Aufgabe NAND-Game#

In dieser Aufgabe spielst du das Browserspiel nandgame.com durch. Du baust eine komplette CPU – ausgehend vom einfachen NAND-Gatter – auf: über Logikgatter, Addierer und Multiplexer bis zum eigenen Prozessor mit Assembler-Programmierung.

  • Schwierigkeit: Leicht

  • Semester: 1-3

  • Material: Computer mit Browser und Internetzugang (nandgame.com)

  • Abgabe: Screenshots der letzten drei Levels

Öffne nandgame.com in deinem Browser. Das Spiel startet mit dem NAND-Gatter als einzigem Baustein. Löse die Level in der vorgegebenen Reihenfolge.

  1. Spiele die ersten Level, bis du alle Grundgatter (NICHT, UND, ODER, XOR) aus NAND-Gattern aufgebaut hast.

  2. Baue weiter: Halbaddierer, Volladdierer und den Addierer. Erkläre in deinem Bericht, wie aus NAND-Gattern eine Addition entsteht.

  3. Spiele die Level der Auswahlschaltungen (Multiplexer, Demultiplexer) und der Speicherzelle. Welche Rolle spielt die Speicherzelle für einen Rechner?

  4. Spiele das Spiel bis zum Ende durch und programmiere das finale Level mit der einfachen Assemblersprache des Spiels.

Hinweis: Die Grundgatter UND, ODER, NICHT, NAND und NOR kennst du aus der Digitaltechnik. Das Spiel zeigt, dass man mit einem einzigen Gattertyp (NAND) sämtliche digitalen Schaltungen und letztlich einen ganzen Computer aufbauen kann. Achte darauf, wie viele NAND-Gatter für jedes Bauelement nötig sind.

Referenzen zum Lehrplan

Die folgenden Leistungskriterien (LK) und Lernziele (LZ) aus dem Bildungsplan FutureMEM stehen in Bezug zu dieser Aufgabe.

  • HKB 9999 b – Entwickeln und Fertigen von elektronischer Hardware

    • HK 9999 b.01 – elektronische Schaltungen dimensionieren und das Schema entwickeln

      • LK ET b1 07 – Sie erarbeiten klassische Grundschaltungen. (BFS · Semester 1, 2, 3, 4, 5, 8)

        • LZ_130 – Sie beschreiben die Grundverknüpfungen UND, ODER, NICHT, NAND, NOR und erkennen deren Symbole. (Semester 1)

        • LZ_2224 – Sie entwickeln kombinatorische Schaltungen. (Semester 1)

        • LZ_2226 – Sie entwerfen und zeichnen logische Signalverknüpfungen. (Semester 1)

      • LK ET b1 08 – Sie simulieren elektronische Schaltungen. (BFS · Semester 1, 2, 3, 4)

        • LZ_2227 – Sie analysieren und entwickeln einfache Logikschaltungen. (Semester 1)

  • HKB 9999 c – Entwickeln von Software

    • HK 9999 c.01 – Mikrocontroller-Programme entwickeln

      • LK ET c1 10 – Sie führen arithmetische und boolesche Operationen in verschiedenen Zahlensystemen durch. (BFS · Semester 1)

        • LZ_11180 – Sie setzen logische oder bitweise Operationen anwendungsgerecht ein. (Semester 1)

        • LZ_11181 – Sie rechnen in verschiedenen Zahlensystemen. (Semester 1)

      • LK ET c1 12 – Sie wählen für beispielhafte Anwendungen geeignete Mikrocontroller. (BFS · Semester 2)

        • LZ_529 – Sie beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise eines Mikroprozessors. (Semester 2)