DE1051541B

DE1051541B - Computing device for parallel processing of binary numbers

Info

Publication number: DE1051541B
Application number: DES45214A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Kroneberg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-08-17
Filing date: 1955-08-17
Publication date: 1959-02-26

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.In computing machine technology, especially when working at high computing speeds should, the binary number system has practically established itself. This is based inter alia. that this number system extremely simplified due to the use of only two basic digits, namely 0 and 1 Arithmetic operations permitted that can be carried out very easily with purely electrical means. So For example, it is already possible with a simple relay to represent a binary number by, for example the energized state of the relay is assigned to the 1 of the number system and the de-energized state is assigned to the 0 will. With a relay chain, as is known, a four-part number can easily be represented will.

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.When performing arithmetic operations also using the binary number system, for example even when performing a simple addition, it is very often necessary to that a carry that corresponds, for example, to the carry of tens in a decimal system, in the invoice must be taken into account. During the actual calculation process, especially with the binary Number system can be carried out very easily and quickly, requires this to be taken into account Transfer and inclusion in the calculation result itself additional switching means and with most known devices also perform additional calculations. In many machines, for example, an addition or a subtraction is carried out without taking the carry over into account and then the carry over in a separate further calculation, which in turn represents an addition or a subtraction, into the Result recorded. In this case, however, it can happen that a carryover occurs in one further calculation process must be taken into account.

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.The invention relates to a computing device for parallel processing of binary numbers Number system, which is intended to carry out the four basic arithmetic operations and for the in a known manner through special circuitry measures all occurring in the invoice Carries are processed immediately, so that no intermediate results, but rather when carried out the correct end result is immediately available after an arithmetic operation.

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 BinärzahlenThe computing device according to the invention, like other known computing devices that process binary numbers in so-called parallel operation, uses two sets of switching devices in which the numbers to be processed together, for example the two summands, are initially stored. In addition, in the arithmetic unit according to the invention, there is a third set of switching arithmetic units for the parallel
Processing of binary numbers

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Dietrich Kroneberg, München,
ist als Erfinder genannt wordenDietrich Kroneberg, Munich,
has been named as the inventor

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.organs provided that each assume a very specific switch position according to the end result. The input switching elements control the switching elements for the end result in such a way that a possibly at Processing the transfer that occurs is smuggled directly into the circuit of the next higher neighboring point will. The switching elements assigned to the result take a single one, depending on the value of the assigned position of the final result, with the value of the carryover, if this If a carry-over should occur, this point is not identified at all on the switching element, but rather is immediately forwarded to the next higher position.

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.The computing device according to the invention contains relays as switching elements, which correspond to those of The functions to be carried out are equipped with a very specific number of contacts. she is characterized in that the relay for the result (result relay) with an opposite winding to Recording of the transfer from the previous point are equipped in the circuit of the previous Place. Main winding and counter winding are matched to one another in such a way that when a single winding is energized, the relay responds, for example a 1, but that when both windings are energized, the relay does not respond, so that this relay results in an O is realized.

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 Ά λ Hand of a circuit example, which is shown in the drawing, a computing device according to the invention will be described in detail. As explained, the entire computing device consists of

809 767/268809 767/268

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.three sets of switching devices, namely the ^ 4 relays, the 5 relays and the C relays. The C relays are each equipped with two windings, and these windings work in opposite directions, ie the flow of these windings cancel each other out. In addition to a self-holding contact, the A and B relays each have three contacts, which are arranged in the circuit of the C relays corresponding to them. One contact is located in the circuit of the main winding I and the other two in the secondary winding of the relay, which is assigned to the next higher position.

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.The mode of operation of the computing device is explained in detail using a circuit example. It is assumed that the number 101 (decimal number 5) and the number 110 (decimal number 6) are to be added together. To do this, the first number is first fed to the ^ 4 relay, and relays A 3 and A 1 are activated accordingly after the entry. The second number is fed into the arithmetic unit via the B relays. In the case of the .B relays, the relays 53 and B 2 are then in the attracted state. Depending on the state of the relay, the individual switching contacts are moved, namely all a 3, al, b 3 and b 2 contacts. For this purpose, the main winding of the relay C1 is energized once and also the main winding of the relay C 2, since both the a 3 and b 3 contact had switched, the relay C 3 cannot respond. However, the winding II of the relay C 4 is excited via the contact b 3, the directional conductor R 3, the folded contact a 3 and the contact (-), so that the C relays have assumed the following position: C4 on, C3 off, C2 on, Cl on. This corresponds to a binary number 1011, which corresponds to the number 11 expressed in decimal places. This result is correct.

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:The processing of the transfers is shown particularly clearly on the basis of a second calculation example. It is assumed that the sum of 101 (decimal number 5) and 11 (decimal number 3) is to be formed. The two numbers are in turn keyed into the A and B relay chain, for example using the Z keys , and the A 3 and A 1 relays are energized one after the other. In addition, the B 2 and B 1 relays have responded. According to the state of the A and 5 relays, the contacts are switched, and as soon as a negative voltage surge is given to the device via point J, the following relays respond:

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.The C 1 relay cannot respond because both contact a 1 and contact b 1 have switched. The winding II of the relay C 2 is energized via the contact b 1, since the second al contact has flipped over, via the associated (-) contact. The relay C 2 cannot respond itself, however, since its main winding I would also be excited via the folded b 2 contact and the a2 contact, which is still in the initial position. Via the contact a 2 and the contact b 2 , however, since the carry from the second position is not recorded, a carry is passed on via the (-) contact to the winding II of the C 3 relay. This C3 relay, in turn, cannot respond, since its main winding I is also excited because of the relocated α 3 contact, so that the total flow remains practically 0. Therefore, the transfer is passed on to winding II of relay C 4. In the main winding of this relay, however, since the output numbers did not have a fourth digit, no changes are entered, so that this main winding remains de-energized and the relay will respond due to the excitation of winding II and is the only relay that realizes a 1; the calculation result 1 is therefore 1000 (decimal number 8). It can already be seen from these two examples that, if suitable relays are used, a high computing speed can be achieved, whereby it must be taken into account that the end result can be read off immediately.

Für die Erläuterung der Erfindung wurde u. a. eineFor the explanation of the invention, inter alia. one

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.ίο Relay circuit used, which is controlled by pulses. This has the advantage that when the numbers to be processed are set within the A and .5 relay chains, the contacts assigned to these relays are completely de-energized and therefore the C relays do not have to perform any additional switching movements. Rather, by switching on the C relay with the aid of a voltage surge to be supplied via the terminal I at a suitable point in time, the C relays are all switched at the same time. This also has the advantage that the switching frequency of these relays is reduced to a minimum. (-) contacts are provided within the circuit. These contacts must then be actuated and switched to the other position if the device described is to be used for subtracting. Also with subtraction, as is well known, carryovers occur, always when a larger number of the subtrahend is to be deducted from a smaller number of the minuend at a point, which is just as with the addition with the help of the counter-winding, which is excited, among other things, via a directional conductor can be realized.

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.It has long been known in circuit technology that relays can easily be replaced by electronic switching means. With the present device, too, it is of course possible to replace one or the other relay set with bistable multivibrators, gate circuits, etc. For example, instead of the C relays, it is easily possible to provide bistable multivibrators, which are preceded by a blocking gate. In this case, too, it can be achieved that the trigger circuit only switches to the 1 state if a trigger criterion is given via one of the two inputs. If, on the other hand, the two inputs of the upstream gate are controlled, just as in the case of the relays, the gate blocks so that the downstream flip-flop cannot respond and thus implements a 0. The relay chains A and B would have to be replaced accordingly by electronic switching elements, the circuits for the C switching elements having to be controlled depending on these switching elements, for example by modulating rectifiers.

Claims

Patent claims:

1. Computing device for the parallel processing of numbers of the binary number system according to the Basic arithmetic operations with one set of relays each for storing the numbers to be entered and a set of relays for the calculated result, using control means, one when processing occurs transfer directly into the circuit of the next higher Infiltrate computing center, characterized in that the relays for the result (result relay) are equipped with a reverse winding that is in the circuit of the previous position.

2. Computing device according to claim 1, characterized in that a decoupling directional conductor (R) is arranged in the circuit of the opposing windings of the result relay.

3. Computing device according to claim 1 and 2 for performing the four basic arithmetic operations, thereby characterized in that each input relay except for a contact for a self-holding circuit is equipped with at least three contacts, one of which is in the main circuit of the assigned result relay and the two

others are arranged in the circuit for switching the carry through.

4. Computing device according to claim 1 to 3, characterized in that the result relay is pulsed after setting the input relay are excited by a voltage surge.

Considered publications:
Book by M. L ·. Couffignal, "Theses a la facultes des sciences de Paris", Verlag Gauthier-Villar Paris, 1938, pp. 95 to 97.

1 sheet of drawings