Computerorientierte Physik

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Rüdiger Albrecht
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1 Computerorientierte Physik Vorlesung VORLESUNG und Übungen Zeit: Ort: Mo., Uhr Hörsaal 5.01, Institut für Physik, Universitätsplatz 5, A-8010 Graz Übungen: als Projektarbeiten in Gruppen (ca. 5 Studierende) allg. Besprechung nach der Vorlesung ( Uhr) detaillierte Projektbesprechungen: wöchentlich ca. 1 Stunde, Vereinbarung mit jeder Projektgruppe einzeln.

01, Institut für Physik, Universitätsplatz 5, A-8010 Graz Übungen: als Projektarbeiten in

2 Grundlagen Software: Datenstrukturen Array: data (4,3,126) Strukturen: Verschiede Typen zusammengefasst Pointer: Zeiger auf Adresse Queues: z.b. Druckerschlange (FIFO) Stacks: FILO

3 Grundlagen Software: Programmstrukturen Spagetticode Strukturierte Programmierung Objektorientierte Programmierung Klassen, Instanzen Oberflächenorientierte Programmierung (Windowsprogrammierung)

4 Grundlagen Software: Betriebssysteme Allgemeiner Aufbau (Shells) CP/M, DOS (Single Tasking, Single User) primitive Systemroutinen (Assembler) für Befehlstexteingabe und standardisierte I/O Befehle, File-Operationen, etc. Aufrufe durch Softwareinterrupts. Linux (Multitasking, Multiuser) in Berkley entwickelt, zunächst Befehlszeilen-orientiert, später X11 graphische Oberfläche (Windows), gutes mulittaskingmultiuser Konzept, schlechte Mnemonics, Erweiterungen mit OpenGL, Graphics, etc. Windows (Multitasking, Single/Multiuser) Windows 3.1, Windows95,98,ME (Multitasking) Windows NT, 2000, XP (Multiuser) viele neue Informatikkonzepte (gewöhnungsbedürftig, oberflächenorientiert), schlechtes Multitaskingkonzept (Regestry)

Linux (Multitasking, Multiuser) in Berkley entwickelt, zunächst Befehlszeilen-orientiert, später X11 graphische Oberfläche (Windows), gutes mulittaskingmultiuser Konzept, schlechte

5 Beispiel Pc: Prozessorspezifische Vorgaben Reset (FFF)FFFF0 Segment Descriptoren Memory Paging Tables Interrupttable 3FF 000

6 Allgemeiner Aufbau eines Betriebssystems Shell Benutzeroberfläche (ksh, csh, tcsh, Command.com, etc.) Kernel System Routinen, z.b. Diskverwaltung, DLLs, etc. BIOS Hardware spezifische Input/Output Routinen, Interruptroutinen, Driver, etc.

) Kernel System Routinen, z.b. Diskverwaltung, DLLs, etc.

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

Privilegien Prozessorbefehle: Sonderbefehle für Superuser

8 Grundlagen Software: Programmiersprachen Assembler: Mnemonische Eingabe von Prozessorbefehlen; Durch Makros und Datenstrukturen an C++ heranreichend. Basic: Früher einfachste Programmiersprache (ähnlich Taschenrechner), heute bei z.b. Visual Basic auch Klassen etc. möglich; als Interpreter und Compiler Fortran: alte Programmiersprache für mathematische Berechnungen, schlechte Stringverarbeitung, in neuerem Standard bessere Anpassung an heutige Anforderungen. Cobol: alte Programmiersprache für die Wirtschaft; wie normaler Text lesbar; heute keine Bedeutung mehr Pascal: Sprache speziell für die strukturierte Programmierung entwickelt. Durch C und C++ weitgehendst abgelöst. C, C++: modernste Programmiersprache für Systementwicklung und Anwendungen; recht bescheidener Befehlssatz, schnelle Softwareentwicklung nur mit Programmbibliotheken, modular und erweiterbar, in C++ konsequente objektorientierte Programmierung (Klassen) Java, J++: Entwickelt für platformunabhägige Programme; speziell bei Internetanwendungen In speziellen Benutzerumgebungen: Excel, Word, Origin, Mathematica, Matlab, Testpoint, Labwindows, Labview, etc.

möglich; als Interpreter und Compiler Fortran: alte Programmiersprache für mathematische Berechnungen, schlechte Stringverarbeitung, in neuerem Standard bessere Anpassung an heutige Anforderungen.

9 Die wichtigsten Sprachelemente Variablendeklaration ( u. Prozedurendeklaration) Zuweisungen (Formatumwandlungen) Arithmetische, Logische Operatoren Subroutinen und Funktionen Kontrollstrukturen (Schleifen)

(Formatumwandlungen) Arithmetische, Logische

10 Grundlagen Software: Microsoft Windows Programmierung Objektorientierte Programmierung Verbinden von Objekten mit Eigenschaften und Methoden Ereignis gesteuert (Interrupts) Benutzeroberflächenorientiert (Windows) Optimale Nutzung bereits programmierter Objekte und Routinen API-Systeme (Application Program Interface, DLL-Dateien) COM-Schnittstelle (Component Object Modul) ActivX-Steuerelemente Nachteile: Betriebssystem oberste Priorität, Benutzer der Microsoftentwicklung hilflos ausgeliefert (weltweites Monopol)

Objekte und Routinen API-Systeme (Application Program Interface, DLL-Dateien) COM-Schnittstelle (Component Object Modul)

11 Grundlagen Software: Zusammenwirken Hardware - Software Schnittstellen: Beispiel Serielle Schnittstelle in Visual Basic

13 Übungen: Projekte STM: Bildaufnahme, Mo Uhr Computersteuerung eines Modellfahrzeuges Mi ? Segelboot: Bewegungsanalyse (Do: 16-17) Automatische Erfassung des Lichteinfalles und Kontrastregelung eines Displays (Fr )

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Computerorientierte Physik VORLESUNG und Übungen Vorlesung, Übung Zeit: Mo., 10.00 11.30, 11.30-12.15 Ort: Hörsaal 5.01, Institut für Physik, Universitätsplatz 5, A-8010 Graz EDV-Raum (Keller): Di 15.30-18.00