gf1:lab_turing

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gf1:lab_turing [2023/08/28 22:33] – marrocgf1:lab_turing [2024/09/02 10:15] (aktuell) – marroc
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 {{ youtube>nuPZUUED5uk?small}} {{ youtube>nuPZUUED5uk?small}}
  
-Weitere Informationen zu Alan Turing finden Sie beispielsweise [[https://www.ardalpha.de/wissen/geschichte/historische-persoenlichkeiten/alan-turing-enigma-code-computer-maschine-100.html |hier]].+
 Der Film "The Imitation Game" aus dem Jahr 2015 ist angelehnt an die Biographie von Alan Turing, jedoch nimmt sich der Film viel "künstlerische Freiheiten" und weicht von der Wahrheit ab.  Der Film "The Imitation Game" aus dem Jahr 2015 ist angelehnt an die Biographie von Alan Turing, jedoch nimmt sich der Film viel "künstlerische Freiheiten" und weicht von der Wahrheit ab. 
  
 ====Was ist Turing Tumble? Wie funktioniert dies? ==== ====Was ist Turing Tumble? Wie funktioniert dies? ====
 +{{:gf1:turingtumble.png?direct&200 |}}
 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: \\
 +<color #7092be>**Der Prozessor eines Computers**</color>\\
 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. 
-{{ :gf1:cpu_1.jpg?direct&300|https://pixabay.com/de/photos/cpu-prozessor-makro-stift-pin-564771/ }} +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 Komponenten des Computers. +{{ :gf1:cpu_1.jpg?direct&230|https://pixabay.com/de/photos/cpu-prozessor-makro-stift-pin-564771/ }} \\ 
- +<color #7092be>** 
-==Wie funktioniert ein Prozessor?==+Wie funktioniert ein Prozessor?**</color>\\
 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, werden Sie feststellen, dass die Bilder von Farbe zu Schwarzweiß wechseln. In diesem Moment mussten die Macher des Videos von Aufnahmen mit Licht auf Aufnahmen mit Elektronen umsteigen, weil diese so viel kleiner sind.\\ 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, werden Sie feststellen, dass die Bilder von Farbe zu Schwarzweiß wechseln. In diesem Moment mussten die Macher des Videos von Aufnahmen mit Licht auf Aufnahmen mit Elektronen umsteigen, weil diese so viel kleiner sind.\\
 {{ youtube>Knd-U-avG0c }} {{ youtube>Knd-U-avG0c }}
- +<color #7092be> 
-==Transistoren==+**Transistoren**</color>\\
 {{ :gf1:transistor.jpg?direct&200|By me - Photograph, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1534533}} {{ :gf1:transistor.jpg?direct&200|By me - Photograph, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1534533}}
 Schalter in der CPU sind jedoch nicht wie Lichtschalter auf „Ein“ oder „Aus“ beschränkt, die sogenannten Transistoren haben einen Zustand (ein oder aus) und dies wirkt sich auch auf das Verhalten anderer Transistoren in ihrer Nachbarschaft aus.\\  Schalter in der CPU sind jedoch nicht wie Lichtschalter auf „Ein“ oder „Aus“ beschränkt, die sogenannten Transistoren haben einen Zustand (ein oder aus) und dies wirkt sich auch auf das Verhalten anderer Transistoren in ihrer Nachbarschaft aus.\\ 
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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, kann [[https://www.swr.de/wissen/essenz-des-computerchips-75-jahre-transistor-100.html| hier]] nachlesen. +
  
 +<accordion>
 +<panel title="Weiterführendes Material">
 +  * Weitere Informationen zu Alan Turing finden Sie beispielsweise [[https://www.ardalpha.de/wissen/geschichte/historische-persoenlichkeiten/alan-turing-enigma-code-computer-maschine-100.html |hier]].
 +  * [[https://www.br.de/radio/bayern2/programmkalender/sendung-4021348.html| Hörbeitrag zu Alan Turing]]
 +  * [[https://www.srf.ch/radio-srf-3/digital-computer-geschichte-opa-wird-70| Computergeschichte]]
 +  * [[https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/nachrichten/2019/prozessor-aus-nanoroehrchen/|Was ist ein Transistor?]]
 +  * Wer sich weiter für Transistoren interessiert, kann [[https://www.swr.de/wissen/essenz-des-computerchips-75-jahre-transistor-100.html| hier]] nachlesen.
 +</panel>
 +</accordion>
 ===Die Elemente des Steckbretts Turing Tumble === ===Die Elemente des Steckbretts Turing Tumble ===
 **Fallziel** \\  **Fallziel** \\ 
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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, ohne sich zu berühren, ähnlich wie Strassenüberführungen es Autos ermöglichen, über andere Strassen zu fahren. Es wäre unmöglich, komplizierte Schaltungen, ohne sich kreuzende Drähte aufzubauen. Diese Elemente von Turing Tumble führen einen kleinen Teil dessen aus, was in einer Leiterplatte passiert. Leiterplatten werden in elektronischen Computern verwendet, um alle Kabelverbindungen stabil und sicher zu fixieren. Eine Leiterplatte ist eine kupferbeschichtete kleine Platte mit einem sorgfältig entworfenen Muster für die Leiterbahnen, um so die elektronischen Komponenten zu verbinden. Leiterplatten beherbergen Transistoren, CPUs und vieles mehr. Unten sehen Sie ein Beispiel einer Leiterplatte.  +Die Kreuzung funktioniert wie zwei Drähte, die sich überkreuzen (aneinander vorbeilaufen), ohne sich zu berühren, ähnlich wie Strassenüberführungen es Autos ermöglichen, über andere Strassen zu fahren. Es wäre unmöglich, komplizierte Schaltungen, ohne sich kreuzende Drähte aufzubauen. Diese Elemente von Turing Tumble führen einen kleinen Teil dessen aus, was in einer Leiterplatte passiert. Leiterplatten werden in elektronischen Computern verwendet, um alle Kabelverbindungen stabil und sicher zu fixieren. Eine Leiterplatte ist eine kupferbeschichtete kleine Platte mit einem sorgfältig entworfenen Muster für die Leiterbahnen, um so die elektronischen Komponenten zu verbinden. Leiterplatten beherbergen Transistoren, CPUs und vieles mehr. Unten sehen Sie ein Beispiel einer Leiterplatte.  
-{{ :gf1:faenger.png?direct&100|}} +{{ :gf1:faenger.png?direct&100|}}\\ 
-**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.  
 +\\ 
 +\\
 **Bits und Zahnräder - Schalter - Transistoren** \\ **Bits und Zahnräder - Schalter - Transistoren** \\
 {{ :gf1:bit.png?direct&100|}} {{ :gf1:bit.png?direct&100|}}
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 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 speichert Informationen durch die endgültige Position, indem es nach rechts oder links zeigt. Diese beiden Zustände (links oder rechts) können die Aussagen falsch oder wahr, oder 0 oder 1 darstellen, wie es in der Informatik oft verwendet wird. Eine Kugel, die ein Bit durchläuft, ändert dessen Richtung und damit auch die gespeicherten Informationen.  
-Das Bit fügt Logik hinzu. Es speichert Informationen, indem es nach rechts oder links zeigt. Diese beiden Zustände (links oder rechts) können die Aussagen falsch oder wahr, oder 0 oder 1 darstellen, wie es in der Informatik oft verwendet wird. Eine Kugel, die ein Bit durchläuft, ändert dessen Richtung und damit auch die gespeicherten Informationen.  +\\ 
 +\\
 //Das Zahnradbit//\\  //Das Zahnradbit//\\ 
 {{ :gf1:zahnradbit.png?direct&150|}} {{ :gf1:zahnradbit.png?direct&150|}}
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     * Die Beine des Ständers können auf zwei Arten montiert werden, aber nur eine Art hält das Brett auch wirklich. Wenn der Ständer das Brett nicht hält, stecken Sie die Ständerteile umgekehrt zusammen.     * Die Beine des Ständers können auf zwei Arten montiert werden, aber nur eine Art hält das Brett auch wirklich. Wenn der Ständer das Brett nicht hält, stecken Sie die Ständerteile umgekehrt zusammen.
     * Stellen Sie den Ständer und das Brett IN den Schachteldeckel, damit Sie alle Teile und Kugeln beisammen haben.     * Stellen Sie den Ständer und das Brett IN den Schachteldeckel, damit Sie alle Teile und Kugeln beisammen haben.
-  * **Während Tabeledes Spielens:** Warten Sie mit dem Einlegen der Kugeln, bis Sie alle Teile auf das Brett aufgesteckt haben. Beim Lösen der Rätsel kann es vorkommen, dass das Brett ruckelt oder der untere Hebel ausgelöst wird, was dazu führen kann, dass die Kugeln zu früh freigegeben werden und überall herumspringen.+  * **Während des Spielens:** Warten Sie mit dem Einlegen der Kugeln, bis Sie alle Teile auf das Brett aufgesteckt haben. Beim Lösen der Rätsel kann es vorkommen, dass das Brett ruckelt oder der untere Hebel ausgelöst wird, was dazu führen kann, dass die Kugeln zu früh freigegeben werden und überall herumspringen.
     * Legen Sie nicht alle Kugeln ein! Legen Sie nur so viele Kugeln ein, wie es das Rätsel erfordert (normalerweise etwa 8 auf jeder Seite).     * Legen Sie nicht alle Kugeln ein! Legen Sie nur so viele Kugeln ein, wie es das Rätsel erfordert (normalerweise etwa 8 auf jeder Seite).
     * Verfolgen Sie den Pfad der Kugel mit einem Finger, um herauszufinden, wohin sich die Teile bewegen sollen. Wenn Sie mit Ihrem Finger an einem der weißen Stifte auf dem Brett ankommen, fügen Sie ein weiteres Teil hinzu.     * Verfolgen Sie den Pfad der Kugel mit einem Finger, um herauszufinden, wohin sich die Teile bewegen sollen. Wenn Sie mit Ihrem Finger an einem der weißen Stifte auf dem Brett ankommen, fügen Sie ein weiteres Teil hinzu.
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     * **Zahnräder**: Jedem Set liegt ein kleiner Beutel mit schwarzen Unterlegscheiben bei. Diese sollten hinter den Zahnradbits angebracht werden, wenn nur zwei Zahnradbits miteinander verbunden sind, um die Reibung zu erhöhen. <color #00a2e8>Wenn jedoch mehr als zwei Zahnradbits verbunden sind, sollten die Unterlegscheiben nicht verwendet werden.</color>     * **Zahnräder**: Jedem Set liegt ein kleiner Beutel mit schwarzen Unterlegscheiben bei. Diese sollten hinter den Zahnradbits angebracht werden, wenn nur zwei Zahnradbits miteinander verbunden sind, um die Reibung zu erhöhen. <color #00a2e8>Wenn jedoch mehr als zwei Zahnradbits verbunden sind, sollten die Unterlegscheiben nicht verwendet werden.</color>
  
- ==== Die Challenges ====+<WRAP nicebox green> 
 +**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 90: 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\\ 
  
 <color #00a2e8>**Die Challenges finden Sie auch hier:**</color> {{ :gf1:seriechallange.pdf |}}\\  <color #00a2e8>**Die Challenges finden Sie auch hier:**</color> {{ :gf1:seriechallange.pdf |}}\\ 
 <wrap lo>[[https://upperstory.com/turingtumble/assets/practice-guide-2021.pdf |Quelle]] für diesen Abschnitt.</wrap> \\  <wrap lo>[[https://upperstory.com/turingtumble/assets/practice-guide-2021.pdf |Quelle]] für diesen Abschnitt.</wrap> \\ 
 [[http://tumble-together.herokuapp.com/?utm_source=guide&utm_medium=print&utm_campaign=twilton|{{ :gf1:simulator.png |Simulator}}]] [[http://tumble-together.herokuapp.com/?utm_source=guide&utm_medium=print&utm_campaign=twilton|{{ :gf1:simulator.png |Simulator}}]]
-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.\\ 
 + 
 +**Auftrag 2: Der Turing-Tumble-Rechner** \\ 
 + 
 +  * Schauen Sie das Video und erklären Sie anschliessend, warum nun diese Kugelbahn (Turing Tumble) rechnet und wo die Grenzen dieses Rechners liegen. \\{{ youtube>R-_819NJAIs?small}} 
 +  * Vervollständigen Sie den Satz: "Die Turing-Tumble-Maschine ist Turing-vollständig, weil ..." 
 + 
 +</WRAP> 
 + 
  
 <accordion> <accordion>
  • gf1/lab_turing.1693254837.txt.gz
  • Zuletzt geändert: 2023/08/28 22:33
  • von marroc