Klassische Computer – Einführung in Logikgatter

Einführung in Logikgatter

Computer arbeiten mit Einsen und Nullen. Logikgatter dienen dazu, dass Computer mit diesen beiden Werten auch etwas machen können.

Logikgatter sind genau wie Bits (die Binärzahlen 0 und 1) Bausteine digitaler Schaltungen. Sie ermöglichen es Smartphones, Computern und anderen Geräten, Daten zu verarbeiten und zu speichern sowie Operationen durchzuführen. Ihr tragt jeden Tag in Eurer Tasche Logikgatter mit euch herum.

Einige Logikgatter (in Klammern die oft auch im Deutschen verwendete englische Bezeichnung):

1.    NICHT-Gatter (NOT):

• Es gibt nur einen Eingang und einen Ausgang.
• Liegt am Eingang eine „1“ an (Eingangssignal an), liegt am Ausgang eine „0“ an (Ausgangssignal aus), und umgekehrt.
• Ein NICHT-Gatter kehrt den Eingangswert um.

2.    UND-Gatter (AND):

• Beim UND-Gatter gibt es zwei Eingänge, A und B. Das UND-Gatter gibt nur dann eine „1“ aus, wenn an beiden Eingängen eine “1” anliegt.
• Liegt an einem der beiden Eingänge eine „0“ an, oder an beiden, wird am Ausgang eine „0“ ausgegeben.

3.    ODER-Gatter (OR):

• Ein ODER-Gatter gibt eine “1” aus, wenn entweder am Eingang A oder am Eingang B eine “1” anliegt, oder an beiden.
• Liegt an beiden Eingängen eine „0“ an, liefert das ODER-Gatter am Ausgang eine „0“.

4.    NICHT-UND-Gatter (NAND):

• Das NICHT-UND-Gatter funktioniert wie ein UND-Gatter, gefolgt von einem NICHT-Gatter. 
• Wenn an beiden Eingängen eine „1“ anliegt, liegt am Ausgang eine „0“ an. In allen anderen Fällen gibt das Gatter eine „1“ aus.

5.    NICHT-ODER-Gatter (NOR):

• Das NICHT-ODER-Gatter funktioniert wie ein ODER-Gatter, gefolgt von einem NICHT-Gatter. 
• Wenn entweder am Eingang A oder am Eingang B eine „1“ anliegt, liegt am Ausgang eine „0“ an. Nur wenn an beiden Eingängen eine „0“ anliegt, gibt das Gatter eine „1“ aus.

6.    ENTWEDER-ODER-Gatter (XOR):

• Wenn entweder am Eingang A oder am Eingang B eine „1“ anliegt, aber nicht an beiden, gibt das Gatter eine „1“ aus.
• Wenn an beiden Eingängen eine „1“ oder an beiden eine „0“ anliegt, gibt das Gatter eine „0“ aus.
• Es ist so, als würde man sagen: „Entweder das eine oder das andere, aber nicht beides.“

7.    EXKLUSIVES-NICHT-ODER-Gatter (XNOR): 

• Ein EXKLUSIVES-NICHT-ODER-Gatter ist ein Logikgatter, das nur dann eine „1“ ausgibt, wenn an beiden Eingängen der gleiche Wert anliegt, also entweder an beiden „1“ oder an beiden „0“.
   

Lehrkräfte können mithilfe einer Präsentation das Thema der Logikgatter in den Unterricht einführen. Die Präsentation steht als PPTX-Datei zum Download bereit.

Aktivität 1: Arbeitsblatt zu Logikgattern

Die Schüler*innen bearbeiten ein Arbeitsblatt zum Thema Logikgatter. Es gibt Multiple-Choice-Fragen, kurze Fragen und offene Fragen. Von diesem Arbeitsblatt gibt es zwei Varianten („für den Einstieg“ und „für Fortgeschrittene“).

Zum Download stehen bereit:
 

• Arbeitsblatt Logikgatter für den Einstieg als docx und pdf
• Lösungen zu Logikgatter für den Einstieg als docx und pdf
• Arbeitsblatt Logikgatter für Fortgeschrittene als docx und pdf
• Lösungen zu Logikgatter für Fortgeschrittene als docx und pdf

Aktivität 2: Logikgatter-Simulator

Schüler*innen erkunden und spielen mit dem Logikgatter-Simulator. Sie versuchen, die Antworten vorauszusagen, und zu überprüfen, ob ihre Vermutungen richtig waren.

Die Schüler*innen können den Logikgatter-Simulator hier separat aufrufen.