In diesem Modul erhalten die Lernenden eine Einführung in die Boolesche Algebra, die mathematische Grundlage aller digitalen Logiksysteme und Computeroperationen. Die Teilnehmer lernen die Prinzipien und Gesetze der Booleschen Algebra kennen und verstehen, wie logische Operationen in digitalen Schaltungen ausgeführt werden. Der Schwerpunkt des Moduls liegt auf Minimierungstechniken auf Gatterebene. Dabei wird vermittelt, wie digitale Schaltungen hinsichtlich Effizienz und Leistung optimiert werden können – ein entscheidender Aspekt für das Verständnis, wie Computer logische Operationen verarbeiten und Entscheidungen treffen.

In diesem Modul befassen sich die Lernenden sowohl mit kombinatorischen als auch mit sequentiellen Logikschaltungen, die die Grundlage digitaler Systeme und der Computerarchitektur bilden. Die Studierenden lernen, kombinatorische Schaltungen zu entwerfen und zu analysieren, bei denen die Ausgänge ausschließlich von den aktuellen Eingängen abhängen, sowie sequentielle Schaltungen, die Speicherelemente und zeitabhängiges Verhalten beinhalten. Das Modul behandelt praktische Anwendungen beider Schaltungstypen in Computersystemen und ermöglicht es den Lernenden zu verstehen, wie Computer arithmetische Operationen ausführen, Informationen speichern, den Zustand aufrechterhalten und zeitabhängige Operationen ausführen, die für die Programmausführung unerlässlich sind.

In diesem Modul beschäftigen sich die Lernenden eingehend mit den Grundprinzipien des Aufbaus und der Architektur von Computern und lernen, wie Hardwarekomponenten zusammenwirken, um ein vollständiges Computersystem zu bilden. Die Teilnehmer untersuchen den Aufbau und die Vernetzung der wichtigsten Computerkomponenten, darunter die CPU, die Speicherhierarchie, Ein-/Ausgabesysteme und Busse. Das Modul vermittelt Einblicke darin, wie sich architektonische Entscheidungen auf die Systemleistung und -funktionalität auswirken, und bereitet die Lernenden darauf vor, den Zusammenhang zwischen Hardware-Design und Software-Ausführung in modernen Computersystemen zu verstehen.

In diesem Modul werden die Lernenden in die Befehlssatzarchitektur (ISA) des LC-3 (Little Computer 3) eingeführt, einem vereinfachten Computermodell, das für Bildungszwecke entwickelt wurde. Die Studierenden setzen sich mit dem Befehlssatz, den Adressierungsmodi und dem Maschinensprachenformat des LC-3 auseinander und sammeln dabei praktische Erfahrungen damit, wie Prozessoren Befehle dekodieren und ausführen. Das Modul bietet eine konkrete Grundlage für das Verständnis des Prozessordesigns und der Funktionsweise von Prozessoren und schlägt eine Brücke zwischen theoretischen Konzepten der Computerarchitektur und praktischen Implementierungsdetails, die für die Assemblerprogrammierung unerlässlich sind.

In diesem Modul beschäftigen sich die Lernenden mit der praktischen Programmierung in Assemblersprache unter Verwendung des LC-3-Befehlssatzes und wenden dabei ihre Kenntnisse der Computerarchitektur in praktischen Programmierübungen an. Die Teilnehmer lernen, Assemblerprogramme zu schreiben, zu debuggen und zu optimieren, und verstehen dabei den direkten Zusammenhang zwischen Konzepten der Hochsprache und den Maschinenoperationen auf niedrigerer Ebene. Das Modul behandelt wesentliche Programmiertechniken in der Assemblersprache und vermittelt den Lernenden ein Verständnis dafür, wie Compiler Hochsprachecode in Maschinenbefehle übersetzen und wie die effiziente Programmausführung vom Verständnis der zugrunde liegenden Hardwarefähigkeiten abhängt.