Programm Würfelturm

Computer folgen den Befehlen die sie bekommen.

Diese einzelnen Befehle sind in Programmen zusammengefasst.

Stellen wir uns vor unser Computer steuert einen Roboter.

Dieser Roboter soll einen Turm bauen.

Für diese Aufgabe müssen wir ein Computerprogramm erstellen.

Ihr könnt jetzt dieses Programm programmieren.

Damit wir gleich sehen wie euer Programm funktioniert gebt ihr die Befehle direkt an den Roboter.

Ich spiele den Roboter, vor mir liegen die einzelnen Würfel.

Ihr könnt mich mit klaren Anweisungen steuern.

Ich folge euren Anweisungen ohne mitzudenken, d.h. was ihr nicht sagt tue ich auch nicht.

Ihr habt 15 Minuten Zeit mich zu programmieren.

Wenn ihr wieder an den Anfang des „Programmes“ wollt, müsst ihr „Reset“ sagen.

Dann geht es zurück an den Start – euer Computer (ich) steht wieder hinter den Würfeln.

Simulierter Computer

Bei diesem Spiel wollen wir die grundlegenden Aktivitäten von Computern nachvollziehen. Dazu simulieren wir mit Gruppen von Schülern verschiedene Bauteile eines Computers. Wir benötigen pro Gruppe eine CPU, eine ALU und den Bildschirm, also 3 Leute.

CPU – Central Processing Unit / zentrale Verarbeitungseinheit (Prozessor)

Das ist der Teil des Computers der das Programm ausführt und den anderen Komponenten mitteilt was sie tun sollen.

ALU – Arithmetic Logical Unit / arithmetisch-logische Einheit

Dieser Teil der Computers führt alle mathematischen und logischen Operationen durch.

Beispiele für mathematische Operationen : addieren, subtrahieren, multiplizierren, dividieren

Beispiele für logische Operationen: gleich, größer, kleiner, richtig oder falsch

Display / Anzeige,Bildschirm

Dieser Teil des Computers zeigt der Person vor dem Computer die Ergebnisse.

Im Speicher werden die Anweisungen (das Programm) und die Ergebnisse gespeichert. Dieser Speicher wird nicht extra gespielt, die „Rolle“ erfüllen die Arbeitsblätter.

Jede Gruppe erhält jeweils eines der Blätter (CPU, ALU, Display).

Die CPU führt das Programm mit den Instruktionen aus und verteilt dementsprechend Aufgaben an die anderen Komponenten. Die originalen Instruktionen sind für den Rest nicht sichtbar. Die ALU führt alle gestellten mathematischen Operationen aus und merkt sich temporär die Ergebnisse. Die Anzeige nimmt alle Zeichenanweisungen entgegen und präsentiert erst zum Schluss das grafische Ergebnis.

Basis für diese Übung sind

„Informatik ohne Stecker“ von Peter Tröger https://troeger.eu/unplugged

„CS Unplugged“ Licensed under Creative Commons (CC BY-NC-SA 4.0) http://csunplugged.org/books/

„How Computers Work“ von Gary Kacmarcik (CC BY-SA) http://cse4k12.org/how_computers_work/index.html

Übungsblatt (L): Wie ein Computer funktioniert - CPU

Hallo CPU !

Dein Job als Central Processing Unit (CPU) ist es, das folgende Programm auszuführen und den anderen Komponenten zu sagen, was sie zu tun haben.

Mathematische Kommandos („Addiere 5 zu X“) sollten an die ALU geschickt werden. Zeichenkommandos („Zeichne x,y“) sollten an die Anzeige geschickt werden. Dafür musst du zunächst die ALU um die aktuellen Werte für X und Y bitten, und diese dann an den Bildschirm übergeben.

Addiere 5 zu X

Addiere 3 zu Y

Zeichne (x,y)

Addiere 1 zu X

Addiere 3 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 3 von X

Subtrahiere 1 von Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 2 von X

Subtrahiere 2 von Y

Zeichne (x,y)

Addiere 4 zu X

Subtrahiere 2 von Y

Zeichne (x,y)

Addiere 2 zu X

Addiere 2 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 3 von X

Addiere 4 zu Y

Zeichne (x,y)

Addiere 1 zu X

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 2 von X

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 2 von X

Subtrahiere 2 von Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 1 von Y

Zeichne (x,y)

Addiere 6 zu X

Zeichne (x,y)

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 2 von X

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 3 von X

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 4 von Y

Zeichne (x,y)

Addiere 4 zu X

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 3 von X

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 2 von Y

Zeichne (x,y)

Addiere 1 zu X

Zeichne (x,y)

Addiere 4 zu Y

Zeichne (x,y)

FERTIG !

(C) cse4k12.org.

Übungsblatt (L): Wie ein Computer funktioniert - ALU

Hallo ALU !

Dein Job als Arithmetic Logical Unit (ALU) ist es, einfache Additionen und Subtraktionen auf X und Y im Auftrag der CPU durchzuführen. Zusätzlich arbeitest du noch als Speicher für die aktuellen Werte von X und Y, damit dich die CPU jederzeit danach fragen kann. Fülle die Tabelle mit den Werten. Die initiale Belegung ist 0.

x	y
0	0

(C) cse4k12.org

Übungsblatt (L): Wie ein Computer funktioniert - Anzeige

Hallo Anzeige !

Deine Aufgabe ist es, auf Anweisung der CPU einen Punkt zu zeichnen. Finde dazu die passende Spalte für den übergebenen X-Wert und die passende Zeile für den übergebenen Y-Wert.

Zeige das Bild nicht deinen Gruppenpartnern, so lange die CPU ihre Anweisungen noch nicht abgearbeitet hat !

0	x = 1	x = 2	x = 3	x = 4	x = 5	x = 6	x = 7	x = 8	x = 9
y = 1
y = 2
y = 3
y = 4
y = 5
y = 6
y = 7
y = 8
y = 9

(C) cse4k12.org

Übungsblatt (K): Wie ein Computer funktioniert - CPU

Hallo CPU !

Dein Job als Central Processing Unit (CPU) ist es, das folgende Programm auszuführen und den anderen Komponenten zu sagen, was sie zu tun haben.

Mathematische Kommandos („Addiere 1 zu X“) sollten an die ALU geschickt werden. Zeichenkommandos („Zeichne x,y“) sollten an die Anzeige geschickt werden. Dafür musst du zunächst die ALU um die aktuellen Werte für X und Y bitten, und diese dann an den Bildschirm übergeben.

Addiere 1 zu X

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Addiere 2 zu X

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 1 von X

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Subtrahiere 1 von X

Addiere 1 zu Y

Zeichne (x,y)

Addiere 2 zu X

Zeichne (x,y)

FERTIG !

Übungsblatt (K): Wie ein Computer funktioniert - ALU

Hallo ALU !

Dein Job als Arithmetic Logical Unit (ALU) ist es, einfache Additionen und Subtraktionen auf X und Y im Auftrag der CPU durchzuführen. Zusätzlich arbeitest du noch als Speicher für die aktuellen Werte von X und Y, damit dich die CPU jederzeit danach fragen kann. Fülle die Tabelle mit den Werten. Die initiale Belegung ist 0.

x	y
0	0

Übungsblatt (K): Wie ein Computer funktioniert - Anzeige

Hallo Anzeige !

Deine Aufgabe ist es, auf Anweisung der CPU einen Punkt zu zeichnen. Finde dazu die passende Spalte für den übergebenen X-Wert und die passende Zeile für den übergebenen Y-Wert.

Zeige das Bild nicht deinen Gruppenpartnern, so lange die CPU ihre Anweisungen noch nicht abgearbeitet hat !

0	x = 1	x = 2	x = 3
y = 1
y = 2
y = 3