Hinweise zum Einsatz

Tiny Johnny führt Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II vom Von-Neumann-Modell zum Modellrechner Johnny. Die Materialien sind für selbstständiges Arbeiten mit starker Führung angelegt: Jede Einheit beginnt mit einer Leitfrage, Missionen und Aufgaben geben sofort Rückmeldung.

Vorschlag für den Unterrichtsverlauf

Etwa 7 Doppelstunden. Kapitel und Missionen lassen sich einzeln verlinken, Vertiefungen sind aufklappbar und optional.

1. DS 1Überblick und Ein-/AusgabeÜberblick – EVAS und Von NeumannDas EingabewerkDas Ausgabewerk
2. DS 2SpeicherDas SpeicherwerkSpeichertechnikCache und Register
3. DS 3Bus, CPU und BewertungDer SystembusDie CPUStärken und SchwächenBrücke zu Johnny
4. DS 4Johnny: Speicher, Busse, RechenwerkM1: Der SpeicherM2: Der AdressbusM3: Der DatenbusM4: Der AkkumulatorM5: Das Rechenwerk
5. DS 5Johnny: Befehle und SteuerwerkM6: Befehle sind ZahlenM7: Das MikroprogrammM8: Programmzähler & FETCHM9: Selbst programmieren
6. DS 6Johnny: Sprünge, Bedingungen, Von NeumannM10: SprüngeM11: Entscheidungen mit TSTM12: Befehle oder Daten?M13: Du bist das SteuerwerkAufgaben ★
7. DS 7Üben und vertiefenAufgaben ★★ und ★★★M14: Neue Befehle (Vertiefung)Transfer ins Original

Didaktisches Konzept

• Leitfragen als roter Faden: „Woher weiß der Computer, was er tun soll?“ wird in Mission 8 beantwortet und in Mission 12/13 vertieft.
• Schrittweiser Aufbau: Im Tutorial erscheinen die Bauteile nacheinander (Speicher → Adressbus → Datenbus → Akku → Rechenwerk → Befehlsregister → Mikrocode → Programmzähler). Die SuS sind zunächst selbst das Steuerwerk.
• Vorhersagen vor dem Ausführen: Viele Schritte verlangen eine Vorhersage, bevor Johnny den Schritt ausführt.
• Einheitliche Farbcodierung: Speicher blau, Adressbus orange, Datenbus grün, Rechenwerk lila, Steuerwerk türkis – im Von-Neumann-Teil und im Simulator gleich.
• Deutsch + Original-Kürzel: Mikrobefehle heißen z. B. ram→db „Speicher → Datenbus“. So gelingt der Transfer ins Original.
• Differenzierung: Aufgaben in drei Kontexten und drei Schwierigkeitsstufen, Tipps in drei Stufen, Musterlösung zuletzt.

Fachliche Hinweise zu verbreiteten Folieninhalten

Johnny-Details, auf die man achten sollte

• TST, INC, DEC und NULL überschreiben den Akkumulator (sie arbeiten intern mit db→acc). Häufigste Fehlerquelle – Mission 11 und die Aufgaben „Fehlersuche“ und „Akku-Falle“ thematisieren das.
• Keine negativen Zahlen: minus sättigt bei 0, plus bei 19999. Aufgaben wie „Abstand“ und „Highscore“ nutzen das bewusst aus.
• Ausführen stoppt bei HLT oder wenn sich der Programmzähler nicht mehr ändert (z. B. Zelle mit 00.000).
• Die Simulation entspricht Johnny 2.0 exakt (automatisch getestet: gleicher Mikrocode, gleiche Grenzen, .ram/.mc-Format).

Alle Aufgaben mit Lösungen

Die Lösungen sind auch für SuS nach allen Tipps sichtbar. Jede Lösung wird bei jeder Änderung der Website automatisch gegen die Testfälle geprüft.

TAKE 100
SAVE 102
TAKE 101
SAVE 100
TAKE 102
SAVE 101
HLT

TAKE 100   ; Akku = 10
SUB 101    ; Akku = 6
SAVE 100   ; Zelle 100 = 6
TAKE 101   ; Akku = 4
ADD 100    ; Akku = 10
SAVE 101   ; Zelle 101 = 10
HLT

TAKE 102
SAVE 103
TAKE 101
SAVE 102
TAKE 100
SAVE 101
TAKE 103
SAVE 100
HLT

TST 101
JMP 003
JMP 005
DEC 101
JMP 000
TST 100
JMP 008
HLT
DEC 100
INC 101
JMP 005

NULL 101
TST 100
JMP 004
HLT
TAKE 101
ADD 100
SAVE 101
DEC 100
JMP 001

000 TAKE 100  → Akku 1
001 ADD 101   → Akku 4
002 SAVE 102  → 102 = 4
003 DEC 101   → 101 = 2, Akku 2
004 TST 101   → Akku 2 (≠ 0)
005 JMP 001
001 ADD 101   → Akku 4
002 SAVE 102  → 102 = 4
003 DEC 101   → 101 = 1, Akku 1
004 TST 101   → Akku 1
005 JMP 001
001 ADD 101   → Akku 2
002 SAVE 102  → 102 = 2
003 DEC 101   → 101 = 0, Akku 0
004 TST 101   → 0 → JMP wird übersprungen
006 HLT

TAKE 048
SAVE 007
NULL 051
TST 050
JMP 006
HLT
TAKE 051
ADD 100
SAVE 051
INC 007
DEC 050
JMP 003

TAKE 100
ADD 101
ADD 102
SAVE 103
HLT

TAKE 100
SUB 101
SAVE 102
HLT

TAKE 100
ADD 100
ADD 100
SAVE 101
HLT

TAKE 100
SUB 101
SAVE 103
TAKE 101
SUB 100
ADD 103
SAVE 102
HLT

TAKE 100
SUB 101
ADD 101
SAVE 102
HLT

NULL 102
TST 101
JMP 004
HLT
TAKE 102
ADD 100
SAVE 102
DEC 101
JMP 001

NULL 102
TAKE 101
SUB 100
SAVE 104
TST 104
JMP 011
TAKE 100
SUB 101
SAVE 100
INC 102
JMP 001
TAKE 100
SAVE 103
HLT

TAKE 100
SAVE 102
NULL 101
TST 102
JMP 006
HLT
TAKE 101
ADD 100
SAVE 101
DEC 102
JMP 003

TAKE 100
ADD 102
SAVE 100
INC 101
HLT

TST 100
JMP 004
INC 101
HLT
DEC 100
JMP 000

TAKE 100
SUB 101
SAVE 100
NULL 102
TST 100
HLT
INC 102
HLT

NULL 103
TAKE 100
SUB 101
SAVE 102
TST 102
JMP 007
HLT
TAKE 100
SAVE 101
INC 103
HLT

NULL 102
TAKE 100
SUB 101
SAVE 103
TAKE 101
SUB 100
SAVE 104
TST 103
JMP 012
TST 104
JMP 014
HLT
INC 102
HLT
INC 102
INC 102
HLT

Praktisches

• Datenschutz: Keine Anmeldung, kein Tracking. Fortschritt und Programme liegen nur im localStorage des Browsers.
• Geteilte Geräte: Den Fortschritt auf diesem Gerät kann man hier zurücksetzen: Fortschritt löschen
• Programme einsammeln: In der Sandbox erzeugt Mehr → Link zum Programm kopieren einen Link, der das Programm enthält. Alternativ .ram-Dateien speichern.
• Offline: Die Seite ist statisch und benötigt keine externen Dienste (auch keine Web-Schriftarten von Drittanbietern).

Inhalte selbst anpassen

Alle Texte liegen als einfache Dateien im GitHub-Repository. Nach einer Änderung auf GitHub baut sich die Seite automatisch neu (ca. 2 Minuten).

Eine ausführliche Anleitung mit Beispielen steht in derREADME auf GitHub.