Computerorientierte Physik VORLESUNG

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Computerorientierte Physik VORLESUNG

• Zeit jeweils Mo. 9.40 - 11.10 UhrOrt Hörsaal
  5.01, Institut für Experimentalphysik,
  Universitätsplatz 5, A-8010 Graz

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(No Transcript)
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Einleitung GrundlagenHardwaregruppen und ihre
Kommunikation
CPU
Memory
Peripherie
Clock
Interrupt
DMA
PIA
SIA
Daten Bus
Control Bus
Adress Bus
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Memory
RAM Random Access Memory statisch
Flip-Flop dynamisch (Ladung eines Kondensators)
refresh
Datenbreite 1-Bit 1-Byte (8 Bit),
unteres/oberes Halbbyte(4 Bit) 1-Word (16
Bit) double Word (32 Bit) quad Word (64 Bit)
Adressierung Speicherchips unterschiedlicher
Organisation (1Bit x 64k, 8Bit x
8k) Ansprechen über Adressbus, Chip-Select
(CS) und Read-Write (RW) Signale
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Memory Organisation 8 x 32k
8-Bit bidirektionaler Datenbus (Tri-State-Buffer)
8 x 8k
8 x 8k
8 x 8k
8 x 8k
CS
CS
CS
CS
Codierung
A0-A12
A0-A12
A0-A12
A0-A12
Enable, R/W
Enable, R/W
Enable, R/W
Enable, R/W
A13-A14
Adressbus
Controlbus
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Peripherie
Memory mapped Vorteil Adressierung wie Memory
grosser Adressierraum alle
Adressierungsarten der CPU Nachteil schlechte
Strukturierung, höhere Anforderungen an
Systemdesign (Memory Management)
Eigene I/O Adressierung (Input/Output) Vorteil
Übersichtliches Systemdesign Spezifische
Hardwarebehandlung Nachteil Mehr Aufwand für
CPU Eigene Befehle, mehr Signalleitungen
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Interrupt System
Aufgabe Beeinflussung des Programmablaufes durch
äußere Ereignisse.
NMI non maskable Interrupt nicht vom Programm
ignorierbarer Interrupt z.B. Reset
MI maskable Interrupt vom Programm kann
entschieden werden, ob Interrupt ermöglicht
werden soll. z.B. Tastaturbetätigung
Interrupt Controller intelligenter
Baustein Maskierung einzelner Interrupts,
Prioritäten, Kaskadierbar
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DMA Direct Memory Access
Aufgabe Externer schreib-lese-Zugriff aufs Memory
Ablauf Nach Anforderung Stillstand der
CPU Freigabe von Adress-, Daten- und
Controlbus Übenahme der externen Kontrolle
Anwendung schnellere externe Hardware
(früher) (Multiprozessor Anwendungen)
Controller Intelligenter Baustein Maskierbar,
Kaskadierbar, ähnlich Interruptcontroller
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PIA Parallel Interface Adapter
Aufgabe Übergang vom internen Bussystem auf
externe mehr-Bit (8 Bit, 16 Bit)
Datenverbindung z.B. parallele Druckerverbindung
Controller Intelligenter Baustein individuelle
uni-direktionale und bidirektionale Programmierun
g einzelner Leitungen Handshakelogik
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SIA Seriel Interface Adapter
Aufgabe Verbindung des internen Buses zu
externer 1-Bit serieller Leitung z.B. RS232
(COM1, COM2, etc.) USB,
Controller Intelligenter Baustein Baudrate,
Stop-Bits, Synchronisation, Parity Handshake
Leitungen (Hardware, Software)
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Central Processor Unit (CPU)
Registers
Execution-Control
Interface
Arithmetic/LogicUnit
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Prozessorbefehle
Rechenbefehle AND, OR, ADD, TEST, CMP, NOP
Datenverschieben MOV, POP, PUSH, IN, OUT,
Kontrollbefehle JMP, CALL, INT, RET, IRET,
LOOP als unbedingte und bedingte Verzweigungen
RISC Reduced instruction set (besonders
schnelle optimierte CPUs)
Prefix
Code1
Code2
Daten
Daten
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Adressierungsarten
Register-Adressierung
Memory-Adressierung direkte, indirekte,
indizierte
Indiziert
Basis
Index
Skalierung

x
Displacement
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Register
Rechenregister AX, BX, CX, (AH, AL, EAX, etc.)
Indexregister BP, SI, DI, SP
Flagregister oder Statusregister
Instruction Pointer
Segment Register für Memory Management
Control Register z.B. für Paging
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Memory Management
Aufgabe Verwaltung des Speichers, virtueller
Speicher
Speichermodelle flacher-, segmentierter-,
virueller Adressraum
Einteilung Segmente (Selektor, Offset,
Descriptor) abh. ob Real-Mode oder Protected
Mode Code-Segmente Daten-Segmente Stack-S
egmente Paging (DIR, TABLE,OFFSET) DIR Page
Directory TABLE Page table OFFSET Adresse
in der Page (4kB)
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Computerorientierte PhysikÜbungen

• Zeit jeweils Mo. 11.10 - 11.55 Uhr
  bzw. freie Zeitvereinbarung
  (Projekte)Ort Hörsaal 5.01, Institut für
  Experimentalphysik,
  Universitätsplatz 5, A-8010 Graz

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Beispiele

• Berechnung und Simulation optischer Geräte
  (A.Leitner)

• Fourier-Spektroskopie (FTIR) (H.Krenn)

• Bewegungsanalyse der Handschrift

• Eintrittsverhalten von Meteoriten in Atmosphäre

• Analyse von Bewegungsvorgängen mit
  GPSHöhenvergleich mit Barometer (Hochschwab)

• Analyse von Bewegungsvorgängen mit
  GPSMontainbike-Strecken

• Analyse von Bewegungsvorgängen mit GPSFlugzeug