Wer rechnet, wer steuert?
Vier große Teile
Stark vereinfacht besteht jeder Computer aus vier großen Teilen:
- Das Rechenwerk verarbeitet Daten: Es rechnet mit ihnen und prüft sie.
- Das Steuerwerk steuert den Ablauf: Es sorgt dafür, dass die Befehle des Programms in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden.
- Der Speicher bewahrt Programme und Daten auf.
- Das Bussystem verbindet die Teile miteinander und transportiert Daten und Adressen.
Vielleicht kennst du diese Begriffe schon. Jetzt geht es darum, sie in deinem Modellrechner wiederzufinden.
Aufgabe 1: Bauteile zuordnen
Arbeite mit dem Modellrechner, den du kennst: Murmelrechner oder Bonsai-Rechner. Am besten arbeitest du zu zweit.
- Notiere alle Akteure bzw. Bauteile deines Modellrechners und schreibe zu jedem in Stichworten, was er bzw. es tut.
- Ordne jeden Akteur bzw. jedes Bauteil einem der vier Teile zu. Die wichtigste Leitfrage lautet: Verarbeitet es Daten, oder steuert es den Ablauf?
- Begründe jede Zuordnung in einem Satz.
Tipp 1
Diese Akteure bzw. Bauteile solltest du auf deiner Liste haben:
- Murmelrechner (universell): Rechenkünstler mit Akku-Gefäß, Steuermann mit Notizzettel und universellem Steuerprogramm, Laufbursche, durchnummerierte Speichergefäße.
- Bonsai-Rechner: Akku, Nullentdeckung, Programmzähler, Befehlsregister, Speicher, Adressbus, Datenbus. Falls du auch die automatisierte Befehlsausführung bearbeitet hast: Controlboard und Mikroprogrammspeicher.
Tipp 2
Stelle dir bei jedem Bauteil diese Fragen:
- Werden hier Daten verändert oder geprüft? → Rechenwerk
- Wird hier festgelegt, was als Nächstes geschieht? → Steuerwerk
- Werden hier Befehle oder Daten aufbewahrt? → Speicher
- Werden hier Daten oder Adressen nur von einem Ort zum anderen gebracht? → Bussystem
Aufgabe 2: Zuordnung überprüfen
Überprüfe deine Zuordnung aus Aufgabe 1: Ziehe die Bauteile in die passenden Felder und klicke auf „Überprüfen“. Wenn ein Bauteil falsch liegt, überlege zuerst, welche Leitfrage du falsch beantwortet hast, bevor du es noch einmal versuchst.
Variante Murmelrechner
Variante Bonsai-Rechner
Controlboard und Mikroprogrammspeicher lernst du erst bei der automatisierten Befehlsausführung kennen. Wenn du diese Bauteile nicht kennst, lass sie einfach liegen.
Ohne Geräte lassen sich Aufgabe 1 und 2 mit Kärtchen an der Tafel durchführen. H5P dient nur der Kontrolle; das Begründen in Aufgabe 1 ist der Kern.
Aufgabe 3: Zählen ist nicht gleich Rechnen
Der Programmzähler wird bei fast jedem Befehl um 1 erhöht. Beim Murmelrechner erledigt das der Steuermann auf seinem Notizzettel. Man könnte also meinen, der Programmzähler gehöre zum Rechenwerk.
- Erläutere, warum der Programmzähler trotzdem zum Steuerwerk gehört.
- Beim Befehl
tstarbeiten Rechenwerk und Steuerwerk zusammen. Beschreibe, was das Rechenwerk tut und was das Steuerwerk tut.
Tipp
Entscheidend ist nicht, ob ein Bauteil rechnen kann, sondern wofür sein Ergebnis verwendet wird. Was gibt der Programmzähler an: einen Wert, mit dem das Programm rechnet, oder etwas anderes?
Typische Stolperstelle: Der Programmzähler wird dem Rechenwerk zugeordnet, weil er „zählt“. Seine Klärung ist der Kern der Unterscheidung von Rechenwerk und Steuerwerk.
Aufgabe 4: Wo steckt das Wissen über die Befehle?
Irgendwo im Rechner muss festgelegt sein, wie ein Befehl wie inc oder tst ausgeführt wird.
- Gib an, wo dieses Wissen in deinem Modellrechner steckt.
- Ordne es einem der vier Teile zu und begründe.
Tipp
Murmelrechner: Woher weiß der Steuermann, was er bei einem Befehl mit drei blauen Murmeln zurufen muss?
Bonsai-Rechner: Wer schaltet die Tore, wenn du es nicht mehr von Hand tust?