Computerorientierte Physik VORLESUNG und Übungen Vorlesung Zeit: Di., 8.30 – 10.00 Uhr Ort: Hörsaal 5.01, Institut für Experimentalphysik, Universitätsplatz.

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1 Computerorientierte Physik VORLESUNG und Übungen Vorlesung Zeit: Di., 8.30 – 10.00 Uhr Ort: Hörsaal 5.01, Institut für Experimentalphysik, Universitätsplatz 5, A- 8010 Graz Übungen: als Projektarbeiten in Gruppen Besprechung nach der Vorlesung

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3 Einleitung: Grundlagen Hardwaregruppen und ihre Kommunikation CPU Control Bus Daten Bus Adress Bus Clock Memory Peripherie InterruptDMAPIASIA

4 Heutige Prozessoren

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6 Heutige Pcs

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8 Heutige Festplatten

9 Preisentwicklung CPU Celeron 2GB

10 Preisentwicklung Memory 256MB

11 Preisentwicklung Festplatte 40GB

12 Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie 1. Moore´sche Gesetz (G.Moore, IEDM Tech. Dig.11, 1975) J.Birnbaum, R.S.Williams in Phys.Today 53, 38(2000) http://www.aip.org/web2/aiphome/pt/vol-53/iss-1/captions/p38cap3.html

13 Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie 2. Moore´sches Gesetz (G.Moore, 1975) J.Birnbaum, R.S.Williams in Phys.Today 53, 38(2000) http://www.aip.org/web2/aiphome/pt/vol-53/iss-1/captions/p38cap4.html

14 Wirtschaftliche Grenzen Erzielbarer Gewinn:

15 Grenzen konventioneller Halbleitertechnologie K.L.Wang, J.Nanosci.Nanotech. 2002, 2, 235

16 Generelle physikalische Grenzen der Miniaturisierung Konventionelle Informationsverarbeitung Energie pro Bitmanipulation: Unschärferelation: Irreversible thermod. Maschine:(R.Landauer) (R.Feynman) (Heisenberg)

17 Zusammenfassung Limits der Miniaturisierung Fluktuationen der Dotierung Wärmeproblem Aufwand an Verbindungen Single Electron Device Niedrige Temperaturen Reversible Maschinen Quantencomputer Zellulare Automaten

18 Physik und Längenskalen Bloch: relativ. Teilchen: klassisches Teilchen: de Broglie: mit

19 Physik von nano-Systemen Richard Feynman (1918-1988) theor. Physiker, Cornell University 1959 APS Meeting: "There is plenty of room at the bottom" "I can hardly doubt that when we have some control of the arrangement of things on a small scale we will get an enormously greater range of possible properties that substances can have." http://archives.caltech.edu

20 Beispiel Nanolithographie H. Craighead, Cornell Nanofabrication Facility Ithaca, New York

21 Nanomanipulation Nanopinzette (P.Kim and Ch.Lieber, Science 286, p2148, 1999) im AFM Sharon-Ann Holgate in New Scientist Vol.164 Issue 2217 (1999) p.18 http://www.newscientist.com/

22 Selbstorganisation Ge auf Si K.L.Wang, J.Nanosci. Nanotech., Vol.2, No.3/4 (2002)

23 Verschiedene Phasen des Kohlenstoffes Graphit Diamant Hexagonaler Diamant Nano-Phasen C 60 C 70 Nanotube SWCNT Richard E. Smalley

24 Aufrollen einer Graphitschicht (10,5) SWCNT Graphite – 2D structure

25 Nano-Mechanik http://www.imm.org

26 Molecular dynamics Simulation Quelle: Nasa, http://people.nas.nasa.gov/~globus/papers/MGMS_EC1/simulation/paper.html

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29 Übungsaufgaben Strahlung eines Handy (Empf. Bestellt) Temperaturprofil der Atmosphäre (Termin?) Raster-Tunnelmikroskop (Bestellung) Erschütterungsüberwachung (Termin?) Solarzellennachführung (Termin?)

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31 Software Prozessorspezifische Vorgaben Interrupttable Reset (FFF)FFFF0 000 3FF Memory Segment Descriptoren Paging Tables

32 Software prinzipieller Aufbau eines Betriebssystems BIOS Kernel Shell Benutzeroberfläche System Routinen, z.B. Diskverwaltung, etc. Hardware spezifische Input/Output Routinen, Interruptroutinen, etc.

33 Multitasking und Multiuser Anforderung an Systemroutinen: reentrance Memory Management: Zugriffsberechtigung, Privilegien Prozessorbefehle: Sonderbefehle für Superuser Task Management: Priorities User Verwaltung: Taskzuordnung, UID, GID, Passwords