Post on 05-Apr-2015
Katrin Müller
Sachanalyse John von Neumann Komponenten eines Rechners – Die „von Neumann“-Architektur
▪ Zentraleinheit CPU
▪ Der Speicher
▪ Das Bussystem
▪ Die Eingabe-/Ausgabeeinheit
Didaktische Analyse Das Thema im Lehrplan
▪ Vorwissen der Schüler
▪ Lernziele der Stunde
Verlaufsplan der Stunde▪ Arbeitsmaterialien
Literatur
geboren in Budapest
Mathematiker
„Vater der Informatik“
veröffentlichte 1945 das
„First Draft on a Report on the EDVAC“
Abbildung 1: John von Neumann Quelle: Slanover 2007Abbildung 1: John von Neumann Quelle: Slanover 2007
Ein Text, der beschreibt welche Komponenten
ein Rechner zwingend benötigt und
wie sie anzuordnen sind
Sein Text beschreibt welche Komponenten ein Rechner
zwingend benötigt, wie sie anzuordnen sind und welche Aufgaben die einzelnen Teile
besitzen.
Das Rechner kann „denken“: erste Ergebnisse beeinflussen das weitere
Vorgehen es können während der Bearbeitung
Modifikationen durchgeführt werden Rechner trifft selbstständig logische
Entscheidungen
starrer Programmlauf flexible Programmsteuerung
der sog. Flaschenhals (engl. bottleneck)
alle Daten zur Berechnung werden aus dem Speicher geladen
Die Geschwindigkeit zwischen der CPU und dem Speicher begrenzt die Verarbeitungsgeschwindigkeit
Seine Architektur besteht aus folgenden
Teilen:
der Zentraleinheit
dem Speicher
der Ein- und Ausgabeeinheit
dem Bussystem
Abbildung 2: Struktur eines von Neumann-Rechners Quelle: Oberschelp & Vossen 2000Abbildung 2: Struktur eines von Neumann-Rechners Quelle: Oberschelp & Vossen 2000
die Zentraleinheit (CPU)
besteht aus Daten- und Befehlsprozessor
erreichbar durch Daten- und Adressbus
der Speicher
Trennung von RAM und ROM RAM = Random Access Memory
(lesen und schreiben möglich) ROM = Read Only Memory
(wichtige Systemfunktionen: früher nur lesen möglich)
das Bussystem
Bus = interner Datenweg verbindet funktionale Einheiten ermöglicht erst die Effizienz der
Architektur
die Ein- und Ausgabeeinheit
ermöglicht Kommunikation des Rechners mit der Außenwelt
nicht nur Daten sondern auch Programme können in den Rechner geladen werden
Abbildung 4: Lehrplan des Grundfaches Informatik Quelle: Oberschelp & Vossen 2000Abbildung 4: Lehrplan des Grundfaches Informatik Quelle: Oberschelp & Vossen 2000
Schüler kennen:
Hardware Festplatte, Graphikkarte, Arbeitsspeicher Ein- und Ausgabegeräte
Software Betriebssystem, Office,
Programme/Spiele
Vorstellen der noch immer aktuellen Rechnerarchitektur von Neumann´s
Die Komponenten der Architektur und ihre Funktion kennenDie Anordnung der Komponenten durch ein selbst erstelltes Schaubild festlegen
Baumann (1996) Leitidee, die nach Wirkprinzipien,
Strukturen und Funktionsweisen von Informatiksystemen fragt
Anwendung: Erschaffen mehrerer kleiner Teilsystem und anschließendes Zusammenfügen zu einem Netz
Bußmann und Heimann (1987) Zeitgemäßes Weltbild▪ Konzepte in aktuelles Weltbild einordnen
Förderung von Phantasie und Kreativität▪ Erstellen eines Schaubildes
Fähigkeit zum kritischen Vernunftgebrauch▪ Hausaufgabe deutet auch Nachteile des
Systems an▪ Harvard-Architektur als Alternative?!
Unterrichtsphase / Zeit Inhalte / Ziele Methode / Sozialform
Gelenkstelle Medien / Material
Einstieg (< 3 Minuten)
BegrüßungVorstellung des Themas: Komponenten eines Rechners
LV Wer kann mir denn mal eine Komponente eines Rechners nennen?
Erarbeitungsphase 1 (3 Minuten)
Schüler nennen Komponenten, die an der Tafel ungeordnet angeschrieben werden
Klassen-unterricht
Ihr habt schon einige Komponenten genannt. In einem Film werden wir jetzt die Funktionsweise dieser und weiterer Komponenten nochmal ansehen. Dabei achtet ihr auf die genannten Komponenten und ihre Funktionen und Besonderheiten
Tafel
Erarbeitungsphase 2 (11 Minuten)
Schüler schauen einen Auszug aus dem Film: Die Maus – Wie funktioniert ein Computer
SA Welche Komponenten sind denn hier noch zusätzlich vorgekommen?
Film: Die Maus - Wie funktioniert ein Computer
Sicherungsphase 1 (5 Minuten)
Die Begriffe an der Tafel werden ergänzt. Klassen-unterricht / EA
Damit ihr noch einmal gezielter die Funktionen und die wichtigsten Komponenten vor Augen habt, lest euch das Arbeitsblatt durch und versucht in Partnerarbeit eine Skizze der von Neumann-Struktur zu erstellen
Arbeitsblatt 1: Komponenten eines von Neumann-Rechners
Erarbeitungsphase 3 (10 Minuten)
Schüler lesen alleine den Text über die zusammengefassten Komponenten eines Rechners und die Funktion der einzelnen KomponentenAnschließend fertigen sie in Partnerarbeit eine Skizze an
EA
PA
Wer möchte seine Skizze einmal an der Tafel vorstellen? Tafel
Sicherungsphase 2 (10 MInuten)
Die gezeichnete Skizze der Schüler wird durch die Klasse ergänzt und auf dem Arbeitsblatt verbessert
Klassen-unterricht / EA
Das scheint ein tolles Konzept zu sein, dass sich John von Neumann da ausgedacht hat. Doch er selbst hat damals schon eine Schwäche erkannt.
Arbeitsblatt 2: The First Draft of a Report on the EDVAC
Schlussphase (2 Minuten)
Als Hausaufgabe lest ihr den Text und beantwortet mit Hilfe des Internets die Frage
LV Vielen Dank für eure Mitarbeit
Die Maus – Wie funktioniert ein Computer
Unterrichtsphase / Zeit Inhalte / Ziele Methode / Sozialform
Gelenkstelle Medien / Material
Einstieg (< 3 Minuten)
BegrüßungVorstellung des Themas: Komponenten eines Rechners
LV Wer kann mir denn mal eine Komponente eines Rechners nennen?
Erarbeitungsphase 1 (3 Minuten)
Schüler nennen Komponenten, die an der Tafel ungeordnet angeschrieben werden
Klassen-unterricht
Ihr habt schon einige Komponenten genannt. In einem Film werden wir jetzt die Funktionsweise dieser und weiterer Komponenten nochmal ansehen. Dabei achtet ihr auf die genannten Komponenten und ihre Funktionen und Besonderheiten
Tafel
Erarbeitungsphase 2 (11 Minuten)
Schüler schauen einen Auszug aus dem Film: Die Maus – Wie funktioniert ein Computer
SA Welche Komponenten sind denn hier noch zusätzlich vorgekommen?
Film: Die Maus - Wie funktioniert ein Computer
Sicherungsphase 1 (5 Minuten)
Die Begriffe an der Tafel werden ergänzt. Klassen-unterricht / EA
Damit ihr noch einmal gezielter die Funktionen und die wichtigsten Komponenten vor Augen habt, lest euch das Arbeitsblatt durch und versucht in Partnerarbeit eine Skizze der von Neumann-Struktur zu erstellen
Arbeitsblatt 1: Komponenten eines von Neumann-Rechners
Erarbeitungsphase 3 (10 Minuten)
Schüler lesen alleine den Text über die zusammengefassten Komponenten eines Rechners und die Funktion der einzelnen KomponentenAnschließend fertigen sie in Partnerarbeit eine Skizze an
EA
PA
Wer möchte seine Skizze einmal an der Tafel vorstellen? Tafel
Sicherungsphase 2 (10 MInuten)
Die gezeichnete Skizze der Schüler wird durch die Klasse ergänzt und auf dem Arbeitsblatt verbessert
Klassen-unterricht / EA
Das scheint ein tolles Konzept zu sein, dass sich John von Neumann da ausgedacht hat. Doch er selbst hat damals schon eine Schwäche erkannt.
Arbeitsblatt 2: The First Draft of a Report on the EDVAC
Schlussphase (2 Minuten)
Als Hausaufgabe lest ihr den Text und beantwortet mit Hilfe des Internets die Frage
LV Vielen Dank für eure Mitarbeit
Text, der nach Oberschelp & Vossen (2000) die Grundbestandteile eines von Neumann-Rechners beschreibt
Arbeitsauftrag:Veranschauliche die Struktur eines von Neumann-Rechners!
Unterrichtsphase / Zeit Inhalte / Ziele Methode / Sozialform
Gelenkstelle Medien / Material
Einstieg (< 3 Minuten)
BegrüßungVorstellung des Themas: Komponenten eines Rechners
LV Wer kann mir denn mal eine Komponente eines Rechners nennen?
Erarbeitungsphase 1 (3 Minuten)
Schüler nennen Komponenten, die an der Tafel ungeordnet angeschrieben werden
Klassen-unterricht
Ihr habt schon einige Komponenten genannt. In einem Film werden wir jetzt die Funktionsweise dieser und weiterer Komponenten nochmal ansehen. Dabei achtet ihr auf die genannten Komponenten und ihre Funktionen und Besonderheiten
Tafel
Erarbeitungsphase 2 (11 Minuten)
Schüler schauen einen Auszug aus dem Film: Die Maus – Wie funktioniert ein Computer
SA Welche Komponenten sind denn hier noch zusätzlich vorgekommen?
Film: Die Maus - Wie funktioniert ein Computer
Sicherungsphase 1 (5 Minuten)
Die Begriffe an der Tafel werden ergänzt. Klassen-unterricht / EA
Damit ihr noch einmal gezielter die Funktionen und die wichtigsten Komponenten vor Augen habt, lest euch das Arbeitsblatt durch und versucht in Partnerarbeit eine Skizze der von Neumann-Struktur zu erstellen
Arbeitsblatt 1: Komponenten eines von Neumann-Rechners
Erarbeitungsphase 3 (10 Minuten)
Schüler lesen alleine den Text über die zusammengefassten Komponenten eines Rechners und die Funktion der einzelnen KomponentenAnschließend fertigen sie in Partnerarbeit eine Skizze an
EA
PA
Wer möchte seine Skizze einmal an der Tafel vorstellen? Tafel
Sicherungsphase 2 (10 MInuten)
Die gezeichnete Skizze der Schüler wird durch die Klasse ergänzt und auf dem Arbeitsblatt verbessert
Klassen-unterricht / EA
Das scheint ein tolles Konzept zu sein, dass sich John von Neumann da ausgedacht hat. Doch er selbst hat damals schon eine Schwäche erkannt.
Arbeitsblatt 2: The First Draft of a Report on the EDVAC
Schlussphase (2 Minuten)
Als Hausaufgabe lest ihr den Text und beantwortet mit Hilfe des Internets die Frage
LV Vielen Dank für eure Mitarbeit
englischer Text nach dem Original von John von Neumann
beschreibt authentischer, was er sich von seinem System erhofft
nennt ein Problem der Architektur
Aufgabenstellung: Erkläre das Problem, das John von Neumann als Flaschenhals an seinem System beschreibt
Erklären des „Flaschenhalses“ des Systems
Die Harvard-Architektur als weiteres Konzept: welche Vorteile/Nachteile hat sie gegenüber dem von Neumann´schen Konzept?
Aktuell gibt es eine Kombination beider Architekturen in Computern
BAUMANN, R. (1996): Didaktik der Informatik. Stuttgart. BECKER, K. (2009): Informatik. Was ist Informatik. Internet:
http://inf.burg-kl.de/index.php?punkt=informatik (3.6.2009) BILDUNGSSERVER RHEINLAND-PFALZ INFORMATIK (2008): Einheitliche
Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Informatik. Internet: http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/1989/1989_12_01-EPA-Informatik.pdf (30.5.2009)
HAUBRICH, H. (1997): Didaktik der Geographie konkret. München. MINISTERIUM FÜR BILDUNG, WISSENSCHAFT, JUGEND UND KULTUR (o. J.):
Lehrplanentwurf Informatik. Grund- und Leistungsfach – Einführungsphase und Qualifikationsphase der gymnasialen Oberstufe.
OBERSCHELP, W. UND G. VOSSEN (2000): Rechneraufbau und Rechnerstrukturen. München. Wien.
PLATE, J. (2008): Rechner-Peripherie. Ein- und Ausgabeschnittstellen. Internet: http://www.netzmafia.de/skripten/hardware/rp0/rp0.html (17.6.2009).
SCHWILL, A. (1999): Informatik und Schule. Fachspezifische und fachübergreifende didaktische Konzepte. Berlin.
SLANOVER, A. (2007): John von Neumann´s Extraordinary Life. Internet: http://www.sinc.sunysb.edu/Stu/aslanove/ (3.6.2009).
VOGT, C. (2004): Informatik – Eine Einführung in Theorie und Praxis. Heidelberg. VON NEUMANN, J. (1945): First Draft of a Report on the EDVAC. WELLER, C. (2007): Computer history online. Die ersten Computer. Internet:
http://www.weller.to/his/h05-erste-computer.htm (3.6.2009) WP WISSENSPORTAL (2009): Schule und Bildung - Das Bildungsportal. Informatik
in der Schule. Internet: www.schule.bayern.de/texte/Informatik.pdf (20.5.2009).
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit