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V6 Technische Informatik

V6 Technische Informatik

Hinweise zur Umsetzung des Vertiefungsgebietes "Technische Informatik"

Im üblichen Informatikunterricht bleibt der Bezug zur Rechnertechnik auf Grundstrukturen der Rechen - Anlage aus Sicht des Anwenders beschränkt. Hier wird der Blick in das Innere der Rechenanlagen in logischer Hinsicht (Bausteine) wie semantischer Hinsicht (Betriebssysteme) erweitert. Die Beschreibung des Systems durch Zustandsgraphen bleibt in diesem Vertiefungsgebiet unberücksichtigt und die Assembler - Programmierung zählt zum Vertiefungsgebiet „Maschinennahe Programmierung“.

 Technische Informatik (Vertiefungsgebiet 6)

 Schwerpunkte

  • Funktionsweise von Computerkomponenten an ausgewählten Beispielen der Digitaltechnik
  • Einblick in Prinzipien der Rechnerarchitektur
  • Einordnung von Betriebssystemen

Fachinhalte

Kompetenzen

Vernetzungen

Strukturen der Rechnerarchitektur

  • grundsätzliche Strukturen nach Zuse, von Neumann (Harvard-Variante), und auch Parallelrechner
  • Endlichkeit der technisch realen Maschine hinsichtlich Speicherraum und Geschwindigkeit
  • Bussysteme (Datenbus, Adressbus, Steuerbus)
  • Die Kenntnis interner Abläufe erschließt neben Unterscheidungs-merkmalen auch Ursachen anwendungsbezogener Probleme
  • Durch die vertiefte historische und ökonomische Einordnung soll ein erweitertes Verständnis für die fortschreitende Entwicklung von Rechenanlagen erlangt werden.
  • Sozio-ökonomische Bedingungen (Geschichte, Politische Weltkunde)
  • Verbindung zur Thematik "Verlässlichkeit der Informatik-Systeme"
  • Vergleich mit bekannten Systemen, Vorerfahrungen der Schülerinnen und Schüler

logische Funktionen

  • Grundfunktionen AND, OR, NOT
  • Kombinationen der Grundfunktionen zu  einfachen FlipFlop-Speicherbausteinen und Volladdierern
  • Schieberegister
  • AD/DA Wandler
  • Die allen Bausteinen der Rechnerarchitektur zugrunde liegenden logischen Grundfunktionen bilden die Voraussetzung zum Verständnis der CPU - Struktur und ihrer Wirkungsweise.
  • Schieberegister dienen der  exemplarischen Darstellung der seriell / parallel Umsetzungen.
  • AD/DA Wandler bieten mir der Interpretation der verschiedenen Zahlendarstellungen Zugang zur Analyse prozesstechnischer Anwendungen
  • Die elektrischen Grundfunktionen können ggf. mit Bausteinen der Physiksammlungen praktisch untersucht werden

Zahlensysteme

  • Begriff der Stellenwertigkeit
  • Zahlendarstellung binär, sedezimal und dezimal
  • Regeln für die Umrechnungen
  • Regeln für das Addieren  (Subtrahieren) von Zahlen in dualer Darstellung
  • Repräsentation von Gleitkommazahlen und negativen ganzen Zahlen in dualer Darstellung
  • Codierungen ermöglichen die Beschreibung und Bewertung verschiedener Stände technologischer Weiterentwicklungen.
  • Durch Vergleiche der in realen Rechnersystemen erzeugten numerischen Ergebnisse mit verifizierten Testdaten wird die Verlässlichkeit technisch realer Systeme erfahrbar
  • Die Umwandlungsalgorithmen stellen (nur geringe) Anforderungen an die Mathematik

Betriebssysteme

  • Betriebssystemarten  (single - tasking, multi - tasking, single- user, multi - user)
  • Begriff der Echtzeit
  • Prozess, Task, Thread
  • Ausgehend von einem Überblick über die verschiedenen Systeme wird das Verfahren der Prozeßsteuerung beschrieben und an Simulationen betrachtet.
  • Es wird die Fähigkeit gefördert, Betriebssysteme hinsichtlich der Einsatzanforderungen zu unterscheiden und zu bewerten
  • Praktische Installationsübungen an isolierten Rechnersystemen stärken die Handlungskompetenz 
  • Strategien der Prozesssteuerung können in Rollenspielen veranschaulicht werden (Round Robin, Speisende Philosophen, Erzeuger- Verbraucher, u.s.w.)
  • Je nach vorher eingeführter Programmiersprache sind kleine Übungsbeispiele zu nichtsequentieller Programmierung möglich und hilfreich

Beispiele für Material

Redaktionell verantwortlich: Frank Oppermann