DE1051541B - Recheneinrichtung zum parallelen Verarbeiten von Binaerzahlen - Google Patents

Description

In der Rechenmaschinentechnik, insbesondere wenn mit hohen Rechengeschwindigkeiten gearbeitet werden soll, hat sich das binäre Zahlensystem praktisch durchgesetzt. Das beruht u. a. darauf, daß dieses Zahlensystem wegen der Verwendung von nur zwei Grundziffern, nämlich 0 und 1, äußerst vereinfachte Rechenoperationen gestattet, die sehr leicht mit rein elektrischen Mitteln durchgeführt werden können. So ist es beispielsweise schon mit einem einfachen Relais möglich, eine Binärzahl darzustellen, indem beispielsweise der angezogene Zustand des Relais der 1 des Zahlensystems und der abgefallene Zustand der 0 zugeordnet wird. Mit einer Relaiskette kann dann, wie bekannt, ohne weiteres eine vierteilige Zahl dargestellt werden.

Bei der Durchführung von Rechenoperationen auch unter Verwendung des binären Zahlensystems, beispielsweise schon bei der Durchführung einer einfachen Addition, ergibt sich sehr häufig die Notwendigkeit, daß ein Übertrag, der beispielsweise dem Zehnerübertrag in einem dezimalen System entspricht, in der Rechnung berücksichtigt werden muß. Während der eigentliche Rechenvorgang gerade beim binären Zahlensystem sehr einfach und rasch durchgeführt werden kann, erfordert die Berücksichtigung dieses Übertrages und die Aufnahme in das Rechenergebnis selbst zusätzliche Schaltmittel und bei den meisten bekannten Geräten auch zusätzliche Rechenvorgänge. So wird bei vielen Maschinen zunächst eine Addition, oder auch eine Subtraktion, ohne Berücksichtigung des Übertrages durchgeführt und der Übertrag dann in einer eigenen weiteren Rechnung, die wiederum eine Addition oder eine Subtraktion darstellt, in das Ergebnis aufgenommen. Hierbei kann es aber passieren, daß wiederum ein Übertrag entsteht, der in einem weiteren Rechenprozeß berücksichtigt werden muß.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Recheneinrichtung zum parallelen Verarbeiten von Zahlen des binären Zahlensystems, die dazu gedacht ist, die vier Grundrechenoperationen durchzuführen und bei der in bekannter Weise durch besondere schaltungstechnische Maßnahmen sämtliche in der Rechnung vorkommende Überträge sofort verarbeitet werden, so daß keinerlei Zwischenergebnisse, sondern bei Durchführung einer Rechenoperation sofort das richtige Endergebnis vorliegt.

Die Recheneinrichtung nach der Erfindung bedient sich, wie an sich auch andere bekannte Recheneinrichtungen, die Binärzahlen im sogenannten parallelen Betrieb verarbeiten, zweier Sätze von Schaltorganen, in denen die miteinander zu verarbeitenden Zahlen, also beispielsweise die beiden Summanden, zunächst eingespeichert werden. Außerdem ist bei der Recheneinrichtung nach der Erfindung ein dritter Satz Schalt-Recheneinrichtung zum parallelen
Verarbeiten von Binärzahlen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dietrich Kroneberg, München,
ist als Erfinder genannt worden

organe vorgesehen, die entsprechend dem Endergebnis jeweils eine ganz bestimmte Schaltstellung einnehmen. Die Eingabe-Schaltorgane steuern die Schaltorgane für das Endergebnis derart, daß ein eventuell beim Verarbeiten auftretender Übertrag unmittelbar in den Stromkreis der nächsthöheren Nachbarstelle eingeschleust wird. Die dem Ergebnis zugeordneten Schaltorgane nehmen eine einzige, je nach dem Wert der zugeordneten Stelle des Endergebnisses definierte Lage an, wobei der Wert des Übertrages, sofern bei dieser Stelle ein Übertrag auftreten sollte, an dem Schaltorgan dieser Stelle gar nicht kenntlich gemacht, sondern unmittelbar der nächsthöheren Stelle zugeleitet wird.

Die Recheneinrichtung nach der Erfindung enthält als Schaltorgane Relais, die entsprechend den von ihnen auszuführenden Funktionen mit einer ganz bestimmten Anzahl von Kontakten ausgerüstet sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Relais für das Ergebnis (Resultatrelais) mit einer Gegenwicklung zur Aufnahme des Übertrages aus der vorhergehenden Stelle ausgerüstet sind, die im Stromkreis der vorhergehenden Stelle liegt. Hauptwicklung und Gegenwicklung sind hierbei so aufeinander abgestimmt, daß zwar bei Erregen einer einzigen Wicklung das Relais anspricht, also beispielsweise eine 1 realisiert, daß aber beim Erregen beider Wicklungen das Relais nicht anspricht, so daß durch dieses Relais entsprechend eineO realisiert wird.

Ά λ Hand eines Schaltungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, sei eine Recheneinrichtung nach der Erfindung im einzelnen beschrieben. Die gesamte Recheneinrichtung besteht, wie erläutert, aus

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drei Sätzen von Schaltorganen, nämlich den ^4-Relais, den 5-Relais und den C-Relais. Die C-Relais sind mit je zwei Wicklungen ausgestattet, und zwar wirken diese Wicklungen gegensinnig, d. h. der Fluß dieser Wicklungen hebt sich gegenseitig auf. Die A- und B-Relais tragen außer einem Selbsthaltekontakt je drei Kontakte, die in dem Stromkreis der ihnen stellenmäßig entsprechenden C-Relais angeordnet sind. Je ein Kontakt ist hierbei im Stromkreis der Hauptwicklung I und die anderen beiden in der Nebenwicklung des Relais gelegen, das der nächsthöheren Stelle zugeordnet ist.

An Hand eines Schaltbeispieles wird die Wirkungsweise der Recheneinrichtung im einzelnen erläutert. Es sei angenommen, daß die Zahl 101 (Dezimalzahl 5) und die Zahl 110 (Dezimalzahl 6) miteinander addiert werden sollen. Hierzu wird die erste Zahl zunächst den ^4-Relais zugeführt, und zwar sind entsprechend nach der Eingabe die Relais A 3 und A1 erregt. Die zweite Zahl wird über die B-Relais in die Recheneinrichtung gegeben. Bei den .B-Relais sind dann die Relais 53 und B 2 in angezogenem Zustand. Entsprechend dem Zustand der Relais werden die einzelnen Schaltkontakte umgelegt, und zwar sämtliche a3-, al-, b 3- und b 2-Kontakte. Hierzu wird einmal die Hauptwicklung des Relais C1 erregt und außerdem die Hauptwicklung des Relais C 2, da sowohl der a 3- und b 3-Kontakt umgelegt hatte, kann das Relais C 3 nicht ansprechen. Über den Kontakt b 3, den Richtleiter R 3, den umgelegten Kontakt a 3 und den Kontakt (—) wird aber die Wicklung II des Relais C 4 erregt, so daß die C-Relais folgende Stellung angenommen haben: C4 an, C3 ab, C2 an, Cl an. Dies entspricht einer Binärzahl 1011, was in Dezimalstellen ausgedrückt der Zahl 11 entspricht. Dieses Ergebnis ist richtig.

An Hand eines zweiten Rechenbeispieles sei die Verarbeitung der Überträge besonders deutlich dargestellt. Es wird angenommen, daß die Summe aus 101 (Dezimalzahl 5) und 11 (Dezimalzahl 3) gebildet werden soll. Die beiden Zahlen werden wiederum, beispielsweise über die Tasten Z, in die A- und B-Relaiskette eingetastet, und zwar sind der Reihe nach das A 3- und das A 1-Relais erregt. Außerdem haben das B 2- und das B 1-Relais angesprochen. Entsprechend dem Zustand der A- und 5-Relais sind die Kontakte umgelegt, und sobald über den Punkt J ein negativer Spannungsstoß auf die Einrichtung gegeben wird, sprechen folgende Relais an:

Das C 1-Relais kann nicht ansprechen, da sowohl der Kontakt a 1 als auch der Kontakt b 1 umgelegt hatten. Über den Kontakt b 1 wird aber, da der zweite al-Kontakt umgelegt hat, über den dazugehörigen (—) -Kontakt, die Wicklung II des Relais C 2 erregt. Das Relais C 2 kann aber selbst nicht ansprechen, da seine Hauptwicklung I ebenfalls über den umgelegten b 2-Kontakt und den noch in der Ausgangslage befindlichen a2-Kontakt erregt werden würde. Über den Kontakt a 2 und den Kontakt b 2 wird aber, da der Übertrag von der zweiten Stelle nicht aufgenommen wird, ein Übertrag über den (—) -Kontakt an die Wicklung II des C 3-Relais weitergegeben. Dieses C3-Relais kann wiederum nicht ansprechen, da auch seine Hauptwicklung I wegen des umgelegten α 3-Kontaktes erregt ist, so daß der Gesamtfluß praktisch 0 bleibt. Deshalb wird der Übertrag an die Wicklung II des Relais C 4 weitergegeben. In der Hauptwicklung dieses Relais sind aber, da die Ausgangszahlen keine vierte Stelle besaßen, keine Veränderungen eingetragen, so daß diese Hauptwicklung nach wie vor stromlos bleibt und das Relais auf Grund der Erregung der Wicklung II ansprechen wird und als einziges Relais eine 1 realisiert; das Rechenergebnis 1 lautet also 1000 (Dezimalzahl 8). Schon aus diesen beiden Beispielen ergibt sich, daß, sofern geeignete Relais verwendet werden, eine hohe Rechengeschwindigkeit erzielt werden kann, wobei zu berücksichtigen ist, daß unmittelbar das Endergebnis abgelesen werden kann.

Für die Erläuterung der Erfindung wurde u. a. eine

ίο Relaisschaltung verwendet, die durch Impulse gesteuert wird. Dies hat den Vorteil, daß beim Einstellen der zu verarbeitenden Zahlen innerhalb der A- und .5-Relaisketten, die diesen Relais zugeordneten Kontakte völlig stromlos geschaltet werden und deshalb die C-Relais keine zusätzlichen Schaltbewegungen ausführen müssen. Vielmehr wird durch das Einschalten des C-Relais mit Hilfe eines zu einem geeigneten Zeitpunkt über den Anschluß I zuzuführenden Spannungsstoßes erreicht, daß die C-Relais alle gleichzeitig ge- schaltet werden. Hierbei ist auch der Vorteil mitverbunden, daß die Schalthäufigkeit dieser Relais auf ein Minimum her abgedrückt wird. Innerhalb der Schaltung sind (—) -Kontakte vorgesehen. Diese Kontakte sind dann zu betätigen und in die andere Stellung umzulegen, wenn die beschriebene Einrichtung zum Subtrahieren verwendet werden soll. Auch beim Subtrahieren ergeben sich bekanntlich Überträge, und zwar immer dann, wenn bei einer Stelle eine größere Zahl des Subtrahenden von einer kleineren Zahl des Minuenden abgezogen werden soll, was sich ebenso wie bei der Addition mit Hilfe der Gegenwicklung, die u. a. über einen Richtleiter erregt werden kann, verwirklichen läßt.

Es ist in der Schaltungstechnik längst bekannt, daß Relais durch elektronische Schaltmittel ohne weiteres ersetzt werden können. Auch bei der vorliegenden Einrichtung ist es selbstverständlich möglich, den einen oder anderen Relaissatz durch bistabile Kippschaltungen, Torschaltungen usw. zu ersetzen. So ist es beispielsweise ohne weiteres möglich, statt den C-Relais bistabile Kippschaltungen vorzusehen, denen ein Sperrgatter vorgeschaltet ist. Auch in diesem Fall kann erreicht werden, daß die Kippschaltung nur dann in den 1-Zustand umkippt, wenn über einen der beiden Eingänge ein Kippkriterium gegeben wird. Werden hingegen, ebenso wie bei den Relais die beiden Wicklungen, die beiden Eingänge des vorgeschalteten Gatters ausgesteuert, dann sperrt das Gatter, so daß das nachgeschaltete Kippglied nicht ansprechen kann und somit eine 0 realisiert. Die Relaisketten A und B wären entsprechend durch elektronische Schaltorgane zu ersetzen, wobei abhängig von diesen Schaltorganen wiederum, beispielsweise durch Aussteuern von Gleichrichtern, die Schaltkreise für die C-Schaltorgane gesteuert werden müssen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Recheneinrichtung zum parallelen Verarbeiten von Zahlen des binären Zahlensystems nach den Grundrechenoperationen mit je einem Satz Relais für die Speicherung der einzugebenden Zahlen und einem Satz Relais für das errechnete Ergebnis, unter Verwendung von Steuermitteln, die einen beim Verarbeiten auftretenden Übertrag unmittelbar in den Stromkreis der nächst höheren Rechenstelle einschleusen, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais für das Ergebnis (Resultatsrelais) mit einer Gegenwicklung ausgerüstet sind, die im Stromkreis der vorhergehenden Stelle liegt.

2. Recheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis der Gegenwicklungen der Resultat-Relais je ein Entkopplungsrichtleiter (R) angeordnet ist.

3. Recheneinrichtung nach Anspruch 1 und 2 zur Ausführung der vier Grundrechenoperationen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Eingabe-Relais außer mit einem Kontakt für einen Selbsthaltestromkreis mit mindestens drei Kontakten ausgerüstet ist, wovon je einer im Hauptstromkreis des zugeordneten Resultat-Relais und die beiden

anderen im Stromkreis zur Durchschaltung des Übertrages angeordnet sind.

4. Recheneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resultat-Relais impulsartig nach der Einstellung des Eingabe-Relais durch einen Spannungsstoß erregt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von M. L·. Couffignal, «Theses ä la faculte des sciences de Paris», Verlag Gauthier-Villar Paris, 1938, S. 95 bis 97.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen