pWir werden uns im Informatikunterricht (auch) mit Aufbau und Funktion von Computer-systemen befassen. Dazu ist es sinnvoll, zunächst die relevanten Geräte und Bauteile kennen zu lernen./p

pDoch wie arbeitet nun ein Computersystem? Eine Übersicht findet sich hinter der folgenden URL: https://t1p.deASS-Neumann1<p>p/ppAchte darauf, die URL in die Adressleiste, und nicht etwa in die Suchleiste einzugeben!/p

pVor allem die Verarbeitung (unterstützt durch den Arbeitsspeicher RAM) ist für uns von Interesse. Leider bringt es uns nicht weiter, die entsprechenden Bauteile aufzuschneiden oder einfach zu vergrößern - daher werden wir demnächst auf ein Simulationsmodell zurückgreifen, um die Funktionsweise nachzuvollziehen./pp/pp/p

pCPU, RAM, BUS, ... - bei der Beschäftigung mit Computersystemen begegnen wir unweigerlich vielen Fachbegriffen und Abkürzungen. Vervollständige die angegebenen Tabellen in Deinem Heft, um einen Überblick zu erhalten. Verwende die angegebenen Abkürzungen bzw. Begriffe!/pp/ppVerwende dabei als Quelle das digitale Schulbuch (https://t1p.deASS-EVA-V) und eigene Recherchen!<p>

pComputersysteme werden oft mit Leistungsangaben beworben oder beschrieben. Dabei gibt es für die Kategorien Speicher und Rechengeschwindigkeit jeweils eine Grundeinheit, die dann mit Präfixen für Größenordnungen erweitert werden können:/p

pDer Murmelrechner ist ein Simulationsmodell, bei dem ihr die Rolle ausgewählter Bauteile eines Rechnersystems übernehmt und damit die Verarbeitung von Rechenaufgaben durch ein Computersystem analysieren könnt./ppDer Name kommt von den Murmeln (es geht auch mit Holzperlen, Bohnen, ...), die zur Darstellung von Zahlenwerten verwendet werden./pp/ppDamit bei der Durchführung auch alles funktioniert, müsst ihr die Bauteile und ihre Funktion verstehen. Lest bitte alle Erklärungen genau durch und stellt, wenn nötig, Fragen!/p

pDer Speicher wird durch Plastikbecher symbolisiert, die von Null an aufsteigend nummeriert sind. Die Anzahl der Murmeln in den Behältern gibt den darin gespeicherten Zahlenwert an. Die Nummern der Gefäße sind wichtig, damit immer klar ist, welche Speicherzelle gemeint ist. Das Bild zeigt einen Speicher aus sechs Behältern:/p

pDie dargestellte Situation entspricht der folgenden Speicherbelegung:/p

pUm die Möglichkeiten eines Computersystems auf unterster Ebene zu simulieren, müssen wir die möglichen Operationen auf jene begrenzen, die dem Computersystem zur Verfügung stehen./pp/ppWeder wir noch ein Computersystem kann leicht (für uns: mit einem Blick erkennen, welches von zwei Gefäßen mehr Murmeln enthält, sofern nicht gerade eines davon leer ist. Das Leersein eines Gefäßes hingegen ist leicht festzustellen./pp/ppEbenso ist es relativ leicht, eine Murmel hinzuzufügen oder zu entfernen./p

pDu hast es bestimmt schnell herausgefunden: Um die Zahlen zu addieren, kann wie folgt vorgegangen werden - das Ergebnis ist im Gefäß 0 ablesbar:/p

pFür das Hinzufügen und das Wegnehmen von Murmeln gibt es Fachbegriffe, die wir zukünftig verwenden werden:/pp/pulliInkrementieren: Erhöhen eines Wertes um 1 Hinzufügen einer Murmel<li>liDekrementieren: Senken eines Wertes um 1 Entfernen einer Murmel<li>/ulp/ppEine Abfolge von Murmelrechnerbefehlen, die der Reihe nach ausgeführt werden können, um eine Aufgabe zu lösen, wird als Murmelrechnerprogramm bezeichnet. Pro Zeile gibt es immer nur einen Befehl./p

pDie Befehle lassen sich in verschiedene Kategorien einsortieren:/p

pDie Befehle dec und inc greifen nicht in den Programmablauf ein, sondern beeinflussen nur den Inhalt von Speicherstellen./ppDaher werden sie als uRechenbefehle/u bezeichnet./pp/ppRechenbefehle erhalten als Parameter die Nummer der zu inkrementierenden bzw. zu dekrementierenden Speicherstelle./p

pDie Befehle jmp, tst und hlt greifen in den Ablauf des Programms ein, verändern also, ob und welche Befehle als nächstes ausgeführt werden./ppDaher werden sie als uKontrollbefehle/u bezeichnet./pp/ppDer Kontrollbefehl jmp erhält als Parameter die Programmcodezeile, in der das Programm weiter ausgeführt werden soll./ppDer Befehl tst erhält als Parameter die Nummer der zu testenden Speicherstelle und hlt benötigt keine Parameter./p

pDer tst-Befehl ermöglicht es überhaupt erst, Programme für beliebige Probleme zu schreiben. Ohne Nulltest könnte man nur Programme für konkrete Aufgaben (wie 3+2) schreiben, da es keine Möglichkeit gibt, das Programm erst zu beenden, wenn eine der Eingabespeicherstellen leer ist./pp/ppDer tst-Befehl funktioniert so:/pp/polliTest, ob die angegebene Speicherstelle noch Murmeln enthält/liliWenn ja, dann wird der Befehl in der nächsten Zeile ausgeführt (danach geht die Ausführung je nach Inhalt dieser Zeile normal weiter)./liliWenn nein, dann wird stattdessen in der übernächsten Zeile weiter ausgeführt./li/ol

pInnerhalb unseres Prozessormodells Murmelrechner gibt es (wie in der realweltlichen Vorlage, dem Prozessor) verschiedene Aktuere, die jeweils eigene Aufgaben erledigen:/p

pDerDie Rechenkünstlerin führt die Rechenbefehle dec und inc sowie den Testbefehl tst aus. Dazu erhält ersie ein Akkumulator genanntes Gefäß, in dem er die Operationen ausfüht, und ein Vorratsgefäß mit Murmeln, aus demin das ersie die dabei benötigten Murmeln entnimmt bzw. ablegt. Außerdem kann ersie an den Steuermann die Steuerfrau das Ergebnis des Nulltests kommunizieren (janein)./p

pDiese Rolle hat die Aufgabe, demder Rechenkünstlerin die Murmeln aus den angegebenen Speicherstellen zur Verfügung zu stellen bzw. diese nach den Operationen wieder zurück zu bringen./ppDazu verwendet ersie ein eigenes Transportgefäß.<p>

pDiese Rolle gibt den beiden anderen Rollen Anweisungen, was zu tun ist. Dazu erhält ersie das Programm und eine Markierung, mit der verfolgt werden kann, welche Zeile gerade ausgeführt wird.<p>

pZu welchen bereits bekannten Komponenten könnten diese Beschreibungen passen?/p