Rechenoperationen im Prozessor mit elektrischen Schaltern nach Boole praktisch umsetzen

Rechenoperationen im Prozessor mit elektrischen Schaltern nach Boole praktisch umsetzen

Berufliche Schulen | Gymnasium | Mittlere Schulformen

Informatik & Medienbildung

5. | 6. Klasse

4 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Diese Materialien vermitteln einen Einblick in die Vorgänge im Prozessor und versetzen Ihre Lernenden in die Lage, elementare Rechenoperationen in der arithmetisch-logischen Einheit selbst mit elektrischen Schaltungen und LED-Lämpchen darzustellen. Die Schülerinnen und Schüler erleben das spannende Zusammenspiel von Grundwissen, theoretischer Problemlösung mittels Boole’scher Aussagenlogik und technischer Umsetzung. Am Beispiel der 1-Bit-Addition erweitern sie ihre Kenntnisse zu den Vorgängen im Prozessor, setzen sich mit Binärzahlen auseinander und erarbeiten sich die technische Problemlösung mit elektrischen Grundschaltungen. Lassen Sie die Lernenden die Theorie inklusive Fachtermini und den technischen Aufbau in abwechslungsreichen Sozialformen mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen erarbeiten.
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Kompetenzen

Klassenstufe:5/6
Dauer:4 Unterrichtsstunden
Lernziele:Die Lernenden … 1. beschreiben die Vorgänge im Prozessor, 2. erläutern das Binärsystem und die Addition von Binärzahlen, 3. nennen und beschreiben Boole’sche Aussagen und die Umsetzung mit elektrischen Schaltungen, 4. erklären Aufbau und Funktion von technischen Lösungen.
Thematische Bereiche:Arbeitsweise von Prozessoren, Boole’sche Logik, Elektrotechnik
Kompetenzbereiche:Argumentieren, Modellieren, Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsangabe

Benötigte Materialien

  • Dokumentenkamera/Beamer/OH-Projektor
  • Laptop/PC/Tablet
  • Internetzugang

Einstieg

Thema:Verarbeitung elementarer Rechenoperationen im Rechenwerk des Prozessors
M 1aReise ins Innerste des Prozessors eines Computers
Benötigt:
  • Dokumentenkamera/Beamer/OH-Projektor
  • ggf. LearningApp zu Aufgabe 2 und Laptop/Tablet/Smartphone: https://learningapps.org/watch?v=pa4yxm0w222
M 1bArbeitsabläufe innerhalb des Prozessors eines Computers

Erarbeitung

Thema:Boole’sche Logik und Grundlagen der Elektrotechnik
M 2Addieren im Zehnersystem und mit Binärzahlen
Benötigt:
  • Dokumentenkamera/Beamer/ OHP
  • Laptop/PC/Tablet pro Lernpaar
  • Internetzugang
M 3Der Prozessor bei der Arbeit: Der Addier-Vorgang in der ALU des Rechenwerks
Benötigt:
  • ggf. Dokumentenkamera/Beamer/OHP
  • ggf. LearningApp zu Aufgabe 2 und Laptop/Tablet/Smartphone: https://learningapps.org/watch?v=pzqj1xe6k22
M 4Die Addition mit Boole’scher Logik als elektrische Schaltungen umsetzen
Benötigt:
  • Mobiles Endgerät/Internetzugang für Erklärvideo
Technisches Material:
  • Styrodur- oder Styroporplatten ca. A4
  • 100er-Pack Büroklammern
  • 100er-Pack Musterbeutelklammern
  • Klebeband
  • 1 rote LED mit Schraubgewinde pro Lerngruppe
  • 1 Lämpchenfassung pro Lerngruppe
  • 1 Knopfzelle 3V CR2032 pro Lerngruppe
  • starkes Papier, Karton
M 4aTippkarte zu Aufgabe 4 von M 4
Benötigt:
  • ggf. Dokumentenkamera/Beamer/OHP

Anwendung

M 5Versuch: „ALU“ mit elektrischen Logikschaltungen für eine 1-Bit-Addition
Benötigt:
  • ggf. Dokumentenkamera/Beamer/OHP
Technisches Material für eine „ALU“ bestehend aus zwei Logikschaltungen:
  • DINA-4-Seite Fotokarton oder starkes Papier
  • 2 DIN-A4-Styrodur/Styropor-Platten
  • 2 LED-Lämpchen mit Schraubgewinde
  • 2 Lämpchenfassungen mit seitlichen Lötfahnen, gelocht
  • 25 Metall-Büroklammern
  • 25 metallische Musterbeutel-Klammern
  • 2 Knopfzellen 3V CR2032
  • Klebeband

Benötigte Dateien

  • ggf. zur Wiederholung der Binärzahlen:Selbstlerneinheit_Daten-und-Codierung.pptx

Erklärung zu den Symbolen

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