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[[Computerarchitektur und Betriebssysteme]] = Motivation = == Hinweise für Studierende == == Hinweise für Experten == == Copyright == = Computerarchitektur = == Vom Anwender zur digitalen Schaltung == === Erstmal aufschrauben === === Von-Neumann-Rechner === ==== Von-Neumann-Architektur ==== ==== Von-Neumann-Flaschenhals ==== === Komponenten eines Von-Neumann-Rechners === ==== Zentraleinheit / CPU ==== ===== Steuerwerk / Leitwerk ===== ===== Rechenwerk ===== ==== Speicherwerk ==== ==== Ein- / Ausgabewerk ==== ==== Gesamtbild eines Von-Neumann-Rechners ==== ==== Von-Neumann-Zyklus ==== ==== Animation der Zusammenarbeit ==== === Eigenschaften eines Von-Neumann-Rechners === === Digitale Schaltungen === ==== Aufbau und Arbeitsweise eines Registers ==== ==== Aufbau und Arbeitsweise des Speicherwerks ==== ==== Aufbau und Arbeitsweise der ALU ==== ==== Aufbau und Arbeitsweise eines Busses ==== === Gatter === == Prozessoren und ihre Befehle == === Vom Quellcode zum Prozessor === === Befehlssatz === === Befehlsformat === ==== Einadressformat ==== ==== Zweiadressformat ==== ==== Dreiadressformat ==== ==== Das Adressformat und der Von-Neumann-Zyklus ==== ==== Aufgaben & Co. zum Befehlsformat ==== === Adressierungsarten === ==== Unmittelbare Adressierung ==== ==== Registeradressierung ==== ==== Direkte/absolute Adressierung ==== ==== Registerindirekte Adressierung ==== ==== Indizierte Adressierung mit Verschiebung ==== === Vom Programm zum Prozess === === Gesamtbild der Programmausführung === === Aufgaben & Co. zu Prozessoren === == Weitere Komponenten der Computerarchitektur == === Stackregister === === Basisregister === ==== Mehrere Prozesse gleichzeitig im Speicher ==== ==== Swapping: Aus- und Einlagern von kompletten Prozessen ==== === Limitregister zum Speicherschutz === === Interrupt-Controller === ==== Gründe für eine Interrupt-Auslösung ==== ==== Speicherschutzverletzung ==== ==== Quasi-gleichzeitige Ausführung mehrerer Prozesse ==== ==== Kommunikation mit E/A-Geräten ==== ===== Allgemeiner Aufbau eines Controllers ===== ===== Zeit und Kosten machen den Unterschied ===== ===== Datentransfer und Interrupts ===== === DMA-Controller === ==== Aufbau und Arbeitsweise eines DMA-Controllers ==== ==== Direkt kann wirklich direkt bedeuten ==== === MMU - Memory Management Unit === === Moderne Bussysteme === == Fazit Computerarchitektur == = Betriebssysteme = == Einführung Betriebssysteme == === Geschichtlicher Überblick zu Betriebssystemen === === Nur ein Prozessor mit einem Kern === === Zwischen Benutzer und Hardware === === Betriebsmittel === === Betriebsmittel sind Prozessen zugeordnet === === Zentrale Aufgabe eines Betriebssystems === === Betriebssystemarchitekturen === === Betriebssystemarten === === Vom Batch-Job zum Multitasking === === Kernel-Mode, User-Mode und Systemaufrufe === == Prozessverwaltung == === Prozess === === Prozesskontext === === Kontextwechsel === ==== Die Statistik der Kontextwechsel unter Windows ==== ==== Die Statistik der Kontextwechsel unter Linux ==== === Prozesse erzeugen === ==== Fork ==== ==== CreateProcess ==== === Prozesskontrollblock === ==== Prozesskontrollblock unter Windows ==== ==== Prozesskontrollblock unter Linux ==== === Prozesstabelle === === Prozesszustände === === Verwalten von Prozessen === ==== Prozessverwaltung aus Admin-Sicht unter Windows ==== ==== Prozessverwaltung aus Admin-Sicht unter Linux ==== === Threads === ==== Java-Beispiel mit Threads ==== ==== Prozesse und Threads unter Windows ==== ==== Prozesse und Threads unter Unix und Linux ==== === Scheduling === ==== Scheduling-Ziele ==== ==== Scheduling-Verfahren ==== ===== First Come First Serve ===== ===== Shortest Job First ===== ===== Shortest Remaining Time Next ===== ===== Round Robin ===== ===== Priority Scheduling ===== ===== Weitere Verfahren ===== ==== Scheduling in gängigen Betriebssystemen ==== ==== Vergleichskriterien ==== === Synchronisation === ==== Grundlegende Begriffsdefinitionen zur Synchronisation ==== ===== Nebenläufigkeit ===== ===== Race Conditions ===== ===== Kritischer Abschnitt ===== ==== Aktives Warten ==== ===== Aktives Warten mit while ===== ===== Das Problem des ungünstigsten Moments ===== ===== Aktives Warten mit TSL ===== ==== Semaphore ==== ===== Mutex ===== ====== Wechselseitiger Ausschluss ====== ====== Reihenfolgedurchsetzung ====== ===== Zählsemaphor ===== ====== Erzeuger- / Verbraucherproblem ====== ====== Philosophenproblem ====== ==== Monitore ==== ==== Zusammenfassung Synchronisation ==== ==== Synchronisationstechniken moderner Betriebssysteme ==== ==== Synchronisationsmechanismen in Programmiersprachen ==== === Deadlocks === ==== Vier Bedingungen nach Coffman ==== ==== Deadlocks erkennen ==== ==== Deadlocks ignorieren ==== ==== Deadlocks vermeiden ==== ==== Deadlocks verhindern ==== ==== Deadlock-Fazit ==== === Interprozesskommunikation === ==== Zwei Threads kommunizieren über gemeinsame Variablen ==== ==== Zwei Prozesse kommunizieren über gemeinsame Speicherobjekte ==== ==== Zwei Prozesse kommunizieren über Shared Memory ==== ==== Zwei Prozesse kommunizieren über Pipes ==== ==== Zwei Prozesse kommunizieren über Sockets ==== ==== Interprozesskommunikation-Fazit ==== == Speicherverwaltung == === Virtuelle Speicherverwaltung === ==== Arbeitsweise der MMU ==== ==== Seitentabellen ==== ===== Einstufige Seitentabellen ===== ===== Mehrstufige Seitentabellen ===== === Swapping und Paging === ==== Page Fault ==== ==== Seitenersetzung ==== ===== Was bei der Seitenersetzung passiert ===== ===== Das Modifiziert-Bit ===== ===== Seitenersetzungsverfahren ===== ====== Optimaler Seitenersetzungsalgorithmus ====== ====== NRU - Not Recently Used Algorithmus ====== ====== FIFO - First In First Out Algorithmus ====== ====== Second Chance Algorithmus ====== ====== Working Set Algorithmus ====== === Shared Memory === === Speicherverwaltung moderner Betriebssysteme === ==== Speicherverwaltung unter Linux ==== ==== Speicherverwaltung in Windows ==== ==== Speicherverwaltung unter Android ==== == Geräteverwaltung == === Rolle der Geräteverwaltung === === Abhängig und gleichzeitig unabhängig === === Gerätetreiber === === Aufgaben eines Treibers === ==== Initialisierung des Geräte-Controllers ==== ==== Gerät dem Betriebssystem bekannt machen ==== ==== Bereitstellen einer Schnittstelle zum Geräte-Controller ==== ==== Interruptbehandlung für ein Gerät ==== ==== Bereitstellen einer Schnittstelle zur Geräteverwaltung ==== ==== Pufferung von Daten ==== ==== Koordination nebenläufiger Zugriffe auf ein Gerät ==== === Geräteklassen === ==== Blockorientierte Geräte ==== ==== Zeichenorientierte Geräte ==== ==== Sonstige Geräte ==== === Memory-Mapped-I/O === === DMA - Direct Memory Access === === Windows-Treiber auf GitHub === == Dateiverwaltung == === Datei === === Dateisystem === === Aufgaben eines Dateisystems === === Dateisystemkonzepte === === Von Windows unterstützte Dateisysteme === ==== FAT - File Allocation Table ==== ==== NTFS - New Technology File System ==== = Aufgaben zur Prüfungsvorbereitung = == Aufgaben zum Kapitel Vom Anwender zur digitalen Schaltung == == Aufgaben zum Kapitel Prozessoren und ihre Befehle == == Aufgaben zum Kapitel Weitere Komponenten der Computerarchitektur == == Aufgaben zum Kapitel Einführung Betriebssysteme == == Aufgaben zum Kapitel Prozessverwaltung == === Aufgaben zu Prozesse und Threads === === Aufgaben zum Scheduling === === Aufgaben zur Synchronisation === === Aufgaben zu Deadlocks === == Aufgaben zum Kapitel Speicherverwaltung == == Aufgaben zum Kapitel Geräteverwaltung == == Aufgaben zum Kapitel Dateiverwaltung == = Logbuch = == Jahr 2013 == == Jahr 2014 == == Jahr 2015 == == Jahr 2016 == = Anhang = == Zweier-Potenzen == == Bits und Bytes == == GiB, MiB, KiB im Vergleich zu GB, MB, KB == == Java-Applets == == Inhalt dieses LOOPs ausdrucken == == Impressum ==