Lernpfad Know-How-Computer

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Lernpfad Know-How-Computer - Informatik zum Anfassen und Begreifen

Wenn man verstehen will, wie ein Computer in seinem Innersten funktioniert, dann kommt man um das Thema Programmierung und Maschinensprache nicht herum. Und am besten versteht man, was es damit auf sich hat, wenn man es einfach mal selber ausprobiert. Nun ist das Programmieren in Maschinensprache bei den "echten" Computern von heute zugegebenermaßen schon eine recht kniffelige Angelegenheit. Aber die gute Nachricht ist: Mit dem Know-How-Computer KHC ist es kinderleicht! Dieser Computer braucht keine Elektronik und keinen Strom. Ein Blatt Papier, ein Stift und ein paar Streichhölzer reichen aus. Und irgendwelche Vorkenntnisse braucht man dafür auch nicht.

In diesem Lernpfad wird ganz praktisch Schritt für Schritt am Beispiel des Know-How-Computers erklärt, wie man mit einer Hand voll sehr einfacher Maschinenbefehle erstaunlich viel erreichen kann, wenn man die Befehle nur geschickt genug in einem Programm miteinander kombiniert. Dabei erfährt man einiges über die Grundlagen der Programmiertechnik - und entdeckt nebenbei vielleicht auch, dass Programmieren richtig Spaß machen kann.

Kapitel im Lernpfad Know-How-Computer

1. Lernpfad Know-How-Computer - Startseite
2. KHC - Aufbau und Betriebsanleitung - Wir basteln uns einen Papiercomputer
3. Programmieren in der KHC-Maschinensprache - erste Schritte Teil 1 - Unser erstes KHC-Programm
4. Programmieren in der KHC-Maschinensprache - erste Schritte Teil 2 - Wir programmieren eine Schleife
5. KHC Programmieraufgaben Teil 1 - Einfache Übungsaufgaben für Einsteiger
6. Know-How-Assembler - Assembler macht das Programmieren leichter
7. KHC Programmieraufgaben Teil 2 - Anspruchsvollere Aufgaben für Könner
8. Der KHC als Von-Neumann-Rechner - Die Von-Neumann-Rechnerarchitektur am Beispiel Know-How-Computer
9. Know-How-Assembler - Grammatik einer formalen Sprache - Die Grammatik einer formalen Sprache am Beispiel Know-How-Assembler
10. KHA-Parser als Endlicher Automat - Ein Parser als Endlicher Automat am Beispiel Know-How-Assembler
11. Anhang - mit Dokumenten in Großdruck und Braillebeschriftung zum Download

In den ersten vier Kapiteln dieses Lernpfades wird Schritt für Schritt anschaulich und handlungsorientiert vermitteln, was es mit der Programmierung in Maschinensprache auf sich hat. Das fünfte Kapitel rundet diesen Einführungsteil mit ein paar einfachen Programmieraufgaben ab. Bevor es im siebten Kapitel mit etwas anspruchsvolleren Aufgaben weitergeht, wird im sechsten Kapitel das Konzept der Assemblersprache eingeführt. Insgesamt eigenen sich die ersten sieben Kapitel dieses Lernpfades für den Einsatz ab der Sekundarstufe 1.

Die letzten drei Kapitel bauen auf den ersten sieben auf, orientieren sich aber inhaltlich eher am Informatikunterricht der Sekundarstufe 2. Sie beleuchten beispielhaft einige Themen aus dem Bereich der technischen und theoretischen Informatik, wobei auch hier der Know-How-Computer die praktische und anschauliche Grundlage bildet. So geht es u.a. um die "Von-Neumann-Rechnerarchitektur" des KHC und den Von-Neumann-Zyklus, die Grammatik einer formalen Sprache am Beispiel Know-How-Assembler und um die Implementierung eines KHA-Parsers als Endlicher Automat.

Der Know-How-Computer - Wie alles angefangen hat...

Der Know-How-Computer (KHC), der manchmal auch WDR-Papiercomputer genannt wird, ist ein sehr einfaches Computermodell, das im Jahr 1983 von Wolfgang Back und Ulrich Rohde entwickelt und u.a. in der Microcomputer-Zeitschrift mc veröffentlicht und in der Fernsehsendung WDR Computerclub vorgestellt wurde. Weitere Infos zum KHC und verschiedenen Adaptionen findet man auf der Wikipedia-Seite de.wikipedia.org/wiki/Know-how-Computer. Die in diesem Lernpfad verwendete Version des Know-How-Computers unterscheidet sich in einigen Details geringfügig von der Originalversion.

Zum theoretischen und didaktischen Hintergrund des Know-How-Computers schreiben seine Erfinder:

Was der Know-how-Computer soll und was er kann

"Der Know-how-Computer ist ein enger Verwandter der Turing-Maschine, die Alan M. Turing zur Erforschung der Grundlagen der Computerei entworfen hatte. Das Schöne am Know-how-Computer ist, daß er auf dem altbekannten Rechnen mit den natürlichen Zahlen 1, 2, 3, ... basiert. Und genauso, wie man sich zum Beispiel einen Bruch, etwa 5/6 aus den beiden natürlichen Zahlen 5 und 6 in geeigneter Anordnung zusammenbauen kann, ist es auch beim Know-how-Computer möglich, die Werte in zwei aufeinander folgenden Datenregistern zum Beispiel als Zähler und Nenner eines Bruches zu interpretieren. Ehrenwörtlich sei hier an dieser Stelle versichert, daß man die gesamten Rechenvorgänge auf das Rechnen mit natürlichen Zahlen zurückführen kann, daß also der Know-how-Computer ein universeller Computer ist, der nur in seiner Schnelligkeit hinter den Konkurrenzmodellen zurücksteht. Am besten erfühlen Sie das, indem Sie den Know-how-Computer immer wieder anders programmieren. ... Sie müssen es nur versuchen: Der Know-how-Computer kann alles, was berechenbar ist, auch berechnen." (aus: "Computer für Anfänger", Sonderdruck der Zeitschrift mc, 1983, Franzis-Verlag München)

  Barrierefreiheit im Lernpfad

Bei der Konzeption und Erstellung dieses Lernpfades wurde besonderer Wert darauf gelegt, dass er für Menschen mit Seheinschränkungen und bei der Nutzung so genannter Assistiver Technologien (Screenreader, Braillezeile, Sprachausgabe, Zoomsoftware, ...) barrierefrei zugänglich ist.

Die wichtigsten Abbildungen liegen im Anhang als zusätzliche Dokumente sowohl im Großdruck als auch mit Beschriftungen in Braille-Punktschrift (Computerbraille) vor. Letzere können als Kopiervorlagen für taktile Abbildungen auf so genanntem Schwellpapier genutzt werden. Bei diesem Verfahren werden schwarze Linien und Punkte auf einem Spezialpapier durch Aufschwellen in erhöhte, tastbare Konturen umgesetzt.

Auch bei der ZUM-Anwendung KHC-Emulator, die ein Bestandteil dieses Lernpfades ist, wurde besonderer Wert auf eine barrierefreie Nutzbarkeit mit Assistiven Technologien gelegt.

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