Warum ein Logik-Gatter aus fischertechnik auch ohne Strom funktioniert.

Wer heute eine elektronische Schaltung baut, kommt um ICs mit Logik-Gattern kaum herum. In der Technischen Informatik gehören Logik-Gatter zum Grundlagenwissen, und man lernt sie über KV-Diagramme zu vereinfachen. Alles hübsch abstrakt und in logischen Formeln verpackt – und dann kommt irgendwann der Praxis-Schock: auch „digitale Elektronik“ hat Laufzeiten, und es kommt zu Hazards – Laufzeitfehlern, die entstehen, wenn die Inputs an einem logischen Gatter nicht synchron anliegen. Mit hinreichend feinen (und damit hochwertigen) Messgeräten kann man solche Fehler auch veranschaulichen.

Will man das Schülern vermitteln, stößt man schnell an Grenzen: die Formelschreibweise ist unvertraut (und wenig anschaulich), und die für eine Demonstration erforderlichen Messgeräte sucht man an Schulen in der Regel vergeblich. Folglich werden Logik-Gatter (wenn überhaupt) nur grob vereinfacht und abstrakt erläutert. Und der Computer bleibt eine „große schwarze Kiste mit zwei Löchern“ – bedienbar, aber unverstanden.

Dabei ginge es auch anders, wie Thomas Püttmann gezeigt hat: Logik-Gatter lassen sich auch mechanisch aufbauen – anschaulicher geht es kaum. Wer noch „historische“ Differentiale sein eigen nennt, hat die Gatter im Handumdrehen nachgebaut. Die roten Kurbeln zeigen den anliegenden Binärwert am Dateneingang und -ausgang an.

Mechanisches AND/NAND-Gatter (Foto: Thomas Püttmann)

Mechanisches AND/NAND-Gatter (Foto: Thomas Püttmann)

Koppelt man nun mehrere Gatter, indem man die Eingänge mit den Ausgängen verbindet, lassen sich nicht nur die Gesetze der Schaltalgebra visuell beweisen – sondern sogar Laufzeitfehler veranschaulichen, denn bei den mechanischen Gattern kommt es sogar zu sichbaren Verzögerungen.

A XOR B = (A NAND B) und (A ODER B) (Foto: Thomas Püttmann)

A XOR B = (A NAND B) und (A ODER B) (Foto: Thomas Püttmann)

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