Hochschule Koblenz Informatik-Labs

Einführung in die Informatik

Informatik zum Selberbauen

Fünf kleine Labore im Browser: Sie verschalten Logikgatter, verkabeln einen Rechner, schreiben Maschinencode und bauen Algorithmen als Flussdiagramm und Struktogramm. Jede Aufgabe prüft sofort, ob Ihre Lösung stimmt -- und zeigt Ihnen, wo es noch hakt.

1

Aufgabe wählen

Jedes Lab beginnt leicht und wird Schritt für Schritt anspruchsvoller.

2

Bauen und ausprobieren

Bausteine hineinziehen, Eingänge umschalten, das Programm Schritt für Schritt laufen lassen.

3

Prüfen

Die Lösung wird gegen alle Testfälle geprüft. Hinweise helfen weiter, Sterne belohnen elegante Lösungen.

Kapitel 3 · Logik und Schaltungen

GateLab

Logikgatter verschalten -- vom NOT bis zum Rechenwerk.

Das lernen Sie

  • wie AND, OR, NOT und XOR arbeiten und wie man ihre Wahrheitstabelle liest
  • dass sich jede Schaltung aus NAND-Gattern allein bauen lässt
  • wie ein Halbaddierer und ein Volladdierer zwei Bits addieren
  • wie aus Volladdierern ein kleines Rechenwerk entsteht

14 Aufgaben · z. B. Alarmanlage, XOR aus NAND, 2-Bit-Addierer

GateLab öffnen
GateLab: ein Halbaddierer aus XOR- und AND-Gatter mit den Eingängen A und B, daneben die Wahrheitstabelle

Kapitel 4 · Rechnerarchitektur

BusLab

Einen Rechner aus CPU, Speicher und E/A zusammenstecken.

Das lernen Sie

  • wofür Adress-, Daten- und Steuerbus da sind
  • den Unterschied zwischen Von-Neumann- und Harvard-Architektur
  • wie die Busbreite bestimmt, wie viel Speicher ein Rechner ansprechen kann -- vom Apple II bis zum heutigen PC
  • was auf den Leitungen passiert, wenn die CPU eine Speicherzelle liest oder schreibt

11 Aufgaben · Aufbau-Aufgaben und Buszyklen Takt für Takt

BusLab öffnen
BusLab: CPU, Arbeitsspeicher und E/A-Werk, verbunden über Adressbus (3 Leitungen), Datenbus (4 Leitungen) und Steuerbus

Kapitel 4 · Rechnerarchitektur

CodeLab

Maschinencode und Assembler für eine Mini-CPU.

Das lernen Sie

  • dass Befehle im Speicher nur Bitmuster sind -- Programm und Daten liegen nebeneinander
  • wie die CPU im Von-Neumann-Zyklus Befehle holt, entschlüsselt und ausführt
  • was Befehlszähler, Befehlsregister und Akkumulator tun
  • wie Assembler (LOAD, STORE, INC, SHL) in Maschinencode übersetzt wird

12 Aufgaben · z. B. Verdoppeln, Tauschen, Fehlersuche in Assembler

CodeLab öffnen
CodeLab: Befehlspalette, CPU mit Befehlszähler und Register sowie 16 Speicherzellen mit dem Programm LOAD 14, SHL, INC, STORE 15

Kapitel 5 · Algorithmisches Denken

FlowLab

Algorithmen als Flussdiagramm bauen und ablaufen lassen.

Das lernen Sie

  • einen Ablauf in Eingabe, Verarbeitung, Entscheidung und Ausgabe zu zerlegen
  • wie aus einem Pfeil zurück eine Schleife wird
  • Algorithmen mit Testfällen zu überprüfen -- auch die Randfälle
  • Fehler wie Endlosschleifen im Schrittmodus aufzuspüren

6 Aufgaben · z. B. Eintrittspreis, Fakultät, euklidischer Algorithmus

FlowLab öffnen
FlowLab: Flussdiagramm für den Eintrittspreis mit der Entscheidung alter < 14 und zwei Ausgaben, rechts die Testfälle

Kapitel 5 · Algorithmisches Denken

StructoLab

Struktogramme nach Nassi-Shneiderman zusammenstecken.

Das lernen Sie

  • die drei Grundbausteine jedes Programms: Sequenz, Verzweigung, Schleife
  • kopf- und fußgesteuerte Schleifen und die Zählschleife zu unterscheiden
  • Struktogramme in Pseudocode zu übersetzen -- als Brücke zum Programmieren in Snap!
  • Schleifen und Verzweigungen sauber ineinander zu schachteln

6 Aufgaben · z. B. Bestanden?, größte von drei Zahlen, Quersumme

StructoLab öffnen
StructoLab: Struktogramm „Bestanden?“ mit Eingabe und einer Verzweigung punkte ≥ 50, rechts die Testfälle

In der Vorlesung

Die Aufgaben gehören zu den Folien der Vorlesung. Wenn im Hörsaal eine Übungsrunde läuft, zeigt ein Live-Dashboard, wie viele Lösungen schon eingegangen sind und an welchen Stellen es typischerweise hakt. Gezählt wird anonym, nur innerhalb der Runde und nur, ob eine Lösung stimmt -- keine Namen, keine Noten.