DE1132364B - Aus Ringkernen aufgebaute Additions- oder Subtrahieranordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N17377 Kc/42m

ANMELDETAG: 13. OKTOBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. JUNI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Additions- oder Subtrahieranordnung, die im wesentlichen aus einer durch eine Anzahl Impulsquellen gesteuerten Matrix von vorzugsweise ringförmigen Kernen eines Materials mit rechteckiger Hystereseschleife besteht, von der jede Spalte einer Ziffernstelle (oder Kodeelementstelle) der zu addierenden oder zu subtrahierenden Zahlen entspricht. Aus Ringkernen aufgebaute Addierer oder Subtrahierer sind an sich bekannt.

Die Erfindung bezweckt, einen solchen Addierer oder Subtrahierer anzugeben, der sich besser als die bekannten Anordnungen dazu eignet, in Form einer Matrix zusammengebaut zu werden und dann einen Paralleladdierer oder Subtrahierer zu bilden. Man kann damit eine elektronische Rechenmaschine bauen, die im wesentlichen nur aus einer Ringmatrix mit geeigneter Randapparatur in Form von Impulsquellen besteht.

Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß die Anordnung einen Pufferspeicher mit ebenso vielen Speicherelementen enthält, wie die Matrix Spalten enthält, und alle Kerne jeder Zeile der Matrix magnetisch mit der Ausgangsklemme eines Ganzlesestromimpulsgenerators und mit der Ausgangsklemme eines Halb- oder Ganzschreibstromimpulsgenerators gekoppelt sind, jedes Speicherelement des Pufferspeichers im Falle einer Speicherung der Ziffer »1« beim Auslesen einen Halbschreibstromimpuls und im Falle der Speicherung der Ziffer »0« keinen Stromimpuls liefert, während die Ausgangsklemme jedes Speicherelementes magnetisch mit jeweils einem Kern einer jeden Zeile der Matrix gekoppelt ist, die im Pufferspeicher gespeicherte Zahl gegebenenfalls über eine Ziffernstelle nach links oder rechts verschoben, durch Koinzidenz nach jeder Zeite der Matrix übertragbar ist, während die Eingangsklemme jedes Speicherelementes ebenfalls magnetisch mit jeweils einem Kern einer jeden Zeile der Matrix gekoppelt ist, und die Windungszahlen und -richtungen der Kopplungswicklungen für alle Kerne ein und derselben Zeile gleich sind, aber nicht für alle Zeilen gleich sind, so daß, beim gleichzeitigen Auslegen von mehreren Zeilen der Matrix, Impulse der Größe α (na + mV) + ...) nach den Eingangsklemmen der Speicherelemente des Pufferspeichers geleitet werden, wobei α eine von den Abmessungen des betreffenden Kernes abhängige Konstante ist, n, m ... positive oder negative ganze Zahlen sind und a, b . .. den Wert »1« oder »0« haben, je nachdem im betreffenden Kern die Ziffer »1« oder die Ziffer »0« gespeichert war, und in ein Speicherelement des Pufferspeichers die Ziffer »1« bei einem positiven Wert des nach seiner Aus Ringkernen aufgebaute Additionsoder Subtrahieranordnung

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 17. Oktober 1958 (Nr. 232 377)

Herman Jacob Heyn, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Eingangsklemme geleiteten Impulses und die Ziffer »0« bei dem Wert »0« oder einem negativen Wert gespeichert wird, während die ganzen Zahlen n,m... so gewählt sind, daß die Ziffern der Summe oder Differenz und die Überträge dieser Verknüpfungen nach den Speicherelementen übertragbar sind.

Durch die Einführung eines Pufferspeichers und seiner besonderen Verbindung mit der Matrix, deren Kerne ihrerseits auf eine besondere Art untereinander verbunden sind und entsprechend mit Einschreibund Ausleseimpulsen beaufschlagbar sind, wird ein vielseitig verwendbarer Rechengerätbestandteil geschaffen.

Unter einer Matrix ist in diesem Zusammenhang ein in Zeilen und Spalten angeordnetes System magnetischer Kerne zu verstehen, wobei die Kerne, die sich gemeinsam auf eine kodierte Information (häufig als »Wort« bezeichnet) beziehen, eine Zeile bilden und die Kerne, die sich auf eine gleiche Ziffernstelle der kodierten Informationen beziehen, eine Spalte bilden. Die Kerne sind meist derart durch Drähte mit den Elementen des Zwischenspeichers verbunden, daß jedes Element des Zwischenspeichers mit genau einem Kern jeder Zeile gekoppelt ist. Diese Drähte können jedoch versetzt durch die Matrix verlaufen, d. h., ein derartiger Draht kann zu verschiedenen Spalten gehörende Kerne der Matrix mit einem Element des Zwischenspeichers koppeln. Die Matrix kann gegebenenfalls nur eine einzige Spalte enthalten oder

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unvollständig sein, d. h., es können an bestimmten Stellen Kerne fehlen.

Unter »MikroSteuerung« ist hier derjenige Teil der Schaltung zu verstehen, der die Durchführung eines bestimmten zusammengesetzten Auftrages oder Mikroprogramms des logistischen Gliedes (z. B. einer Addition oder Subtraktion, wenn dieses Glied das Rechenglied einer Rechenmaschine ist) steuert. Unter »Makrosteuerung« wird dabei der Teil der Schaltung

tor darstellenden Kreis abgerichteten Pfeil angegebenen) Ausgangsklemme zu verstehen. Wenn der Aufziehklemme ein Impuls einer bestimmten Polarität der Aufziehklemme zugeführt wird (d. h. das Aufziehtor aufgezogen wird) und dann der Abschießklemme ein Impuls einer bestimmten Polarität zugeführt wird (d. h, das Aufziehtor abgeschossen wird), liefert das Aufziehtor einen Ausgangsimpuls. Wenn jedoch der Abschießklemme ein Impuls zugeführt wird, ohne

verstanden, der eine bestimmte Folge von Mikropro- io daß das Abfziehtor vorher aufgezogen worden ist, grammen wählt. liefert dieses Tor keinen Ausgangsimpuls. Ein ab-

An Hand der Zeichnung und der Tabellen werden nachstehend Beispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen die für einige Schaltelemente benutzten Symbole;

Fig. 5 und 6 stellen zwei Rechenglieder nach der Erfindung dar;

Fig. 7 zeigt sehr schematisch den allgemeinen Aufbau einer Rechenmaschine mit einem Rechenglied

geschossenes Aufziehtor kann somit nicht erneut abgeschossen werden, wenn es nicht zuvor erneut aufgezogen worden ist. Ein Aufziehtor hat somit eine 15 Gedächtnisfunktion, weil es seinen (aufgezogenen oder nicht aufgezogenen) Zustand unbeschränkt lange behalten kann. Es läßt sich leicht eine Schaltung mit diesen Eigenschaften aus bekannten Schaltelementen aufbauen. Als Gedächtniselement des Aufziehtors nach der Erfindung; 20 verwendet man vorzugsweise einen Ring aus einem

Tabelle I dient zur Erläuterung der Arbeitsweise rechteckig-magnetischen Material. In der Zeichnung des in Fig. 5 dargestellten Rechengliedes; ist angenommen, daß die Stromquellen und Aufzieh-

Tabelle II dient zur Erläuterung der Arbeitsweise tore Stromimpulse liefern, deren Sinn von der Stromdes in Fig. 6 dargestellten Rechengliedes, und quelle bzw. dem Aufziehtor abgerichtet ist, aber diese

Tabelle III gibt eine Übersicht der mit sämtlichen 25 Voraussetzung ist selbstverständlich nicht wesentlich. Typen irreduzibeler Boolealgebraischer Funktionen Fig. 5 zeigt das Prinzip eines binären Addierers

von 0, 1, 2 und 3 veränderlichen gleichwertigen linearen algebraischen Funktionen.

Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen die in den nachstehenden Figuren benutzten Symbole für bestimmte 30
Schaltelemente. Die Fig. 1 und 2 zeigen das für einen
Ring aus einem rechteckig-magnetischen Material
benutzte Symbol. Die Ebene des Ringes verläuft senkrecht zur Zeichenebene, so daß der Ring als ein
kurzer, dicker Linienabschnitt gesehen wird, der 35 Addierer besteht im wesentlichen aus einer Matrix unter einem Winkel von 45° dargestellt ist. Durch von Ringen aus einem rechteckig-magnetischen Mateden Ring sind mehrere Drähte hindurchgeführt, die
in den Fig. 1 und 2 durch die zwei horizontalen und

nach der Erfindung, der in Additionszyklen mit acht Zeitpunkten arbeitet. Dies bedeutet, daß sich acht Zeitpunkte zyklisch folgen, d. h. ... t_e, i₇, t₈, t_v t₂, ₈, t_v L₂ ... Der Addierer kann Additionen zweier binär geschriebenen sechsstelligen Zahlen durchführen. Diese Zahl ist selbstverständlich nur mit Rücksicht auf die Übersichtlichkeit der Zeichnung und der Beschreibung so niedrig gewählt. Der

die zwei vertikalen Linien dargestellt sind. Die Sinne,

rial mit sechs Spalten, die mit den Buchstaben/i, B, C, D, E, und F und acht Zeilen, die mit den Buchstaben a, b, c, d, e, f, g und h bezeichnet sind. So-

in denen die Drähte durch den Ring hindurchgeführt 40 wohl durch die Spalten als auch durch die Zeilen sind sind, sind unmittelbar aus der Figur ersichtlich, außer je zwei Drähte hindurchgeführt, die mit A₁, A₂ ...

für die Drähte mit Bezeichnungen + 2 und — 1. Die Bezeichnung + 2 (Fig. 1) bedeutet, daß der Draht zweimal in der Figur entsprechendem Sinne durch

den Ring hindurchgeführt ist. Die Bezeichnung — 1 45 klemmen der Aufziehtore 1, 2... 6 verbunden, die (Fig. 2) bedeutet, daß der Draht einmal durch den Drähte A₂, B₂ ... F₂, die als Rückschreibdrähte be-

Ring hindurchgeführt ist, jedoch in einem Sinne, der zeichnet werden, sind am unteren Ende der Matrix

dem in der Figur dargestellten Sinne entgegengesetzt ist. Die Bezeichnung +1 würde bedeuten, daß der

bzw. O₁, ö₂... bezeichnet sind. Die Drähte A₁, B₁... F₁, die als Signaldrähte bezeichnet werden, sind am unteren Ende der Matrix mit den Aufzieh-

mit den Ausgangsklemmen der Aufziehtore 1, 2... 6 verbunden. Die Abschießklemmen dieser Aufziehtore

Draht einmal im von der Figur angegebenen Sinne 50 sind gemeinsam mit der Ausgangsklemme der Imdurch den Ring hindurchgeführt ist, aber diese Be- pulsquelle 7 verbunden, die in den Zeitpunkten t_v t_s, zeichnung erübrigt sich und ist deshalb fortgelassen.
Fig. 3 zeigt das Symbol für eine Stromquelle, die

t₅ und ΐ_Ί der Zyklen einen Impuls liefert. Beim Ab-

zu den Zeitpunkten t₂ und i₄ eines Zyklus mit ρ Zeitschießen liefern die Aufziehtore Stromimpulse vom Wert ViL Die Drähte a_v ^₁... A₁, die als Koinzidenz

punkten t_v t₂, i₃, t_i ... t„ Stromimpulse vom Wert V2 i 55 drähte bezeichnet werden, sind an der rechten Seite

liefert. Ist eine Andeutung über den Wert des gelieferten Impulses fortgelassen, so bedeutet dies,, daß dieser Wert für die Wirkung der Schaltungsanordnung nicht kritisch ist und somit nur über einem bestimmten Schwellenwert zu liegen braucht.

Fig. 4 zeigt das Symbol für ein Aufziehtor, das beim Abschießen Stromimpulse vom Wert V2 Y liefert. Unter einem Aufziehtor ist hier eine Schaltung mit einer (in der Zeichnung durch einen Querstrich ander Matrix mit Impulsquellen 8, 9 ... 15 verbunden, die zu den eingeschriebenen Zeitpunkten Stromimpulse vom Wert V2 / liefern. Die Drähte a₂, b₂... h₂, die als Ablesedrähte bezeichnet werden, sind an der linken Seite der Matrix mit Impulsquellen 16, 17... 23 verbunden, die zu den eingeschriebenen Zeitpunkten Stromimpulse vom Wert i liefern. Die Impulsquellen 8, 9 ... 23 können selbstverständlich gegebenenfalls Aufziehtore sein. Wie aus Fig. 5 er

gegebenen) Aufziehklemme, einer (in der Zeichnung 65 sichtlich, sind die Signaldrähte A₁, B₁ ... F₁ versetzt

durch einen zum das Aufziehtor darstellenden Kreis durch die Spalten der Matrix und außerdem zweimal

gerichteten Pfeil angegebenen) Abschießklemme und durch die Ringe der Zeile c und einmal, jedoch in

einer (in der Zeichnung durch einen vom das Auf zieh- entgegengesetztem Sinne, durch die Ringe der Zei-

len d, e und h hindurchgeführt. In Fig. 5 ist dies durch die Bezeichnung + 2 und — 1 angegeben.

Jeder Ring kann einen zweier in entgegengesetztem Sinne magnetisierter Zustände aufweisen, der durch die Ziffern O und 1 angegeben wird. Dabei wird angenommen, daß die von den Impulsquellen 16, 17 ... 23 gelieferten Stromimpulse die Ringe in den Zustand 0 und die von den Impulsquellen 8, 9 ... 15 oder den Aufziehtoren 1, 2... 6 gelieferten Stromimpulse somit in den Zustand 1 treiben, wenn der Draht nur einmal im gezeichneten Sinne durch den betreffenden Ring hindurchgeführt ist. Der Wert i ist so gewählt, daß ein Stromstoß vom Wert i einen Ring mit Gewißheit umkippen kann, jedoch ein Stromstoß vom Wert Va / hierzu mit Gewißheit nicht imstande ist.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Es sei angenommen, daß zu einem Zeitpunkt t_x die beiden binär geschriebenen zueinanderzuaddierenden Zahlen χ und y in die Ringe der Zeilen α und b eingeschrieben werden (s. auch die Tabelle I, die sich auf eine einzige, im übrigen beliebige Spalte oder Ziffernstelle bezieht). Dieses Einschreiben der Zahlen χ und y kann auf bekannte Weise, gegebenenfalls durch Koinzidenz, erfolgen. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist der betreffende Teil der Schaltung fortgelassen. Im Zeitpunkt t,₂ liefert die Stromquelle 16 einen Stromstoß vom Wert i, wodurch sämtliche Ringe der Zeile α in den Zustand 0 versetzt werden, aber die in dieser Zeile gespeicherte Information χ in die Zeile der Aufziehtore 1, 2... 6 übertragen wird. In Fig. 5 und in der Tabelle I ist diese Zeile durch k dargestellt. Dies bedeutet, daß z. B. das Aufziehtor 3 nicht aufgezogen wird, wenn der Ring im Kreuzpunkt der Spalte C und der Zeile α im Zustand 0 war, aber aufgezogen wird, wenn der erwähnte Ring im Zustand 1 war. Im ersten Falle bewirkt nämlich der von der Impulsquelle 16 gelieferte Stromstoß nicht, daß der erwähnte Ring umkippt, weil dieser Stromstoß in den Zustand 0 treibt und der Ring bereits im Zustand 0 war. Dabei wird somit kein Impuls im Signaldraht C₁ induziert. Im zweiten Falle bewirkt der von der Impulsquelle 16 gelieferte Stromstoß, daß der Ring aus dem Zustand 1 in den Zustand 0 umkippt, wodurch im Signaldraht C₁ ein Impuls induziert wird, durch den das Aufziehtor 3 aufgezogen wird. In der Spalte k der Aufziehtore 1, 2... 6 entspricht somit die Information 0 einem nicht aufgezogenen Aufziehtor, die Information 1 aber einem aufgezogenen Aufziehtor. Im nächsten Zeitpunkt t₃ werden den Abschießklemmen sämtlicher Aufziehtore Impulse zugeführt, indem die Impulsquelle 7 einen Impuls liefert, während gleichzeitig die Impulsquellen 1O₃ 11, 13 und 15 einen Impuls liefern. Hierdurch wird die Information χ durch Koinzidenz auf die Zeilen c, d, f und h übertragen. Weil die Aufziehtore 1, 2... 6 und die Impulsquellen 8, 9... 15 Stromstöße vom Wert Va / liefern, können nur in den Spalten, deren Aufziehtore aufgezogen waren, Ringe in den Zustand 1 springen. Dies ist in der Tabelle I leicht zu verfolgen. Im Zeitpunkt t_i wird die Information y aus der Zeile b in die Zeile k der Aufziehtore übertragen, während diese Information im Zeitpunkt t. durch Koinzidenz in die Zeilen c, e, g und h übertragen wird. Die Zeilen d und / enthalten nunmehr somit die Information x, die Zeilen e und g die Information y, die Zeilen c und h eine durch (xy) dargestellte Information, während die Zeilen α und b keine Information mehr enthalten, d. h. leer sind. Hierbei ist (xy) die Information, die den Wert 0 hat, wenn χ — y = 0, und den Wert 1, wenn χ oder y den Wert 1 hat (also auch, wenn χ — y = 1). Dieses Symbol ist somit eine gekürzte Schreibweise für χ V y oder auch von max. (χ, y), womit das Maximum der beiden Zahlen χ und y gemeint ist. Im darauffolgenden Zeitpunkt t_ü werden gleichzeitig die in den Zeilen c, d und e gespeicherten Informationen auf die Aufziehtorzeile k übertragen. Infolge der besonderen Weise, in der die Signaldrähte durch die Spalten der Matrix hindurchgeführt sind, weist das der Aufziehklemme eines Aufziehtors zugeführte Signal jedoch den Wert 2 (xy)—χ—y auf. Es läßt sich leicht ermitteln, daß dieser Ausdruck den Wert 0 hat, wenn χ = y = 0 oder χ = y = 1, während der Ausdruck den Wert 1 hat, wenn χ = 1, y = 0 oder wenn χ = 0, y = 1. Dies ist aber gerade die binäre Summe der beiden Ziffern χ und y, so daß 2(xy)—xy = J. Im Zeitpunkt i₇ wird die Information s durch Koinzidenz aus der Zeile k auf die Zeile a übertragen. Im darauffolgenden Zeitpunkt t₈ werden gleichzeitig die in den Zeilen /, g, h gespeicherten Informationen in die Aufziehtorzeile übertragen. Infolge der besonderen Weise, in der die Signaldrähte durch die Spalte hindurchgeführt sind, hat das der Aufziehklemme eines Aufziehtores zugeführte Signal den Wert — (xy) + χ + y. Dieser Ausdruck hat den Wert 1, wenn χ = y = 1, in sämtlichen anderen Fällen jedoch den Wert 0, und entspricht somit dem Übertrag c. Im Zeitpunkt t_v der wieder auf den Zeitpunkt i₈ folgt, wird diese Information durch Koinzidenz in die Zeile b übertragen, während die versetzte Weise, in der die Signaldrähte A _v B₁ ... F₁ durch die Ringe hindurchgeführt sind, zur Folge hat, daß der Übertrag von selbst um eine Ziffernstelle nach links verschoben wird, wie dies arithmetisch erforderlich ist. Das gleiche läßt sich selbstverständlich auch dadurch erzielen, daß die RückschreibdräJite A₂, B.₂ ... F₂ in versetzter Weise durch die Spalten der Matrix hindurchgeführt werden. Die Addition der Zahlen χ und y ist jetzt somit auf die Addition der Zahlen s und c reduziert. Der Prozeß muß mithin fortgesetzt werden, bis die Zeile b, in die der Übertrag c eingeschrieben wird, leer ist. Dies ist mit Hilfe eines durch sämtliche Ringe der Zeile b hindurchgeführten Signaldrahtes 24 kontrollierbar. Solange diese Zeile einen von 0 verschiedenen Übertrag enthält, bewirkt das Lesen dieser Zeile einen Impuls im Draht 24, der benutzt wird, um einen neuen Zyklus einzuleiten. Enthält der Draht 24 beim Lesen der Zeile b keinen Impuls, so bedeutet dies, daß diese Zeile leer war, d. h. daß nicht langer ein Übertrag verarbeitet werden muß.

Die Wirkungsweise des vorstehend geschilderten Rechengliedes gründet sich auf die Tatsache, daß die Boolealgebraischen Funktionen:

s — xy V xy, C = xy

gleichwertig mit den algebraischen Funktionen

J = 2(xy) — x — y,
c= — (xy) + x + y

sind. Hierbei nehmen x, y, s und c nur die Werte 0 und 1 an, während (xy) die vorstehend definierte Bedeutung hat. Stehen somit die Informationen x, y und (xy) zur Verfügung (wozu die Schaltung nach Fig. 5 vier Zeitpunkte braucht), so sind die Informationen s und c je in zwei Zeitpunkten ermittelbar. Selbstver-

ständlich kann die Schaltung auch so ausgebildet werden, daß beim Einschreiben der Information je diese unmittelbar in die Zeilen c, d, j und h eingeschrieben wird und daß beim Einschreiben der Information y diese unmittelbar in die Zeilen c, e, g und h eingeschrieben wird. In diesem Falle sind keine zusätzlichen Zeitpunkte erforderlich zum Erzeugen der Information (xy), χ und y für die Erzeugung der Information s und zum Erzeugen der Information x, y und (xy) für die Erzeugung der Information c. Um Hilfsr informationen für die Erzeugung anderer Informationen möglichst schnell erzeugen zu können, kann es somit praktisch sein, das Rechenglied mit einer Anzahl zusätzlicher Teile zu versehen.

Es stellt sich heraus, daß es möglich ist, jede Boolealgebraische Funktion durch eine lineare Funktion der Veränderlichenx,y,z...(xy), (xz)...(xyz)... zu ersetzen. Hierbei bedeutet (xyz) selbstverständlich max. (χ, y, ζ), d. h. eine Größe, die den Wert 1 hat, wenn mindestens eine der drei Größen x, y und ζ den Wertl hat, und die denWertO hat, wennX=V=Z=O, In der Tabelle III ist dies für die Funktionen von keiner, einer, zwei und drei Veränderlichen erläutert. Die Spalte A enthält die dreiundzwanzig Typen der irreduzibelen Boolealgebraischen Funktionen, die mit keiner, einer, zwei oder drei Veränderlichen gebildet werden können. Dabei ist für jede Gruppe von Funktionen, die durch gegebenenfalls mit Verneinung verbundenen Permutationen der Buchstaben x, y und ζ ineinander übergehen, nur eine als Vertreterin dieser Gruppe in der Tabelle aufgeführt. Es ist z. B. aus der Gruppe von Funktionen xy V xz, yxVyz, zyVzx... usw. nur die erste in der elften Zeile der Tabelle III aufgeführt. Unter einer irreduzibelen Boolealgebraischen Funktion wird hier erne Disjunktion von Konjunktionen verstanden, die sich nicht als eine Disjunktion einer geringeren Anzahl von Konjunktionen schreiben läßt. Man betrachte z. B. die Funktion xyz V xyz V xyz V xyz. Diese läßt sich auch als xyz V xyz V xyz V xyz oder als {(x Vx)yz V xy (z V z)}, d. h. als yzNxy, schreiben. Ersetzt man hierin χ durch z, y durch χ und ζ durch y, so ergibt sich die auf Zeile 11 aufgeführte Funktion xy V xz. Auf Grund der Tabelle ist diese Funktion gleichwertig mit der algebraischen Funktion —(xyz) + (yz) + z. Gemäß der TabelleIII ist somit yz V xy = — (xyz) + (xz) + y (s. Zeile 11, Spalte B, der Tabelle III). Es läßt sich doch leicht ermitteln, daß auch yz V xy = — (xyz) + (yz) + (zx) + (·*>') " x ~ z. Es dürfte im übrigen einleuchten, daß die Tabelle III auf Funktionen einer beliebigen Anzahl von Veränderlichen ausgedehnt werden kann.

Weiter ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß manche Boolealgebraische Funktionen mit einer linearen Form, mit ganzzahligen Koeffizienten, der in der betreffenden Boolealgebraischen Funktion auftretenden Veränderlichen und ihrer Negationen gleichwertig sind. Dabei muß ein negativer Wert oder 0 als 0 interpretiert werden, ein positiver Wert als 1. Für die den der Tabelle III enthaltenden irreduzibelen Funktionen, bei denen dies der Fall ist, sind in der Spalte C gleichwertige lineare Formen angegeben. Diese sind jedoch nicht eindeutig, da z. B. xy = χ — y = — χ als Ziffern der zu addierenden Zahlen deutet und ζ als den von der Addition an der vorhergehenden Ziffernstelle herrührenden Übertrag auffaßt. Die Größe c ist dann der Ausgangsübertrag. Gemäß Zeile 23 der Tabelle III gibt es jedoch keine gleichwertige lineare Form für die Summe dreier binärer Ziffern. Man kann aber schreiben:

s = xyz + xyz + xyz + xyz = xyz + (x V y V z)c

= xyzV xcV ycV ze. Es ist jedoch:

xyz V χμ V ywV zu = χ + y + ζ — 2ϊΖ, so daß man am Ende findet:

2c.

Zeile 17 der Tabelle III zeigt z. B.

c = yzV zx Vxy = x + y — z,

so daß bei einer Addition dreier Binärzahlen sich der Übertrag schnell bilden läßt, wenn man χ und y

^6s Fig. 6 zeigt das Schaltbild eines auf diesen Formeln beruhenden Rechengliedes, und die Tabellen dient zur Erläuterung der Wirkung desselben. Die Matrix enthält acht Zeilen, die wiederum mit den Buchstaben a, b, c, d, e, f, g und h bezeichnet sind. Es sind nur drei Spalten der Matrix dargestellt, die mit O, P und Q bezeichnet sind. Weiter ist der Aufbau des Rechengliedes ähnlich der des Rechengliedes nach Fig. 5. 25, 26, 27 sind Aufziehtore, die gemeinsam den Zwischenspeicher k bilden und von einer Impulsquelle 28 abgeschossen werden können; 29, 30... 33 sind Stromstoßquellen, die zu den eingeschriebenen Zeitpunkten Stromstöße vom Wert V2 i liefern, und 34, 35... 42 sind Stromstoßquellen, die zu den eingeschriebenen Zeitpunkten Stromstöße vom Wert i liefern.

Dieses Rechenglied arbeitet wie folgt (s. auch die Tabellell). Sind χ und y die beiden zueinanderzuaddierenden Zahlen, so werden sie in bekannter Weise im Zeitpunkt t_x in die Zeilen c, d, f, g eingeschrieben. Dies kann gegebenenfalls durch Koinzidenz erfolgen. Der hierzu dienende Teil der Schaltung ist zur Vereinfachung der Figur weggelassen. Die Zeilen e und h können außerdem einen von einer vorhergehenden Addition herrührenden Übertrags enthalten, der in diesem Zusammenhang als Eingangsübertrag bezeichnet wird. Dieser ist derart in die Zeilen e und h eingeschrieben, daß die Zeile e die Information c_;, die Zeile h hingegen die Information C₁ enthält. Im Zeitpunkt U liefern die Stromstoßquellen 40, 41 und 42 einen Stromstoß vom Wert i, wodurch die Ausgangsübertragung c_u = χ + y — Ci in den Zwischenspeicher eingeschrieben wird und die Zeilen /, g und h leer werden. Im darauffolgenden Zeitpunkt i₃ werden den Abschießklemmen der Aufziehtore 25, 26 und 27 des Zwischenspeichers k Impulse zugeführt und liefern auch die Stromstoßquellen 29 und 30 einen Stromstoß vom Wert Va i. Hierdurch wird die Information c_u in die Zeilen α und b eingeschrieben. Infolge der versetzten Weise, in der die Signaldrähte und die Rückschreibedrähte durch die Spalten der Matrix geflochten sind, steht dieser Übertrag unverschoben in der Spalte a, jedoch um eine Ziffernstelle nach links verschoben in der Spalte b. In der Tabelle II ist diese Verschobenheit durch einen Stern angegeben. Im Zeitpunkt t_i liefern die Stromstoßquellen 35, 37, 38 und 39 einen Stromstoß vom Wert /, wodurch die Information s = x + y + c — 2c_a in den Zwischenspeicher k geschrieben wird und die Zeilen a, c, d und e leer werden. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß im Ausdruck χ + y + C₁ — 2 c_n für c_u der nicht verschobene

Ausgangsübertrag genommen werden muß, d. h. die in die Zeile α eingeschriebene Information. Im nachfolgenden Zeitpunkt t₅ wird der Zwischenspeicher k wiederum abgeschossen und liefern die Stromstoßquellen 31 und 33 einen Stromstoß vom Wert V2 /. Hierdurch wird die Information s aus dem Zwischenspeicher auf die Zeilen d und g übertragen. Im Zeitpunkt t_e liefert die Stromstoßquelle 36 einen Stromstoß vom Wert i, wodurch in der Zeile b gespeicherte, verschobene Information c_K* in den Zwischenspeichert übertragen wird. Im nachfolgenden Zeitpunkt t₁ wird der Zwischenspeicher wieder abgeschossen, liefert die Stromstoßquelle 32 einen Stromstoß vom Wert Va i und liefert die Stromstoßquelle 34 einen Stromstoß vom Wert z. Hierdurch wird die Information C₁* in die Zeile e und die Information c_u* in die Zeile h eingeschrieben. Für die Zeile e ist dies ohne weiteres klar. Sofern es sich um die Zeile h handelt, wird zunächst bemerkt, daß dies im dem betreffenden Zeitpunkt I₁ vorangehenden Zeitpunkt t₂ in den Zustand 0 versetzt war. Im Zeitpunkt t_x empfängt der Ring der Spalte P und der Zeile h aus den Quellen 26 und 34 die Information — Va C₁₁* + /. Dieser Ausdruck ist gleich V2 /, wenn C₁* = 1, und gleich /, wenn c_u* = 0. Für C₁* = 1 verbleibt der betrefi'ende Ring der Zeile h somit im Zustand 0, während er für C₁* — 0 in den Zustand 1 springt. Tatsächlich ist somit in die Zeile h die Information C₁* eingeschrieben. Gleichzeitig kann in die Zeilen c und / eine neue Zahl X_x eingeschrieben werden, die zur Summe x + y addiert werden muß. In diesem Augenblick ist jedoch ein Zustand eingetreten, der gleich dem Ausgangszustand ist, außer daß die Zahl y jetzt durch die Zahl s ersetzt ist. Der verschobene Ausgangsübertrag C₁* ist ja für die folgende Addition ein Eingangsübertrag.

Das Rechenglied nach der Erfindung kann einen Teil einer größeren aus magnetischen Ringen aufgebauten Speichermatrix bilden. Die weiteren Zeilen dieser Speichermatrix können dabei für den eigentliehen Speicher der Rechenmaschine und für dessen Makrosteuerung benutzt werden.

Die MikroSteuerung des Rechengliedes (oder mehr im allgemeinen des logistischen Gliedes) ist im wesentlichen nichts anderes als ein zusammengesetzter impulsgenerator mit einer Anzahl Ausgangsklemmen, an denen in zyklischer Folge Impulse der gewünschten Größe auftreten. Ein derartiger Impulsgenerator läßt sich nach bekannten Grundsätzen bauen. Wenn die MikroSteuerung zwei oder mehr als zwei Mikroprogramme liefern können muß, d. h. Impulsreihen mit verschiedenen periodischen Impulszahlen, die in verschiedenen zyklischen Folgen geliefert werden müssen, ist es praktisch, hierzu in bekannter Weise gleichfalls eine Matrix mit magnetischen Ringen zu verwenden. Jede in einem bestimmten Zeitpunkt t_k zu liefernde Kombination von Impulsen entspricht dabei einem in einer bestimmten Weise durch diese Hilfsmatrix geflochtenen Draht. Sobald durch einen solchen Draht der Hilfsmatrix ein Ableseimpuls hindurchgeschickt wird, wird auch ein Impuls (oder eine Kombination von Impulsen) erzeugt, der bzw. die bestimmt, durch welchen nächsten Draht der Hilfsmatrix ein Ableseimpuls hindurchgeschickt werden muß. Dies ist insbesondere dann praktisch, wenn bestimmte Teile des logistischen Gliedes zweimal oder mehrmals in ein und demselben Mikroprogramm auftreten, wie dies z. B. beim in Fig. 5 dargestellten Rechenglied der Fall ist. Durch Anwendung des vorstehenden Gedankens ergibt sich dann eine Rechenmaschine von dem in Fig. 7 sehr schematisch angegebenen Aufbau. In dieser Figur bilden A, B und C gemeinsam eine einzige aus Magnetringen aufgebaute Matrix, wobei der Teil A den Speicher der Rechenmaschine bildet, der Teil B zum Bestimmen des Makroprogramms dient und der Teil C das Rechenglied der Rechenmaschine bildet. Weiter ist D die vorstehend beschriebene Hilfsmatrix und bilden E, F und G die Randapparatur, die aus Impulsquellen, z. B. Aufziehtoren, besteht. Eine auf diese Weise aufgebaute Rechenmaschine ist infolge ihrer Einfachheit sehr robust und betriebssicher.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Additions- oder Subtrahieranordnung, die im wesentlichen aus einer durch eine Anzahl Impulsquellen gesteuerten Matrix von vorzugsweise ringförmigen Kernen eines Materials mit rechteckiger Hystereseschleife besteht, von der jede Spalte einer Ziffernstelle (oder Kodeelementstelle) der zu addierenden oder zu subtrahierenden Zahlen entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Pufferspeicher mit ebensovielen Speicherelementen enthält, wie die Matrix Spalten enthält, und alle Kerne jeder Zeile der Matrix magnetisch mit der Ausgangsklemme eines Ganzlesestromimpulsgenerators und mit der Ausgangsklemme eines Halb- oder Ganzschreibstromimpulsgenerators gekoppelt sind, jedes Speicherelement des Pufferspeichers im Falle einer Speicherung der Ziffer »1« beim Auslesen einen Halbschreibstromimpuls und im Falle der Speicherung der Ziffer »0« keinen Stromimpuls liefert, während die Ausgangsklemme jedes Speicherelementes magnetisch mit jeweils einem Kern einer jeden Zeile der Matrix gekoppelt ist, die im Pufferspeicher gespeicherte Zahl gegebenenfalls über eine Ziffernstelle nach links oder rechts verschoben, durch Koinzidenz nach jeder Zeile der Matrix übertragbar ist, während die Eingangsklemme jedes Speicherelementes ebenfalls magnetisch mit jeweils einem Kern einer jeden Zeile der Matrix gekoppelt ist, und die Windungszahlen und -richtungen der Kopplungswicklungen für alle Kerne einer und derselben Zeile gleich sind, aber nicht für alle Zeilen gleich sind, so daß, beim gleichzeitigen Auslesen von mehreren Zeilen der Matrix, Impulse der Größe α (na + mb + ...) nach den Eingangsklemmen der Speicherelemente des Pufferspeichers geleitet werden, wobei α eine von den Abmessungen des betreffenden Kernes abhängige Konstante ist, n,m... positive oder negative ganze Zahlen sind und a,b... den Wert »1« oder »0« haben, je nachdem im betreffenden Kern die Ziffer »1« oder die Ziffer »0« gespeichert war, und in ein Speicherelement des Pufferspeichers die Ziffer »1« bei einem positiven Wert des nach seiner Eingangsklemme geleiteten Impulses und die Ziffer »0« bei dem Wert »0« oder einem negativen Wert gespeichert wird, während die ganzen Zahlen n,m... so gewählt sind, daß die Ziffern der Summe oder Differenz und die Überträge dieser Verknüpfungen nach den Speicherelementen übertragbar sind.

2. Rechenmaschine mit einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Speicher und die MikroSteuerung der Rechenmaschine auch aus Magnetringen zusammengebaut und mit der Anordnung zu einer einzigen Matrix zusammengefügt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung Z 394 IXb/42m (bekanntgemacht am 12. 3.1953);
USA.-Patentschrift Nr. 2 844 812;
»Nachrichtentechnische Fachberichte«, Bd. 4,1956, S. 116 und 117;

»The Design of Switching Circuits«, D. van Nostrand Comp., Inc., New York, 1951, S. 68 ff.;

»Digital Computer Components and Circuits«, D. van Nostrand Comp., Inc., New York, 1957, S. 211 bis 213, 227;

»Radiotechnik«, 1955, Nr. 5/6, S. 201 bis 207;

»Elektronische Rundschau«, 1957, August, H. 8, S. 229 bis 234;

»IRE Transactions on Elektronic Computers«, ίο EC 7, Nr.

3, September 1958, S. 223 bis 228;

»NTZ«, 1957, H. 8, S. 391 bis 402.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen