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Von der Software zur Hardware UV 9.1
Die Innenansicht des Computers

Verantwortlich für den Inhalt: QUA-LiS
 

Da der Aufbau heutiger Prozessoren sehr komplex ist und sie wegen ihrer Miniaturisierung mit normalen Mitteln in ihrer Struktur nicht mehr zu analysieren sind, sollte an einem Modellrechner mit extrem vereinfachten Aufbau und minimaler Assemblersprache ein Verständnis vom (vereinfachten) Zusammenwirken von Software und Hardware aufgebaut werden.

  • Binär- und Dezimalsystem - eventuell auch Hexadezimalsystem - werden verglichen, Zahlen werden zwischen den Zahlensystemen hin- und her übersetzt, die Grundrechenarten werden in den verschiedenen Zahlensystemen untersucht und ausgeführt.
  • Die Binärdarstellung von Daten wird erklärt.
  • Es wird untersucht (real oder im Modell), welche Bauteile sich im Inneren eines Computers befinden und wie sie funktionieren.
  • Das Zusammenspiel der Computerkomponenten ermöglicht es, dass Programm und Daten gemeinsam in einem Speicher abgelegt werden, so dass der Rechner dadurch programmierbar wird.

 

  • Im Internet werden kostenlos zahlreiche Simulationsprogramme und Modellrechner mit Beispielaufgaben zur Verfügung gestellt.
  • Die Grundlagen der booleschen Algebra (Aussagenlogik) bis hin zum Addierer für Binärzahlen, umgesetzt mit Gattern und Schaltungen werden vermittelt. Schaltungen lassen sich sowohl auf entsprechenden Steckbrettern als auch mit dem kostenlosen Programm LogikSim realisieren.
  • Wiederholend finden beim Thema der Prozessdatenverarbeitung auch die Tabellenkalkulation und die eingeführte Programmiersprache Anwendungsmöglichkeiten.
Diese Materialien sind Bestandteil des Angebotes Lehrplannavigator der Qualitäts- und Unterstützungsagentur - Landesinstitut für Schule (QUA-LiS NRW)
12 Dateien zum Download
Das Codierspiel
Dateityp: .doc , Dateigröße: 57.5 KB
Arbeitsblatt mit Spielanleitung und weiterführenden Aufgaben zur Übersetzung einer Dezimalzahl in eine Dualzahl
Das Zählspiel
Dateityp: .doc , Dateigröße: 57.5 KB
Arbeitsblatt mit Spielanleitung und weiterführenden Aufgaben zum Zählen im Dualsystem
Das Binäraddiererspiel
Dateityp: .doc , Dateigröße: 66 KB
Arbeitsblatt mit Spielanleitung und weiterführenden Aufgaben zur Simulation der Addition zweier Dualzahlen im Computer
Hinweise für die Lehrkraft zum Tabellenblatt für das Umwandeln von Binär- und Dezimalzahlen
Dateityp: .doc , Dateigröße: 11.5 KB
Der Aufbau des Tabellenblattes unter Open Office Calc wird erklärt.
Hinweise für die Lehrkraft zum Tabellenblatt für das Umwandeln von Binär- und Dezimalzahlen
Dateityp: .pdf , Dateigröße: 45.46 KB
Der Aufbau des Tabellenblattes unter Open Office Calc wird erklärt.
Umrechnen von Zahlen zwischen Binär- und Dezimalsystem
Dateityp: .ods , Dateigröße: 12.84 KB
Beispiel zur Verwendung eines Tabellenblattes (OpenOffice) als Umrechner
Aussagen in der booleschen Algebra
Dateityp: .doc , Dateigröße: 20 KB
Arbeitsblatt zur Identifikation von Aussagen im Sinne der booleschen Algebra
Hinweise für die Lehrkraft zum Erstellen von Wahrheitstafeln mit Open Office Calc
Dateityp: .doc , Dateigröße: 10 KB
Eine Wahrheitstafel wird exemplarisch vorgestellt.
Hinweise für die Lehrkraft zum Erstellen von Wahrheitstafeln mit Open Office Calc
Dateityp: .pdf , Dateigröße: 43.41 KB
Eine Wahrheitstafel wird exemplarisch vorgestellt.
Wahrheitstafeln
Dateityp: .ods , Dateigröße: 11.51 KB
Beispiel zur Verwendung eines Tabellenblattes (Open Office) um mit Hilfe von Formeln Wahrheitswerte zu bestimmen
Aufgabe Flurlicht
Dateityp: .doc , Dateigröße: 12 KB
Aufgabenbeispiel zur Ermittlung der Formel aus einer Wahrheitstafel, um daraus eine elektrische Schaltung abzuleiten
Lösungsbeispiel für die Aufgabe Flurlicht
Dateityp: .sim , Dateigröße: 1.3 KB
realisiert mit dem Programm LogikSim
8 Verweise auf Webseiten
Material der Universität Wuppertal zur Arbeit mit binären Zahlen in der Mittelstufe
Vergleich Binär- und Dezimalsystem, Übersetzen von Zahlen, Grundrechenarten in verschiedenen Zahlensystemen, Zweierkomplement, Hexadezimalzahlen
Abschnitt im elektronischen Schulbuch inf-schule zur Binärdarstellung von Daten
anschauliche Beispiele, Zusatzaufgaben mit Lösungen und weiterführende Aufgaben
Abschnitt im elektronischen Schulbuch inf-schule zum Aufbau eines Computers
Bauteile eines Computers und ihre Funktion, dargestellt an einem einfachen Murmelrechner, Bonsai-Modellrechner und Bonsai-Simulationsprogramm verdeutlichen das Operationswerk mit Register, Bus, Speicher, Befehlsausführung und das Steuerwerk mit Befehlszyklus, Steuersignalen und Mikroprogrammen
Simulationsprogramm JOHNNY im elektronischen Schulbuch inf-schule zum Aufbau und zur Funktion eines Rechners
Durch das Lösen zahlreicher Aufgaben wird vermittelt, wie heutige Rechner aufgebaut sind, wie man den Modellrechner per Hand und mit der vereinfachten Programmiersprache JOHNNY-Assembler steuert, wie man Mikroprogramme für eigene Makrobefehle schreibt.
Abschnitt im elektronischen Schulbuch inf-schule zur Digitalen Logik
Es werden die Grundlagen der booleschen Algebra bis hin zum Addierer für Binärzahlen umgesetzt mit Gattern und Schaltungen vermittelt.
Download des kostenlosen Modellrechners MOPS mit Pseudoassembler
Der einem Von-Neumann-Rechner nachempfundene MOPS-Medellrechner ist eine integrierte Entwicklungsumgebung, in der mnemonischer Assembler-Quelltext eingegeben, assembliert und ausgeführt werden kann..
Der Know-How-Computer
Wolfgang Back stellt einen Papiercomputer vor, der in die Denkstrukturen beim Programmieren einführt.
LogikSim
kostenloses Simulationsprogramm für elektrische Schaltungen, läuft nach Entpacken der Zip-Datei ohne Installation
Dieser Materialeintrag ist in den folgenden Zusammenhängen auffindbar:
Anzahl aller Materialeinträge der jeweiligen Kateogie.

Jahrgangsstufe 1459 7-8 612
Jahrgangsstufe 1459 9-10 541
Schulform 1568 Realschule 651
Schulform 1568 Gesamtschule 970
Fächer / Lernbereiche 1788 Informatik 61