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Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit (Unterrichtsvorhaben Q2-III)
Leitfragen: Was sind die strukturellen Hauptbestandteile eines Computers und wie kann man sich die Ausführung eines maschinenahen Programms mit diesen Komponenten vorstellen? Welche Möglichkeiten bieten Informatiksysteme und wo liegen ihre Grenzen?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Anhand einer von-Neumann-Architektur und einem maschinennahen Programm wird die prinzipielle Arbeitsweise von Computern verdeutlicht.
Ausgehend von den prinzipiellen Grenzen endlicher Automaten liegt die Frage nach den Grenzen von Computern bzw. nach Grenzen der Automatisierbarkeit nahe. Mit Hilfe einer entsprechenden Java-Methode wird plausibel, dass es unmöglich ist, ein Informatiksystem zu entwickeln, dass für jedes beliebige Computerprogramm und jede beliebige Eingabe entscheidet ob das Programm mit der Eingabe terminiert oder nicht (Halteproblem). Anschließend werden Vor- und Nachteile der Grenzen der Automatisierbarkeit angesprochen und der Einsatz von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen beurteilt.
Zeitbedarf: 12 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
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Unterrichtssequenzen |
Zu entwickelnde Kompetenzen |
Beispiele, Medien oder Materialien |
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1. Von-Neumann-Architektur und die Ausführung maschinennaher Programme a) prinzipieller Aufbau einer von Neumann-Architektur mit CPU, Rechenwerk, Steuerwerk, Register und Hauptspeicher b) einige maschinennahe Befehlen und ihre Repräsentation in einem Binär-Code, der in einem Register gespeichert werden kann c) Analyse und Erläuterung der Funktionsweise eines einfachen maschinennahen Programms |
Die Schülerinnen und Schüler
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Beispiel: Addition von 4 zu einer eingegeben Zahl mit einem Rechnermodell |
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2. Grenzen der Automatisierbarkeit a) Vorstellung des Halteproblems b) Unlösbarkeit des Halteproblems c) Beurteilung des Einsatzes von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen |
Beispiel: Halteproblem |