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

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5 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

6 Memory Organisation 8 x 32k 8 x 8k 8-Bit bidirektionaler Datenbus (Tri-State-Buffer) 8 x 8k Adressbus A0-A12 Enable, R/W Controlbus Enable, R/W Codierung CS A13-A14

7 Memory Management Aufgabe: Verwaltung des Speichers, virtueller Speicher Einteilung: Segmente (Selektor, Offset, Descriptor) abh. ob Real-Mode oder Protected Mode Code-Segmente Daten-Segmente Stack-Segmente Paging (DIR, TABLE,OFFSET) DIR: Page Directory TABLE: Page table OFFSET: Adresse in der Page (4kB) Speichermodelle: flacher-, segmentierter-, virueller Adressraum

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9 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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11 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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13 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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15 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 Programmierung einzelner Leitungen Handshakelogik

16 LPT Ports (IEEE 1284) 8 bit Data Leitungen(Ausgänge, bidirektional) 5 bit Status Leitungen (Eingänge) 4 bit Control Leitungen(Ausgänge) Basis Adresse (Data): 3BC (LPT1:)378 (LPT2:)278 (LPT3:) Status: 3BD379279 Control: 3BE37A27A LPT Versionen:Standard PS/2 (bidirektional) Enhanced Parallel Port (EPP) Extended Capability Port (ECP) 25 pin Sub-D Buchsenleiste 2-9 Data, 18-25 ground, ca. 2,5mA

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19 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)

20 COM Schnittstelle (RS-232) 9 pol. Sub-D Steckerleiste 1: in DCD (Data Carrier Detect) 2: in RxD (Recieve Data 3: out TxD (Transmit Data) 4: out DTR (Data Terminal ready) 5: ground 6: in DSR (Data set ready) 7: out RTS (Request to send) 8: in CTS (Clear to send) 9: in RI (Ring indicator) (25 pol. Sub-D Steckerleiste) Spannung: -12V..... +12V Schwelle: ~ 1,1V Strombegrenzt:~ 10mA-20mA Eingangswiderstand: ~ 10k

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22 Central Processor Unit (CPU) Registers Arithmetic/Logic Unit Execution- Control Interface

23 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 PrefixCode1Code2Daten RISC: Reduced instruction set (besonders schnelle optimierte CPU´s)

24 Adressierungsarten Register-Adressierung Memory-Adressierung: direkte, indirekte, indizierte Indiziert: Basis IndexSkalierung Displacement x +

25 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

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

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