Was passiert eigentlich im Computer wenn ich ein Programm starte

Transkript

1 . Das Programm- Icon Auf dem Desktop deines Computers siehst du Symbolbildchen (Icons), z.b. das Icon des Programms Rechner : Klicke mit der rechten Maustaste auf das Icon: Du siehst dann folgendes Bild: Das sind die Möglichkeiten, die du jetzt für das markierte Icon hast. Merke dir: Die rechte Maustaste zeigt überall auf dem Bildschirm (normalerweise) die Möglichkeiten an. Diese Möglichkeiten kannst du durch anklicken mit der linken Maustaste benützen. Das Icon des Programms Rechner zeigt unter anderem folgende Möglichkeiten an: Eigenschaften: Klicke mit der linken Maustaste auf Eigenschaften. Du erhältst dann folgendes Bild: In der Anzeige kannst du bei Ziel folgende Eintragung erkennen: C:\WINDOWS\CALC.EXE C:\WINDOWS\ ist der Pfad der zur Datei CALC.EXE führt. Diese Datei enthält das Rechner - Programm. Klicke jetzt auf Abbrechen. Öffnen: Wenn du auf Öffnen klickst passiert dasselbe als wenn du einen Doppelklick auf das Icon ausführst: Es wird dann das dazugehörige Programm gestartet. In diesem Fall heißt dieses Programm CALC.EXE, das sich im Ordner WINDOWS auf der Festplatte C befindet. Starte jetzt das Programm Rechner.

2 2. Die Aktionen des Betriebssystems beim Programmstart Das Betriebssystem eines Computers ist ein Programm, das beim Hochfahren des Computers automatisch von der Festplatte gelesen und in den Arbeitsspeicher (RAM) kopiert wird. Am Ende des Hochfahrens wird das Betriebssystem gestartet. Das Betriebssystem regelt dann den gesamten Computerbetrieb, so ähnlich ein Verkehrspolizist auf einer Straßenkreuzung. Auch beim Starten eines Programms wird das Betriebssystem aktiv: Wenn du auf das Icon des Programms Rechner doppelklickst passiert folgendes: Das Betriebssystem liest die Datei CALC.EXE aus dem Ordner WINDOWS der Festplatte C. Die gelesenen Informationen kopiert das Betriebssystem jetzt in den Arbeitsspeicher (RAM). Die Festplatte enthält Programme und Daten, die man irgenwann einmal braucht. Der Prozessor führt die Programme aus Der Arbeitsspeicher (RAM) enthält die augenblicklich benötigten Programme und Daten. Hier kann der Prozessor superschnell schreiben und lesen. Danach befindet sich das Programm CALC.EXE also im RAM. Das Betriebssystem veranlasst jetzt dass der Prozessor das Programm CALC.EXE ausführt. 2

3 3. Was macht das Programm Rechner Am Anfang besorgt sich das Programm Rechner beim Betriebssystem ein Fenster und es füllt dann das Fenster mit den Fenster- Elementen die du siehst:... Immer wenn du mit der Maus im Rechner - Fenster etwas anklickst sendet das Betriebssystem dem Programm Rechner ein Daten- Paket. In dem Daten- Paket ist die Nummer des Fenster- Elements, das du angeklickt hast, drin. Jetzt wollen wir das Programm Rechner rechnen lassen: Wir klicken erst auf, dann auf + dann auf 2 und dann auf = Das Programm Rechner erhält also folgende Datenpakete:. Datenpaket: Linke Maustaste klickt auf 2. Datenpaket: Linke Maustaste klickt auf + 3. Datenpaket: Linke Maustaste klickt auf 2 4. Datenpaket: Linke Maustaste klickt auf = Beim Empfang des Datenpakets, 2 und 3 merkt sich das Programm Rechner die Taste, die gedrückt wurde. Beim Empfang des 4. Datenpakets befiehlt es dem Prozessor, auszurechnen was +2 ist. Der Prozessor führt die Rechnung aus. Danach schreibt das Programm Rechner das in das weiße Fensterelement. Jetzt kannst du das lesen. 3

4 4. Wie rechnet der Prozessor was + 2 ist: a) Programmausführung Wie du schon weißt, führt der Prozessor die Programme aus. Jedes Programm besteht aus einer Reihenfolge von Befehlen: Zum Beispiel Reihenfolge der Befehle die der Prozessor ausführt......wenn du klickst:. Befehl: Speichere im RAM: ErsteZahl = 2. Befehl: Fertig (Jetzt kann der Prozessor andere Programme ausführen)...wenn du 2 klickst:. Befehl: Speichere im RAM: ZweiteZahl = 2 2. Befehl: Fertig (Jetzt kann der Prozessor andere Programme ausführen)...wenn du + klickst:. Befehl: Speichere im RAM: MathOperation = addieren 2. Befehl: Fertig (Jetzt kann der Prozessor andere Programme ausführen)...wenn du = klickst:. Befehl: Wenn MathOperation = addieren dann mache bei Befehl a weiter a. Befehl: Speichere im RAM: = Add(ErsteZahl, ZweiteZahl) b. Befehl: Schreibe in das weiße Fensterelement c. Befehl: Fertig (Jetzt kann der Prozessor andere Programme ausführen) 4

5 5. Wie rechnet der Prozessor was + 2 ist: b) Dezimalsystem, Dualsystem Die Menschen haben sich seit langem daran gewöhnt, Ziffern zu verwenden:,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Die Ziffern nennen die Anzahl der Elemente (zb. Marienkäfer):: Wenn sich zu 9 Käfern noch einer oder mehrere dazugesellen, kann ich die Anzahl der Käfer nicht mehr mit einer Ziffer..9 ausdrücken. Es entsteht ein Überlauf. Das haben wir ja schon lange im Mathe- Unterricht gelernt: Zehnersystem (Dezimalsystem) Der Prozessor verwendet nur die Ziffern und. Die Ziffern nennen die Anzahl der Elemente (zb. Marienkäfer):: Wenn sich zu einem Käfer noch einer oder mehrere dazugesellen, kann ich die Anzahl der Käfer nicht mehr mit einer Ziffer.. ausdrücken. Es entsteht ein Überlauf. Wir rechnen sinngemäß genauso wie im Zehnersystem: Überlauf Überlauf + + Zweiersystem (Dualsystem) + 5

6 6. Wie rechnet der Prozessor was + 2 ist: c) Der Prozessor addiert und 2 Der Prozessor addiert und 2 folgendermaßen im Dualsystem: + Da Menschen normalerweise Zahlen des Dualsystems nicht lesen wollen, muss der Prozessor die Dualzahl noch in die Dezimalzahl 3 umwandeln. Ihr fragt euch jetzt sicher warum der Prozessor nicht so wie wir im Dezimalsystem rechnet. Die Antwort ist: Man kann einen Computer billiger herstellen, wenn der Prozessor das Dualsystem verwendet. Wir Menschen haben beim Rechnen im Dualsystem das Problem, dass sich unser Gedächtnis lange Ziffernfolgen nicht gut merken kann. Wir können uns zum Beispiel die Dezimalzahl 25 viel besser merken als die entsprechende Dualzahl. Außerdem haben wir Finger die uns beim Erlernen des Rechnens helfen. Der Computer hat beim Rechnen mit langen Ziffernfolgen überhaupt keine Probleme. Es ist sogar so, dass neuerdings Musik, Video, Rundfunk, Fernsehen, Handys, Telefone, Photoapparate und viele andere Dinge jetzt immer öfter das Dualsystem verwenden, weil es eben billiger ist, die Geräte oder die CD s oder die DVD s herzustellen. 6

7 6. Wie rechnet der Prozessor was + 2 ist: d) Das Rechenwerk im Prozessor Das ist ein Prozessor, den man in einen Computer stecken kann: Das ist der Silizium Chip im Prozessor (blauer Kreis). Er enthält viele Funktionseinheiten, auch das Rechenwerk (roter Kreis). Das ist ein kleiner Teil des Rechenwerks. Es enthält eine Schaltung, die 2 duale Ziffern addieren kann. Eine duale Ziffer nennt man auch Bit. Diesen Teil kann man auch durch 2 Symbole darstellen, die auf der linken Seite jeweils 2 Eingänge und auf der rechten Seite jeweils einen Ausgang haben. Summen- Bit Übertrags- Bit Das obere Symbol nennt man XOR. Nur wenn die Bits an den Eingängen ungleich sind erscheint am Ausgang eine, sonst ist am Ausgang immer eine. Das untere Symbol nennt man AND. Nur wenn beide Bits an den Eingängen sind erscheint am Ausgang eine, sonst ist am Ausgang immer eine. 7

8 6. Wie rechnet der Prozessor was + 2 ist: d) Das Rechenwerk im Prozessor Der Übertrag muss beim Rechnen auch noch beachtet werden. Daher ist die Schaltung etwas komplizierter: Übertrags- Bit Summen- Bit Erste Zahl- Bit Übertrags- Bit Das neue Symbol nennt man OR. Nur wenn beide Bits an den Eingängen sind erscheint am Ausgang eine, sonst ist am Ausgang immer eine. Das Rechenwerk des Prozessors muss duale Zahlen mit mehr als einer Ziffer addieren können. Daher sind sehr viele derartige - Bit Additionsschaltungen hintereinandergeschaltet. 8

9 7. Wir basteln einen Bit Rechner für Additionen im Dualsystem Unser Rechner enthält eine XOR und eine AND- Funktion: XOR AND Summen- Bit Übertrags- Bit Die XOR- Funktion arbeitet folgendermaßen: Nur wenn die Bits an den Eingängen ungleich sind erscheint am Ausgang eine, sonst ist am Ausgang immer eine. Die AND - Funktion arbeitet folgendermaßen: Nur wenn beide Bits an den Eingängen sind erscheint am Ausgang eine, sonst ist am Ausgang immer eine. Unser Rechner kann folgende Rechnungen ausführen: Das brauchen wir für unseren Rechner: Integrierte Schaltungen (IC s) XOR AND Bedienungsmodul Anzeige für Anzeige für Zweite- Zahl- Bit Eingabetaste für Eingabetaste für Zweite- Zahl- Bit (Ausgang) Zweite- Zahl- Bit (Ausgang) Anzeige für Summen- Bit Anzeige für Übertrags- Bit Summen- Bit (Eingang) Übertrags- Bit (Eingang) Wir brauchen zusätzlich noch: Drähte zum Verbinden der Bauteile Eine Batterie Eine Montageplatte 9

10 7. Wir basteln einen Bit Rechner für Additionen im Dualsystem. Schritt: Wir machen uns das Schema der Montageplatte klar: Unter jedem Loch ist ein elektrischer Kontakt. Die Kontakte sind nach folgendem Schema miteinander verbunden:

11 7. Wir basteln einen Bit Rechner für Additionen im Dualsystem 2. Schritt: Wir stecken die IC s und den Bedienmodul auf die Montageplatte 3. Schritt: Wir stecken die Drähte für die Stromversorgung der Bauteile (IC s, und Bedieneinheit) 4. Schritt: Wir verbinden die Eingänge der XOR und der AND- IC s XOR AND

12 7. Wir basteln einen Bit Rechner für Additionen im Dualsystem 5. Schritt: Wir verbinden die IC- Eingänge mit den Ausgängen der Eingabetasten des Bedienmoduls: - - Zweite- Zahl- Bit 6. Schritt: Wir verbinden den Ausgang des AND- IC s mit derübertrags- Bit Anzeige Wir verbinden den Ausgang des XOR- IC s mit der Summen- Bit Anzeige 7. Schritt: Wir stecken die Batterie ein. Jetzt funktioniert unser Rechner schon. Er führt folgende Rechnung aus: XOR AND Summen- Bit Übertrags- Bit + 2

13 7. Wir basteln einen Bit Rechner für Additionen im Dualsystem 8. Schritt: Wir drücken die obere Taste. Der Rechner führt folgende Rechnung aus: + 9. Schritt: Wir drücken die untere Taste. Der Rechner führt folgende Rechnung aus: +. Schritt: Wir drücken beide Tasten gleichzeitig. Der Rechner führt folgende Rechnung aus: + 3