügung zu stellen. Sie lernen in diesem Kurs was sich hinter diesem Modell verbirgt, wie ein modernes Betriebssystem funktioniert, wie es aufgebaut ist und welche Konzepte dahinter stecken. Der ergänzende, praktische Übungsbetrieb im Labor rundet die erworbenen Kenntnisse der Vorlesung ab und festigt das Verständnis für die Software-Schicht "Betriebssystem". Grundlagen der Betriebssysteme
Betriebssystemarchitekturen, Kernel, Prozess- und Threadkonzept, Scheduling und Scheduling-Algorithmen, Speicherverwaltung, virtueller Speicher: Einfaches Paging, mehrstufiges und invertiertes Paging, Paging- Algorithmen, Entwurfskriterium für Paging-Systeme, Speicher-Segmen-tierung, Dateisysteme: Benutzersicht und Implementierung, virtuelle Maschinen, Systemdienste, Kernel- und User-Mode, aktuelle Betriebs-systeme in der Praxis (Unix/Linux, MS-Windows, …). Grundlagen der Betriebssysteme
Makefiles, Grundlagen der C-Programmierung, Debugging, Elementare I/O-Funktionen, Standard I/O-Funktionen, Error-Handling, Dateien und Verzeichnisse: Zugriffsfunktionen und -rechte, Environment eines Prozesses und Prozesshierarchie, Erzeugen und Warten auf Prozesse. |
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Software-Architektur und Design-Pattern |
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Software-Architektur und Design-PatternDie Entwicklung anspruchsvoller Software erfordert Kreativität, Präzision, Lernfähigkeit und die Bereitschaft, immer wieder neue Sachverhalte zu durchdringen und intelligent zu strukturieren. Vor dem eigentlichen Coden steht die Entwicklung der Software-Architektur, dem Grundgerüst der Software-Applikation. Die bereits im Softwareentwurf erworbenen Kenntnisse samt der objektorientierten Programmierung dienen als Grundlage für diese Lehrveranstaltung und bilden die Basis für die Erstellung moderner Software-Architekturen in allen Anwendungsbereichen. Erfinden Sie das Rad nicht neu - nutzen Sie die in der Praxis bewährten Entwurfsmuster (Design-Pattern) für einfache und elegante Lösungen aller spezifischen Probleme des objektorientierten Softwareentwurfs. SW-Architektur und Design-Pattern
Software-Entwurfsmethodiken, Objekt-orientierte Analyse (OOA), Objekt-orientiere Modellierung und Design (OOD), grundlegende Architektur-Pattern (Grobdesign), klassische Design Pattern, Design Prinzipien wie Design by Contract, Open-Closed Prinzip und Liskov Substitution Principle; Objekt-orienterte Programmierung (OOP), begleitendes Dokumentationswesen, Erstellung von Systemdokumentationen. SW-Architektur und Design-Pattern
Praktische Umsetzung der Konzepte aus der Vorlesung mit Objekt-orienterter Programmierung in C++. |
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Parallele Software, Prozesse und Threads |
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Parallele Software, Prozesse und ThreadsModerne Prozessoren verfügen über mehrere Rechenkerne. Damit eine Software-Applikation davon profitieren kann, etwa um Rechenoperationen zu beschleunigen, muss parallele Software entwickelt werden. Moderne Chip-Multiprozessor-Systeme benötigen hierfür Konzepte wie das Multiprocessing oder Multithreading. Richtig angewandt ist das nicht nur ein sehr spannendes, sondern auch anspruchsvolles Terrain. Darüber hinaus wird in diesem Modul die Interprozesskommunikation für den Datenaustausch innerhalb eines Computersystems als auch die Netzwerkprogrammierung für den Austausch von Informationen in ganzen Rechnernetzen vermittelt. Das umfasst die Kommunikation im Internet wie auch Cluster-, Cloud- und Gridcomputing. Parallele SW/Systemprogrammierung
Systemnahmes Programmieren, Multiprocessing, Multithreading, funktionale Parallelität und Datenparallelität, Parallelisierungstechniken für Multicore-Systeme und Message Passing-Systeme, Surface-Volume-Effekt, OpenMP, Speedup, Scheduling, Deadlock, Race Condition, Starvation, Synchronisationstechniken, Reentrancy, Thread-Safety, Client-Server-Prinzip, Interprozesskommunikation (lokal und rechnerübergreifend); Behandlung der Konzepte und Techniken in den Betriebssystemen Unix und Windows. Parallele SW/Systemprogrammierung
Praktische Umsetzung der Konzepte der Vorlesung mit C und C++. |
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Systemmodellierung und agile Prozessmodelle |
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Systemmodellierung und agile ProzessmodelleWie entwickelt man ganze Systeme? Wie geht man dabei möglichst versiert vor? Diese Fragen aus der Praxis beantwortet dieses Modul. Im Mittelpunkt steht die Methodik des Entwurfs von softwareintensiven Systemen mit modernen Modellierungssprachen. Hier werden iterative und agile Prozessmodellen wie XP, Scrum, Kanban und TDD gezeigt und auf die Prinzipien der evolutionären Vorgangsweise in der modernen Systementwicklung eingegangen. Somit verfügt man als Absolvent über das nötige Wissen, softwarelastige Projekte mit unterstützenden Werkzeugen systematisch durchzuführen. Projektmanagement und System-Modellierung
Technisches Projektmanagement: Erstellung von Anforderungsdokumenten wie Lasten- und Pflichtenhefte, Review-Techniken, Risikomanagement, Ressource-Management, Zeit- und Kostenschätzung, Milestones, Projektplanung mittels Projektstrukturplan und Projektablaufplan, Release-Planung, Rollenverteilung, Kompetenz und Verantwortung. Einführung in die Modellierung mit UML, Anwendung der UML für die Analyse und den Entwurf von Software-Systemen, Behandlung von klassischen und agilen Software-Prozessmodellen, agile und iterative Software Entwicklung, Softwaretest-Methodik, Komponententest, Methodik der Fehler- und Performanceanalyse von Software, Software-Metriken, Techniken zur Verbesserung von existierenden Programmcode (Refactoring). Projektmanagement und System-Modellierung
Vertiefen der Konzepte der Vorlesung durch den praktischen Einsatz moderner Software-Werkzeuge begleitend zu den jeweiligen Software-Projekt-Phasen. |
Praxis und Personal Skills
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Projektmanagment |
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ProjektmanagmentManagement ist die Transformation von Wissen in Ergebnisse. Das Modul konzentriert sich hierbei auf technisches Projektmanagement, welches heute von jedem Absolventen benötigt wird - ob mit oder ohne Projektverantwortung. Hier wird das nötige Handwerkszeug vermittelt, welches man in der Praxis benötigt, um gezielt Ergebnisse zu erreichen und Projekte erfolgreich zu führen. Projektmanagement und System-Modellierung
Technisches Projektmanagement: Erstellung von Anforderungsdokumenten wie Lasten- und Pflichtenhefte, Review-Techniken, Risikomanagement, Ressource-Management, Zeit- und Kostenschätzung, Milestones, Projektplanung mittels Projektstrukturplan und Projektablaufplan, Release-Planung, Rollenverteilung, Kompetenz und Verantwortung. Einführung in die Modellierung mit UML, Anwendung der UML für die Analyse und den Entwurf von Software-Systemen, Behandlung von klassischen und agilen Software-Prozessmodellen, agile und iterative Software Entwicklung, Softwaretest-Methodik, Komponententest, Methodik der Fehler- und Performanceanalyse von Software, Software-Metriken, Techniken zur Verbesserung von existierenden Programmcode (Refactoring). Projektmanagement und System-Modellierung
Vertiefen der Konzepte der Vorlesung durch den praktischen Einsatz moderner Software-Werkzeuge begleitend zu den jeweiligen Software-Projekt-Phasen. |
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Fachsprache Englisch |
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Fachsprache EnglischEnglisch ist DIE Sprache der Kommunikation in internationalen Projekten und DIE Sprache der Literatur über High-Tech-Entwicklungen: Teamarbeit, Umgang mit Fachliteratur; mündliche und schriftliche Arbeit von fachbezogenen Inhalten; überzeugtes, selbstsicheres Auftreten in alltäglichen Situationen wie z.B. Vorstellungen von sich und Anderen, Small-Talk, Vertreten der eigenen Meinung, Streitgespräche, Einbringen und Bearbeitung von Beschwerden, sowie die Beherrschung von Vorstellungsgesprächen sind Thema dieses Moduls. Weitere Kompetenzen sind die mündliche und schriftliche Präsentation von Arbeitsergebnissen und fachbezogenen Inhalten sowie überzeugtes, selbstsicheres Auftreten in den unterschiedlichsten Situationen. Fachsprache Englisch 1
Es werden grammatikalische Schwerpunkte aufgefrischt und vertieft, der fachspezifische bzw. alltägliche Wortschatz erweitert und wichtige Redewendungen vermittelt, um eine Verbesserung des schriftlichen und mündlichen Ausdrucks zu erreichen. Themenbereiche sind, unter anderem, Bewerbungsunterlagen, Einstellungsgespräche, sowie aktuelle fachspezifische und allgemeine Themen. Fachsprache Englisch 2
Erweiterung des fachspezifischen bzw. alltäglichen Wortschatzes; wichtige Redewendungen, um eine Verbesserung des schriftlichen und mündlichen Ausdrucks zu erreichen. Themenbereiche sind, unter anderem, Ursache und Wirkung, Voraussagen, Einblicke (historisch, gegenwärtig und zukünftig) in Computer Firmen wie HP, IBM, Google, Microsoft sowie andere IT Hot-Spots. Fachsprache Englisch 3
Schärfung des fachspezifischen bzw. alltäglichen Wortschatzes; wichtige Redewendungen, um eine Verbesserung des schriftlichen und mündlichen Ausdrucks zu erreichen. |
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Business Management |
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Business ManagementDie Studierenden lernen die Grundprinzipien des Wirtschaftens und erfahren, was es für die Gründung eines eigenen Startups braucht. Sie wissen nach Abschluss des Moduls nach welchen Kriterien heute Unternehmen zu führen sind (Kundenorientierung statt Shareholder-Value-Prinzip, Überlebensfähigkeit statt Gewinnorientierung, Spezialisierung statt Diversifikation, Nutzen- statt Produktorientierung, Adaptivität statt Langfristplanung, uvm.) und sind mit den wesentlichen unternehmerischen Instrumenten vertraut. Zudem kennen sie die wichtigsten Rechtsformen und können die verschiedenen Beschäftigungsverhältnisse einordnen und sind mit den nötigen ökonomischen Grundbegriffen vertraut. Allgemein sind in diesem Modul jene Inhalte von besonderer Relevanz, die den späteren AbsolventInnen der technischen Wissenschaften eine zuverlässige Orientierung in der Unternehmens-, Finanz- und Wirtschaftswelt ermöglicht. Business Management
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Sozialkompetenz |
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SozialkompetenzPräsentationstechnik
Planung und Strukturierung von Präsentationen, Präsentationstypen, Visualisierungsregeln, Erstellung von Handouts, Stellenwert der Umgebung, Vor- und Nachteile unterschiedlicher Präsentationsmedien, Stellenwert des richtigen Medienmix, Übung von Präsentationen mit Videoanalyse, Umgang mit Nervosität. Kreativitäts- und Kommunikationstechnik
Kennenlernen und Üben von Methoden zur Ideenfindung (Brainstorming, Reizworttechnik, Brainwriting, Mindmapping, etc.), Einführung in die Moderationstechnik, Grundlagen der Teamarbeit (Gruppennormen, Rollen, Leistungsverhalten, Risikobereitschaft etc.), Kommunikationsmodelle, Üben der freien Rede, Stellenwert verbaler und non-verbaler Kommunikation, Argumentationsmuster, effektive Zuhören als Mittel der Konfliktprophylaxe, aktives Zuhören. Projekt- und Team-Arbeit
Rollen innerhalb des Projektteams, Struktur von Entscheidungsprozessen, Informationsfluss, Grundlage für effektive Kommunikation in Gruppen, kommunikative Prozesse in Gruppen, Grundlage der Gesprächsführung, Schwierigkeiten und Konflikte, Konfliktmanagement. |
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Studienprojekt |
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StudienprojektDie praktische Arbeit in Projekten spielt eine wichtige Rolle im Studium. Die Studienprojekte starten im 4. Semester und werden bis zum Ende des 5. Semesters fortgesetzt. Mit dem Projekt beginnt die Phase intensivierter Praxiserfahrung im Studium. Im 6. Semester schließt das Berufspraktikum an, in dem ein enger Industriekontakt aufgebaut wird. Die meisten Projektthemen kommen von den zahlreichen Industriepartnern mit denen der Studiengang in engem Kontakt steht. Auch der Forschungsbereich der FH-OÖ - der größte seiner Art innerhalb Österreichs - ist ein häufiger Kooperationspartner der Projekte. Nicht selten aber hat das Projektthema seinen Ursprung auch direkt bei den Studierenden selbst. Für kreative Ideen haben die Professoren von HSD stets ein offenes Ohr. Bearbeitet werden die Projekte in Teams von 4-6 Studierenden, denen ein Professor des Studiengangs zur Seite steht. Dessen Rolle ist die eines Coaches, der die Studierenden bei ihrem Projekt unterstützt und sie berät. Die Projektleitung hingegen liegt bei den Studierenden selbst, deren Team für die Dauer des Projektes wie ein kleines Unternehmen agiert - mit genauer Aufgabenteilung, Projektplanung, selbst definierten Zielvorgaben und eben allem was dazugehört. Begleitend wird durch eine/n Teamcoach "Arbeiten und Konfliktlösungen im Team" anhand konkreter Situationen aufgearbeitet: Rollen innerhalb des Projektteams, Struktur von Entscheidungsprozessen, Informationsfluss, Grundlage für effektive Kommunikation in Gruppen, kommunikative Prozesse in Gruppen, Grundlage der Gesprächsführung, Schwierigkeiten und Konflikte, Konfliktmanagement. Projektarbeit
Projektarbeit
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Bachelorarbeit |
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BachelorarbeitBachelorarbeiten sind eigenständige, selbständig abzufassende, vorwissenschaftliche, schriftliche Arbeiten. Mit diesen Arbeiten weisen die Studierenden die Fähigkeiten nach, ausbildungsrelevante Aufgabenstellungen und Zusammenhänge selbstständig und mit wissenschaftlichen Methoden bearbeiten und die Ergebnisse klar darzustellen zu können. Es sind vor dem Studienabschluss zwei derartige Arbeiten zu erstellen: 1. Eine Arbeit zu Themen aus dem Qualifikationsprofil des Studiengangs. 2. Eine Arbeit, die in engem Zusammenhang mit dem Berufspraktikum oder einer gleichwertigen Projektarbeit stehen. Die beiden Bachelorarbeiten können das gleiche Themengebiet behandeln, müssen sich jedoch unterschiedlichen Aufgabenstellungen widmen. Seminar Bachelorarbeit I
Bachelorarbeit I
Verfassen einer Bachelorarbeit zu einem Kernthema aus dem Studium auf wissenschaftlicher Grundlage. Bachelorarbeit II
Seminar Bachelorarbeiten
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Berufspraktikum |
18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BerufspraktikumIm Berufspraktikums wird das im Studium erworbene theoretische und praktische Wissen in der beruflichen Praxis angewendet. Im Regelfall wird das Praktikum in facheinschlägigen gewerblichen/industriellen Unternehmen oder in Forschungseinrichtungen (im In- oder Ausland) absolviert. Die Tätigkeit erfolgt in einem Aufgabengebiet im Rahmen des Qualifikationsprofils des Studiengangs. Die Studierenden werden bei der Suche nach geeigneten Praktikumsstellen unterstützt. Diese Unterstützung zielt auf die Bereitstellung von Kontakten zu qualitativ hochwertigen Praktikumstellen und die Präzisierung und Vereinbarung eines konkreten Projekts für das Praktikum ab. Berufspraktikum
Im Rahmen des Berufspraktikums arbeiten die Studierenden in einem Unternehmen, das im Berufsfeld des Studiengangs angesiedelt ist, an konkreten Aufgabenstellungen und Projekten mit, um so Erfahrungen im professionellen Umfeld zu sammeln und die während des Studiums erworbenen Kenntnisse praktisch zu vertiefen. Die Integration in das Unternehmens und die Arbeit des Projektteams sowie die dabei gewonnenen persönlichen Erfahrungen sind wichtige Elemente des Praktikums. Zusätzlich werden persönliche Interessen, Neigungen und eine profunde Einschätzung des Berufsfelds in realsozialer Umgebung weiterentwickelt. Kurz gesagt: Arbeiten an einem konkreten Thema in der industriellen Praxis. |
Wahlmodule
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Chip-Design: ASICs |
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Chip-Design: ASICsNach Absolvierung dieses Moduls verfügen die Studierenden über tiefgehende Kenntnisse zum digitalen Schaltungsentwurf auf einer ASIC-Standardzellen-basierten CMOS-Technologie wie sie bei komplexen digitalen integrierten Schaltungen zur Anwendung kommen. Die Absol-ventInnen verstehen die Anwendung und das Funktionsprinzip der Statischen Timinganalyse und des Clock-Trees im Detail. Die AbsolventInnen können eine Post-Synthese-Simulation mit SDF-Timing durchführen und haben ihre Kenntnisse zum vollsynchron-sequentiellen Schaltungsent-wurf in VHDL anhand einer 16bit-RISC-CPU vertieft. Ergänzend dazu wurde Wissen aufgebaut, wie eine asynchrone Komponente anzukoppeln ist. Zudem verstehen die AbsolventInnen die Grundzüge des CMOS-Halbleiter¬herstellungsprozesses und den Aufbau von digitalen Standard-zellen-Bibliotheken für die Synthese und die Simulation (basierend auf dem VITAL-Standard). Chip-Design: ASICs
Umsetzen des bisher erlernten anhand einer komplexen digitalen Schaltung (16bit RISC-Prozessor), inkl. Architekturanalyse, VHDL-Modellierung, Simulation, Synthese (auf der Basis einer ASIC-Library), statischer Timinganalyse. Übersicht zum State-of-the-art ASIC-Entwurf: Auswirkung der RTL-Modellierung auf das Synthese-Ergebnis, Clock-Tree, Timing-Annotation (SDF), Aufbau und Inhalt von Simulation- (VITAL)- und Synthesis-Libraries, Übersicht zum Herstellungsprozess (CMOS). Vorlesung und Übung sind stark ineinander verschränkt. Chip-Design: ASICs
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Mikroelektronik und Schaltungstechnik |
5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mikroelektronik und SchaltungstechnikDie schaltungstechnischen Grundlagen aus den LVA der Semester 1 bis 4 werden zum einen vertieft, zum anderen aber auch weiter in die Breite geführt. Nach Abschluss dieses Moduls wird der Umgang mit parasitären Effekten wie sie in realen Schaltungen digitaler und analoger Natur eine Rolle spielen beherrscht. Insbesondere wird deren Modellierung und Simulation auf der Ebene ausdehnungsloser Elemente vermittelt. Diegenaue Kenntnis der zu Grunde liegenden physikalischen Zusammenhänge wird jedoch nur da vermittelt, wo dies zum Verständnis des Verhaltensmodells notwendig ist. Das Modul muss sich auf einen Ausschnitt der Mikroelektronik und Halbleiterschaltungstechnik beschränken. Dieser ist daher so gewählt, dass die den Schaltungen zu Grunde liegenden Methoden in die Kompetenz der ModulteilnehmerInnen übergehen und somit als Basis für den selbstständigen Ausbau in der beruflichen Praxis einerseits und aufbauende LVA in einem Master-Studium andererseits dienen können. Mikroelektronik und Schaltungstechnik
SPICE-Simulationsmodelle für elektronische Bauelemente: Aufbau, Genauigkeit, Quellen; IBIS-Modellierung von Chip-I/O: Einbindung von IBIS-Modellen in die SPICE-Simulation. Modellierung der Diode, Analyse nichtlinearer Schaltungen (mit Dioden), Zenerdiode und Suppressordiode, Kapazitätsdiode, Leuchtdiode, Fotodiode; Schaltungsbeispiele mit Dioden; Ebers-Moll-Ersatzschaltbild des BJT, Logische Funktionsrealisierung mit bipolaren Elementen (TTL,...), Kleinsignalersatzschaltung des BJT, Arbeitspunkteinstellung; Transistorschaltungen: Stromquellen, Stromsenken, Stromspiegel, Differenzverstärker, Oszillatoren, Synthesizer und Funktionsgeneratoren (PLL), Kippstufen, Logikfamilien, Speicherfamilien, Spannungsversorgung: Spannungsstabilisierung und –referenz, lineare Spannungsregler, Schaltregler Fortgeschrittene Schaltungstechnik des MOS-Transistors: Latch-Up-Effekt, Miller-Kapazität, Überspannungsschutz Elektrische Ebene digitaler Datenübertragung: Signalpegel, Schwellspannung, Störabstand, dynamisches Verhalten, gängige Definitionen der elektrischen Ebene bei unsymmetrischer Leitungsführung (CMOS, TTL, SSTL, PCI,...), differentielle Signalführung (LVDS, USB,...), Potentialtrennung durch optische und magnetische Kopplung; ADC und DAC: Idealer Umsetzer, statische Fehler bei der Umsetzung, dynamische Fehler bei der Umsetzung; DAC-Verfahren: R2R-Netzwerk, Pulsweitenmodulation; ADC-Verfahren: Parallelumsetzer, Wägeverfahren, Wägeverfahren nach dem switched-capacitor-Prinzip, Pipelined-ADC, Sigma-Delta-ADC; Außenbeschaltung von ADC und DAC: Analoge Pegelumsetzung, Tiefpassfilter, Sample&Hold-Eingänge, Differentielle ADC-Eingänge Mikroelektronik und Schaltungstechnik
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System-on-Chip-Design |
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System-on-Chip-DesignDie Methodik des Entwurfs von komplexen System-on-Chip-Systemen zur effizienten Verarbeitung digitaler Signale ist Thema dieses Moduls. Die Studierenden realisieren eine Simulationsstrecke einer bit-genauen (bit-true) Simulation in Matlab und optimieren deren Parameter, um ein Konzept für eine effiziente Implementierung in digitaler Hardware zu entwickeln. In diesem Module werden die wichtigsten Bausteine der digitalen Signalverarbeitung erlernt und in Festkomma-Arithmetik auf einem FPGA umgesetzt. System-on-Chip-Design
Konzepte zur Systemsimulationen und Hardware-Implementierung von Algorithmen der Digitalen Signalverarbeitung in unterschiedlichen Anwendungsgebieten: Fixed-Point-Arithmetik, das Fractional-Format, Quantisierungseffekte bei der AD-Wandlung, Quantisierungseffekte bei der Umsetzung von Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung in Fixed-Point-Arithmetik (Quantisierung von Filterkoeffizienten, quantisierte Arithmetik), Skalierung, Optimale Strukturen zur Hardware-Implementierung. Systemsimulation in VHDL: Lesen und Schreiben von Dateien aus der VHDL-Simulation; Simulation eines Systems zur digitalen Verarbeitung von Signalen in Fixed-Point-Arithmetik; Signalverarbeitung mit abstrakten Datentypen. Realisierung des Systems zur Verarbeitung digitaler Signale auf einem FPGA-Prototypenboard. Implementation komplexer Strukturen zur digitalen Signalverarbeitung auf einem FPGA (Arithmetik, Verzögerungen, …). System-on-Chip-Design
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Robotik und Regelungstechnik |
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Robotik und RegelungstechnikDie Robotik betrachtet Manöver, d.h. definierte Aufgaben, die ein Roboter verrichten soll. Der Begriff Roboter soll dabei entsprechend großzügig aufgefasst werden: Eine Maschine, die durch Greifen, Heben, Transportieren, Manipulieren usw. eine mechanische Arbeit verrichtet. Diese Arbeit besteht aus Prozessabläufen, die einer Automatisierung in der Form einer Steuerung und/oder Regelung bedürfen. Die Studierenden beherrschen die Grundlagen der Steuerungs- und Regelungstechnik und ihre Anwendung im Bereich der Robotik. Diese Know-how ist die notwendige Basis für die klassische Industrie Robotik sowie der mobilen Robotik. Robotik und Regelungstechnik
Vermittlung der Grundlagen, Verfahren und Werkzeuge zum Entwurf von analogen und digitalen Regelkreisen (unter Verwendung geeigneter Simulationstools wie beispielsweise MATLAB/SIMULINK): Modellbildung von Regelstrecken im Zeit- und Frequenzbereich, Intuitiver Reglerentwurf mit Hilfe von einfachen Reglern (Zweipunktregler, PI-Regler), Vorstellung wichtiger Reglertypen (P, PI, PID, Lead/Lag), Systematischer Reglerentwurf mit Hilfe des Frequenzkennlinienverfahrens (zeitkontinuierlicher und digitaler Entwurf), Verifikation mit Hilfe der Simulation. Robotik: Vermittlung der Grundlagen, Verfahren und Werkzeuge zur Analyse und zum Entwurf der Kinematik und Dynamik von Robotern. |
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Nachrichtenübertragung |
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NachrichtenübertragungWas ist Information? Wie funktionieren eine drahtlose und mobile Nachrichtenübertragung und eine Nachrichtenübertragung über ein Glasfaserkabel? Wie wird die Nachricht im Sender physikalisch repräsentiert? Wie kann die Nachricht trotz Störungen durch Rauschen und Verzerrungen fehlerfrei im Empfänger rekonstruiert werden? Diese und weitere zentrale Fragen werden in der Nachrichtenübertragung vertieft. Neben den klassischen analogen Übertragungstechniken Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM) werden die Pulscodemodulation (PCM) sowie die digitalen Übertragungsverfahren behandelt. Nachrichtenübertragung
Eigenschaften von Übertragungskanälen, Basisbandsignale, Bandpasssignale, äquivalente Basisbandsignale, trägermodulierte Übertragung, Analoge Modulationsverfahren: (AM, FM, PM, Sender- und Empfängerstrukturen, Einflüsse linearer Verzerrungen, additive Rauschstörungen), Pulscodemodulation (PCM): Quantisierungsrauschen, optimale Quantisierung, nichtlineare Kompandierung, S/N Verhältnis bei Übertragungsfehlern, differentielle PCM, Digitale Übertragung: digitale Übertragung im Basisband (Nyquist-Kriterien, Matched-Filterung, Pulsformung, Bitfehlerwahrscheinlichkeit), Digitale Modulationsverfahren (lineare und nichtlineare Modulationsverfahren), Prinzipien der Demodulation, Übertragung unter Impulsinterferenz-Bedingungen), digitale Bandpassübertragung. Nachrichtenübertragung
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Mikroprozessor-Labor |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mikroprozessor-LaborDieses Modul beschäftigt sich mit der Analyse von Mikroprozessorsystemen und Konzepten zur Fehlersuche. Besonderes Augenmerk wird auf den Zusammenhang zwischen Prozessorarchitektur (Caches, Pipeline, Bus- und Speicherhierarchien) und dem Zeitverhalten des Mikroprozessorsystems gelegt. Darüber hinaus können die Studierenden On-Chip Trace- und Debugging-Hardware, Oszilloskope, Logik- und Protokollanalysatoren einsetzen, um die richtige Funktionsweise von Mikroprozessorsystemen messtechnisch nachzuweisen bzw. Fehler zu lokalisieren. Mikroprozessor-Labor
Analyse und Messung von 32-Bit Mikrocontrollersystemen: Messungen mit einem Oszilloskop, Programmanalyse mit On-Chip Debugging- und Tracing-Modulen, Analyse von Adress/Daten-Bus und Kommunikationsschnittstellen mit Oszilloskopen, Übergang von C – Assembler - Hardware, Interruptlatenz, Caches, DMA-Controller, Pipelining, zeitliche Einschränkung bei der Programmabarbeitung, non-intrusive Debugging. |
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Linux Device Drivers |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Linux Device DriversLinux in meinem WLAN-Router und in meinem Drucker? Ja, sicher! Die Anbindung bzw. Einbindung von Geräten in das Betriebssytem Linux ist nicht nur auf Desktop-PCs, sondern auch in Embedded Systems und in einem SoC (System-on-Chip) der Schlüssel für ein leistungsfähiges und gleichzeitig flexibles Gesamtsysstem. Der Zugriff auf externe Geräte erfolgt in einem modernen Betriebssystem von einer User-Mode Applikation über Systemaufrufe, Gerätetreiber und IO-Zugriffe. Dieser Kurs vermittelt die Fähigkeit, Linux-Device-Treiber selber zu entwickeln und zu testen. Linux Device Drivers
Linux Versionsverwaltung, Cross Compilation, Inbetriebnahme ARM FPGA Plattform, IO-Zugriffe, Debugging, Tracing, Device Tree, Platform Driver, Character Device, Linux Subsysteme, Linux Synchronisation, Linux Signalisierung. |
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Embedded Visualization with Qt |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Embedded Visualization with QtIm Mittelpunkt des Moduls steht die Entwicklung von plattformunabhängigen Visualisierungen für Embedded- und Desktop-Systeme. Es wird die methodische Vorgangsweise anhand spezieller Cross-Compiler für das Visualisierungs-Framework (Qt) samt aktueller deklarativer Programmierung (QML) vermittelt. Durch Einbindung des Hardwaresystems (Raspberry Pi, inkl. Sensorik und Touchscreen), können hardware-spezifische Aspekte wie OpenGL-basierte Animationen untersucht und die Unterschiede bezüglich einer optimalen Usability auf eingebetteten Systemen analysiert werden. Embedded Visualization
Einführung und Grundprinzipien der Embedded Visualization, methodische und konzeptionelle Vorgangsweisen, praktische Umsetzung mit dem Qt-Framework auf der embedded Raspberry-Plattform (Raspbian Grundlagen, Qt Grundlagen, Qt Signal und Slots, Qt Development-Tools für C++, Qt Kits, Cross Compiler Toolchains, Embedded Linux Build-Systeme (Yocto), Responsive GUI Design, Qt-Designer, Qt Layouts, Qt Widgets, Qt Mainwindow, Qt Model View Programming, Qt SQL interface, Qt proxy models, Qt virtual keyboards, Qt Event system, Qt Quick (QML), Qt Quick animations and transitions). |
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Künstliche Intelligenz, Machine Learning |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Künstliche Intelligenz, Machine LearningIn diesem Modul werden aktuelle AI Technologien und deren Fähigkeiten vorgestellt. Dadurch werden die TeilnehmerInnen in die Lage versetzt, für Aufgabenstellungen die richtigen AI Komponenten auszuwählen und miteinander zu vernetzen um auch komplexere Problemstellungen prototypisch zu lösen. Weiters wird Kompetenz vermittelt, wie solche Prototypen für den Produkteinsatz verändert und getestet werden müssen. Einführung in die Künstliche Intelligenz
Definition und Kontext von AI und Machine Learning, Ansätze zur Entwicklung und Realisierung von AI Systemen, AI Komponenten, Frameworks und deren Fähigkeiten, Einsatz in Produktivsystemen, Forschungsbereiche und offene Probleme, Übungsbeispiele in Python basierend auf Tensorflow |
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Data Engineering & Cloud Computing |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Data Engineering & Cloud ComputingDie Studierenden kennen die wichtigsten Grundlagen des relationalen Datenbankentwurfs (inkl. Datenmodellierung) und beherrschen dessen Anwendung. Sie sind mit den Einsatzmöglichkeiten und den Verwendungsarten von relationalen Datenbanken vertraut. Darüber hinaus kennen die Studierenden die wichtigsten Aspekte von modernen Themengebieten wie „Internet of Things“ (IoT), „Cloud Computing“, sowie die Konzepte der Datenanalyse in Verbindung mit „Big Data“ und können in diesen Bereichen auch Datenbanken sinnvoll einsetzen. Data Engineering
Dieses Modul vermittelt die Inhalte in Form eines interaktiven Vortrages mit theoretischen Basisinformationen und praktischen Modellierungs- und Programmier-Beispielen. Grundkonzepte: (1) Datenmodellierung mit dem ER-/EER-Modell, (2) Relationales Modell, (3) Funktionale Abhängigkeiten und Normalisierung, (4) SQL. Weitere ausgesuchte Aspekte im Bereich der relationalen Datenbanken sind Sichten, Datensicherheit, Transaktionen und Mehrbenutzersynchronisation. Weiterführende Konzepte sind Datenbank-Anbindung (Datenbankzugriff in eigenen Anwendungen), Cloud-Computing, Big Data, Internet of Things. Zu den angeführten Themen werden auch praktische Übungen durchgeführt. Zusätzlich erwerben die Studierenden in einem größeren Übungsprojekt weiteres praktisches Wissen, mit dem sie Aufgabenstellungen im Bereich von relationalen Datenbanken im Kontext von Cloud Computing lösen kön-nen. |
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Software-Entwicklung mit Java |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Software-Entwicklung mit JavaDie AbsolventInnen dieses Moduls kennen die Konzepte der Java-Technologie und wenden diese in plattformunabhängigen Programmen an. Es wird ein Überblick über die Java-Standardbibliothek (JDK) und das Java–Laufzeitsystem (JRE) gegeben. Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung von graphischen Benutzerschnittstellen gelegt, die sowohl deklarativ in Form von Programmcode, als auch mit Hilfe von Generier-Werkzeugen erstellt werden. Die Lehrveranstaltung vermittelt die Inhalte in Form eines interaktiven Vortrages mit theoretischen Basisinformationen und praktischen Codier-Beispielen. Software-Entwicklung mit Java
Grundlegende Sprachelemente und Vergleich zu C++: Klassen und Ob-jekte, Vererbung, Polymorphismus, Exceptions, Interfaces. Java-Standardbibliothek, Collections, GUI-Programmierung: GUI-Elemente, Eventhandling, MVC-Architektur, Animation, Einsatz von Werkzeugen zur GUI-Erstellung, Serialisierung, Netzwerkprogrammierung (Client/Server), Threading, Java Native Interface (JNI), Android-Programmierung, JavaFX-Technologie. |
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Design of Printed-Circuit-Boards |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Design of Printed-Circuit-BoardsDie TeilnehmerInnen erwerben theoretische und praktische Grundkenntnisse im Entwurf von Schaltplänen und Layouts für Leiterplatten. Sie können mit diesem Basiswissen Hardware-Prototypen von der Idee bis zum fertigen Prototypen selbstständig entwickeln. Mit den erworbenen Kenntnissen bekommen die Studierenden einen guten Einblick in die Problematik der Leiterplattenentwicklung und müssen Diskussionen mit Experten in diesem Bereich nicht scheuen. Äußerst wichtig sind die erworbenen Kenntnisse für den Umgang mit der Elektromagnetischen Verträglichkeit, die für jedes Produkt mit elektronischen Komponenten relevant sind. PCB-Design
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Freies Wahlfach |
2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Freies WahlfachFreies Wahlfach
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