Aktivität 4 – Fehlererkennung & -korrektur

Der Zauber, Karten umzublättern – Fehlererkennung & -korrektur

Wenn Daten auf einem Datenträger gespeichert oder von einem Computer zum anderen übertragen werden, nehmen wir in der Regel an, dass sie sich dabei nicht verändern. Aber manchmal passieren Fehler und die Daten werden versehentlich geändert. In dieser Aktivität verwenden wir einen magischen Trick, der zeigt, wie wir erkennen, dass Daten beschädigt wurden und wie wir sie korrigieren können.

- Mathematik: Zahlen – Untersuchung von Berechnung und Schätzung - Mathematik: Algebra – Untersuchung von Mustern und Beziehungen untereinander, um einen fehlenden Wert zu finden - Mathematik: Zeilen und Spalten, Koordinaten - Technologie: Daten validieren

- Zählen
- Erkennen von geraden und ungeraden Zahlen

- 7+

Worum geht es in dieser Aktivität?

Stell dir vor du zahlst 10 Euro in dein Bankkonto ein. Der Kassierer tippt den Betrag ein und dieser wird zu einem zentralen Computer gesendet. Angenommen einige Störungen treten auf während der Betrag gesendet wird und der Betrag von 10 Euro wird auf 1.000 Euro geändert. Kein Problem, wenn du der Kunde bist, aber eindeutig ein Problem für die Bank!

Es ist wichtig, Fehler in übermittelten Daten zu erkennen. So muss ein Empfänger (Computer) überprüfen, ob die Daten, die zu ihm kommen, nicht durch irgendeine Art von elektrischer Störung verändert worden sind. Manchmal können die ursprünglichen Daten erneut gesendet werden, wenn ein Fehler übertragen wurde, aber es gibt einige Situationen, wo das nicht möglich ist, etwa wenn eine Festplatte durch Einwirkung von magnetischer oder elektrischer Strahlung, durch Hitze oder durch physischen Schaden beschädigt wurde. Wenn Daten von einer Weltraumsonde empfangen werden, wäre es sehr mühsam auf eine erneute Übertragung zu warten, wenn ein Fehler aufgetreten ist! (Es dauert etwas mehr als eine halbe Stunde, um ein Funksignal vom Planet Jupiter zu bekommen, wenn er der Erde am nächsten ist!)

Wir müssen erkennen können, dass die Daten beschädigt sind (Fehlererkennung) und zudem in der Lage sein, die Originaldaten zu rekonstruieren (Fehlerkorrektur).

Die gleiche Technik wie sie im „Kartentrick“-Spiel verwendet wurde, wird auch auf Computern verwendet. Indem wir die Bits in imaginäre Zeilen und Spalten eintragen und Paritätsbits zu jeder Zeile und Spalte hinzufügen, können wir nicht nur feststellen, ob ein Fehler aufgetreten ist, sondern wo er aufgetreten ist. Das betreffende Bit wird zurückgesetzt und so konnten wir eine Fehlerkorrektur durchführen.

Natürlich verwenden Computer häufig komplexere Fehlerkontrollsysteme, die in der Lage sind, mehrere Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Auf jeder Festplatte in einem Computer wird eine große Menge an Speicher für die Anpassung der Korrekturfehler reserviert, sodass es zuverlässig funktioniert, auch wenn einige Teile des Datenträgers ausfallen. Die hierfür verwendeten Systeme stehen in engem Zusammenhang mit dem Paritätsschema.

Übungen und Materialien

Materialien

- Eine Menge von 36 „Kühlschrankmagneten“, die nur auf einer Seite gefärbt sind. - Eine Metallplatte für die Vorführung (eine Weißwandtafel ist ideal).

- 36 gleiche Karten, die nur auf einer Seite gefärbt sind.