Computersprache für Anfänger

Heute morgen bin ich besonders aufgeregt auf dem Weg zur Arbeit. Das liegt daran, dass ich heute wieder beim Projekt der 7a teilnehmen darf und diesmal selber einen Teil des Unterrichts übernehme. Ob ich es schaffe, den Schülerinnen und Schülern beizubringen, wie ein Rechner spricht? Letztes Mal haben wir Computer auseinander geschraubt, uns die Einzelteile angeschaut und die Kinder haben sehr kluge Fragen gestellt. Heute steht Computersprache auf dem Programm.

Markus Leuschner,  der Mathelehrer, übernimmt die Motivation für mich: Wenn Menschen miteinander reden, brauchen sie eine gemeinsame Sprache. Wenn Computer miteinander sprechen, benötigen sie das auch. Aber wie geht das? Welche Sprache spricht der Computer? Herr Leuschner erklärt das den Kindern mit dem Lichtschalter: Der Computer kennt nur zwei Zustände: „Strom an“ und „Strom aus“. Das nennt man ein „binäres System“. Im Computer werden also alle Zahlen, Buchstaben und Befehle mit zwei Zuständen dargestellt. Um das den Schülern greifbarer zu machen, wiederholen wir nochmal das Stellenwertsystem im Dezimalsystem – also unserem Zahlensystem. Wir haben Einer, Zehner, Hunderter, Tausender usw. . An jeder Stelle können wir Ziffern zwischen 0 und 9 eintragen. Eine 2019 bedeutet also eigentlich: 2 * Tausend + 0 * Hundert + 1 * Zehn + 9 * Eins. Genauso haben wir im Binärsystem, also im Zweiersystem, Einer, Zweier, Vierer, Achter, Sechszehner usw.

Rechnen im Binärsystem.

Eine 1011 bedeutet also 1 * Acht + 0 * Vier + 1 * Zwei + 1 * Eins  und das ergibt „elf“, was wir im Dezimalsystem als 11 schreiben. Puuh, da muss man beim Erklären gut aufpassen, dass die Unterschiede deutlich werden. Aber nach kurzer Zeit verstehen die Schülerinnen und Schüler das ganz prima und ich bin ziemlich stolz auf unsere Projektklasse. Gemeinsam rechnen wir Zahlen von einem System ins andere und wieder zurück und es kommen einige kluge Fragen: Muss man nach vorne mit Nullen auffüllen? Oder kann man die weglassen, wie bei den normalen Zahlen auch? Das ist eine berechtigte Frage und die Antwort fällt wie so oft zweigeteilt aus: Mal so, mal so. Wenn man nur eine Zahl aufschreibt und allen klar ist, wo sie anfängt und wo sie aufhört, dann kann man die Nullen weglassen. Wenn der Computer aber Informationen verschicken will, muss er wissen, wo eine Information anfängt und wo sie aufhört – in der Informatik nennen wir das die Wortbreite. Ein Wort ist also zum Beispiel 8 Bit lang und wenn meine Zahl mit vier Bit dargestellt werden kann, muss ich die übrigen Stellen mit Nullen auffüllen, damit es keine Missverständnisse gibt. Jetzt ist mir aber doch passiert: Ich habe wieder einen Begriff benutzt, der für mich selbstverständlich ist, aber für die Kinder vielleicht nicht!

Ein Bit ist die Informationseinheit, die der Computer benutzt. Ein Bit kann genau die zwei Zustände 0 und 1 darstellen und ist damit das Basispuzzleteil, mit deren Hilfe der Computer alles zusammensetzt. Glücklicherweise nehmen mir die Schülerinnen und Schüler das nicht übel und wir können gleich noch über unterschiedliche Bezeichnungen für Speichergrößen sprechen – Bit, Byte, KiloByte, MegaByte, GigaByte und sogar TeraByte. Als ich erzähle, dass früher ein MegaByte echt viel Speicher war, können die sie das kaum fassen. Heutzutage sind 500 GB nichts Besonderes mehr.

Die Kinder beim Rechnen.

Jetzt wollen sie aber wissen, wie der Computer damit rechnen kann. Die verblüffende Antwort: Praktisch wie wir im Dezimalsystem. Schriftliche Addition funktioniert genauso im Binärsystem wie im Dezimalsystem. Man muss sich nur daran gewöhnen, dass 1+1 =0 (und eins im Sinn) ist. Das verstehen alle schnell und so gehen wir direkt zu einer Tandemarbeit über. Jedes Paar bekommt zwei Binärzahlen. Jeweils eine oder einer soll die Binärzahlen zuerst in Dezimalzahlen umrechnen, und dann „normal“ addieren, die oder der andere soll erst im Binärsystem addieren und dann das Ergebnis umwandeln. Das klappt ganz super. Dann taucht eine sehr berechtigte Frage auf: Das ist ja kompliziert für den Computer und dauert ganz schön lange – aber der Taschenrechner auf dem Handy rechnet die Aufgaben doch ganz schnell aus! Guter Punkt. Jetzt kommt der Punkt, den selbst ich als Informatikerin mir nur schwer vorstellen kann: Ein Prozessor arbeitet heutzutage mit Taktungen im GHz Bereich. Das heißt, er kann über eine Milliarde Operationen pro Sekunde ausführen. Das ist so schnell, das kann man sich gar nicht mehr vorstellen. Die Umwandlungen und Berechnung dafür macht der Computer also im Bruchteil einer Sekunde. Und daher „sehen“ wir die Verzögerung auch nicht.

So. Das waren Zahlen. Heute wollte ich aber auch noch erzählen, wie man Buchstaben darstellen kann – wir benutzen ja nicht nur Zahlen im Computer. Dafür gibt es die sogenannte ASCII Tabelle. In der werden alle Zeichen durch Zahlen zwischen 0 und 255 repräsentiert. Ein „A“ ist zum Beispiel eine „65“. Ein bisschen wie beim Morsecode. Und zum Abschluss dürfen die Schüler kurze Worte im Binärsystem „tanzen“. Sie suchen sich ein Wort aus, übersetzen die Buchstaben in Zahlen laut ASCII und stellen die dann im Binärsystem da.

ASCII Tabelle.

Dann kommen alle Gruppenmitglieder nach vorne und jeder Buchstabe wird einzeln dargestellt. Alle „Nullen“ knien sich hin, alle „Einsen“ bleiben stehen. Die anderen Gruppen müssen raten. Wer die meisten Worte errät, hat gewonnen!

Somit ist die Stunde zu Ende und ich hab das Lachen der Klasse bei der Gruppenarbeit am Schluss noch in den Ohren – schöner kann ein Arbeitstag gar nicht anfangen. Bis nächste Woche!

Bildquellen

  • Christina Plump erklärt das Binärsytem: SFB 1232 / Claudia Sobich
  • Rechnen im Binärsystem: SFB 1232 / Claudia Sobich
  • ASCII Tabelle: SFB 1232 / Claudia Sobich
  • Computersprache erklärt: SFB 1232 / Claudia Sobich

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