Grundlagen Computer und Betriebssystem

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1 Grundlagen Computer und Betriebssystem InE1 M. Thaler, Office TG

2 Um was geht es? Aktuelle technische Systeme Industrie 4.0 (Digitalisierung) enthalten i.d.r. Prozssoren digital / Software / Kommunikation... Design von Systemen, etc. erfordert einen PC... Prozessoren und Software 2

3 ... um was geht es? Studieninhalte Elektrotechnik Gut ausgebildete und hoch qualifizierte Elektroingenieurinnen und -ingenieure sind in der Wirtschaft begehrt. Das vielseitige Gebiet der Elektrotechnik eröffnet Ihnen eine breite Palette an attraktiven Berufsfeldern. Als Elektroingenieurin oder Elektroingenieur erarbeiten Sie optimale Lösungen für technisch anspruchsvolle Aufgaben, unter anderem in den Bereichen Nachrichtentechnik, Signalverarbeitung, Regelungs- und Antriebstechnik, Embedded Systems und Mikroelektronik. 3

4 Lernziele Sie können Aufbau und Funktionsweise von Computer- und Betriebssystemen erklären den Unterschied zwischen Desktop und Kommandschnittstelle erklären erklären, wie ein C-Programm aufgebaut ist, erstellt wird und laufengelassen werden kann die Infrastruktur für das Erstellen von C-Programmen nutzen und ein erstes C-Programm selber implementieren 4

5 Inhalt Computer /Computersystem Betriebssystem Benutzerschnittstelle The first C-Program 5

6 Leseempfehlung Kapitel 1.2 Computersysteme Jürgen Plate, "Algorithmen und Datenstrukturen" 6

7 Zusätzliche Informationen Kapitel 2 Grundlagen Andreas Keese, "Wie arbeitet ein Computer" Linux Shell Kommandos MS-DOS Kommandos Kurze Einführung in MS-DOS 7

8 Inhalt Computer /Computersystem Betriebssystem Benutzerschnittstelle A first C-Program 8

9 Computersystem 9

10 Computersystem Ein Gerät, das Information (Daten) einliest, verarbeitet und ausgibt EVA Schema: Eingabe Verabeitung Ausgabe Von Neumann Architektur Daten und Befehle im gleichen Speicher 10

11 Hard- und Software Hardware physische Komponenten, auf denen die Software exisitiert und arbeitet Software alle nicht physischen Komponenten eines Computersystems beinhaltet Programme und Daten 11

12 Hardware 12

13 Datenspeicherung Speicherzellen eines Computers 2 Zustände - Ladung, keine Ladung - Spannung, keine Spannung - Strom, kein Strom Informatik binäre Logik - 1 oder 0 - wahr oder falsch Speicherorganisation jede Speicherzelle 1 Bit Organisation Speichereinheit - i.d.r. 8 Bit bzw. 1 Byte Prozessor Speicher 1 Bit

14 Inhalt Computer /Computersystem Betriebssystem Benutzerschnittstelle The first C-Program 14

15 Betriebssystem Betriebssystem Software, die System-Ressourcen eines Computers verwaltet - Speicher, Festplatten, Ein-/Ausgabe, Rechenleistung ermöglicht einfache Nutzung des Computer-Systems Ziel Unabhängigkeit von Hardware (Abstraktion der Hardware) 15

16 Beispiel Unix/Linux Anwendungsprogramme und Shells Bibliotheken Betriebssystem Kern (ohne Treiber) Treiber Hardware CPU, Speicher, Kommunikation,... Betriebssystem Schnittstellen Applikation, Benutzer Verwaltung System-Ressourcen 16

17 Mehrprozess-System Mehrprozess-System (Multiprocessing) mehrere Programme (Prozesse, Tasks) - arbeiten quasi parallel (concurrent) schneller Wechsel zwischen Programmen - vermittelt Eindruck gleichzeitiger Verarbeitung erfordert Speicherschutzmechanismus Task 1 Task 2 Task 3 Task 1 Task 2 Task 3... t Task Switch 17

18 Task Manager Z.B. Windows 18

19 Mehrbenutzer-System Mehrbenutzer-System (Multiuser System) mehrere Benutzer können gleichzeitig am System arbeiten Schutzmechanismen (Zugriffsrechte) Systemzugang kontrolliert: Login/Logout Benutzerkonten durch Systemverwalter administriert 19

20 Virtueller Speicher Virtueller Speicher (Virtual Memory) Prozessen steht virtueller Addressraum zur Verfügung benötigte Speicherbereiche werden in Hauptspeicher abgebildet bei Bedarf werden Teile auf Festplatte ausgelagert (Swapping) Virtueller Addressraum 0x Programm Code Physikalischer Addressraum Daten Heap Stack 20 0xFFFFFFFF

21 Netzwerk Netzwerk (Networking) Werkzeuge, Protokolle für Kommunikation mit anderen Systemen Protokolle - TCP/IP (Sockets) - SSH, SFTP - etc. 21

22 Dateien Datei zusammengehörende Menge von Daten auf Datenträger oder Speichermedium abgelegt beinhaltet Metainformationen - Name, Zugriffsrechte, Erstellungsdatum, etc. Textdatei - darstellbare Zeichen mit Texteditor bearbeitbar Binärdatei - enthält beliebige Bitmuster Dateinamen: nur Buchstaben, Zahlen und _ oder - verwenden - mit Buchstaben beginnen, keine Umlaute und nicht *:?!\ / Dateitypen - i.d.r. durch Erweiterung gekennzeichnet: beispiel.c 22

23 Dateisystem Dateisystem Ablage von Dateien auf einem Speichermedium (SSD, Disk, etc.) Organisation der Dateien in Verzeichnissystem (Ordner) verschiendenste Typen mit verschiedenem technischen Aufbau - Windows: NTFS - MAC: HFS (APFS) - Linux: EXT4 23

24 Inhalt Computer /Computersystem Betriebssystem Benutzerschnittstelle The first C-Program 24

25 Benutzerschnittstelle Desktops, z.b. Win10 25

26 ... Kommandoschnittstelle Beispiele Bash auf Mac CLI auf Win10 26

27 Inhalt Computer /Computersystem Betriebssystem Benutzerschnittstelle The first C-Program 27

28 The first C-Program "Hello INE1" /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } 28

29 The first C-Program Funktion main() /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } Funktion main() - Startpunkt von C-Programmen - hier ohne Argument (void) aufgerufen - gibt Zahl 0 zurück (return 0) erfoglreicher Abschluss 29

30 The first C-Program Bibliotheken einbinden /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } Bibliotheken einbinden - macht Bibliothek stdio verfügbar (Standard Input/Output) - printf() ist in stdio definiert 30

31 The first C-Program Text auf Konsole ausgeben: printf() /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } Text ausgeben - Funktion printf() aus Bibliothek stdio - printf() ist in stdio definiert - Ausgabe: Argument "Hello INE1\n\n" - \n Zeilenwechsel 31

32 The first C-Program Ausführung von Anweisungen /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } Anweisungen - von "oben nach unten" ausgeführt - mit Semikolon ";" abgeschlossen - Imperative Programmierung Abarbeiten von Anweisungen 32

33 The first C-Program Kommentare /* Programm hello.c * 1. Programmbeispiel fuer INE1 */ #include <stdio.h> Kommentare - beschreibt Programmcode - alles zwischen /* und */ - oder von // bis Zeilenende int main(void) { // Text ausgeben printf("hello INE1\n\n"); return 0; } 33