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Die Erfindung betrifft ein Rechenwerk zur Durchführung der vier Grundrechnungsarten, vorzugsweise für Rechenmaschinen mit Tasteneingabe, bestehend aus integrierten Schaltungsbausteinen, die auf einer Schaltplatine angeordnet sind.
Ziel der Erfindung ist es vor allem, einen besonderen Aufbau für ein solches Rechenwerk zu schaffen, um mit nur sehr geringem Raum für dasselbe das Auslangen finden zu können. Dieses Rechenwerk dient zum Durchführen der Rechenoperationen und zum Erzeugen von Steuersignalen für ein Druckwerk zum Ausdrucken der Ergebnisse.
Die Erfindung schafft damit das Rechenwerk für einen binär codierten Elektronenrechner, der zum Addieren, Subtrahieren, Multiplizieren und Dividieren von Dezimalzahlen und in gewissem Ausmass zur automatischen Komma-Einstellung sowie zum Steuern des Ausdruckens von Endergebnissen mit bis zu zwölf Dezimalstellen geeignet ist. Die Dezimalstellen können einzeln nacheinander mit einer Geschwindigkeit ausgedruckt werden, die den Arbeitsvorgängen des Rechners entspricht.
Die angeführten Vorteile des Rechners der angegebenen Art werden dadurch erreicht, dass erfindungsgemäss die integrierten Schaltungsbausteine aus Halbleitergrundplatten bestehen, welche jeweils auf einer Oberfläche eine Mehrzahl von NAND-Schaltkreisen tragen, dass diese NAND-Schaltkreise durch Leiter, welche in verschiedenen Ebenen liegen, miteinander verbunden sind und dass diese Ebenen durch Isolierschichten aus Halbleitermaterial voneinander getrennt sind.
Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Rechenwerkes betreffen. Hiebei zeigen Fig. 1 das Aussengehäuse eines Rechners mit dem erfindungsgemässen Rechenwerk, Fig. 2 die mechanische Anordnung der Teile des Rechners
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1, Fig. 3Fig. 1. Die Fig. 4 bis 7 zeigen die Logik-Kreise der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 2, Fig. 8 erläutert in einer Teildarstellung das Streifentransportsystem in Fig. 1.
Fig. 9 zeigt einen Stromkreis mit einem Gatter für die Logik-Kreise nach den Fig. 4 bis 7, Fig. 10 eine Schieberegisterschaltung der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 2, Fig. ll zeigt eine Registerschaltung, Fig. 12 die Verbindung von zwei für je 24 Bits bestimmten Schieberegistern der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 3, Fig. 13 ein für 24 Bits bestimmtes Schieberegister der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 3, Fig. 14 den Taktimpulsgeber eines Schieberegisters der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 3, Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuerteiles, Fig. 16 in einem Blockschema den Drucksteuerteil der integrierten
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Logik-Kreisen nach den Fig. 4 bis 7, Fig. 19 das Gatter der Fig. 18, Fig. 20 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 19, Fig.
21 ein integriertes Halbleiter-Schieberegister der integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung nach Fig. 3 und Fig. 22 einen Querschnitt nach Linie A-A in Fig. 21. Die Fig. 23 und 24 zeigen den zeitlichen Ablauf der Befehle für die Zifferneingabe sowie den Additions- und den Subtraktionsvorgang in dem Rechner nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt das Aussengehäuse --2-- eines tragbaren Klein-Rechners. In dieser Ausführungsform erfolgt
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Das ausgedruckte Resultat wird durch das mit einer Lupe versehene Fenster--l--gelesen.
Gemäss Fig. 2 sind die 18 Eingabetasten 0 bis 9, +,-, X, C, E, P und "." in dem Gehäuse--2-
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übertragen werden kann, die unterhalb des Codiergerätes-6--montiert ist. Die übertragung der codierten Tastenbetätigung von der Vorrichtung--6--auf die Hauptelektronik--7--erfolgt über elektrische Verbindungen.
Der zu bedruckende Streifen--14--bildet eine Rolle--14'--, die auf der Tragplatte --10-- ruht. Der zu bedruckende Streifen --14-- bewegt sich von der Rolle --14'-- vertikal durch den Führungsblock--13--, der das Band aus der Vertikalen in die Horizontale umlenkt, so dass das Band --14-- an der Unterseite des thermischen Druckwerkes--4--und an dem Lupenfenster-l-zum Ablesen der gedruckten Informationen vorbei vorwärtsbewegt werden kann.
Zwischen der Hauptelektronik
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--9-- vorhanden.--17 und 18--, der Baustein--15--mit der Hilfselektronik und das Streifentransportsystem--11--sind am Boden des Gehäuses-2"-befestigt. In der Wand des Bodengehäuses --2"-- ist ferner ein Stecker --16-- für eine Batterie-Ladeeinrichtung vorgesehen. Die Tragplatte--10--sitzt passend in dem Unterteil --2"-- des Gehäuses und wird von den Batterien-17 und 18--und dem Baustein--15--getragen. Die Tragplatte--10--besitzt eine Ausnehmung-10'--, welche die Streifentransporteinrichtung-11--
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freilegt.
Der Streifen--14--bewegt sich aus dem Führungsblock--13--heraus über das elastische Andrückglied--19--und durch die Öffnung --42-- und tritt an der Aussenseite des Gehäuses--2-- durch eine Öffnung in der Seite des Gehäuses--2--. Oberhalb der Tragplatte--10--ist eine aus isolierendem Plexiglas bestehende Schutz-oder Abdeckplatte--8--angeordnet, welche die Tragplatte - von der Hauptelektronik-7-trennt. Die zwischen den Stromversorgungsbatterien-17 und
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verbunden.
Die Hauptelektronik des Rechners wird von einer integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung gebildet, die im wesentlichen in einer Ebene liegt und den Steuer- und den Rechenteil des Rechners umfasst. Der Rechenteil dient zur Durchführung der Rechenoperationen mit den in den Rechner eingegebenen Zahlen und der Steuerteil zum Erzeugen der Steuersignale und Zeitsteuersignale, die für die einwandfreie Durchführung der Rechenoperationen, das Ausdrucken der eingegebenen Daten und der Resultae und den Streifentransport erforderlich sind.
Die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung ist parallel zu dem tastengesteuerten Codiergerät - -6-- angeordnet. Diese beiden Teile befinden sich in allgemein parallelen, übereinanderliegenden Ebenen, so dass das Codieren der Eingabe und die Steuer- und Rechenoperationen in dem Rechner in einem sehr kleinen Raum durchgeführt werden.
Die mit Hilfe der Tasten eingegebenen Daten werden von dem tastengesteuerten Codiergerät--6-- elektrisch codiert und dann an die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung abgegeben, in der die verschiedenen Rechenoperationen durchgeführt und die Steuersignale erzeugt werden, die zur Steuerung des thermischen Druckwerkes--4--und des Streifentransportsystems--11--erforderlich sind.
Die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung ist in Fig. 3 dargestellt und besitzt vier integrierte Halbleiter-Kreise, die in den Bereichen--73 bis 75--angeordnet sind, ferner drei integrierte Halbleiter-Schieberegister--SRI, SR2, SR3--und zwei Widerstände--69 und 70--. Alle diese Teile sind in der nachstehend beschriebenen Weise miteinander verbunden und auf der Isolierplatte--7'--angeordnet.
Fig. 4 zeigt ein Logikschema mit einhunderteinundfünfzig NICHT-UND-Gattern, die in der dargestellten Weise miteinander zu dem integrierten Halbleiter-Kreis verbunden sind, dessen Substrat in dem Bereich--75-in Fig. 3 montiert ist.
'Fig. 5 zeigt ein Logikschema mit einhundertzweiunddreissig NICHT-UND-Gattern, die in der dargestellten Weise miteinander zu einem integrierten Halbleiter-Kreis verbunden sind, dessen Substrat in dem in Fig. 3 mit - bezeichneten Bereich montiert ist. Fig. 6 zeigt ein Logikschema mit einhundertfünfunddreissig NICHT-UND-Gattern, die in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind und deren Substrat in dem in Fig. 3 mit --72-- bezeichneten Bereich montiert ist. Fig. 7 zeigt ein Logikschema mit einhundertsechzehn NICHT-UND-Gattern, die in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind und zu einem integrierten Halbleiter-Kreis gehören, dessen Substrat in dem in Fig. 3 mit--73--bezeichneten Bereich montiert ist.
Alle in den Fig. 4 bis 7 gezeigten NICHT-UND-Gatter sind gleich ausgebildet und haben die in Fig. 9 gezeigte Schaltung. Das NICHT-UND-Gatter enthält sechs pnp-Transistoren, zwei npn-Transistoren und zwei Widerstände in der in Fig. 9 gezeigten Schaltung mit sechs Eingangsanschlüssen, einem Erdanschluss und einem Anschluss für eine Kollektorspannung von +3 V. Die Kollektor- und die Basiselektrode des Transistors-T35sind kurzgeschlossen und wirken zusammen wie eine Diode mit einem pn-Übergang. Diese Diode ist zwischen
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Null-Spannung. Von den Gattern gemäss den Fig. 4 bis 7 werden nicht alle Eingänge der in Fig. 9 gezeigten Schaltung verwendet. In den Fig. 4 bis 7 sind nur die verwendeten Eingänge dargestellt. Beispielsweise werden
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Die einzelnen NICHT-UND-Gatter sind ferner in manchen Fällen so miteinander verbunden, dass sie Kippschaltungen und Zähler bilden. Beispielsweise sind die in Fig. 6 in dem Block --317-- gezeigten NICHT-UND-Gatter so miteinander verbunden, dass sie ein Flipflop bilden, und sind die in Fig. 7 in dem Block - gezeigten NICHT-UND-Gatter so miteinander verbunden, dass sie einen sechzehnstelligen Zähler bilden.
Jeder integrierte Halbleiter-Logikkreis nach den Fig. 4 bis 7 ist in der Oberfläche eines p-Siliciumsubstrats ausgebildet. Dieses Substrat hat den gewünschten spezifischen Widerstand. Zur Ausbildung des Stromkreises wendet man die Planartechnik an. Dabei wird durch Wärmeeinwirkung bewirkt, dass auf dem Siliciumsubstrat ein Siliciumoxydfilm wächst. Zu diesem Zweck wird das Substrat in einen auf erhöhter Temperatur befindlichen
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Ofen eingebracht und ein Oxydationsmittel über das Substrat geführt. Der dabei gebildete Siliciumoxydfilm ist eine Maske gegenüber den Verunreinigungen, die später in das Substrat hineindiffundiert werden.
In dem Oxydfilm werden Löcher erzeugt, durch die hindurch danach die Diffusionsvorgänge durchgeführt werden können, die zur Bildung der Transistoren, Widerstände und der pn-Übergänge führen. Diese Löcher bilden Muster der gewünschten Bestandteile und der pn-Übergänge und werden durch ein photolithographisches Verfahren hergestellt. Ein ähnliches photolithographisches Verfahren dient zur Herstellung der Kontakte und der Verbindungen zwischen den Schaltelementen. Beispielsweise wird mit Hilfe eines Kontaktsystems aus Molybdän-Gold-Molybdän (Mo-Au-Mo) über dem Oxydfilm ein Metallmuster ausgebildet, das die Schaltelemente in der in Fig. 9 gezeigten Weise miteinander verbindet, so dass die NICHT-UND-Gatter entstehen, die in den Logikkreisen der Fig. 4 bis 7 miteinander verbunden sind.
Dieses Metallmuster besitzt Leiterstreifen, die auf dem Oxydfilm vorhanden sind und sich in öffnungen erstrecken, die in dem Oxydfilm vorhanden sind. Durch diese Öffnungen hindurch sind die Leiterstreifen mit den Schaltelementen verbunden, die dadurch entsprechend der Fig. 9 geschaltet sind. Das Metallmuster besitzt ferner Kontaktflächen, die so miteinander verbunden werden, dass die Logik-Kreise der Fig. 4 bis 7 erhalten werden.
Fig. 18 zeigt das p-Silicium-Substrat-89--, das den gewünschten spezifischen Widerstand hat und auf dessen Oberfläche die NICHT-UND-Gatter--90--ausgebildet sind. Fig. 19 zeigt in einer Draufsicht eines der NICHT-UND-Gatter-90-, die auf der Oberfläche des Substrats --89-- ausgebildet sind, und das metallische Verbindungsmuster, das die Schaltelemente des NICHT-UND-Gatters in der gewünschten Schaltung nach Fig. 9 verbindet. Das NICHT-UND-Gatter-90-besitzt sechs doppelt diffundierte pnp-Transistoren - 91 bis 96--, zwei dreifach diffundierte npn-Transistoren-T34, T35--und einen diffundierten n-Widerstand-R33, R33A--mit einer Mittelanzapfung --97-- zum Anlegen der Spannung von +3 V.
Die p-Kollektoren der Transistoren--91 bis 96--sind einstückig und alle in dem p-Substrat--89--miteinander verbunden. Das p-Substrat--89--ist durch den Metallstreifen --100-- geerdet, der für Gleichstrom mit der oberen Halbleiterfläche des Substrats--89--verbunden ist. Der pnp-Transistor--93-besitzt beispielsweise
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--90-- sind- -R33, R33A--, dem n-Kollektor von-T34-und den n-Basisbereichen der Transistoren-91 bis 96-diffundiert worden ist.
Der Transistor--T35--besitzt ferner den diffundierten n-Emitterbereich-T35E--. Die Emitter der Transistoren--91 bis 96--sind alle miteinander und mit der Basis des Transistors--T35-durch den Leiterstreifen --99-- verbunden. Gemäss Fig. 20 schliesst der Leiterstreifen --99-- den
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--101-- mitTransistoren--91 bis 96--ist je ein Streckmetallkontakt verbunden, der in einer verbreiterten Kontaktfläche endet und in Fig. 19 mit "Eingang" bezeichnet ist. Mit der Kollektorelektrode des Transistors --T34-- ist ein Streckmetallkontakt verbunden, der in einer verbreiterten Kontaktfläche endet und als"Ausgang"bezeichnet ist.
Das NICHT-UND-Gatter-90-hat daher die in Fig. 9 gezeigte Schaltung. Auf dem Siliciumoxydfilm sind sechs als "Eingang" bezeichnete Eingangsanschlüsse vorhanden, ferner eine metallische Kontaktfläche für den Erdanschluss (Streifen-100-), eine metallische Kontaktfläche "Ausgang" als Ausgangsanschluss, und eine metallische Kontaktfläche "+3 V" zum Anlegen der Spannung von +3 V. Auf diese Weise sind die Schaltelemente jedes NICHT-UND-Gatters des integrierten Halbleiter-Kreises auf einer ersten Verbindungsebene miteinander verbunden.
Fig. 20 zeigt einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 19. In Fig. 20 sind der dreifach diffundierte npn-Transistor--T35--, der Siliciumoxydfilm SiO auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats-89--und die in der ersten Ebene angeordneten Metallkontakte--99 und 101--erkennbar, die sich in Öffnungen des Siliciumoxydfilms erstrecken, mit dem Emitter verbunden sind und den Kollektor-Basis-pn-Übergang kurzschliessen. Ferner sind in Fig. 20 zwei weitere Verbindungsebenen durch eine zweite bzw. dritte Isolierschicht mit der Bezeichnung"zerstäubtes Si02"dargestellt. Nach der Verbindung der Schaltelemente zwecks Bildung der einzelnen NICHT-UND-Gatter werden diese auf einer zweiten und dritten Verbindungsebene zu den Logik-Kreisen der Fig. 4 bis 7 miteinander verbunden.
Auf der zweiten Verbindungsebene sind in einer Richtung, z. B. N-S, verlaufende Leiterstreifen vorgesehen. In einer dritten Verbindungsebene sind Leiterstreifen vorgesehen, die in der zu den N-S-Leiterstreifen senkrechten Richtung 0-W angeordnet sind. Durch diese Leiterstreifen --N-S und 0-W-sind die NICHT-UND-Gatter untereinander zu den Logik-Kreisen der Fig. 4 bis 7 verbunden. Fig. 20 zeigt die zweite Verbindungsebene, die von einem über der ersten Verbindungsebene angeordneten Isolierfilm und den in einer Richtung verlaufenden Leiterstreifen-130, 131 und 132-gebildet wird. Danach wird über der zweiten Verbindungsebene eine dritte Isoliermaterialschicht vorgesehen, auf der Leiter angeordnet werden, die sich rechtwinkelig zu den Leitern der zweiten Ebene erstrecken.
Die Isolierfilme der zweiten und dritten Ebene können aus mit Hochfrequenz zerstäubtem Siliciumdioxyd bestehen. Zur Bildung von Öffnungen in dem mit Hochfrequenz zerstäubten Siliciumdioxyd können photographische Verfahren der vorstehend
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beschriebenen Art angewendet werden. Auf diese Weise werden die Kontaktflächen für die Verbindung der NICHT-UND-Gatter miteinander freigelegt.
Eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der NICHT-UND-Gatter in einer ersten Verbindungsebene und der Verbindung der NICHT-UND-Gatter in dem gewünschten Logik-Kreis in einer höheren Verbindungsebene ist in der am 5. Juni 1967 unter dem Titel"Method of Making Semiconductor Devices" von Jack S. Kilby eingereichten und auf die Patentinhaberin übertragenen USA-Patentschrift Nr. 645, 535 enthalten, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Eine ausführliche Beschreibung des Molybdän-Gold-Molybdän-Mehrschicht-Kontaktsystems zum Verbinden von Schaltelementen eines integrierten Halbleiter-Kreises ist in der am 30. Dezember 1966 unter dem Titel "Ohmic Contact and Multi-Level Interconnection System for Integrated Circuits" von Clark u. a. eingereichten und auf die Patentinhaberin übertragenen USA-Patentschrift Nr. 606, 064 enthalten, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Es sind somit vier integrierte Halbleiter-Kreise vorgesehen, die je einen der Logik-Kreise gemäss den Fig. 4 bis 7 bilden und Anschlüsse oder Kontaktblöckchen besitzen, die auf dem Isolierftlm der dritten Ebene am Umfang des Siliciumsubstrats angeordnet sind und den in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Anschlüssen entsprechen.
Beispielsweise entsprechen gemäss Fig. 4 die Anschlüsse oder Kontaktblöckchen der integrierten Halbleiter-Kreise den Anschlssssen-Kl, K2,.... RL, GKC, G2E,.... ADS, CP3,.... L1--.
Gemäss Fig. 3 besitzt die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung eine Isolierplatte-7'--, die auf ihrer oberen und unteren Fläche mit Leitern bedruckt ist, welche die gewünschten Verbindungen zwischen den integrierten Halbleiter-Kreisen darstellen. Auf der Isolierplatte--7'--sind über einigen der auf deren Oberseite vorhandenen, gedruckten Leitern vier Isolierplatten-76, 77, 78 und 79-nebeneinander angeordnet, die je eine Ausnehmung-80, 81,82 und 83-besitzen, die zur Aufnahme je eines der integrierten Halbleiter-Kreise dienen, welche die Logik-Kreise der Fig. 17, 18,16 und 15 bilden. Auf der oberen Fläche der Isolierplatten - -76, 77,78 und 79-sind in einem Muster angeordnete Leiter-84, 85, 86-vorgesehen, die sich in die Ausnehmungen--80, 81,82 und 83--hinein und auf die obere Fläche der Isolierplatte--7'--erstrecken.
Beispielsweise die Isolierplatte--76--wird mit den ihr zugeordneten Leitern und ihrem integrierten Halbleiter-Kreis wie folgt hergestellt. Mit der oberen Fläche einer Isolierplatte--76--, die eine Ausnehmung --80-- hat, wird eine ununterbrochene, dünne Metallfolie verbunden, die sich über die Ausnehmung--80-und über die eine Seite der Isolierplatte--76--hinaus erstreckt. Auf beide Seiten der Metallfolie wird ein photographischer Ätzgrund aufgebracht. Aus dem auf der Oberseite der Metallfolie vorhandenen photographischen Ätzgrund wird ein Muster gebildet und die Metallfolie dann z.
B. mit Hilfe von üblichen photolithographischen und Ätzverfahren derart geätzt, dass sie Leiterstreifen bildet, die sich über die
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Verbindungsebene werden den überstehenden Leiterstreifen gegenübergestellt und mit ihnen beispielsweise mit Hilfe von üblichen Ultraschall-Schweissverfahren verbunden. Das Halbleiter-Substrat des integrierten
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Halbleiter-Substrats eine Isolierschicht vorsehen, damit das Halbleiter-Substrat elektrisch von gedruckten Leitern isoliert ist, die auf der oberen Fläche der Isolierplatte-7'--im Bereich des Halbleiter-Substrats vorhanden sind.
Die integrierten Halbleiter-Kreise, welche die Logik-Kreise gemäss den Fig. 4 und 6 bilden, werden derart in
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Anschlüsse PRC, DTP,.... AS, G2E-in Fig. 6 den entsprechenden Anschlüssen --PRC, DTP,.....AS, G2E-in Fig. 7 gegenüber.
Die mit den Leitern-84, 85, 86-und den integrierten Halbleiter-Kreisen versehenen Isolierplatten - 76 bis 79-werden dann gemäss Fig. 3 nebeneinander auf der Oberseite der Isolierplatte --7'-- montiert.
Jeder integrierte Halbleiter-Kreis besitzt mehrere horizontale Reihen von NICHT-UND-Gattern und ebensoviele Erdleiterstreifen--100-- (Fig. 18 und 19). In der dritten Verbindungsebene sind alle Erdleiterstreifenreihen durch einen darüberliegenden, senkrecht zu ihnen angeordneten Erdungsstreifen verbunden, der zu einem auf der Isolierplatte-76 bis 79-vorgesehenen Erdleiterstreifen herausgeführt ist. Die Leiter-84, 85-sind an den Zwischenflächen der Isolierplatten-76 bis 69-miteinander verbunden. Die Leiter-86--, die sich über die Platten--76 bis 79--hinaus auf die obere Fläche der Isolierplatte--7'--erstrecken, sind mit
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gedruckten Leitern verbunden, die auf der oberen Fläche der Isolierplatte --7'-- vorgesehen sind.
Infolgedessen sind die Anschlussblöckchen in der dritten Verbindungsebene der integrierten Halbleiter-Kreise durch die Leiter--84, 85-mit den entsprechend bezeichneten Anschlüssen der Fig. 4 bis 7 verbunden. Die Anschlüsse-Kl, K2,.... RL, GKC-in Fig. 4, die Anschlüsse --DZ,DEC,....J,C-- in Fig. 6, die Anschlüsse --DPT,KOP,....RL,KGC-- in Fig.8 und die Anschlüsse
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miteinander verbunden.
Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaues und der Montage beispielsweise der Isolierplatte--76--, der über sie vorstehenden Leiter und des ihr zugeordneten, integrierten Halbleiter-Kreises ist in der am 29. Juli 1966 von Jack S. Kilby eingereichten und auf die Patentinhaberin übertragenen USA-Patentschrift Nr. 568, 799 unter der Bezeichnung "Process for Packaging Multi Lead Semiconductor Devices and Resulting Products"enthalten. Auf diese Patentschrift wird hier ausdrücklich Bezug genommen.
Die Hauptelektronik --7-- besitzt ferner drei Schieberegister--SRI, SR2 und SR3--, die für je 24 Bits bestimmt und untereinander gleich sind und je vier parallelliegende Reihen mit je 6 Stufen besitzen, so dass die 4 Bits einer Zahl parallel eingegeben werden. Ferner sind den Schieberegistern Eingabe- und Ausgabe-Stromkreise zugeordnet, die in Fig. 11 dargestellt sind. Jedes Schieberegister, z. B.-SRI--, besteht daher aus den vier Reihen mit je sechs Schieberegisterstufen, den entsprechenden Eingabekreisen-T40 bis T47, R40 bis R47 und RB40 bis RB46-und den zugeordneten Ausgabekreisen-T48 und T55 und R48 bis R55--.
An die Eingänge --140, 142, 144, 146-- wird zur Eingabe in das Schieberegister eine Binär-Eins oder Binär-Null angelegt. Durch eine Binär-Eins (positiver Impuls) an dem Eingang --40-- wird der Transistor - -T40-- leitend gemacht und der Transistor--T41--gesperrt, so dass die Kollektorspannung des Transistors --T40-- niedriger ist als die Kollektorspannung des Transistors--T41--. Auf diese Weise wird in das Schieberegister eine Eins eingegeben.
Die Schaltung des Schieberegisters ist in Fig. 10 dargestellt. Die in ein Speicher-Flipflop-FF1-- eingegebene Binärinformation wird unter Steuerung durch den Tastimpuls--CPO--über das Zwischenspeicher-Flipflop--FF2--in ein folgendes Speicher-Flipflop--FF3-geschoben. Das Schieben von Binärinformation von einer Speicherzelle zur andern erfolgt in dem Schieberegister unter Steuerung durch zweiphasige Taktimpulse. In dem einen Zustand des Taktimpulses-CPO--wird die Binärinformation aus der Speicherzelle--FF1--in die Zwischenspeicherzelle--FF2--geschoben. In einem zweiten Zustand des Taktimpulses--CPO--wird die Binärinformation aus der Zwischenspeicherzelle-FF2--in die folgende Speicherzelle--FF3--geschoben.
Die Speicherzelle --FF1-- und die Zwischenspeicherzelle--FF2- bilden eine Stufe einer Stufenreihe des Schieberegisters. Zwischen einer Zwischenspeicherzelle--FF2--und einer Speicherzelle--FF1 bzw. FF3--ist ein Gatter--110 oder 111--vorgesehen, das unter Steuerung durch den Tastimpuls eine elektrische Verbindung in dem Schieberegister blockiert oder freigibt.
Der Spannungspegel des Tastimpulses--CPO-wird zwischen +1 und-l V verändert, wobei der Pegel von +1 V der Normalzustand ist. Bei einem CPO-Pegel von +1 V haben die Transistoren--T65 und T66--des Zwischenspeichers--FF2--eine positive Kollektorspannung, so dass das Gatter --11l-- gesperrt ist und die Verbindung zwischen der Zwischenspeicherzelle--FF2--und der folgenden Speicherzelle-FF3-- blockiert. An dem Gatter--110--liegt dagegen eine solche Vorspannung, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Speicherzelle--FF1--und der Zwischenspeicherzelle--FF2--vorhanden ist, so dass die in der
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vorhanden ist und die Binärinformation aus der Zwischenspeicherzelle--FF2--in die Speicherzelle-FF3- geschoben wird.
Der Tastimpuls--CPO--steuert somit das Schieben der Binärinformation von einer Speicherzelle in die andere.
Eine ausführliche Beschreibung des Schieberegisters nach Fig. 10 befindet sich in der am 3. Juli 1967 von Jerry D. Merryman eingereichten und auf die Patentinhaberin übertragenen USA-Patentschrift Nr. 650, 832 unter der Bezeichnung "Information Transfer System". Auf diese Patentschrift wird hier ausdrücklich Bezug genommen.
An die Eingänge--140, 142, 144 und 146--werden vier Bits angelegt, die über die in Fig. ll gezeigten Eingabekreise gemäss Fig. ll an die erste Speicherzelle je einer der vier in Fig. ll gezeigten sechsstufigen Stufenreihen des Schieberegisters abgegeben werden.
Gemäss Fig. 14 wird der Taktimpuls--CPO-an die Emitter der Zwischenspeicherzellen-FF2--
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Taktimpulsgebers wird ein nachstehend beschriebenes Befehlssignal--CP1 oder CP2--angelegt, um den normalen CPO-Pegel von +1 V auf einen Pegel von-l V zu verändern. Die Transistoren--T60, T61 und T62--sind normalerweise gesperrt und werden beim Anlegen eines positiven Impulses--CP1 oder CP2-leitend, so dass die Kollektorspannung von-T62-auf einen Pegel von-l V geht.
Das integrierte Schieberegister--SRI--besitzt beispielsweise die vier Reihen von je sechs Schieberegisterstufen, die ihnen zugeordneten Eingabe- und Ausgabekreise nach Fig. 11 und den Taktimpulsgeber nach Fig. 14. Die Schieberegister - SRI, SR2 und SR3--sind untereinander gleich und werden mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Planartechnik hergestellt. Dabei werden die npn-Transistoren durch dreifache Diffusion gebildet, wird über dem Siliciumoxydfilm ein metallisches Verbindungsmuster in einer einzigen Ebene hergestellt und werden in der Oberfläche des Halbleiter-Substrats an den Stellen, an denen Leiter einander kreuzen, leitende Tunnel vorgesehen, wie dies in den vorstehend erwähnten USA-Patentschriften des Jack S. Kilby und des Jerry D. Merryman angegeben ist.
Fig. 22 zeigt in einer Draufsicht einen Teil eines integrierten Schieberegisters mit der Speicherzelle --FF1--, dem Gatter--110--und der Zwischenspeicherzelle--FF2--gemäss Fig. 10 in der Oberfläche eines p-Silicium-Substrats-112--, das den gewünschten spezifischen Widerstand besitzt. Die 24 Stufen des Schieberegisters sind in derselben Weise in dem integrierten Halbleiter-Kreis angeordnet. Fig. 21 zeigt die dreifach diffundierten npn-Transistoren--T63 bis T66--und die dreifach diffundierten npn-Gattertransistoren--T67 und T68--.
Beispielsweise werden ein Speicherzellentransistor--T65--und ein eintsprechender Gattertransistor--T67--in einem gemeinsamen diffundierten n-Kollektorbereich derart ausgebildet, dass in dem Halbleitermaterial eine Gleichstromverbindung zwischen dem einen Ende des Widerstandes--R65--und dem Kollektorbereich der Transistoren--T65 und T67--vorhanden ist. Alle entsprechenden Speicherzellentransistoren, Gattertransistoren und Widerstände werden in der Oberfläche des Halbleitermaterials ähnlich aufgebaut. Der Kollektor-Basis-np-Übergang beispielsweise jedes Gattertransistors--T67--ist durch den Leiterstreifen--113--kurzgeschlossen.
Es ist gezeigt, dass die Gattertransistoren--114 und 115-in den entsprechenden Kollektorbereichen der Speicherzellentransistoren--T63 und T64--ausgebildet sind und Information an die von den Transistoren-T63 und T64--gebildete Speicherzelle abgeben, weil die
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Siliciumoxydvilm umfasst die Leiterstreifen--113, 117--, sowie Leiter für die Erdung und für den CPO-Impuls. Diese Leiterstreifen bzw. Leiter verbinden die Schaltelemente in der gewünschten Weise.
Der stark dotierte, diffundierte, n-leitfähige Tunnel --116-- in der Oberfläche des Substrats --112-- verbindet die beiden Enden der Metallstreifen für +3 V, so dass die Leiterstreifen, der Erdleiter und der CPO-Leiter den leitenden Tunnel --116-- überkreuzen und die 24 Speicherstufen, die Gatter und der Taktgeber des Schieberegisters in einer Ebene des Siliciumoxydfilms miteinander verbunden werden können.
Fig. 22 zeigt in einem Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 21 die dreifach diffundierten Transistoren --T63 und 114--, die einen gemeinsamen, diffundierten n-Kollektorbereich haben, und einen Leiterstreifen - -117--, der den Kollektor-Basis-pn-Übergang des Transistors --114-- kurzschliesst.
Das metallische Verbindungsmuster auf dem Siliciumoxydfilm auf dem Substrat--112--besitzt verbreiterte Kontaktflächen zur Herstellung von Anschlüssen von aussen an den integrierten Halbleiter-Kreis. Auf der Oberfläche des Siliciumoxydfilms sind 17 Kontaktflächen vorhanden, u. zw. die Anschlüsse für +1, 5 V, die
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5mit-1, 5 V bezeichneten Anschlüssen in Fig. 14 entsprechen, die Anschlüsse--CP1 oder CP2--, die den ebenso bezeichneten Anschlüssen in Fig. 11 entsprechen, die Anschlüsse--140, 142, 144 und 146--, die den ebenso bezeichneten Anschlüssen in Fig. ll entsprechen, acht Ausgangsanschlüsse, die den ebenso bezeichneten Anschlüssen in Fig.
11 entsprechen, sowie Anschlüsse für +3 V, die den ebenso bezeichneten Anschlüssen in Fig. 11 und 14 entsprechen. Die drei integrierten Halbleiter-Schieberegister bilden eine flache, eingekapselte Scheibe mit siebzehn in einer Ebene liegenden, ebenen Leitern, die mit je einer der siebzehn Kontaktflächen verbunden sind und sich in bekannter Weise von den Seiten der flachen Scheibe auswärts erstrecken.
Gemäss Fig. 3 sind die drei integrierten Halbleiter-Schieberegister --SR1, SR2 und SR3-auf der Oberfläche der Platte--7'--montiert und ihre Zuleitungen mit gedruckten Leitern der Platte--7'-verbunden, so dass die gewünschten Verbindungen zwischen den Schieberegistern und den andern Schaltelementen der Hauptelektronik--7--vorhanden sind.
Die Widerstände--69, 70--sind ebenfalls auf der Isolierplatte --7'-- montier. Eine Stromquelle für 4, 5 V ist über Widerstände, die den Widerständen--69, 70--in Fig. 3 entsprechen, so angeschlossen, dass an die Schieberegister --SR1,SR2-- über den Widerstand --70-- und an das Schieberegister --SR3-- über den Widerstand--69--die Spannung von +1, 5 V angelegt wird. Anschlüsse für-1, 5 und +3 V sind ebenfalls mit den entsprechenden Anschlüssen der Schieberegister--SRI, SR2 und SR3-verbunden.
Die Hauptelektronik ist so flach, dass in der beschriebenen Ausführungsform die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung Abmessungen von 117 X 102 X 3, 2 mm hat.
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Die ebene integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung kann aber auch eine grosse einstückige Halbleiterscheibe besitzen, die kleiner ist als die Isolierplatte--7'--und deren Quadranten je einen der Logik-Kreise der Fig. 4 bis 7 bilden. Die dicht gruppierten Schaltelemente jedes NICHT-UND-Gatters an der Oberfläche der einstückigen Halbleiterscheibe können in einer ersten Verbindungsebene zu dem NICHT-UND-Gatter miteinander verbunden sein. Die NICHT-UND-Gatter jedes Quadranten können in mehreren Verbindungsebenen so miteinander verbunden sein, dass die Logik-Kreise nach den Fig. 4 bis 7 erhalten werden.
Die Logik-Kreise der einzelnen Quadranten können in einer weiteren Verbindungsebene miteinander verbunden sein. Zur Herstellung einer derartigen Hauptelektronik kann man mit Hochfrequenz zerstäubtes Siliciumdioxyd verwenden und photolithographische und Metallablagerungsverfahren anwenden, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Die übrigen Verbindungen können von gedruckten Leitern auf der oberen oder unteren Fläche der
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grösseren, einstückigen Halbleiterscheibe angeordnet und in mehreren Verbindungsebenen miteinander verbunden werden können, während die übrigen Verbindungen von gedruckten Leitern auf der Isolierplatte--7'-- gebildet werden.
Der Rechner kann noch weiter verkleinert werden, wenn man die Isolierplatte des tastengesteuerten
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Isolierplatte angeordnet sind, die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung in der entgegengesetzten, parallelen, ebenen Fläche der gemeinsamen Isolierplatte angeordnet ist und die Verbindungen von Leitern gebildet werden, welche die gemeinsame Isolierplatte zwischen den parallelen Ebenen vertikal durchsetzen. Dabei wandelt das tastengesteuerte Codiergerät die mechanisch eingegebenen Informationen in elektrische Signale um, die dann an die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung abgegeben werden, welche die Rechenoperationen durchführt und die Steuersignale erzeugt.
Man kann das Leitermuster des tastengesteuerten Codiergerätes derart vereinfachen, dass es die jeweils mit einer Taste eingegebene Information durch ein einziges, entsprechendes Kurzschlusssignal darstellt, anstatt dass die mit der Taste eingegebene Information nach dem Drei-Exzess-Code codiert wird. In diesem Fall kann die integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung Codiergatter enthalten, die das Kurzschlusssignal in die Binärsprache des Rechners umsetzen.
Gemäss Fig. 13 wirkt das Schieberegister--SR3--als das Operanden-Register des Rechenteiles des Rechners. Es besitzt die vier Bit-Eingänge entsprechend den Eingängen --140, 142, 144 und 146--der Fig. 11, die acht Ausgänge entsprechend den Ausgängen in Fig. ll und den Taktimpulseingang--CP1--entsprechend dem Anschluss-CP1 oder CP2-in Fig. 14.
Gemäss Fig. 12 sind die Schieberegister--Srl und SR2--so miteinander verbunden, dass sie eine für
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und SR2--besitzt einen Taktimpulsgeber gemäss Fig. 14. Die miteinander verbundenen Eingänge dieser beiden Taktimpulsgeber bilden zusammen den Anschluss-CP1--, der dem Eingang--CP1 oder CP2-in Fig. 14 entspricht. Die Speicherregisteranordnung --SR1,SR2-- besitzt die vier Eingänge --140, 142, 144 und 146-des Schieberegisters--SRI--für die vier Bits, die an die Anschlüsse--140, 142, 144 und 146-in Fig. 22 angelegt werden.
Jene vier der acht Eingänge des Schieberegisters--SRI--, die den vier in Fig. ll als Ausgänge bezeichneten Anschlüssen entsprechen, sind mit jenen vier Eingängen des Schieberegisters--SR2-verbunden, die den Eingängen--140, 142, 144 und 146--entsprechen. Die acht Ausgänge des Schieberegisters--SR2entsprechen den acht Ausgängen in Fig.11. Die Schieberegister--SRI und SR2--sind daher in der in Fig. 12
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Gemäss der Fig. 13 besitzt das Operandenregister --SR3-- vier Eingänge --O1, 02,03 und 04--, die durch gedruckte Leiter auf der Isolierplatte --7'-- mit den Anschlüssen-01, 02,03 und 04-in Fig. 4 verbunden sind. Die acht Ausgänge des Operandenregisters--SR3--sind mit--Xl, XI, X2, X2, X3, X3, X4 und X4-bezeichnet und durch gedruckte Leiter auf der Isolierplatte --7'-- mit den in Fig.
4 ebenso
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Operandenregisters-SR3-istWirkungsweise
Der Rechner nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein binär codierter Dezimalrechner, der nach dem Drei-Exzess-Binär-Dezimal-Code arbeitet und zum Addieren, Subtrahieren, Multiplizieren und Dividieren und in gewissem Ausmass zur Kommaeinstellung geeignet ist. Der Rechner wird mit Hilfe der achtzehn Tasten - bedient. Für jede Zahl können in den Rechner sechs Ziffern eingegeben werden. Die zehn Zifferntasten 0 bis 9 dienen zur Eingabe der Zahl in das Operandenregister--SR3--. Beim Drücken einer Zifferntaste wird die entsprechende Ziffer auf den Streifen--14--gedruckt, auf dem somit alle eingegebenen Daten und die Resultate aufgezeichnet werden. Das Operandenregister --SR3-- enthält 24 Bits in sechs Stellen.
Die acht Befehlstasten dienen zur Eingabe von verschiedenen Befehlen in den Rechner. Die Löschtaste C löscht alle Register in dem Rechenteil der Hauptelektronik--7--und setzt die Stromkreise in den Normalzustand zurück. Zum Aufzeichnen dieses Vorganges wird auf den Streifen ein C gedruckt, dem ein
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Resultat in dem Rechenwerksregister gespeichert. Zum Aufzeichnen dieses Vorganges wird auf den Streifen ein Plus-Zeichen gedruckt, dem ein Zwischenraum folgt. Beim Drücken der Subtraktionstaste-wird die in dem Operandenregister--SR3--gespeicherte Zahl von der in dem Rechenwerksregister --SR1, SR2-- gespeicherten Zahl subtrahiert. Zum Aufzeichnen dieses Vorganges wird auf den Streifen--14--ein Minus-Zeichen gedruckt, dem ein Zwischenraum folgt.
Beim Drücken der Drücktaste P wird die jeweils in dem Rechenwerksregister --SR1, SR2-- gespeicherte Zahl ausgedruckt. Der Druckvorgang wird auf dem Streifen nicht durch ein besonderes Zeichen dargestellt, sondern es werden bis zu zwölf Ziffern zuzüglich des Kommas auf den Streifen gedruckt. Dann folgen zwei Zwischenräume, welche diese Aufzeichnung von späteren Aufzeichnungen trennen. Durch den Druckvorgang wird der Rechner nicht gelöscht, so dass die in dem Rechenwerksregister gespeicherte Zahl weiteren Rechenoperationen unterworfen werden kann. Beim Drücken der Multiplikationstaste X wird die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl mit der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl multipliziert.
Auf den Streifen--14--wird ein X gedruckt, dem ein Zwischenraum folgt, worauf das Produkt gedruckt wird, das aus zwölf Stellen und dem Komma bestehen kann. Durch den Multiplikationsvorgang wird der Rechner automatisch gelöscht, so dass vor weiteren Rechenoperationen die Löschtaste nicht gedrückt zu werden braucht. Beim Drücken der Divisionstaste : wird die in dem Rechenwerksregister gespeicherte Zahl durch die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl dividiert. Wie bei der Multiplikation erfolgt das Ausdrucken automatisch und es wird folgendes Format gedruckt :/, Zwischenraum, sechsstelliger Quotient, Zwischenraum, sechsstelliger Rest, zwei weitere Zwischenräume. Durch den Divisionsvorgang wird der Rechner gelöscht. Bei einem Divisionsvorgang werden keine Kommas gedruckt.
Um einen überlauf zu verhindern, müssen die beiden zu dividierenden Zahleneingaben annähernd aufeinander ausgerichtet werden. Man kann dabei so vorgehen, dass die beiden zu dividierenden Zahleneingaben genau dieselbe Anzahl von gültigen Ziffern, bis zu sechs, haben. Wenn die Bedienung des Rechners die Zahlen nicht richtig aufeinander ausgerichtet hat und daher ein überlaufen erfolgt, erhält man kein zahlenmässiges Resultat, sondern wird der Rechner gelöscht und auf den Streifen ein--C--gedruckt. Wenn eine falsche Zahl
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Rechenwerksregister nicht verändert. Durch das Drücken der Kommataste werden die eingegebenen Zahlen mit Kommas versehen. Das Komma kann bei der Eingabe an einem von sieben gültigen Plätzen gesetzt werden, u. zw. vor allen eingegebenen Ziffern, nach allen eingegebenen Ziffern und an einem der fünf Plätze zwischen den möglichen fünf Stellen.
Bei der Multiplikation kann das Komma in den beiden zu multiplizierenden Zahlen an verschiedenen Plätzen stehen. Bei der Addition und Subtraktion sollen die zu addierenden oder subtrahierenden Zahlen gleich viele Stellen nach dem Komma haben. Wenn für eine Rechenoperation in den eingegebenen Zahlen kein Komma gesetzt wird, werden die Zahlen als ganze Zahlen behandelt und enthält das Resultat kein Komma.
Bei Divisionsvorgängen enthält das Resultat kein Komma. Wenn es wegen der Aufzeichnung erwünscht ist, kann man das Komma bei der Eingabe setzen, doch werden die Kommas von dem Rechner nicht beachtet.
Die Bedienung des Rechners bei der Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durch das Drücken der entsprechenden Tasten wird nachstehend zusammenfassend angegeben : Addition' C, Löschen (wenn erforderlich) ; 12, 57 (Eingabe des ersten Operanden in das Operandenregister--SR3--) ; + (Addition des ersten Operanden zu der in dem Rechenwerksregister --SR1, SR2-- gespeicherten Null) ; 3874, 06 (Eingabe des zweiten Operanden in das Operandenregister-SR3-) ; + (Addition des ersten und zweiten Operanden ; Speicherung des Resultats in dem Rechenwerksregister) ; P (Drucken des Resultats auf den Streifen-14-).
Subtraktion C, Löschen
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89307, 1 (Eingabe des ersten Operanden in das Operandenregister) ; + (Addition des ersten Operanden zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Null) ; 300, 0 (Eingabe des zweiten Operanden in das Operandenregister) ; - (Subtraktion des zweiten Operanden von dem ersten Operanden ; Speicherung des Resultats in dem Rechenwerksregister) ; P (Drucken des Resultats auf den Streifen--14--).
Multiplikation C, Löschen 387, 684 (Eingabe des Multiplikators in das Operandenregister) ; + (Addition des Multiplikators zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Null) ; 9, 04152 (Eingabe des Multiplikanden in das Operandenregister) ; X (Multiplikation des Multiplikators und Multiplikanden, Drucken des Resultats auf den Streifen, Löschen des
Rechners).
Division 3505, 25 (Eingabe des Dividenden in das Operandenregister) ; + (Addition des Dividenden zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Null) ; 387, 684 (Eingabe des Divisors in das Operandenregister) ; : (Division des Dividenden durch den Divisor, Drucken des Resultats auf den Streifen, Löschen des Rechners) ;
Die Fig. 15 bis 17 zeigen im Blockschema die wichtigsten Bestandteile des Steuer- und Rechenteiles des Rechners.
Alle Operationen des Rechners, mit Ausnahme des Setzens des Kommas durch Drücken der Kommataste, werden mit Hilfe des in Fig. 15 gezeigten, zentralen Steuersystems durchgeführt, das die Taktimpulse und die Signale für die zeitliche Steuerung der Operationen des Rechners erzeugt. Der in Fig. 15 gezeigte Oszillator
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enthaltOszillators --311-- hat eine Frequenz von 50 kHz und wird zusammen mit den Befehlssignalen--SA, PS und SS--an das Gatter--205--angelegt. Wenn die Befehlssignale-PS, SA und SS-alle einen hohen oder Eins-Pegel haben, wird das Ausgangssignal des Oszillators--311--an das Takt-Flipflop --302-- angelegt, das die in Fig. 7 in dem Block--302--befindlichen Gatter besitzt.
Das Takt-Flipflop--302-erzeugt Rechteckimpulse--CL--und deren Komplement Von diesen Impulsen werden die Signale für die zeitliche Steuerung des Rechners abgeleitet. Die Befehlssignale--SA, PS und SS--werden von der Stromkreisanordnung im Inneren des Rechners erzeugt.
Der S-Untersetzer --312-- umfasst die in Fig. 7 in dem Block--312--gezeigten Gatter und stellt einen sechzehnstelligen Zähler zum Zählen der Taktimpulse-CL--dar. Der S-Untersetzer kann nur von eins bis sechzehn zählen. Die Steuerung der Operationen des Rechners erfolgt jedesmal, wenn der S-Umsetzer den
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Die acht Signale--Tl,.... T4-- werden an die Decodiergatter--313--angelegt, die in Fig. 7 in dem Block - gezeigt sind und in Abhängigkeit von dem Taktimpulskomplement--CL-des Takt-Flipflops - 302--und den Ausgangssignalen des S-Untersetzers--312--die Signale zur Steuerung der verschiedenen, sich nicht wiederholenden Funktionen (Zifferneingabe, Addition, Subtraktion, Löschen, Fehler) des Rechners dienen.
Beispielsweise wird durch das Drücken der Additionstaste das Befehlssignal--SS-verändert, d. h., dass es auf einen hohen Pegel geht und einen einzigen Durchlauf des S-Untersetzers gestattet. Bei der Rückkehr des S-Untersetzers auf seinen normalen Zählstand--S16--wird das Befehlssignal--SS--wiederhergestellt, wodurch das Gatter--205--gesperrt und das Takt Flipflop--302--ausgeschaltet wird. Für folgende Operationen ist nur ein einziger Durchlauf des S-Untersetzers erforderlich : Addition, Subtraktion, Löschen, Fehler und Zifferneingabe. Beim Drücken jeder Taste, ausser der Kommataste, wird das Takt-Flipflop eingeschaltet.
Die Multiplikation, die Division und das Drucken sind sich wiederholende Vorgänge. Um zwei Zahlen miteinander zu multiplizieren, addiert der Rechner die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl (den Multiplikanden) so oft zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl, wie dies der ebenfalls in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl (Multiplikator) entspricht. Zur Division subtrahiert der Rechner wiederholt die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl (den Divisor) von der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl (dem Dividenden), bis ein negatives Ergebnis erhalten wird, worauf der Divisor zu dem in dem Rechenwerksregister gespeicherten Rest addiert wird. Dann folgt ein Schiebevorgang. Diese Vorgangsfolge wird sechsmal wiederholt.
Zum Drucken einer in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl ist eine wiederholte Betätigung des Druckwerkes erforderlich, damit die einzelnen Ziffern der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl nacheinander gedruckt werden.
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Die Einrichtung zur Steuerung der Multiplikation und Division und des Druckvorganges ist in Fig. 5 schematisch dargestellt und umfasst einen M-Untersetzer, der von den Gattern gebildet wird, die in Fig. 5 in dem Block--309--gezeigt sind. Dieser M-Untersetzer wird nur bei der Multiplikation und Division und beim Druckvorgang verwendet. Der M-Untersetzer ist ein sechzehnstelliger Zähler, dessen 16 Zählstände--Ml bis M16-- durch die Vier-Bit-Codes --NI, NI, N2, N2, N3, N3, N4 und N4-- dargestellt werden und zur zeitlichen Steuerung der Vorgänge bei der Multiplikation und Division und beim Drucken dienen. Der M-Untersetzer ist zum Unterschied von dem S-Untersetzer kein einfacher Zähler.
Der M-Untersetzer kann bei einem Zwischenzählstand angehalten werden und dann zu einem früheren Zählstand zurückkehren, so dass bestimmte Steuersignale wiederholt werden können. Dies ist notwendig, weil die Multiplikation aus einer wiederholten Addition und die Division aus einer wiederholten Subtraktion besteht. Die Steuereinrichtung für die Multiplikation und Division und den Druckvorgang besitzt ferner einen MD-Zähler, der die Gatter umfasst, die in Fig. 7 in dem Block --308-- gezeigt sind. Der MD-Zähler ist ein sechzehnstelliger Zähler, der die durchgeführten Teiloperationen zählt. Der M-Untersetzer steuert dagegen die Wiederholung der Operationen. Die Steuereinrichtung für die Multiplikation und Division und den Druckvorgang erzeugt Ausgangssignale, die neue Additions-, Subtraktions- und Druckvorgänge einleiten.
Der Multiplikations- und Divisionsvorgang wird in Abhängigkeit von den Befehlssignalen--KBM und KBD--von dem Multiplikations-Flipflop--316--bzw. dem Divisions-Flipflop--315--in Fig. 6 eingeleitet.
Bei jedem Vorgang, bei dem ein Zeichen oder ein Zwischenraum gedruckt werden soll, werden drei monostabile Kippschaltungen nacheinander gezündet. Gemäss Fig. 16 kann ein Druckauslöseimpuls durch die Steuereinrichtung für die Multiplikation und Division und den Druckvorgang oder durch das Betätigen einer Taste erzeugt werden. Der Druckauslöseimpuls löst die erste monostabile Kippschaltung aus, die eine Haltezeit von etwa 40 msec hat. Danach wird die zweite monostabile Kippschaltung gezündet, die das Druckbefehlssignal - erzeugt, das an das thermische Druckwerk--4--angelegt wird. Die zweite monostabile Kippschaltung hat eine Haltezeit von etwa 10 msec, in der die ausgewählten Teile des thermischen Druckwerkes für das Drucken genügend erhitzt werden können.
Danach wird die dritte monostabile Kippschaltung gezündet,
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-14-- an die Magnetspule --35-- angelegt--ADV-- (Fig. 7) der dritten monostabilen Kippschaltung wird dazu verwendet, um das erwünschte Befehlssignal--SOL--erscheinen zu lassen.
Fig. 17 zeigt in einem Blockschema den Rechenteil der Hauptelektronik der Fig. 3. Die eigentlichen Rechenoperationen werden im wesentlichen in dem Rechenwerksregister --SR1, SR2-- für 48 Bits, dem Operandenregister --SR3-- für 24 Bits und in dem Serienaddierer --300-- durchgeführt, der die in Fig. 4 in dem Block--300--gezeigten Gatter umfasst. Das Rechenwerksregister und das Operandenregister dienen zur Speicherung der eingegebenen Zahlen. Das Rechenwerksregister --SR1, SR2-- speichert das Resultat jeder Operation, so dass es bei der nächsten Operation verwendet werden kann. Das Operandenregister--SR3-speichert die als zweite eingegebene Zahl, die zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl addiert oder von ihr subtrahiert werden kann.
Der Serienaddierer--300--verbindet das Operandenregister mit dem Rechenwerksregister. In dem Serienaddierer erfolgt die Addition von wahren oder komplementären binären Zahlen. Mit dem Serienaddierer--300--ist ein ÜbeNrags-Flipflop --301-- verbunden, das die in Fig. 4 in dem Block--301--enthaltenen Gatter enthält und den Übertrag speichert, wenn die Addition von zwei Ziffern eine Zahl über zehn ergibt, so dass dieser Übertrag addiert werden kann, wenn in dem Serienaddierer die beiden Ziffern der nächsthöheren Stelle addiert werden. Zur Subtraktion der in dem Operandenregister gespeicherten Zahl von der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl wird das Neun-Komplement der in dem Operandenregister gespeicherten Zahl zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl addiert.
Dabei dient das Übertrags-Flipflop--301--zur Zuführung der zusätzlichen Binär-Eins, die für die mit Hilfe des Neun-Komplements durchgeführte Subtraktion erforderlich ist.
Das L-Register --307-- besteht aus den in Fig. 4 in dem Block --307-- gezeigten Gattern und dient als Puffer zwischen den Informationen, die in das Rechenwerksregister und das Operandenregister eingegeben bzw. von ihnen ausgegeben werden. Das L-Register ist ein Register für 4 Bits und dient ferner als ein sechzehnstelliger Zähler für die Anzahl der bei der Multiplikation und Division durchgeführten Additionen bzw.
Subtraktionen.
Die Funktionen des L-Registers bei der Eingabe, Ausgabe, Multiplikation oder Division werden durch die Befehlssignale-RO, RA, RS und RR-gesteuert.
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an das L-Register abgegeben und in diesem gespeichert.
Die zu druckenden Ziffern--L--werden von dem L-Register-307--seriell an die Druckmatrix - -314-- abgegeben, welche die in Fig. 6 in dem Block--314--gezeigten Gatter umfasst, und von dieser an
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das thermische Druckwerk--4--angelegt.
Die Gatteranordnungen--Gl bis G4--steuern die übertragung von Informationen innerhalb des Rechenteiles. Die Gatteranordnung--Gl--umfasst die in Fig. 4 in dem Block--303-, die Gatteranordnung --G2-- die in Fig. 15 in dem Block--304-, die Gatteranordung --G3-- die in Fig. 4 in dem Block
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Nachstehend wird die Eingabe einer Ziffer von 0 bis 9 in den Rechner an Hand der Fig. 17 und 23 beschrieben, aus denen die zeitliche Reihenfolge der Signale hervorgeht. Beim Drücken einer Zifferntaste wird die Ziffer in vier Bits--K4, K3, K2, Kl--codiert und in dem L-Register --307-- gespeichert. Die vier in dem L-Register--307--gespeicherten Bits werden zunächst in die Druckmatrix--314--übertragen, welche die Binärinformation decodiert und in eine Form umwandelt, in der sie von der Heizelementanordnung des
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--14-- gedrucktDruckmatrix angelegt, wenn die zweite monostabile Kippschaltung zündet. Dadurch wird der Druckmatrix mitgeteilt, dass eine Ziffer gedruckt werden soll.
Nach dem Drucken der Ziffer auf den Streifen --14-- werden die vier Bits von dem L-Register --307-- über die Gatteranordnung--G2--an das Operandenregister --SR3-- angelegt, in dem sie am Ende der Zifferneingabe in der rechten Kolonne erscheinen. Die vier in dem L-Register --307-- gespeicherten Bits werden von den Signalen-L4, L4, L3, L3, L2, L2, Ll, Ll- dargestellt, wobei--Ll--das niedrigstwertige Bit ist. Die L-Signale am Ausgang des L-Registers werden an die Druckmatrix-314-und über die Gatteranordnung-G2-an das Operandenregister-SR3-abgegeben.
Die Gatteranordung --G2-- decodiert die L-Signale und gibt die O-Signale an das Operandenregister ab.
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(Fig. 7)Befehlssignal--KCCB--auf einen hohen Pegel geht und dem Rechner mitteilt, dass eine Ziffer eingegeben wird. Infolge des niedrigen Pegels des Befehlssignals --KBN-- geht auch das Befehlssignal--SS--auf einen hohen Pegel, so dass das Gatter --205-- geöffnet wird und das Takt-Flipflop--302--anlaufen und die Taktimpulse-CL--erzeugen kann. Dabei wird in Fig. 7 der Anschluss--KBN--geerdet, so dass der Ausgang des Gatters--654--auf einen hohen Pegel, der Ausgang des Gatters --652-- auf einen niedrigen Pegel und der Ausgang des Gatters --653-- und infolgedessen auch das Befehlssignal--SS--auf einen hohen Pegel geht.
Wenn das Befehlssignal--KBN--auf das Erdpotential geht, erhält ferner das Befehlssignal --TRIG-- einen hohen Pegel, so dass die erste einstufige Kippschaltung ausgelöst und die Druckvorgangsfolge eingeleitet wird. Dabei wird in Fig. 5 der Anschluss --KBN-- gerrdet, so dass der Ausgang des Gatters
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undBefehlssignal--STP--, hat der Ausgang des Gatters--674--und daher auch das Befehlssignal-PS-einen niedrigen Pegel, so dass das Gatter --205-- gesperrt und das Takt-Flipflop --302-- ausgeschaltet wird. Während das Befehlssignal--PS--einen niedrigen Pegel hat, ist das Takt-Flipflop--302--ausgeschaltet und kann durch das Zünden der drei monostabilen Kippschaltungen die Druckvorgangsfolge durchgeführt, d. h. die Ziffer auf den Streifen gedruckt werden.
Durch das Zünden der zweiten monostabilen Kippschaltung wird das
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--4-- angelegtMagnetspule --35-- angelegt wird und einen Transport des Streifens --14-- um einen Zwischenraum veranlasst. Nach dem Ablauf der Haltezeit der dritten monostabilen Kippschaltung geht der Ausgang des Gatters --630-- auf einen hohen Pegel, so dass der Ausgang des Gatters --640-- und damit auch das Befehlssignal --STP-- auf einen niedrigen Pegel geht, wodurch der Ausgang des Gatters --674-- und damit auch das Befehlssignal--PS--auf einen hohen Pegel geht. Dadurch wird das Gatter-205--geöffnet, so dass das
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niedrigen Pegel, so dass das Takt-Flipflop--302--in der Normalstellung angehalten wird. Die Eingabe der Ziffer ist jetzt beendet.
Wenn das Befehlssignal--KCCP--einen hohen Pegel hat, wird die in dem Operandenregister enthaltene Binärinformation in Umlauf versetzt und Binärinformation in das Operandenregister übertragen. Von den Taktimpulsen--CL-werden die elf Taktimpulse--CP2-- abgeleitet, die an das Operandenregister angelegt werden, wenn das Befehlssignal--KCCP--einen hohen Pegel
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--G2-- geöffnet--CP2--, d. h. im Zeitpunkt --5CL--, geht das Befehlssignal-G2R--auf einen niedrigen Pegel, so dass das Schieben blockiert wird, und geht das Befehlssignal--G2K-auf einen hohen Pegel, so dass die vier Bits --01, 02,03, 04--, welche die vier Bits in dem L-Register darstellen, an die linke Kolonne des Operandenregisters --SR3-- übertragen werden.
Diese übertragung erfolgt im Zeitpunkt des sechsten Taktimpulses--CP2--. Die fünf darauffolgenden Taktimpulse--CP2--schieben die vier jetzt in der linken Kolonne des Operandenregisters befindlichen Bits in die rechte Kolonne des Operandenregisters, wenn der Pegel des Befehlssignals--G2R--hoch ist und ein Schieben der übrigen Binärinformation in dem Operandenregister gestattet. Die eingetragene Ziffer erscheint jetzt in der rechten Kolonne des Operandenregisters.
Nach dem Eintragen einer Zahl in das Operandenregister wird die Additions- oder Plus-Taste gerdückt.
Dadurch wird die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl addiert und wird das Resultat in dem Rechenwerksregister gespeichert. Auf den Streifen--14--wird ein Plus-Zeichen gedruckt, dem ein Zwischenraum folgt. Jetzt sei auf das Zeitsteuerungsdiagramm in Fig. 24 verwiesen. Beim Drücken der Plus-Taste geht das Befehlssignal--KBA--auf das Erdpotential, so dass das Befehlssignal--PRC--auf einen hohen Pegel geht (der Ausgang des Gatters--482--in Fig. 6 geht auf einen hohen Pegel) und der Ausgang des Gatters--686--in Fig. 7 auf einen niedrigen Pegel geht. Infolgedessen geht im Zeitpunkt des ersten Taktimpulses-CL-das Befehlssignal-RC-auf einen niedrigen Pegel.
Da beim Drücken der Additionstaste das Befehlssignal--KOP--auf das Erdpotential geht, hat der Ausgang des Gatters - 639-- einen hohen Pegel. Da auch das Befehlssignal--PRC--einen hohen Pegel hat, ist der Ausgangspegel des Gatters --638-- niedrig, so dass das Befehlssignal-CST-auf einen niedrigen Pegel geht und das Eingangsgatter--636--der ersten einstufigen Kippschaltung auslöst. Das im Zeitpunkt des ersten Taktimpulses--CL-auf einem niedrigen Pegel befindliche Befehlssignal--RC--löst das Additions-Flipflop --317-- (Fig. 6) aus, so dass der Ausgang des Gatters --407-- auf einen hohen Pegel geht. Da auch der Pegel des Befehlssignals--PRC--hoch ist, hat das Gatter --409-- einen niedrigen Ausgangspegel.
Infolgedessen
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Pluszeichen-CodeBefehlssignals--PS--wird der Druckvorgang durchgeführt und ist das Takt-Flipflop ausgeschaltet. Nach dem Zünden der dritten einstufigen Kippschaltung geht das Befehlssignal--STP--auf einen niedrigen Pegel, so dass das Befehlssignal--PS--auf einen hohen Pegel geht und das Takt-Flipflop in der vorstehend erläuterten Weise zündet. Beim Drücken der Additionstaste geht das Befehlssignal-KBA-auf einen niedrigen Pegel, so dass das
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Befehlssignal--AS--auf einen hohen Pegel geht. Die Befehlssignale--ADD, AS--bestimmen die Dauer des Additionsvorganges.
Kurz nach dem elften Taktimpuls geht das Befehlssignal--SAP--auf einen
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Additionsvorganges werden zwölf Taktimpulse-CP1, CP2, CP3-erzeugt, welche die zwölf Schiebevorgänge in dem Operandenregister und dem Rechenwerksregister steuern. Nach dem zwölften Taktimpuls --CP1, CP2, CP3--geht das Befehlssignal--CLS--auf einen niedrigen Pegel, so dass auch die Befehlssignale
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zu den sechs Ziffern addiert, die durch die Befehlssignale--Y--auf der rechten Seite des Rechenwerksregisters dargestellt werden. Da sich das Befehlssignal--G3S--auf einem hohen Pegel befindet,
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Gatteranordnung--G3--erscheinenden Code, der an den Eingang des Rechenwerksregisters angelegt wird.
Während der letzten sechs Taktimpulse--CP1, CP2, CP3-- befindet sich das Befehlssignal--ADS--auf einem hohen Pegel, so dass zu den sechs auf der rechten Seite des Rechenwerksregisters befindlichen, sequentiell über die Gatteranordnung--G3--in das Rechenwerksregister übertragenen Ziffern Nullen hinzugefügt werden.
Infolgedessen werden die zwölf in dem Rechenwerksregister gespeicherten Dezimalziffern sequentiell zu den sechs in dem Operandenregister gespeicherten Dezimalziffern und zu den sechs Nullziffern addiert und wird das zwölfstellige Resultat in dem Rechenwerksregister gespeichert.
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zurückgestellt wird.
Fig. 24 erläutert ferner den zeitlichen Ablauf der Befehlssignale während eines Subtraktionsvorganges. Dabei treten die in den Klammern angegebenen Befehlssignale an die Stelle der links von ihnen stehenden. Beim Drücken der Minus-Taste geht das Befehlssignal--KBS--auf das Erdpotential, so dass das Befehlssignal -PRC-- am Ausgang des Gatters --482-- (Fig. 6) auf ein hohes Potential geht. Nach dem ersten Taktimpuls geht das Befehlssignal--SC--am Ausgang des Gatters-684-- (Fig. 7) auf einen niedrigen Pegel, so dass das Flipflop --318-- gekippt wird und der Ausgang des Gatters --405-- auf einen hohen Pegel geht.
Infolgedessen geht das Befehlssignal--KSB-am Ausgang des Gatters --405-- auf einen niedrigen Pegel und wird der entsprechende Code auf die Druckmatrix--314-übertragen, so dass ein Minus-Zeichen auf den Streifen gedruckt werden kann. Das auf einem hohen Pegel befindliche Befehlssignal --STP-- bewirkt zusammen mit dem dritten Taktimpuls--CL-, dass das Befehlssignal--PS--auf einen
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einstufigen Kippschaltung geht das Befehlssignal--STP--auf einen niedrigen Pegel, so dass das Befehlssignal --PS-- auf einen hohen Pegel geht und das Takt-Flipflop wieder anlaufen kann. Wenn das Befehlssignal - auf einen niedrigen Pegel geht, gehen die Befehlssignale--SUB, AS--auf einen hohen Pegel, wodurch die Subtraktionsperiode eingeleitet wird.
Während der Dauer der Befehlssignale-SUB, AS-werden zwölf Taktimpulse-CP1, CP2, CP3-- erzeugt. Das nach den zwölf Taktimpulsen-CP1, CP2, CP3-erzeugte Befehlssignal--CLS--bewirkt, dass die Befehlssignale--SUB, AS--auf einen niedrigen Pegel gehen und der Subtraktionsvorgang beendet wird. Nach dem elften Taktimpuls--CL--geht das Befehlssignal --SAP-- auf einen niedrigen und das Befehlssignal--STP--auf einen hohen Pegel. Infolgedessen löst das Befehlssignal--SAP--die erste einstufige Kippschaltung aus und leitet es die Erzeugung des Befehlssignals --SOL-- ein, so dass der Streifen um einen Zwischenraum fortgeschaltet wird.
Die dritte monostabile
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- ADS--auf einem niedrigen Pegel ist, sind die Befehlssignale-ZI, Z2, Z3, Z4--gleich den entsprechenden Befehlssignalen --Xl, X2, X3, X4--, die an den Serienaddierer das Neun-Komplement der in dem Operandenregister befindlichen Zahl anlegen. Wenn die Befehlssignale--SUB und ADS--auf einem hohen Pegel sind, d. h., während der letzten sechs Taktimpulse--CP1, CP2, CP3--, entsprechen die Z-Eingänge des Serienaddierers nach dem Drei-Exzess-Binär-Code dargestellten Neunen, weil sich das Befehlssignal --ADS-- auf einem hohen Pegel befindet.
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könnte das Takt-Flipflop--302--wieder anlaufen.
Solange jedoch eine Taste gedrückt wird, bleibt die erste monostabile Kippschaltung gezündet, so dass das Takt-Flipflop noch nicht wieder anlaufen kann. Durch diese Sperrfunktion wird gewährleistet, dass die Taste losgelassen und die Codierung vollständig durchgeführt werden muss, ehe der Rechner seinen Betrieb fortsetzen kann.
Zur Multiplikation von zwei Zahlen wird die erste Zahl in der vorstehend angegebenen Weise in das Operandenregister--SR3--eingegeben und wird die Additionstaste gedrückt, so dass die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl über den Serienaddierer zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl addiert und das Resultat, d. h. die in das Operandenregister eingegebene Zahl, in dem Rechenwerksregister gespeichert wird. Die zweite Zahl wird in der vorstehend angegebenen Weise in das Operandenregister eingegeben. Die sechs Ziffern der ersten Zahl sind jetzt in den sechs Kolonnen des Rechenwerksregisters
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gespeichert ;--12-- und in dem Operandenregister die höchstwertige Ziffer der zweiten Zahl in der Kolonne-l-und die niedrigstwertige Ziffer in der Kolonne --6-- gespeichert. Jetzt wird die Taste X gedrückt.
Die in den Kolonnen--8 bis 12--des Rechenwerksregisters gespeicherten, fünf niedrigstwertigen Ziffern der ersten Zahl werden durch die Gatteranordnung-G3--zurückgefihrt und in den Kolonnen-l bis 5-des Rechenwerksregisters gespeichert. Die höchstwertige Ziffer der ersten Zahl wird von der Kolonne--7--des
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Pegel. ) Dieser Verschiebevorgang wird von der Steuereinrichtung für die Multiplikation und Division und den Druckvorgang gesteuert und während mehrerer Umläufe des S-Untersetzers durchgeführt. Ehe ein Rechenvorgang durchgeführt wird, sind die fünf niedrigstwertigen Ziffern der ersten Nummer in den Kolonnen--l bis 5--des Rechenwerksregisters gespeichert, während in den übrigen Kolonnen je eine Null gespeichert ist.
In dem L-Register ist die höchstwertige Ziffer der ersten Zahl gespeichert. In dem Operandenregister ist die zweite Zahl gespeichert. Der M-Untersetzer--309--leitet jetzt einen Additionsvorgang ein. Die in dem Operandenregister gespeicherte, zweite Zahl wird über den Serienaddierer --300-- zu der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl, u. zw. den in den Kolonnen--7 bis 12--gespeicherten Nullen, addiert und über die Gatteranordnung--G3--in dem Rechenwerksregister gespeichert.
(Das Befehlssignal--G3S--hat einen hohen Pegel. ) Nach einem Umlauf des S-Untersetzers sind die fünf niedrigstwertigen Ziffern der zweiten Zahl in den Kolonnen-l bis 5-- des Rechenwerksregisters --SR1, SR2-- gespeichert. Die in den Kolonnen-7 bis 12--des Rechenwerksregisters gespeicherte, zweite Zahl wird jetzt zu der in dem Operandenregister gespeicherten, zweiten Zahl addiert, u. zw. so oft, wie es der in dem L-Register gespeicherten, höchstwertigen Ziffer der ersten zu multiplizierenden Zahl entspricht. Nach jedem Additionsvorgang wird die in dem L-Register gespeicherte Zahl um eins herabgesetzt, worauf ein neuer Additionsvorgang eingeleitet wird, bis in dem L-Register die Zahl Null gespeichert ist.
Die abnehmende Zahl, die in dem L-Register gespeichert wird, dient daher zur Kontrolle der Anzahl der durchgeführten Additionsvorgänge. Wenn die in dem L-Register gespeicherte Zahl um eins herabgesetzt wird, beginnt der Additionsvorgang und zählt der S-Untersetzer sechzehn Impulse. Infolgedessen wird die Addition durchgeführt und das Resultat in dem Rechenwerksregister gespeichert. Der M-Untersetzer--309--macht jetzt einen Schaltschritt und leitet einen neuen Additionsvorgang ein, ausser wenn in dem L-Register eine Null gespeichert wird. Auf diese Weise wird die in dem Operandenregister gespeicherte Zahl (die zweite zu multiplizierende Zahl) in dem Rechenwerksregister so oft addiert, wie es der höchstwertigen Ziffer der ersten zu multiplizierenden Zahl entspricht, und wird die Summe in den Kolonnen - 7 bis 12-- von --SR1, SR2-- gespeichert.
In der Kolonne --6-- von SR1, SR2-- werden unter Steuerung durch das Übertrags-Flipflop Überträge gespeichert, die für die Addition erforderlich sind. Die in den Kolonnen--7 bis 12-- von --SR1, SR2-- oder im Falle eines Übertrages auch in der Kolonne--6-- gespeicherte Zahl wird jetzt um eine Stelle nach links verschoben und zu der in dem Operandenregister gespeicherten, zweiten Zahl so oft addiert, wie es der zweithöchstwertigen Ziffer der ersten Zahl, d. h.
der vor
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Multiplikationsvorgang wird in der vorstehend angegebenen Weise mit jeder der übrigen vier niedrigstwertigen Ziffern der ersten Zahl wiederholt, bis die in dem Operandenregister gespeicherte, zweite zu multiplizierende Zahl zu der in dem Rechenwerksregister zunächst gespeicherten Zahl so oft addiert worden ist, wie es der ersten zu multiplizierenden Zahl entspricht. Das Resultat wird in dem Rechenwerksregister gespeichert. Der MD-Zähler
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Zeitabstand nach dem Zeitpunkt, in dem durch den vorstehend angegebenen Kontrollvorgang die niedrigstwertige Ziffer der ersten zu multiplizierenden Zahl auf Null verkleinert worden ist. Auf den Streifen werden ein X und nach einem darauffolgenden Zwischenraum das Produkt gedruckt, das bis zu zwölf Ziffern enthält, sowie ein Komma, wenn Kommas gesetzt worden sind.
Der Streifen wird dann um zwei Zwischenräume transportiert und der Rechner gelöscht.
Zur Division wird der Dividend in den Kolonnen--7 bis 12--des Rechenwerksregisters und der Divisor in dem Operandenregister gespeichert. Beim Drücken der Divisionstaste wird in dem L-Register automatisch die Ziffer 11 gespeichert. Durch die Steuereinrichtung für die Multiplikation und Division und den Druckvorgang wird dann ein Subtraktionsvorgang eingeleitet. Der Divisor wird von dem Dividenden subtrahiert und das Resultat in dem Rechenwerksregister gespeichert und so in Umlauf versetzt, dass das sechsstellige Resultat in den Kolonnen-7 bis 12-gespeichert wird. Die in dem L-Register gespeicherte Zahl 11 wird dann um 1 auf Zehn herabgesetzt. Bei diesem Vorgang macht der S-Untersetzer einen Durchlauf.
Der Divisor wird von der nach diesem Vorgang in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl subtrahiert und die in dem L-Register gespeicherten Zahl wird um 1 verkleinert, bis das in dem Rechenwerksregister gespeicherte Subtraktionsergebnis negativ ist. Wenn das in dem Rechenwerksregister gespeicherte Subtraktionsergebnis kleiner ist als der Divisor, ergibt die weitere Subtraktion eine negative Zahl, deren Neun-Komplement in dem Rechenwerksregister
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gespeichert wird, so dass in den Kolonnen--l bis 5--und gegebenenfalls auch--6-des Rechenwerksregisters je eine Neun erhalten wird.
Dadurch wird ein Additionsvorgang eingeleitet, durch den der Divisor zu dem in dem Rechenwerksregister gespeicherten Subtraktionsergebnis addiert wird, so dass das vorher in dem Rechenwerksregister gespeicherte Subtraktionsergebnis wiederhergestellt wird. Während dieser Addition wird die in dem Rechenwerksregister gespeicherte Zahl ebenfalls um eins verkleinert. Durch die Zahl der Subtraktionsvorgänge zuzüglich des jetzt durchgeführten Additionsvorganges ist der Dividend plus 2 teilbar. Das heisst, der Dividend war durch den Divisor N-mal teilbar und es sind N+2 Rechenoperationen durchgeführt worden, so dass die in dem L-Register gespeicherte Zahl von 11 auf 11- (N+2) herabgesetzt worden ist. Da der Drei-Exzess-Binär-Code verwendet wird, stellt die jetzt in dem L-Register gespeicherte Zahl das Neun-Komplement von N dar.
Es wird dann das Komplement zu der in dem L-Register gespeicherten Zahl
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zurückgeführt, so dass die in dem Rechenwerksregister befindlichen Ziffern effektiv um eine Kolonne nach links verschoben werden. Das L-Register wird auf 11 zurückgestellt und der MD-Zähler um eins fortgeschaltet. Das Rechenwerksregister enthält jetzt in den Kolonnen-l bis 4--Nullen, in der Kolonne --5-- die Ziffer N,
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dem L-Register gespeicherte Zahl jedesmal um eins herabgesetzt und dann das Komplement zu der schliesslich in dem L-Register gespeicherten Zahl gebildet und in die Kolonne --6-- von SR1, SR2-- übertragen wird, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
Daher werden die in dem Rechenwerksregister befindlichen Zahlen effektiv wieder um eine Kolonne nach links verschoben und werden die Subtraktionen wiederholt, wobei der MD-Zähler jedesmal um eins fortgeschaltet wird. Diese Übergangsfolge, bestehend aus der wiederholten Subtraktion mit Addition zwecks Wiederherstellung der vorher in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl, wenn die in dem Rechenwerksregister gespeicherte Zahl negativ ist, gefolgt von der effektiven Verschiebung der in dem Rechenwerksregister gespeicherten Zahl um eine Kolonne nach links und der Eingabe des Komplements der schliesslich in dem L-Register gespeicherten Zahl in die Kolonne--6-des Rechenwerksregisters, wird sechsmal durchgeführt und jedesmal von dem MD-Zähler gezählt.
Nach sechsmaliger Durchführung dieser Vorgangsfolge gibt der MD-Zähler ein Befehlssignal--D6--an den M-Untersetzer ab, wodurch diesem mitgeteilt wird, dass die Division vollständig durchgeführt worden ist und das Rechenwerksregister jetzt in den Kolonnen--l bis 6--die sechs Ziffern des Quotienten und in den Kolonnen--7 bis 12-die sechs Ziffern des Restes enthält. Das Operandenregister enthält den ursprünglich darin eingegebenen Divisor. Auf den Streifen werden ein schräger Strich, ein Zwischenraum, ein sechsstelliger Quotient, ein Zwischenraum, ein sechsstelliger Rest und zwei Zwischenräume gedruckt ; der Rechner wird gelöscht.
Die Kommasetz-Schaltung umfasst die in Fig. 6 in dem Block--319--gezeigten Kreise und besitzt zwei Zähler und geeignete Steuerkreise zum Speichern der Kommaeingabe. Die Zählstände entsprechen der Anzahl der Ziffern, die bei jeder eingegebenen Ziffer (Operand) rechts von dem Komma stehen. Bei Drucken des in dem Rechenwerksregister enthaltenen Resultats werden diese beiden Zähler auf einen vorgegebenen Zählstand ausgezählt, u. zw. unter Steuerung einer Folge von Impulsen, die der Abgabe je einer Ziffer an das thermische Druckwerk entsprechen. Die Kommasetz-Schaltung ist so eingerichtet, dass bei dieser Zählung zwei verschiedene Ergebnisse erhalten werden können.
Wenn der Druckvorgang nur durch Additions- und Subtraktionsvorgänge und anschliessendes Drücken der Drucktaste herbeigeführt wird, wird der die Kommasetzung bewirkende, vorgegebene Zählstand in einem Zeitpunkt erreicht, in dem die Anzahl der in dem Resultat rechts von dem Komma zu druckenden Ziffern des Resultats genau ebenso gross ist wie die Zahl der in dem letzten Operanden rechts von dem Komma befindlichen Ziffern. Wenn dagegen der Druckvorgang einer Multiplikation folgt, wird der vorgegebene Zählstand erreicht, wenn in dem Resultat die Anzahl der rechts von dem Komma befindlichen Ziffern gleich der Summe der in den beiden vorhergehenden Operanden rechts von dem Komma befindlichen Ziffern ist.
Nachstehend sind in alphabetischer Reihenfolge die Signale angegeben, die in dem beschriebenen Rechner erzeugt werden. Für jedes Signal ist die Funktion angegeben und die Zeichnung, in der seine Erzeugung erläutert wird.
- AI, A2, A3, A4--
Eingangssignale für das Rechenwerksregister --SR1, SR2--. --A1-- ist das niedrigstwertige Signal,
Fig. 4.
AACP Gestattet die Abgabe von sechs Taktimpulsen-CP1-an das Rechenwerksregister während der
Multiplikation, Fig. 5, Ausgang des Gatters-201--.
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AD Leitet bei der Division die Addition ein, Fig. 5.
ADD Dient beim Addieren oder Subtrahieren zum Einfügen von ungültigen Nullen oder Neunen in das
Rechenwerksregister, Fig. 4.
ADV Auf niedrigem Pegel beim Betrieb der monostabilen Kippschaltungen zum Streifentransport, Fig. 7.
ADV Komplement von-ADV-.
ADX Leitet bei der Multiplikation die Addition ein, Fig. 5.
AS Auf hohem Pegel während der Addition oder Subtraktion, Fig. 6.
AS Komplement von--AS--.
BBCP Gestattet bei der Multiplikation die Abgabe von dreiundzwanzig Taktimpulsen--CP1--an das
Rechenwerksregister, Fig. 5.
BBCP Komplement von-BBCP--.
CAC Gestattet beim Drucken ein Verschieben des Rechenwerksregisters um elf Stellungen, Fig. 5.
CDIV Taktsteuerung während der Division. Wie-DIV-, ausser im Zeitpunkt (S15)-CL-, in dem es auf jedem Fall Null ist. Dient zur Vermeidung von Brumm-Einschwingvorgängen (ripple-through transients) an dem M-Untersetzer, Fig. 5.
CL Haupttaktimpuls, Fig. 7.
CL Komplement von-CL--.
CLS Geht im Zeitpunkt (S13)-CL-auf Null, beendet Addition und Subtraktion, Fig. 7.
CMPY Taktsteuerung während der Multiplikation. In der Funktion ähnlich wie--CDIV--, Fig. 5.
CO Übertragsausgang des Übertrags-Flipflops. Wird im Zeitpunkt (S8) --CL-- während der im Rahmen einer Division durchgeführten Subtraktion daraufhin geprüft, ob die Subtraktionen beendet werden sollen und in dem Rechenwerksregister eine Addition durchgeführt werden soll, Fig. 4.
CP1 An das Rechenwerksregister abgegebener Taktimpuls, Fig. 5.
CP2 An das Operandenregister abgegebener Taktimpuls, Fig. 7.
CP3 An das Übertrags-Flipflop abgegebener Taktimpuls, Fig. 5.
CPR Im Zeitpunkt (S12) --CL-- positiv. Wird für den Druckvorgang verwendet, Fig. 7.
CPR Komplement von--CPR-.
CST Auf niedrigem Pegel, wenn die Taste für die Addition, Subtraktion, Multiplikation oder Division, oder die Lösch oder die Fehlertaste gedrückt ist, Fig. 7.
CZO Im Zeitpunkt (Sll)1--CL-positiv, Fig. 7.
CZO Komplement von-CZO-.
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--6-- hat, Fig. 7.D6 Komplement von-D6--.
D12 Auf hohem Pegel, wenn der MD-Zähler den Zählstand-12-hat, Fig. 7.
D12 Komplement von--D12--.
DACP Steuert während der Division zwölf Schiebeimpulse-CP1-für das Rechenwerksregister, Fig. 5.
Ausgang des Gatters-293-.
DBCP Steuert während der Division elf Schiebeimpulse--CP1--für das Rechenwerksregister, Fig. 5. Ausgang des Gatters-283-.
DEC Auf hohem Pegel, wenn beide Kommazähler beim Drucken den Zählstand --6-- haben. Zeigt an, wann beim Multiplizieren und Drucken ein Komma gedruckt werden soll, Fig. 6.
DIV Während einer Division auf hohem Pegel, Fig. 6.
DIV Komplement von--DIV--.
DMO Wird bei der Multiplikation und Division und beim Drucken auf niedrigem Pegel gehalten, wenn der
M-Untersetzer einen andern Zählstand hat als Null. Lässt den Taktimpulsgeber--302-- ununterbrochen laufen, Fig. 7.
DPT Bei gedrückter Kommataste auf niedrigem Pegel, Fig. 7.
DTP Kommasignal für die Druckmatrix, Fig. 7.
DZ Auf niedrigem Pegel, wenn das L-Register nach dem Drei-Exzess-Binär-Code eine Null enthält. Beendet bei der Multiplikation die Additionen und die Schiebevorgänge in dem Rechenwerksregister. Wird auch beim Drucken zum Unterdrücken von Nullen verwendet, Fig. 6.
ERC Auf hohem Pegel beim Löschen nach einem Fehler, Fig. 6.
- -GIA, G1B, G1C, G1D-- Von-ADS und SUB-abgeleitete Signale, Fig. 4.
G2E Auf niedrigem Pegel beim Löschen nach einem Fehler. Gibt eine Drei-Überschuss-Null an den Eingang des Operandenregisters ab und wandelt Taktimpulse von--302--in--CP2--um, Fig. 6.
G2K Legt auf hohem Pegel den Inhalt des L-Registers an den Eingang des Operandenregister an, Fig. 4.
G2R Verbindet auf hohem Pegel den Ausgang des Operandenregisters mit dessen Eingang. Bewirkt einen
Umlauf des Inhalts des Operandenregisters, Fig. 4.
G2Z Hält eine Drei-Exzess-Binät-Null am Eingang des Operandenregisters, Fig. 4.
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G3L Legt das Neun-Komplement des Inhalts des L-Registers an den Eingang des Rechenwerksregisters an,
Fig. 5.
G3R Bewirkt einen Umlauf des Inhalts des Rechenwerksregisters, Fig. 5.
G3S Legt den Summenausgang des Serienaddierers an den Eingang des Rechenwerksregisters an, Fig. 4.
G3Z Hält eine Drei-Exzess-Binär-Null am Eingang des Rechenwerksregisters, Fig. 5.
GKC Auf niedrigem Pegel im Zeitpunkt (S5) --CL-- während einer Zahleneingabe durch die Tastatur.
Bestimmt den Zeitpunkt, in dem die mit der Tastatur eingegebene und in dem L-Register enthaltene
Zahl an das Operandenregister angelegt wird, Fig. 7.
- Kl, K2, K3, K4--
Die eingegebene Ziffer darstellender Ausgang des tastengesteuerten Codiergerätes. Stellt durch das
Erdpotential eine Null und bei offenem Stromkreis eine Eins des Drei-Exzess-Binär-Codes dar.--Kl-- hat den niedrigsten Wert.
KAB Steuert auf niedrigem Pegel in der Druckmatrix das +-Zeichen, Fig. 6.
KAS Auf hohem Pegel während einer Addition oder Subtraktion, die nicht zu einer Multiplikation oder
Division gehört. Wird beim Kommasetzen zum Zählen verwendet, Fig. 6. Ausgang des Gatters-476-.
KBA Bei gedrückter +-Taste auf niedrigem Pegel.
KBC Bei gedrückter C-Taste auf niedrigem Pegel.
KBD Bei gedrückter :-Taste auf niedrigem Pegel.
KBE Bei gedrückter E-Taste auf niedrigem Pegel.
KBM Bei gedrückter X-Taste auf niedrigem Pegel.
KBN Beim Drücken einer Zifferntaste auf niedrigem Pegel.
KBP Bei gedrückter P-Taste auf niedrigem Pegel.
KBS Bei gedrückter "-"-Taste auf niedrigem Pegel.
KCP Steuert auf niedrigem Pegel das Zeichen C in der Druckmatrix.
KCCP Während einer Zifferneingabe auf hohem Pegel, Fig. 7.
KCCP Komplement von-KCCP-.
KDB Steuert auf niedrigem Pegel in der Druckmatrix das Zeichen/, Fig. 6.
KEB Steuert auf niedrigem Pegel in der Druckmatrix das Zeichen E, Fig. 6.
KMB Steuert auf niedrigem Pegel in der Druckmatrix das Zeichen X Fig. 6.
KOP Beim Drücken jeder Taste, die keine Zifferntaste ist, auf niedrigem Pegel.
KSB Steuert auf niedrigem Pegel in der Druckmatrix das Zeichen-, Fig. 6.
- Ll, L2, L3, L4--
Bit-Ausgänge des nach dem Drei-Exzess-Binär-Code codierten Inhalts des L-Registers, Fig. 4.
- -LI, L2, L3, L4--
Komplement von --LI, L2, L3, L4--.
Ml bis M16
Kurzangaben der Vier-Bit-Codes, welche die sechzehn Zählstände des M-Untersetzers angeben. Die einzelnen Bits werden als N-Zahlen angegeben. Beispielsweise ist --M1-- gleich --N4, N3, -N2,
N1--. Dieser Untersetzer steuert die Schritte bei der Multiplikation und Division und beim Drucken.
- -M16-- ist die Ausgangs- oder Null-Stellung, Fig. 5.
MA Impulse zum Vorwärtsschalten des M-Untersetzers, Fig. 7.
MAMD Auf niedrigem Pegel während des Zeitpunktes (S15)-CL-, wenn--MDP--auf hohem Pegel ist.
Bestimmt die Zeitpunkte für die Steuerung der Signale-MA, CDIV und CMPY-, Fig. 7.
MD Auf hohem Pegel während einer Multiplikation oder Division, Fig. 6.
MD Komplement von-MD-.
MDC Impulse zum Vorwärtsschalten des MD-Zählers. Wird bei der Multiplikation, Division und beim Drucken verwendet, Fig. 5.
MDC2 Erzeugt auf niedrigem Pegel-MDC--. Tritt bei der Division auf, Fig. 5. Ausgang des Gatters - -304--.
MDC3 Erzeugt auf niedrigem Pegel--MDC--. Tritt beim Drucken auf, Fig. 5. Ausgang des Gatters - -266--.
MDP Während der Multiplikation oder Division oder des Druckvorganges auf hohem Pegel, Fig. 6.
MPY Während der Multiplikation auf hohem Pegel, Fig. 6.
- -NI, N2, N3, N4--
Ausgänge des M-Untersetzers, s.-Ml bis M16--, Fig. 5.
- -NI, N2, N3, N4--
Komplements von --NI, N2, N3 und N4--.
NUM Muss zum Drucken einer in dem L-Register enthaltenen Zahl auf hohem Pegel sein, Fig. 5.
- -01, 02,03, 04--
Nach dem Drei-Exzess-Binär-Code codierte Bit-Eingänge für das Operandenregister, Fig. 4.
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SPC Zwischenraumsignal für die Druckmatrix, Fig. 7.
SS Im Ausgangszustand des Rechners auf niedrigem Pegel. Stellt den Taktimpulsgeber im Zeitpunkt (S16) --CL-- ab. Setzt verschiedene Stromkreise in den Normalzustand zurück. Wird durch Drücken jeder
Taste, ausser der Kommataste, unterbrochen, wodurch der Taktimpulsgeber eingeschaltet wird. Wird durch das Signal--DMO--am Abstellen des Taktimpulsgebers in der Mitte der Multiplikation oder
Division oder des Druckvorganges gehindert, Fig. 7.
STP Auf hohem Pegel, wenn eine der monostabilen Kippschaltungen für den Druckvorgang gezündet ist.
Dient zum Erzeugen von Signalen zum Ausschalten des Taktimpulsgebers, Fig. 7.
SUB Auf hohem Pegel während der Subtraktion, Fig. 6.
Tl, T2, T3, T4
Ausgänge des S-Untersetzers. Siehe--Sl bis S16--, Fig. 7.
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Komplemente von-Tl, T2, T3 und T4--.
TIM Geht im Zeitpunkt (S7) --CL-- während der Addition oder Subtraktion auf niedrigen Pegel. In diesem Zeitpunkt ist der Inhalt des Operandenregisters zu dem Inhalt des Rechenwerksregisters addiert worden, Fig. 7.
TRIG Löst die monostabilen Kippschaltungen für den Druckvorgang aus, Fig. 5.
XI, X2, X3, X4
Nach dem Drei-Exzess-Binär-Code codierte Ausgänge des Operandenregisters, Fig. 13.
Xl, X2, X3, X4
Komplemente von--XI, X2, X3 und X4--.
Yl, Y2, Y3, Y4
Nach dem Exzess-Drei-Binär-Code codierte Ausgänge des Rechenwerksregisters, Fig. 12.
Y1, Y2, Y3, Y4
Komplemente von-Yl, Y2, Y3 und Y4--.
Zl, Z2, Z3, Z4
An den Serienaddierer abgegebener, codierter Ausgang des Gatters--Gl--, Fig. 4.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rechenwerk zur Durchführung der vier Grundrechnungsarten, vorzugsweise für Rechenmaschinen mit Tasteneingabe, bestehend aus integrierten Schaltungsbausteinen, die auf einer Schaltplatine angeordnet sind,
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bestehen, welche jeweils auf einer Oberfläche eine Mehrzahl von NAND-Schaltkreisen (90) tragen, dass diese NAND-Schaltkreise durch Leiter (130,131, 132), welche in verschiedenen Ebenen liegen, miteinander verbunden sind und dass diese Ebenen durch Isolierschichten (Si02) aus Halbleitermaterial voneinander getrennt sind.
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