3.1.1 Die Architektur eines Computers und die Funktionsweise seiner Hauptkomponenten beschreiben
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können die Architektur eines Computers und die Funktionsweise seiner Hauptkomponenten beschreiben.
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Von-Neumann-Architektur als Klassenrollenspiel
Die Schüler:innen spielen die Komponenten einer Von-Neumann-CPU (Steuerwerk, Rechenwerk, Speicherwerk, Datenbus usw.) anhand ausgearbeiteter Rollenanweisungen und führen vier kleine Mikrocode-Programme Schritt für Schritt aus. Mit Stoppuhr wird die Zeit pro Von-Neumann-Zyklus gemessen und mit der Taktfrequenz einer echten CPU verglichen; eine abschliessende Diskussion sichert die Erkenntnisse (Fetch-Decode-Execute, Bussystem). Druckvorlagen, Speicherkarten, Befehlssatz und Begleitfolien inklusive Python-Gegenstücken sind vollständig bereitgestellt.
NAND2CPU – Von einfachen Schaltungen zu einem funktionierenden Computer
Eine vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit fürs Ergänzungsfach Informatik, in der Lernende von der Booleschen Logik über Addierer und Speicher bis zur eigenen CPU einen Computer Schritt für Schritt in der Simulation CircuitVerse aufbauen. Die Einheit ist gut strukturiert, motivierend (eigenes Projekt, Tetris als Ausblick) und enthält zu allen Kapiteln ausgearbeitete Lösungen.
Zahlensysteme – Binär und Hexadezimal (GF Informatik, Kanti Romanshorn)
Umfassende Unterrichtseinheit zu Stellenwertsystemen mit Fokus auf Binär- und Hexadezimalsystem: vom Zählen mit Fingern über Umrechnungsalgorithmen bis zu eigenen Python-Funktionen (bin_to_decimal, binary_add) und zum Aufbau echter Addierer-Schaltungen auf dem Breadboard. Mit Dossier-Aufgaben,RGB-Hexcode-Projekt und vollständigen Musterlösungen zu den Programmieraufgaben.
Interaktiver Informatik-Kurs: Scratch, Calliope mini und Computer im Alltag
Ein umfangreiches, interaktives Lernangebot mit spielerischen Projekten in Scratch (Spiele wie Beetle-Race, Under Water, Kaninchen-Wettlauf), geführten Programmier-Lektionen für den Calliope mini (MakeCode/OpenRoberta) und entdeckenden Einstiegen zu Algorithmen, Automaten, Codierung und lernenden Systemen. Jede Lektion ist kleinschrittig aufgebaut und schliesst mit einer Zusammenfassung «Das hast du hier gelernt». Sehr lebendig gestaltet, jedoch auf unterer Sekundarstufe angesiedelt und daher fürs Gymnasium nur als Einstieg oder Differenzierungsmaterial brauchbar.
Von-Neumann-Architektur als Rollenspiel (unplugged CPU-Simulation)
Ausgearbeitetes Rollenspiel, bei dem Schülerinnen und Schüler die Komponenten einer CPU (Steuerwerk, Speicherwerk, Rechenwerk, Systembus usw.) verkörpern und Maschinenprogramme Schritt für Schritt ausführen. Enthält vollständige Druckvorlagen mit Rollenanleitungen, Speicherkarten, vier Programmen mit Musterablauf sowie einen strukturierten Ablauf mit Diskussionsphasen. Sehr lebendiger, spielerischer Zugang zum Fetch-Decode-Execute-Prinzip.
Addieren wie ein Computer – Transistoren, Logik-Gatter und Volladdierer auf dem Breadboard
Praxisorientierte Unterrichtssequenz, in der Schüler:innen auf Breadboards Stromkreise aufbauen, Transistoren und Logik-Gatter kennenlernen und schrittweise Halb- und Volladdierer sowie einen 4-Bit-Addierer in Gruppenarbeit realisieren. Material enthält Aufgabenstellungen und Lösungshinweise (z.B. Schaltplan für Aufgabe 1), didaktisch lebendig durch den hands-on Zugang. Einige Erklärungen sind stichwortartig, sodass ergänzende Lehrkraft-Unterstützung nötig bleibt.
Castor Informatique 2015 – Exercices et solutions (années 11-13)
Aufgabensammlung des Schweizer Informatik-Wettbewerbs Castor (Bebras) 2015 mit 15 Multiple-Choice- und Knobelaufgaben für die Jahre 11-13, inklusive Lösungen und kurzen Erklärtexten (Stack-Prinzip, Kryptographie, Graphen, Sortieren, Sicherheit im Netz). Die Aufgaben sind spielerisch-rätselhaft formuliert und machen informatische Kernideen ohne Programmieren erfahrbar.
Die Hardware eines Computers – Von-Neumann-Architektur und Bauteile
Ein ausführliches, gut strukturiertes Lernkapitel zur Hardware von Computern: Von-Neumann-Architektur, Chipset-Entwicklung, SoCs, Speicherarten und Schnittstellen werden anschaulich mit Farbcode-Grafiken, Videos und Alltagsbezug erklärt. Dazu diverse abwechslungsreiche Aufgaben (Zeichnen ohne Lineal, PC auseinanderbauen mit Selfie-Collage, Rechnen mit Speichergrössen), teils ohne Musterlösungen.
Zahlensysteme – Dossier mit Aufträgen, Python-Programmierung und Breadboard-Schaltungen
Umfassende Unterrichtseinheit der Kanti Romanshorn zu Dezimal-, Binär- und Hexadezimalsystem mit anschaulichen Einstiegen (binäres Fingerzählen, Heavy-Metal-Witz, Elon Musks Kontostand), gestaffelten Aufträgen und vollständigen Lösungen zu den Programmieraufgaben. Daneben praktische Verankerung: RGB-Hexcodes in Word/PowerPoint, ein optionales Turtle-RGB-Projekt und Logikgatter-/Addierer-Schaltungen auf dem Breadboard.
Von-Neumann-Architektur und der Fetch-Decode-Execute-Zyklus
Eine gut aufgebaute Lektion zur Von-Neumann-Architektur mit anschaulichen Erklärungen, einem visualisierten Fetch-Decode-Execute-Zyklus und einem LMC-Simulator. Die Schüler:innen lesen, verändern und entwickeln eigene Assembler-Programme; alle Aufgaben sind mit Lösungen versehen, teils mit Videoerklärung.
Bonsai-Modellrechner: Assembler-Befehle spielerisch erkunden
Ein Lernmaterial zum Modellrechner Bonsai, in dem Lernende durch gezielte Experimente mit Register-Assemblersprache (inc, dec, hlt, jmp, tst) die Funktionsweise einfacher Programme erkunden. Es bietet eine interaktive Simulation mit Schritt-für-Schritt-Ausführung und handlungsorientierte Entdeckungsaufgaben.
Erkundung Speicher – Experimente mit dem Bonsai-Simulator
Interaktives Arbeitsmaterial zur Einführung in das Speichermodell eines Rechners: Ein analoger Einstieg (Schrank mit nummerierten Schubladen) wird mit geführten Experimenten im Bonsai-Simulationsprogramm vertieft. Die Aufgaben lassen Lernende Adress- und Datenbusse, Register und Tore aktiv ausprobieren und beobachten.
Bonsai-Simulator: Registermaschine entdeckend erkunden
Ein Aufgabenblatt zur Arbeit mit dem Bonsai-Simulationsprogramm, in dem Schüler:innen Assembler-Programme einer einfachen Registermaschine Schritt für Schritt ausführen und die Befehle (inc, dec, hlt, jmp, tst) durch eigenes Experimentieren erschliessen. Sehr entdeckungsorientiert und motivierend, aber ohne Erklärtexte und ohne Lösungen – begleitet durch ein Werkzeug.
Murmelrechner – Ein Rechner als Rollenspiel
Ein Unplugged-Rollenspiel, bei dem Schüler:innen mit Tassen und Murmeln die Bestandteile eines Rechners verkörpern und elementare Befehle abarbeiten. Es zeigt anschaulich, wie ein Programm Schritt für Schritt ausgeführt wird und wie aus einem festen Programm durch Programmierbarkeit ein universeller Rechner wird. Die Idee ist stark, es fehlen aber konkrete Arbeitsblätter, Programme oder Lösungen.
Bonsai-Assembler-Interpreter (inf-schule.de Werkzeug)
Interaktiver Interpreter für die Lern-Assemblersprache Bonsai, mit dem Schülerinnen und Assembler-Programme schreiben, ausführen und Schritt für Schritt untersuchen können. Als exploratives Werkzeug eignet es sich gut, um die Funktionsweise eines Prozessors auf Maschinenebene hautnah zu erleben; der eigentliche didaktische Rahmen (Erklärungen, Aufgaben) liegt in den zugehörigen inf-schule-Materialien.
Micro:Bit Aufgaben mit MicroPython
Ein sorgfältig gestaltetes Aufgabenset für den Micro:Bit in MicroPython mit Progression von Display-Animationen über Tasten, Beschleunigungssensor und Sound bis zu Radio-Kommunikation und Beacons. Basic/Advanced-Zweigstellungen, Knacknussen und soziale Aktivitäten (Kanon-Singen, Würfelspiele, Umfragen in der Klasse) machen es lebendig, allerdings fehlen Lösungen und die Theorie ist nur verlinkt.
Zahlensysteme – Binär, Hexadezimal und Python-Dossier
Umfängliches Arbeitsdossier zum Thema Zahlensysteme: vom Bit-Begriff über Umrechnungen, Addition, 2er-Komplement und Multiplikation bis zum Hexadezimalsystem, mit zahlreichen Übungsaufgaben, teils mit Python-Programmieraufgaben und vollständigem Lösungsteil. Didaktisch abwechslungsreich (binäres Fingerzählen, binärer Witz, Elon-Musk-Kontostand, Hexspeak) und gut aufgebaut, allerdings fehlen Lösungen für die Zusatzaufgaben, und Code-Aufgaben werden nur per Teams eingereicht statt ausformuliert besprochen.
Microbit programmieren – Einführung in MicroPython für den micro:bit
Umfassende deutschsprachige Einführung in die Programmierung des micro:bit mit MicroPython, die Display, Tasten, Sensoren, Sounds, Radio und das Maqueen-Fahrwerk Schritt für Schritt erklärt. Der Text arbeitet mit lauffähigen Code-Beispielen, die aktiv ausprobiert und verändert werden sollen, und erklärt Konzepte wie Endlosschleifen, Listen und Events an konkreten Hardware-Funktionen. Besonders lebendig sind die physisch-interaktiven Teile: Sensoren live ausprobieren, Melodien komponieren und zwei Microbits per Funk miteinander kommunizieren lassen.
Mechanische Computer: Verknüpfung von Logikbausteinen (Posten mit Drehscheiben)
Ein Posten für handelnden Unterricht: Mit gebastelten AND-, OR- und NOT-Drehscheiben bauen Schüler:innen logische Schaltungen nach, stellen Wertetabellen auf und entwerfen eigene Schaltungen. Enthält Theorieteil, gestufte Aufträge, Zusatzaufgabe sowie Tests und Lösungen — nur die Kopiervorlagen selbst sind im Text nicht bildlich vorhanden.
Binäre Addition: Halb-, Voll- und 4-Bit-Addierer in CircuitVerse
Schrittweise konstruieren die Lernenden Halbaddierer, Volladdierer und einen 4-Bit-Addierer aus Logikgattern und bauen diese selbst in CircuitVerse nach. Angedeutete Wertetabellen und klare Bauaufgaben führen verständlich von der Binär-Addition zur Schaltnetz-Realisierung.
DSimWeb – Interaktives Lehrwerk Digitaltechnik (Gatter, Schaltnetze, Flip-Flops, Schaltwerke)
Umfangreiches, didaktisch durchstrukturiertes Online-Lernwerk zur Digitaltechnik mit interaktiven Simulatoren (DSimWeb, LogicSim). Die Kapitel folgen einem stimmigen Muster aus Alltagseinstiegen (Fahrstuhl, Kühlschrank, Elektroauto-Ladestation, Alarmanlage), Erkundungen, Fachkonzepten, Übungen und Überprüfungen. Ein Simulationswerkzeug, mit dem Lernende Schaltungen selbst aufbauen und ausprobieren, eingebettet in einen vollständigen Kurs von Grundgattern bis zu Schaltwerken.
Erkundung Steuersignale: Das Controlboard der Bonsai-Maschine
Arbeitsblatt zur automatisierten Steuerung eines Modellrechners («Bonsai») mit einem interaktiven Simulator. Die Schüler:innen erkunden das Controlboard mit seinen Steuersignalen, führen maschinenprogramme manuell über Steuerleitungen aus und dokumentieren systematisch die Wirkung aller Signale. Abschliessend wird die Leitfrage zum eigentlichen Steuerwerk (Mikroprogrammsteuerung) aufgeworfen.
Arduino-Kurs: Elektrotechnik-Grundlagen, Programmieren und Vom Transistor zur CPU
Umfangreiches praxisorientiertes Kursmaterial (KSR Romanshorn, EF Informatik/Elektronik) mit drei Teilen: Elektrotechnik-Grundlagen mit Mess- und Bauaufgaben, Arduino-Programmieraufgaben in C++ (Verzweigungen, Schleifen, Funktionen, Arrays, Hardware) sowie ein Addierer-/CPU-Modul mit Wahrheitstabellen, Logikgattern und dem Bau eines 4-Bit-Addiers in Gruppenarbeit. Enthält viele gut gestaffelte, hands-on Aufgaben (teils mit Lösungen), bringt Schüler:innen aber vor allem durch eigenes Bauen und Programmieren zum Lernen.
Maturaarbeit: CPU-Emulator in Python
Eine Maturaarbeit, in der ein eigener CPU-Emulator mit eigener ISA, Assembler und GUI in Python entworfen und implementiert wird, um Computerarchitektur (Von-Neumann-Architektur, Befehlszyklus) zu visualisieren. Die Arbeit verbindet einen gut verständlichen Theorieteil mit einer ausführlichen Dokumentation des eigenen Softwareprojekts inklusive Klassenstruktur, Befehlssatztabelle und kritischer Analyse der Grenzen des Produkts. Der Emulator selbst ist als interaktives Lernwerkzeug konzipiert (Schritt-für-Schritt-Taktmodus, CPU-Zustandsvisualisierung).
Erkundung Mikroprogrammausführung mit dem Bonsai-Simulator
Interaktive Erkundung, wie ein Mikroprogramm den Steueralgorithmus eines Prozessors umsetzt: Wiederholung und Fallunterscheidung über MPC-Register, Befehlsdecoder und Steuersignale. Anhand gezielter Experimente mit dem Bonsai-Simulationsprogramm untersuchen die Lernenden die Ausführung von Maschinenbefehlen auf Mikroprogrammebene.
Erkundung Befehlsregister – Befehle als Daten decodieren
Interaktive Erkundungseinheit zum Befehlsregister (IR) anhand eines registerbasierten Rechnermodells (Bonsai/Murmelrechner). Die Lernenden untersuchen, wie Maschinenbefehle als Zahlen codiert und über Filterbausteine in OP-Code und Adressteil zerlegt werden, und steuern Schritt für Schritt das Laden und Decodieren eines Befehls über Tore und Busse.
Bonsai-Rechner: Das Steuerwerk entdecken – Erkundung Steuersignale
Interaktives Kapitel zur Einführung des Steuerwerks am virtuellen Bonsai-Rechner: Lernende aktivieren im Simulator systematisch Steuersignale und führen den Befehlszyklus manuell aus. Kleinschrittige Erkundungsaufgaben mit Leitfragen führen zum Verständnis, dass das Controlboard die Grundlage der automatisierten Programmausführung ist.
Architektur des Bonsai-Modellrechners
Selbsterkundung der Architektur des Bonsai-Modellrechners. Lernende experimentieren mit dem Simulator, um Komponenten und ihr Zusammenwirken bei der Ausführung von Maschinenprogrammen zu verstehen. Das Material ist ein Einstiegstext zu einem interaktiven Lernwerkzeug.
Die Hardware eines Computers
Ausführliches, gut verständliches Unterrichtsmaterial zur Von-Neumann-Architektur und den wichtigsten Computer-Bauteilen (CPU, RAM, Festspeicher, Mainboard, Schnittstellen). Es kombiniert anschauliche Erklärungen mit hands-on-Aufgaben (Blockschaltbilder zeichnen, Speichergrössen berechnen, einen echten PC auseinanderbauen und mit den Bauteilen eine Selfie-Collage gestalten). Einzig fehlende Lösungen zu den Aufgaben und kleine Tippfehler verhindern eine noch höhere Wertung.
Computerarchitektur: LMC und Von-Neumann-Architektur (Lektionen 1–6)
Foliensatz zu einer Unterrichtseinheit Computerarchitektur mit CPU-Aufbau, Maschinensprache, Assemblersprache, Von-Neumann-Architektur und Instruktionszyklus sowie Loops/Jumps und ASCII im Little Man Computer. Gut verständlich aufgebaut mit Beispielen und Aufgaben (im Wiki), didaktisch ansprechend durch LMC-Simulator und Anekdoten.
Werkstatt zu Mikrocontrollern
Umfassendes Werkstatt-Skript zur Programmierung von Mikrocontrollern (Arduino Uno, ATtiny85) mit C++ und der Arduino IDE, aufgebaut in sechs Posten von «Hello World!» über digitale Pins, PWM, Bedingungen, Funktionen bis zu I2C-Displays. Angewendet wird das Gelernte auf Modelleisenbahnen (Signale, Weichen, Motorsteuerung), was einen konkreten, greifbaren Bezug zur Hardwarewelt der Lernenden herstellt. Jeder Posten enthält Beispiele mit vollständigem Code, schrittweise Aufgaben mit Lösungen im Anhang sowie Anwendungsaufgaben für ein durchgehendes Projekt.
Rückkopplung und Flip-Flops: Ein Einbruchsalarm mit Gedächtnis
Ausgehend vom Problem, dass ein Alarm das Signal «Bewegung erkannt» speichern soll, wird Schritt für Schritt die Rückkopplung eines OR-Gatters und daraus das SR- bzw. D-Flip-Flop aufgebaut. Interaktive CircuitVerse-Schaltungen und eine konkrete Bauaufgabe (Feuchtigkeitsalarm mit Reset) machen das Konzept der Speicherzelle erfahrbar.
Digitale Gatter: Inverter, AND, OR, XOR und NAND
Lernskript zu logischen Grundgattern mit Wahrheitstabellen, Schaltsymbolen und Alltagsbeispielen (Kühlschrank, Kaffeemühle, Dating-Show). Zu jedem Gatter gibt es interaktive Schaltungen in CircuitVerse und ein abwechslungsreiches Aufgabenset von einfachen Entwürfen bis zu Schaltungsanalyse und der Universalität des NAND-Gatters. Lösungen sind nicht enthalten; die Aufgaben sind aber konkret, motivierend und mit steigendem Anspruch aufgebaut.
Übungen – Computersystem
Übungssammlung von inf-schule zum Computersystem: Akronyme, Bauteile, EVA, Speicherkapazitäten, Roboter, Küche-Analogie.
Erkundung: Ein einfacher Speicher – Alarmanlage mit Selbsterhalte-Schaltung
Leitfrage-Arbeitsblatt, das ausgehend von einer Alarmanlage Schritt für Schritt zur Selbsterhalte-Schaltung und zum RS-Flipflop als elementarem 1-Bit-Speicher führt. Die Lernenden bauen und testen die Schaltungen selbst in einem Digitalsimulator, füllen Wahrheitstabellen aus und diskutieren die Aussage zur Bedeutung als Speicherelement. Mit Tipps, Steigerung bis zur NAND-Version für Profis.
XOR-Gatter: Wahrheitstabelle, Beispiele und Schaltungs-Aufgaben
Kurze Einführung ins XOR-Gatter mit Wahrheitstabelle, Symbol und einem interaktiven CircuitVerse-Schaltkreis. Anschliessende Transferaufgaben (Archivlicht, Dating-Show, Schwimmbadabdeckung) mit anschaulichen Alltagsbezug; die Lösungen sind allerdings hinter einer Anmeldung verborgen.
Little Man Computer: Befehlssatz und erste Maschinenprogramme
Das Kapitel führt in den Befehlssatz des Little Man Computers ein und erklärt anschaulich, wie Befehle wie LDA, ADD oder BRA mit Akkumulator, Adress-/Datenbus, ALU und Programmzähler zusammenspielen. Zwei ausführlich kommentierte Beispielprogramme (Addition, Zahlenraten) mit Python-Pendants machen die Maschinensprache greifbar. Fünf Aufgaben lassen die Lernenden im Simulator eigene Maschinenprogramme entwickeln; Lösungen sind keine enthalten.
Rechnen mit Strom: Der Halbaddierer
Interaktive Lerneinheit, in der Schüler:innen eine Schaltung zum Addieren zweier Binärziffern (Halbaddierer) mit Wahrheitstabelle, Ein- und Ausgängen sowie Logikgattern aufbauen. Die Aufgabe wird mit gestuften Hilfestellungen begleitet und hebt den Aha-Effekt hervor, dass Schaltungen tatsächlich rechnen können.
Erkundung Mikroprogramm: Das Steuerwerk der Bonsai-Maschine
Geführte Erkundung des Mikroprogramms der Bonsai-Maschine: Lernende wandeln Steuerwörter vom Dezimal- ins Dualsystem um und vergleichen sie Schritt für Schritt mit dem Zustand des interaktiven Simulators und einem Signalaktivierungsalgorithmus. Dabei entdecken sie selbst den Zusammenhang zwischen Mikroprogrammspeicher, Operationscode und Befehlszyklus.
Einführung in UNIX – Leitprogramm Informatik (SwissEduc)
Ein selbständiges Leitprogramm von SwissEduc (1998), das in fünf Kapiteln Grundlagen von Betriebssystemen und die praktische Bedienung von UNIX vermittelt (Anmelden, Shell, Filesystem, Dateirechte). Die Figuren Cristina und Häfi führen durch Theorie- und Praxisteile; Lernziele, Aufgaben und Lösungen strukturieren jedes Kapitel. Didaktisch gut aufgebaut, aber fachlich und technisch deutlich gealtert (Windows 95, Disketten, damalige Systeme).
Forschungsheft: Steuerung eines digitalen Rauchmelders mit dem Calliope mini
Ein Arbeitsheft für ein Projekt, in dem Schüler:innen das Streulichtprinzip eines Rauchmelders kennenlernen und ein funktionsfähiges Modell mit dem Calliope mini bauen. Vom Algorithmus über Flussdiagramme zur Blockprogrammierung mit MakeCode bis zum realen Testaufbau mit Nebelmaschine. Zusatzaufgaben (Vernetzung, Komfortfunktionen, Schwellenwertbestimmung) ermöglichen Differenzierung.
Manuelle Befehlsausführung am Modellrechner «Bonsai»
Arbeitsblatt zur Schritt-für-Schritt-Ausführung eines Programms auf dem physischen Modellrechner Bonsai, mit Aufgaben für jeden Befehlstyp (jmp, tst, inc, dec, hlt) und ausführlichen Hinweisen zum Befehlszyklus. Die Schüler:innen durchlaufen Hol-, Decodier- und Ausführphase manuell, prüfen ihren Fortschritt über Register- und Speicherinhalte und führen anschliessend ein eigenes Programm aus. Gute Selbstkontrolle durch erwartete Endergebnisse; erklärt selbst aber wenig – es setzt die vorangegangenen Abschnitte voraus.
Unplugged-Planspiel: Von-Neumann-Architektur selbst spielen
Ein unplugged-Gruppenspiel, in dem Schüler:innen die Komponenten eines Von-Neumann-Computers (Daten-/Adressbus, Programmzähler, Speicherwerk, Dekodierer, Rechenwerk, Taktgeber) verkörpern und mit Spielfiguren auf Zahlenscheiben Befehle Schritt für Schritt ausführen. Enthält präzise Spielregeln und Anweisungslisten pro Rolle; es fehlen aber ein einführender Erklärtext, Programmier-Beispiele und Aufgaben mit Lösungen.
Computerarchitektur: Von der Maschinensprache zum Little Man Computer
Foliensatz zur Einführung in die Computerarchitektur: Hardware-Komponenten, Maschinensprache, Assemblersprache und Von-Neumann-Architektur mit Instruktionszyklus. Praktisch arbeitet die Klasse mit dem simulierten Little Man Computer, schreibt erste Assembler-Programme und realisiert Schleifen und Verzweigungen mit Branch-Befehlen.
Assembler-Programmierung mit dem RISC Simulator
Umfangreiches Arbeitsblatt zur Assembler-Programmierung mit dem Browser-basierten ARM-RISC-Simulator von Peter Higginson. Es deckt Zahlensysteme, CPU-Register und Speicherabläufe, Verzweigungen und Schleifen, Stack und Heap, Funktionen und Rekursion in einem durchgehenden Praxiskurs ab. Die Aufgaben sind anspruchsvoll und teils originell (z.B. 32-Bit-Multiplikation mit Binomischer Formel), leider ohne Lösungen.
Erkundung: Schaltterme
Die Lernenden lernen, Schaltterme (Boolesche Ausdrücke) analog zu mathematischen Termen auszuwerten, kennen die Operator-Rangfolge (Klammern, not, and, or) und ermitteln daraus Schalttabellen. Am Beispiel von Multiplexer und Demultiplexer ergänzen sie Schalttabellen und prüfen ihre Ergebnisse in einem Simulator.
Erkundung Speicher – Experimente mit dem Bonsai-Simulator
Arbeitsblatt zur erkundenden Einführung in die Funktionsweise des Arbeitsspeichers: Ausgehend vom Bild eines Schubladenschranks mit nummerierten Fächern werden Speicherzellen, Adressierung, Adress- und Datenbus sowie Register eingeführt. In gestuften Aufgaben steuern die Lernenden im Bonsai-Simulator die Tore zwischen Speicher, Bussen und Registern, um Werte zu lesen, zu schreiben und schliesslich mit dem Akku als Hilfsregister von Zelle zu Zelle zu kopieren.
Funktionsweise eines Rechners mit interaktiven Tools erklären
Foliensatz zu einem Workshop, in dem Schaltnetze mit dem Simulator DSimWeb entworfen, vereinfacht und getestet sowie Bonsai-Assembler-Programme auf dem Modellrechner ausgeführt und selbst geschrieben werden. Enthält systematische Konstruktion von Schaltnetzen (Schalttabelle, disjunktive Normalform, Vereinfachung) sowie Übungen mit Lösungen zu Assemblerprogrammen.
Vom Transistor zur CPU – Teil 1: Eine einfache Central Processing Unit
Ausführliches Skript der Kantonsschule Romanshorn, das anschaulich von der 8-Bit-CPU-Architektur (nach Ben Eater) über Transistoren zu logischen Gattern führt. Sehr gut bebildert, mit Alltagsbeispielen (Kaffeemaschine, Sonnenstoren, Verstärker) und Verweisen auf Videos, aber ohne eigene Übungsaufgaben oder Lösungen. Solides, lebendig geschriebenes Grundlagenmaterial zur Digitaltechnik.
Befehlsübersicht RISC Simulator (Peter Higginson)
Kompakte, gut strukturierte Referenz aller Befehle des RISC-Simulators mit Registern, Flags, Adressierungsarten, Stack und Funktionen. Enthält anschauliche Beispiele (Variablen mit DAT, Zählschleife) und einen eigenen Abschnitt zu Stolpersteinen. Als Nachschlagewerk für ein Assembler-Dossier sehr nützlich, aber rein referenziell ohne eigene Aufgaben oder Lösungen.