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| gf1:lab_turing [2023/08/09 13:12] – [Die offenen Lernfragen, die beantwortet werden sollten.] marroc | gf1:lab_turing [2024/09/02 10:15] (aktuell) – marroc | ||
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| Im Alter von 24 Jahren veröffentlicht Turing einen wissenschaftlichen Aufsatz über " | Im Alter von 24 Jahren veröffentlicht Turing einen wissenschaftlichen Aufsatz über " | ||
| - | Alan Turing entwirft eine " | + | Alan Turing entwirft eine " |
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| {{ youtube> | {{ youtube> | ||
| - | Weitere Informationen zu Alan Turing finden Sie beispielsweise [[https:// | + | |
| Der Film "The Imitation Game" aus dem Jahr 2015 ist angelehnt an die Biographie von Alan Turing, jedoch nimmt sich der Film viel " | Der Film "The Imitation Game" aus dem Jahr 2015 ist angelehnt an die Biographie von Alan Turing, jedoch nimmt sich der Film viel " | ||
| ====Was ist Turing Tumble? Wie funktioniert dies? ==== | ====Was ist Turing Tumble? Wie funktioniert dies? ==== | ||
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| Turing Tumble ist eine Abstraktion des Computers, doch wie kann das sein? Wie um alles in der Welt kann dieses Murmelgerät ein Computer sein? Es hat keinen Bildschirm, keine Tastatur und keine Elektronik. \\ | Turing Tumble ist eine Abstraktion des Computers, doch wie kann das sein? Wie um alles in der Welt kann dieses Murmelgerät ein Computer sein? Es hat keinen Bildschirm, keine Tastatur und keine Elektronik. \\ | ||
| + | Fangen wir vorne an: \\ | ||
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| Das Herzstück des Computers ist der Prozessor (die CPU). Dies ist das Bauteil des Computers, in welchem die Rechnungen und die eigentliche Arbeit des Computers passiert. | Das Herzstück des Computers ist der Prozessor (die CPU). Dies ist das Bauteil des Computers, in welchem die Rechnungen und die eigentliche Arbeit des Computers passiert. | ||
| - | {{ : | + | Auf der Unterseite des Prozessors gibt es viele tausend kleine Stifte, die herausragen. Die Stifte verbinden das Innere des Prozessors den restlichen Komponenten des Computers.\\ |
| - | Auf der Unterseite des Prozessors gibt es viele tausend kleine Stifte, die herausragen. Die Stifte verbinden das Innere des Prozessors den restlichen Componenten des Computers. | + | {{ : |
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| - | ==Wie funktioniert ein Prozessor?== | + | Wie funktioniert ein Prozessor?**</ |
| Vereinfacht gesagt, beihaltet ein Prozessor Milliarden von Schaltern. Die Schalter sind so klein, dass man sie nicht einmal durch ein Mikroskop sehen könnte, weil die Wellenlänge des sichtbaren Lichts selbst zu groß ist. Heutzutage sind die Schalter in einem Computerprozessor etwa tausendmal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares. Das folgende Video zoomt so weit in einen Computerprozessor hinein, bis Sie die einzelnen Schalter (sogenannte „Transistoren“) im Inneren und die winzigen Kupferdrähte sehen können, die sie miteinander verbinden. Wenn Sie weiter und weiter heranzoomen, | Vereinfacht gesagt, beihaltet ein Prozessor Milliarden von Schaltern. Die Schalter sind so klein, dass man sie nicht einmal durch ein Mikroskop sehen könnte, weil die Wellenlänge des sichtbaren Lichts selbst zu groß ist. Heutzutage sind die Schalter in einem Computerprozessor etwa tausendmal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares. Das folgende Video zoomt so weit in einen Computerprozessor hinein, bis Sie die einzelnen Schalter (sogenannte „Transistoren“) im Inneren und die winzigen Kupferdrähte sehen können, die sie miteinander verbinden. Wenn Sie weiter und weiter heranzoomen, | ||
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| - | ==Transistoren== | + | **Transistoren**</ |
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| Schalter in der CPU sind jedoch nicht wie Lichtschalter auf „Ein“ oder „Aus“ beschränkt, | Schalter in der CPU sind jedoch nicht wie Lichtschalter auf „Ein“ oder „Aus“ beschränkt, | ||
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| Schalter in einem Computer bzw. Transistoren werden durch elektrische Energie umgelegt und steuern auch elektrische Energie. | Schalter in einem Computer bzw. Transistoren werden durch elektrische Energie umgelegt und steuern auch elektrische Energie. | ||
| - | Da die Schalter in Computerprozessoren und in Turing Tumble durch die gleiche Art von Energie umgelegt werden, die sie auch steuern, ist es möglich, dass ein Schalter einen anderen Schalter umlegt. \\ \\ | + | Da die Schalter in Computerprozessoren und in Turing Tumble durch die gleiche Art von Energie umgelegt werden, die sie auch steuern, ist es möglich, dass ein Schalter einen anderen Schalter umlegt. \\ |
| - | Wer sich weiter für Transistoren interessiert, | + | |
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| + | * Weitere Informationen zu Alan Turing finden Sie beispielsweise [[https:// | ||
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| + | * Wer sich weiter für Transistoren interessiert, | ||
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| ===Die Elemente des Steckbretts Turing Tumble === | ===Die Elemente des Steckbretts Turing Tumble === | ||
| **Fallziel** \\ | **Fallziel** \\ | ||
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| Das Element Fallziel lässt die Kugeln immer in eine bestimmte Richtung laufen. Wenn Sie es auf das Brett stecken, während es nach links zeigt, gehen die Kugeln nach links. Wenn Sie es auf das Brett stecken, während es nach rechts zeigt, gehen die Kugeln nach rechts. \\ | Das Element Fallziel lässt die Kugeln immer in eine bestimmte Richtung laufen. Wenn Sie es auf das Brett stecken, während es nach links zeigt, gehen die Kugeln nach links. Wenn Sie es auf das Brett stecken, während es nach rechts zeigt, gehen die Kugeln nach rechts. \\ | ||
| //Wie sehen elektronische Fallziele in einem elektronischen Computer aus?// \\ | //Wie sehen elektronische Fallziele in einem elektronischen Computer aus?// \\ | ||
| - | In einem elektronischen Computer, wie z. B. einem Laptop, Desktop oder Smartphone, werden Drähte für den gleichen Zweck wie Fallziele verwendet. Drähte leiten den Strom dorthin, wo er hin soll, ähnlich wie ein Rohr für Elektronen. Manchmal leiten Drähte den Strom zu einem Schalter oder einem anderen elektrischen Bauteil, manchmal führen sie einfach zu weiteren Drähten, die sich verzweigen. \\ | + | In einem elektronischen Computer, wie z. B. einem Laptop, Desktop oder Smartphone, werden Drähte für den gleichen Zweck wie Fallziele verwendet. Drähte leiten den Strom dorthin, wo er hinsoll, ähnlich wie ein Rohr für Elektronen. Manchmal leiten Drähte den Strom zu einem Schalter oder einem anderen elektrischen Bauteil, manchmal führen sie einfach zu weiteren Drähten, die sich verzweigen. \\ |
| In Turing Tumble sind Fallziele wie Drähte und die Kugeln wie Elektrizität. Wenn Sie Fallziele auf dem Spielbrett platzieren, legen Sie die Pfade fest, die die Kugeln zurücklegen können, so wie Drähte als Leiterbahnen die Pfade festlegen, wohin sich der Strom bewegen kann. \\ | In Turing Tumble sind Fallziele wie Drähte und die Kugeln wie Elektrizität. Wenn Sie Fallziele auf dem Spielbrett platzieren, legen Sie die Pfade fest, die die Kugeln zurücklegen können, so wie Drähte als Leiterbahnen die Pfade festlegen, wohin sich der Strom bewegen kann. \\ | ||
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| **Kreuzung** \\ | **Kreuzung** \\ | ||
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| - | Die Kreuzung dient dazu, dass sich auf den Pfaden der Kugeln eine Kreuzung entsteht.Eine Kugel, die auf der linken Seite einrollt, verlässt die Kreuzung auf der rechten Seite und umgekehrt.\\ | + | Die Kreuzung dient dazu, dass sich auf den Pfaden der Kugeln eine Kreuzung entsteht. Eine Kugel, die auf der linken Seite einrollt, verlässt die Kreuzung auf der rechten Seite und umgekehrt.\\ |
| //Wie sehen Kreuzungen in einem elektronischen Computer aus?// \\ | //Wie sehen Kreuzungen in einem elektronischen Computer aus?// \\ | ||
| - | Die Kreuzung funktioniert wie zwei Drähte, die sich überkreuzen, | + | Die Kreuzung funktioniert wie zwei Drähte, die sich überkreuzen |
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| - | **STOP - der Fänger** | + | \\ |
| - | Wenn der Computer sein Ziel erreicht hat, kann der Fänger eingesetzt werden, um zu verhindern, dass weitere Kugeln den Weg durch die Turing-Maschine starten. Dies ist wie ein Reset oder ein Shutdown des Computers, ein Unterbruch des Stromflusses wird generiert. | + | **STOP - der Fänger**\\ |
| + | Wenn der Computer sein Ziel erreicht hat, kann der Fänger eingesetzt werden, um zu verhindern, dass weitere Kugeln den Weg durch die Turing-Maschine starten. Dies ist wie ein Reset oder ein Shutdown des Computers, ein Unterbruch des Stromflusses wird auf diese Weise generiert. | ||
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| **Bits und Zahnräder - Schalter - Transistoren** \\ | **Bits und Zahnräder - Schalter - Transistoren** \\ | ||
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| In Turing Tumble werden die Schalter / Transistoren (d. h. die blauen und violetten Teile, die wir „Bits“ und „Zahnradbits“ nennen) durch mechanische Energie umgelegt, und sie steuern auch mechanische Energie: Sie werden von einer Kugel, die über sie rollt, umgedreht und steuern, ob eine Kugel über ihre linke oder rechte Seite rollt.\\ | In Turing Tumble werden die Schalter / Transistoren (d. h. die blauen und violetten Teile, die wir „Bits“ und „Zahnradbits“ nennen) durch mechanische Energie umgelegt, und sie steuern auch mechanische Energie: Sie werden von einer Kugel, die über sie rollt, umgedreht und steuern, ob eine Kugel über ihre linke oder rechte Seite rollt.\\ | ||
| Diese Bits sind mechanische Versionen der elektronischen Schalter (sog. Transistoren) in Computerchips (der CPU). Bei (elektronischen) Schaltern kann festgelegt werden, in welche Richtung der Strom fliesst, bzw. die Kugel rollt, wenn die Maschine startet. | Diese Bits sind mechanische Versionen der elektronischen Schalter (sog. Transistoren) in Computerchips (der CPU). Bei (elektronischen) Schaltern kann festgelegt werden, in welche Richtung der Strom fliesst, bzw. die Kugel rollt, wenn die Maschine startet. | ||
| - | Zu beobachten ist auch, dass Bits in Turing Tumble etwas kniffliger sind als elektronische Bits, weil eine Kugel, die das Bit passiert, die Richtung des Bits für die nächste Kugel verändert. Sie haben kein Gegengewicht (wie die Fallziele), das sie wieder in ihre ursprüngliche Position bringen würde. \\ | + | Zu beobachten ist auch, dass Bits in Turing Tumble etwas kniffliger sind als elektronische Bits, weil eine Kugel, die das Bit passiert, die Richtung des Bits für die nächste Kugel verändert. Sie haben kein Gegengewicht (wie die Fallziele), das sie wieder in ihre ursprüngliche Position bringen würde. |
| - | Das Bit fügt Logik hinzu. Es speichert Informationen, | + | \\ |
| + | Das Bit speichert Informationen | ||
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| //Das Zahnradbit// | //Das Zahnradbit// | ||
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| Wie das Bit speichert auch das Zahnradbit Informationen, | Wie das Bit speichert auch das Zahnradbit Informationen, | ||
| - | Die Zahnräder und Zahnradbits machen den Turing-Tabele-Computer | + | Die Zahnräder und Zahnradbits machen den Turing-Table-Computer |
| //Wie sehen Bits (Zahnradbits) in einem elektronischen Computer aus?// | //Wie sehen Bits (Zahnradbits) in einem elektronischen Computer aus?// | ||
| Einer der Drähte ist ein Steuerdraht. Durch Ändern des an diesen Draht angelegten Stroms (d.h. der „Spannung“) steuert er, wie viel Strom durch den zweiten Draht hinein und durch den dritten Draht hinausfliessen kann. Es hat sich herausgestellt, | Einer der Drähte ist ein Steuerdraht. Durch Ändern des an diesen Draht angelegten Stroms (d.h. der „Spannung“) steuert er, wie viel Strom durch den zweiten Draht hinein und durch den dritten Draht hinausfliessen kann. Es hat sich herausgestellt, | ||
| - | Diese Schaltung wird als „Flip-Flop“ bezeichnet. Dies ist einer der wichtigsten Bausteine eines Computers. Milliarden und Abermilliarden von Flip-Flops werden verwendet, um Informationen im Computerspeicher zu speichern. | + | Diese Schaltung wird als „Flip-Flop“ bezeichnet. Dies ist einer der wichtigsten Bausteine eines Computers. Milliarden und Abermilliarden von Flip-Flops werden verwendet, um Informationen im Computerspeicher zu speichern. |
| ===Praktische Tipps=== | ===Praktische Tipps=== | ||
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| * **Zahnräder**: | * **Zahnräder**: | ||
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| + | **Auftrag 1: Die Challenges** | ||
| * Aufgabe 6 Seite 22 im Begleitheft | * Aufgabe 6 Seite 22 im Begleitheft | ||
| * Aufgabe 10 Seite 28 im Begleitheft | * Aufgabe 10 Seite 28 im Begleitheft | ||
| Zeile 88: | Zeile 102: | ||
| * Aufgabe 20 Seite 40 im Begleitheft | * Aufgabe 20 Seite 40 im Begleitheft | ||
| * Aufgabe 21 Seite 42-43 im Begleitheft | * Aufgabe 21 Seite 42-43 im Begleitheft | ||
| - | * Zusatzaufgabe 1 Nr 27 Seite 49 im Begleitheft\\ \\ | + | * Zusatzaufgabe 1 Nr 27 Seite 49 im Begleitheft\\ |
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| <wrap lo> | <wrap lo> | ||
| [[http:// | [[http:// | ||
| - | Die Aufgaben sollten mit dem Turing-Brett und können auch mit der Simulation gelöst werden.\\ | + | Die Aufgaben sollten mit dem Turing-Brett und können auch mit der Simulation gelöst werden.\\ |
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| + | **Auftrag 2: Der Turing-Tumble-Rechner** \\ | ||
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| + | * Schauen Sie das Video und erklären Sie anschliessend, | ||
| + | * Vervollständigen Sie den Satz: "Die Turing-Tumble-Maschine ist Turing-vollständig, | ||
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