Rechnerlandschaft am GIUW

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1 Rechnerlandschaft am GIUW
Geo-Pool: 13 PCs mit Betriebssystem Windows XP CIP-Pool: 16 PCs mit Betriebssystemen Windows XP und Linux: CIP : Computer Investitions Programme (Rechner zu Lehrzwecken an Hochschulen) jeder Teilnehmer hat (hoffentlich) einen Account (Username, Password) für Programmiersprache Fortran und Datenvisualisierungsprogramm GMT wird Betriebssystem Linux benötigt

2 Arbeitsablauf bei der Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen werden meist verschiedene Prozesse und Programme am Computer genutzt: Starten des Betriebs- systems Öffnen einer zu bearbeitenden Datei mit einem Editor Bearbeiten eines Textdokuments, einer Graphik oder eines Programms mit den Editorbefehlen Abspeichern der bearbeiteten Datei auf einem Speicher- medium (Festplatte, CD) Dokumentation oder Präsentation des berech- neten Ergebnisses (Ausdruck, Datei) Nach- bearbeitung des berech- neten Ergebnisses (weiteres Programm, Visualisierung) Ausführen des kompilierten Programms Übersetzen (Kompilieren) des Programms in Maschinen- sprache

3 Starten des Betriebssystems
Einschalten des Computers bewirkt automatisch Booten: Betriebs-system wird vom Master Boot Record auf der Festplatte in Hauptspeicher (RAM) geladen nach Booten ist eine vollständige Konsole verfügbar: Eingabeeinheit (Maus+Tastatur) sowie Ausgabeeinheit (Bildschirm) Eingabeoberfläche kann graphisch (Windows, Maus) oder befehls-zeilenorientiert (DOS, Tastatur) sein Einloggen (Benutzername+Kennwort) führt auf die graphische Linux-Eingabeoberfläche, die selbst ein Programm ist und nun weitere Programme zugänglich macht

4 Betriebssystem Linux Starten einer befehlszeilen-orientierten Eingabeoberfläche (Shell) oder einer graphischen Bedieneroberfläche (z.B. OpenOffice) hier wird die sogenannte C-Shell “csh“ verwendet Einstellungen für das Erscheinungsbild der Shell werden in den Umgebungsdateien /etc/profile und /home/user/.cshrc getätigt (wirksam mit source .cshrc oder bei Neustart der Shell): zu praktisch jedem Programm gibt es Hilfsseiten (Manual Pages), die im Befehlszeilenmodus über man befehl_name aufgerufen werden Prompting Aliasing globale Pfadangaben …

5 Betriebssystem Linux wichtigste Befehle im Linux-Eingabemodus: cd
mkdir rmdir cp rm mv joe/vi pwd ls chmod df du find more grep diff whoami date ps kill wc Verzeichnis wechseln [change directory]: cd verz_name bzw. cd .. Verzeichnis erstellen: md fortran Verzeichnis löschen (muss leer sein) kopieren einer Datei: cp file1 ../verz_name/file2 löschen einer Datei verschieben bzw. umbennen einer Datei einfache ASCII-Editoren mit Tastensteuerung Anzeigen des aktuellen Verzeichnisses Anzeigen der Dateien im aktuellen Verzeichnis: ls –l , ls –la , ls –lrt Änderung von Zugriffsrechten: chmod (u,g,o)(+,-)(r,w,x) Abfrage der Speicherbelegung von Partitionen Abfrage des Speicherbelegung von Verzeichnissen Suchen von Dateien: find / -name file_name seitenweise Ausgabe von Dateiinhalten am Bildschirm ohne Bearbeitungsoption Durchsuchen von ASCII-Dateien nach Textmustern Feststellung von Unterschieden zwischen Dateien Ausgabe der aktuellen User-ID Ausgabe von Datum und Zeit Abfrage laufender Prozesse Abbruch laufender Prozesse Zählen von Dateien im aktuellen Verzeichnis

6 Bash-Shell Start der Shell mit Mausklick auf den Button unter Linux
Beenden der Shell mit ‘exit‘ oder STRG + D Cursor auf / ab ruft letzte Befehle im Eingabemodus auf Tabulatortaste |↔| ergänzt begonnene Befehle oder Dateinamen nachgestelltes & schickt Programmausführung in den Hintergrund und gibt Shell frei Pipe-Symbol | verbindet zwei Befehle, z.B.: ls –l | wc Joker-Symbol * Platzhalter für Datei- und Verzeichnisnamen einzelne Shell-Befehle können auch in Shellskripten gebündelt werden

7 joe-Editor praktischer ASCII-Editor unter Linux mit Tastensteuerung: Aufruf mit joe file_name Befehle werden über Strg -Taste angesprochen (siehe ^KH), z.B.: beim Abspeichern wird Sicherheitskopie file_name~ erzeugt ^KX ^C ^KU ^KV ^KB ^KK ^KC ^KM ^KY ^KF ^L ^KL ^_ ^KO ^KE Verlassen und Abspeichern Verlassen ohne Abspeichern in erste Zeile springen in letzte Zeile springen Anfang markierter Bereich Ende markierter Bereich Kopieren des markierten Bereichs Verschieben des markierten Bereichs Löschen des markierten Bereichs Textstring in Datei suchen nächsten Textstring anzeigen in bestimmte Zeile springen letzten Befehl rückgängig machen Fenster teilen neue Datei öffnen

8 Dateisystem elektronische Speicherung von Informationen erfolgt binär mit den Zuständen 0 und 1 (Bit); 8 Bit-Informationen ergeben ein Zeichen (Byte) Zahlen im Wertebereich ± 231=2·109 können mit 4 Bytes dargestellt werden, z.B.: Vielzahl von Zeichen oder Zahlen in Dateien abgespeichert, die auf dem Computer einem Ordnungsprinzip (Dateisystem) unterliegen: 84 = 1·26 + 0·25 + 1·24 + 0·23 + 1·22 + 0·20 1 Partitionen, Stammverzeichnis: c:\ d:\ /verz1/ /verz2/ Verzeichnisbaum: uverz1\uuverz1\... uuverz2\... uverz2\uuverz3\... uuverz4\... uverz1/uuverz1/… uuverz2/… Einzeldateien: file_name.suffix [Buchstaben Zahlen . - _ ] / [, / \ ? * : ~]

9 Dateisystem relative Adressierung von Verzeichnissen und Dateien:
absolute Adressierung von Verzeichnissen und Daten: Dateiattribute unter Linux: wichtigste Verzeichnisse für Methodenkurs: Windows & Linux : cd ../../uverz1/uuverz2 Windows : cd c:\uverz1\uuverz2 Linux : cd /verz1/uverz2/uuverz3 drwxr-xr-x 1 user group Datum : Verzeichnis -rwxr-xr-x 1 user group Datum : Datei read write für execute User Group Others Linux Home-Verzeichnis: Arbeitsverzeichnis: /home/user/ /home/user/mt1/

10 Fortran Fortran steht für Formula Translator: speziell für formelmäßige Berechnungen mit dem Computer Hochsprache: Sprachelemente sind an naturwissenschaftlich arbeitende Menschen angepasst (mathematische Funktionen etc.) Versionen: Fortran77 (1978), Fortran90 (1991), Fortran95 (1995) auch heute noch Basissprache für praktisch alle Modellanwendungen in den Naturwissenschaften alternativ auch C und C++ (seit 1990): analoge Struktur, andere Syntax Dateien mit Fortran-Quellcode haben die Dateiendung .f bzw. .for

11 Compiler die Übersetzung vom für den Menschen verständlichen Quellcode zum maschinenlesbaren Executable wird von einem Compiler bewerkstelligt Fortran-Compiler für Windows sind meist sehr teuer oder haben Eigenarten bzgl. des Quellcodes deshalb hier kostenloser Fortran-Compiler von GNU unter Linux Aufruf des Compilers im Befehlszeilenmodus von Linux: g77 –o file_name.exe file_name.f [Optionen, Bibliotheken] mit alias-Befehl bzw. Shellskript: g file_name User erhält automatisch das Recht, das Executable auszuführen

12 Arbeitsschritte das Arbeiten mit Fortran beinhaltet i.d.R. die folgenden Arbeitsschritte: Starten eines beliebigen Texteditors (ASCII, nicht Word & Co.) Bearbeiten der Textdatei mit dem Fortran- Quellcode (“Program- mieren“) Abspeichern der Quellcode- Datei Aufruf des Compilers im Befehls- zeilenmodus Editieren oder Weiter- verarbeiten der Ergebnis- datei Ausführen des Executables im Befehls- zeilenmodus

13 Allgemeine Form des Quelltextes
Fortran-Befehle werden im Quellcode zeilenweise in Datei geschrieben und nach dem Kompilieren auch zeilenweise ausgeführt allgemein ist in der Quellcode-Datei zu beachten: nur eine Anweisung pro Zeile zwischen Groß- und Kleinschreibung wird nicht unterschieden Spaltenbelegung: 1-5 : Anweisungsmarke (Label, Kommentarzeichen) 6 : Zeichen für Zeilenfortsetzung 7-72 : Raum für Anweisungen (Fortran-Befehle) >73 : vom Compiler nicht interpretierter Raum für Kommentare

14 Sprachelemente hier werden nur die wichtigsten Sprachelemente zusammengefasst; am besten lässt sich der Sprachumfang direkt beim Programmieren erweitern end logisches Ende des Programms program bezeichnet in erster Programmzeile den internen Programmnamen implicit none schaltet implizite Variablendeklaration aus real integer character logical Deklaration von Variablen als Fließkommazahl, ganze Zahl, Zeichenkette oder Binärwert (wahr, falsch) + - * / ** sqrt() exp() log() max() cos() sin() arithmetische Operatoren mathematische Funktionen

15 Sprachelemente .LT. .LE. .EQ. .GE. .GT. .NE.
arithmetische Vergleichsoperatoren .AND. .OR. .NOT. logische Operatoren // Verkettung von Zeichenketten parameter Zuweisung von Konstanten data Zuweisung von Konstanten in einem Vektor print Ausgabe von Ergebnissen auf Standardausgabe (Bildschirm) open Öffnen von Dateien close Schließen von vorab geöffneten Dateien write Schreiben von Ergebnissen auf Bildschirm oder in Datei read Lesen von INput vom Bildschirm oder aus Datei do … enddo wiederholte Ausführung von Programmteilen if … then … else … endif bedingte Ausführung von Programmteilen

16 Beispielprogramm program beispiel_fortran_programm implicit none
c * - dieses Programm vereint beispielhaft einige der * c * wichtigsten Sprachelemente von Fortran * c * - das Programm liest Temperaturen in Grad Celsius ein * c * rechnet in Kelvin um und schreibt das Ergebnis in * c * eine neue Datei * c---- Vereinbarungsteil integer nt,ja,bs character infile*11,outfile*10 real kv parameter(infile='celsius.dat', ! Input-Datei mit Werten nt=11, ! Anzahl der Zeitpunkte kv=273.15, ! Umrechnungsgroesse bs=1, ! 0=nicht ; 1=Bildschirmausgabe outfile='kelvin.dat') ! Output-Datei fuer Ergebnisse integer jahr(nt) real temp(nt),neutemp(nt) c---- Temperaturzeitreihe aus ASCII-Datei einlesen open(11,file=infile,form='formatted') do ja=1,nt read(11,'(i6,f8.1)') jahr(ja),temp(ja) enddo close(11) write(6,*) 'Daten eingelesen !' c---- Input-Daten am Bildschirm ausgeben write(6,'(a19)') ' Eingelesene Daten:' write(6,'(2i6,f10.2)') ja,jahr(ja),temp(ja)

17 Beispielprogramm c---- Temperaturdaten umrechnen do ja=1,nt neutemp(ja)=temp(ja)+kv enddo write(6,*) 'Daten umgerechnet !' c---- neue Temperaturdaten in Datei schreiben open(21,file=outfile,form='formatted') write(21,'(i6,f8.1)') jahr(ja),neutemp(ja) close(21) write(6,*) 'Neue Temperaturdaten in Datei geschrieben !' c---- ggf. neue Temperaturdaten auf Bildschirm schreiben if (bs.eq.1) then write(6,'(a20)') ' Umgerechnete Daten:' write(6,'(2i6,f10.2)') ja,jahr(ja),neutemp(ja) else write(6,'(a45)') ' Sie haben keine Ergebnisausgabe gewuenscht !' endif c---- Schluss write(6,*) 'Das Programm endet nun. Einen schoenen Tag noch!' end

18 Generic Mapping Tool (GMT)
#-- Shell angeben #!/bin/sh #-- Daten in ASCII einlesen und in GRID umwandeln xyz2grd /home/heiko/hab/seminar/ypremedi.gmt -Gkarte.grd -R-10/40/30/44 -I0.5 echo ' Daten umgewandelt !' #-- Daten als Pixel oder interpolierte Pixel zeichnen #grdimage karte.grd -R-10/40/30/44 -JX8/2.3d -Ba5f5/a5f5WSne -Cfarbe200.cpt \ # -X2 -Y3.3 -K > medi.ps grdview -Qs karte.grd -R-10/40/30/44 -JX8/2.3d -Ba5f5/a5f5WSne -Cfarbe200.cpt \ -X2 -Y3.3 -K > medi.ps echo ' Pixel gezeichnet !' #-- Karte mit Kuestenlinien und Laendergrenzen zeichnen pscoast -A1000 -N1 -R-10/40/30/44 -JX8/2.3d -W10 -O -K >> medi.ps echo ' Karte gezeichnet !' #-- Abbildung beschriften pstext -N -Jx1 -R0/6/0/6.2 -O -K -N <<END>> medi.ps Mittlerer Jahresniederschlag geogr. L\342nge geogr. Breite END echo ' Abbildung beschriftet !' #-- Legende zeichnen psscale -Cfarbe200.cpt -L -D4/-0.8/8/0.2h -O >> medi.ps echo ' Legende gezeichnet !‚ Generic Mapping Tool (GMT)