Så kommunicerar en dator
Tid: ca 60 min
Ämne: Matematik
För att vi ska kunna ta hjälp av datorer för att lösa problem behöver vi förstå hur en dator fungerar. Den här lektionen hjälper dig att tänka som en dator och förstå var och när en dator är bättre än en människa.
Ettor och nollor
En dator förstår bara ettor och nollor. En bit på datorspråk är en etta eller en nolla. Det är en så kallad digital signal, eller binärkod - elektriska impulser som är AV (0) eller PÅ (1). Det vill säga i den elektroniska kretsen är spänningen antingen 0 Volt (0) eller t.ex. 5 Volt (1).
Varje tecken som finns på ett tangentbord motsvarar en kombination av åtta binära nummer, ettor och nollor. Det kallas ASCII-kod.
ASCII-koder för versaler:
ASCII är förkortning av American Standard Code for Information Interchange.
Bildkälla: Lärarhandledningen UR Programmera mera
Övning 1 - Kommunicera ett ord
Skicka meddelanden till varandra med ettor och nollor. Dela in er i grupper om åtta. Varje grupp bestämmer ett ord som ni ska försöka kommunicera till en annan grupp bara genom att använda ettor och nollor. Ni har inga hjälpmedel, bara er själva. Bestäm själva hur ni kan visa en etta (med era kroppar eller händer eller kanske med ljud), och hur ni ska visa en nolla. Fundera på hur ni kan kommunicera varje bokstav.
Tips till läraren:
Låt uppgiften vara så fri det går och uppmuntra kreativa lösningar. Ett typiskt sätt att lösa uppgiften på är att gruppen ställer sig åtta på rad och symboliserar varsin bit. De som är ettor sträcker på sig medan nollorna står på huk. Sen byter de på en given signal till nästa bokstav. De andra grupperna får samtidigt titta på ASCII-tabellen och försöka tyda deras tecken för att forma ordet.
Hastighet
När datorer kommunicerar med varandra brukar man mäta det i hur många ettor och nollor den kan skicka eller ta emot på en sekund. Det vill säga antal bit per sekund (bit/s).
Övning 2 - Vem är snabbast, människan eller datorn?
Vi testar hur många bits man kan kommunicera på en sekund.
Steg 1 - Människan:
Människan har ju ett språk som vi kan kommunicera med. Hur många ord kan du säga på en sekund? Skriv ner det på en lapp och räkna antal bokstäver. Om varje bokstav är 8 bitar enligt ASCII-tabellen, hur många bit kan du då kommunicera på en sekund?
Steg 2 - Datorn:
Gå till webbsidan bredbandskollen.se och starta en mätning. Där får du svar på hur fort din dator eller mobiltelefon kommunicerar med andra datorer.
Steg 3 - Vem var snabbast - människan eller datorn?
Var människan eller datorn snabbast?
Vi tar ett exempel:
Anta att du hinner säga ”Hejsansvejsan” på en sekund. Eftersom en bokstav motsvarar 8 bits (8 stycken ettor och nollor) så motsvarar 13 bokstäver 13x8 bits, dvs 104 bit per sekund.
Anta att svaret på bredbandskollen blev 23 Mb/s (Megabit per sekund), det är alltså 23 miljoner bit per sekund. Datorn är alltså betydligt snabbare.
Det är inte så konstigt att datorn är snabb på att skicka och ta emot information. Ettorna och nollorna färdas med ljusets hastighet i kablar och i luften. Det vill säga på en sekund kan det färdas 30 000 mil, eller 7,5 varv runt jorden.
Historia: Grace Hopper
Grace Hopper var en amerikansk matematiker som för cirka 70 år sedan var en pionjär inom programmering. Hon undervisade också på universitet och för att visa studenterna hur snabb en dator är bad hon sin kollega om en nanosekund. ”Ge mig en nanosekund!” sa hon.
En nanosekund är en miljarddel av en sekund, det vill säga 0,000 000 001 sekund. Med ljusets hastighet kommer man 30 cm på en nanosekund. Det är lika långt som långsidan av ett A4-papper. På en mikrosekund, dvs en miljondels sekund (0,000 001 s) färdas ljuset 300 meter eller ungefär lika långt som Eiffeltornet är högt.
Kollegan gav Grace en koppartråd som var 30 cm lång.
Till läraren:
Gör gärna som Grace och dela ut varsin ”nanosekund” till eleverna. Tex i form av en 30 cm lång tråd eller bit garn.
Bra jobbat!