DE1050094B

DE1050094B - Anordnung zur Bildung des verzögerten Komplements zu einer Kette von Signalimpulsen

Info

Publication number: DE1050094B
Application number: DENDAT1050094D
Authority: DE
Inventors: Vestal N. Y. Genung Leland Clapper (V. St. A.)
Original assignee: IBM Deutschland Internationale Bueromaschinen GmbH
Current assignee: IBM Deutschland Internationale Bueromaschinen GmbH
Priority date: 1954-12-31
Publication date: 1959-02-05
Also published as: US2838689A; GB811943A; NL112272C; NL203254A; FR1161015A

Description

ANMELDETAG: 29. DEZEMBER 1955

BEKANNTMACHUNG
DEK ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGE S CHRIFT:

5.FEBRUAR 1959

Die bekannten Serienziffernrechenvorrichtungen werden gewöhnlich mit diskreten Impulsreihen betrieben, welche in irgendeiner Weise zur Bildung von Informationsbefehlen verschlüsselt sein können. Jeder Befehl kann eine vorgegebene Anzahl von Bits um- · fassen. Unter einem Bit ist die Informationseinheit zu verstehen. Im binären Bezeichnungssystem kennt man zwei Formen von Bits, die »1« und die »0«. Die notwendige Synchronisierung ist meistens so eingerichtet, daß eine gleichmäßige zeitliche Trennung der Informationsbits im wesentlichen sichergestellt ist. Die binäre »1« wird allgemein durch einen diskreten Impuls in der Bitzeit und die binäre »0« durch das Fehlen eines Impulses in der Bitzeit dargestellt.

In der Rechenmaschinentechnik stellt sich in vielen Fällen die Aufgabe das Komplement zu einer vorgegebenen Zahl zu bilden. Bei impulsbetriebenen, binär arbeitenden elektronischen Rechenmaschinen werden bisher Phasenumkehrstufen hierzu verwendet. Zum genauen Arbeiten der Anlage ist es aber erforderlich, daß der zeitliche Einsatz dieser Impulse exakt erfolgt, ganz abgesehen davon, daß Mindestanforderungen an die Impulsform gestellt werden müssen. Besondere Synchronisierimpulsstufen und Impulsformen werden hierfür verwendet. Des weiteren ist es manchmal aber gleichzeitig erforderlich, die binäre Zahl zusätzlich zur Komplementbildung zeitlich zu verschieben. Laufzeitketten, Multivibratoren u. dgl. werden hierzu eingesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Komplementbildung, Synchronisierung und Verzögerung der eine binäre Zahl darstellenden Signalimpulse mit möglichst geringem Aufwand an Schaltungstechnik und elementaren Schaltelementen herbeizuführen. '

Für eine Schaltungsanordnung zur Bildung des verzögerten Komplements von Signalimpulsfolgen, insbesondere für elektrische Rechenmaschinen besteht demnach die Erfindung darin, daß Signalimpulse über einen Gleichrichter und in gleicher Richtung wirkende · Synchronisierimpulse geringerer Amplitude mit glei- 4·° chem Bezugsniveau über zwei gleichsinnig hintereinandergeschaltete, in einem Punkt verbundene Gleichrichter einen in den Impulspausen auf die Synchronisierspannung aufgeladenen Kondensator, der mit seinem anderen Pol an fester Spannung liegt, entladen, und daß die im Verbindungspunkt auftretende Spannung, die entsprechend dem Amplitudenverhältnis von Signal- und Synchronisierimpulsen mit einer diesem Verhältnis entsprechenden Verzögerung nach den jeweils letzten Signalimpulsen der Signalimpulsgruppen entsteht, einem Differenzierglied zugegeführt wird.

Mit dieser Schaltungsanordnung, die gemäß einer weiteren vorteilhaften Gestaltung einem impuls-Anordnung zur Bildung

des verzögerten Komplements

zu einer Kette von Signalimpulsen

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1954

Genung Leland Clapper, Vestal, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

formenden Verstärker zugeordnet ist, wird in einfacher Weise mit geringem Aufwand die oben gestellte Aufgabe erfüllt. Auch bei zeitlichen Verschiebungen der Signalimpulse arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung einwandfrei, so daß zeitlich genau abgestimmte Impulse zur weiteren Verarbeitung zur A^erfügung stehen. Gegenüber den bisherigen Anordnungen stellt also die Erfindung eine beträchtliche Vereinfachung dar, die betriebssicher und genau arbeitet und weniger störanfällig ist.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Beschreibung und der Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung für eine Anordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Reihe von Wellenformen an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1 für die dargestellte Eingangsimpulskette.

Beim Ablauf der Informationsbefehle können die verschiedenartigen Elemente verursachen, daß jeder Befehlsbit gegenüber der Synchronisierung zurückbleibt, wenn er die aufeinanderfolgenden Elemente der Rechenanlage durchläuft. Man nehme z.B. einen Informationsbefehl an, der über eine Anzahl von Stromkreisen gelaufen ist und jetzt die Synchronisierung um einen gewissen Betrag zurückläßt. Dieser.

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soll mit einem Befehl addiert, werden, der. eine Anzahl Frequenz; der Synchronisierimpulse gewählt. ZumBeivon Stromkreisen passiert hat und jetzt die Syn- spiel kann bei einer Frequenz von 25OkHz eine chronisierung um einen'anderen Betrag zurückläßt. Potentialquelle von + 150 Volt und bei 12OkHz eine Es ist klar, daß ,die Befehle nachsynchronisiert wer- Potentialquelle von + 75 Volt verwendet werden. Die den müssen, damit sie jetzt in Synchronismus mit 5 Zeitkonstante der Anordnung ist so bemessen, daß jedem anderen Befehl und mit der Synchronisierungs- eine vorbestimmte differentielle Änderung der Spanvorrichtung sind. Sollte die Subtraktion zweier Be- nung nach der Zeit bzw. innerhalb eines vorbestimmfehle verlangt sein, so besteht ein einfacher Lösungs- ten Zeitintervalls am Kondensator auftritt. Die Einweg darin, dien einen Befehl mit dem Komplement des gangsimpulse können in Form negativer Impulse, wie anderen Befehls zu addieren. io in Fig. 2 schematisch dargestellt, verwendet werden. Die Erfindung betrifft die Komplementbildung Diese Impulse fließen der Kathode der Diode 12 zu. eines Befehles derart, daß das Komplement um einen Diese Diode ist anodenseitig an den Punkt A, der Bit oder um ein Synchronisierungszeitintervall ver- Verbindungsstelle des Kondensators 10 mit dem zögert ist. Dieses verzögerte Komplement kann dann Widerstand 11, angeschlossen. Der Verbindungsdem anderen Befehl zuaddiert werden, welcher syn- 15 punkt A ist mit der Anode der Diode 13 und die Kachronisiert und um eine Bitzeit verzögert worden ist, thode dieser Diode mit dem Verbindungspunkt B verum eine Ausgangsgröße zu bilden, welche der DifFe- bunden. Ein Synchronimpulsgeber 15 ist an die Karenz der beiden Befehle entspricht. Mit der Erzeu- thode der Diode 14 angeschlossen, die anodenseitig gung des verzögerten Komplements einer Folge von an B liegt. Der Kondensator 16 dient zur Kopplung Eingangsimpulsen befaßt sich die Erfindung. 20 der beiden Verbindungspunkte B und C. Der Wider-Die Anordnung nach der Erfindung enthält einen stand 17 verbindet den Schaltungspunkt C mit dem Zeitkreis, d. h. einen Kondensator, der über einen be- positiven Pol der Spannungsquelle, und der Wid-ersonders bemessenen Widerstand mit einer Spannungs- stand 18 verbindet C mit dem Steuergitter einer quelle verbunden ist, so. daß mit der eigenen Zeit- Triode 19. Die Kathode der Triode 19 ist geerdet. Die konstante und einer geeigneten Spannungszufuhr einer 25 Anode dieser Triode liegt über einen Widerstand 20 Polarität die differentielle Änderung der Spannung am positiven Pol einer Potentialquelle z. B. von am Kondensator einen vorbestimmten Wert in einer 150 Volt. Die Anode der Triode 19 ist auch mit dem vorbestimmten Zeit erreichen wird. Über eine Tor- Punkt D verbunden, an dem zugleich das potentialdiode werden Eingangsimpulse eingeführt, die für Im- mäßig hochliegende Ende eines Spannungsteilers liegt, pulse einer zweiten Polarität durchlässig ist. 30 der aus den beiden in Reihe geschalteten Widerstän- ^!-Eine für Impulse der erwähnten ersten Polarität den 21 und 22 besteht. Der Widerstand 21 enthält im durchlässige Tordiode liegt zwischen dem Konden- Nebenschluß den Kondensator 23. Das untere Ende sator und einem Punkt für"die Aufnahme synchroni- des Widerstandes 22 ist an den negativen Pol einer sierender Impulse'der genannten zweiten Polarität Potentialquelle, z.B. von —100 Volt, angeschlossen, über eine geeignet angeordnete Tordiode. Das Poten- 35 Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen tial dieses Punktes ist kapazitiv gekoppelt mit einer 21 und 22 ist über den Strombegrenzerwiderstand 25 Anschlußklemme, die auf ein vorbestimmtes Potential- auf das Steuergitter einer Triode 24 geschaltet,
niveau gehalten--wird. Die—Eingangsleitung ist nor- Die Kathode der Triode 24 ist geerdet. Ihre Anode malerweise auf einem.Potential der erwähnten.ersten ist über den Widerstand 26 mit der + 150-Volt-Polarität. Wenn die Syncnroriisierungsimpulse dem 40 Klemme verbunden. Der Ausgangsanschluß liegt unStromkreis zugeführt werden, ändert sich die Span- mittelbar an der Anode der Triode 24.
nung am Kondensator wesentlich zwischen Null und Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung ist für einen Bedem erwähnten Potentialniveau der Eingangsleitung trieb mit negativen, Eingängsimpulsen eingerichtet, und die Ausgangsspannung besteht in Impulsen der Besonders vorteilhaft ist diese Schaltung, wenn die genannten, zweiten Polarität, welche synchron mit den 45 verschiedenen Schaltungselemente wie folgt bemessen Synchronisierimpulsen auftreten. Wenn die Eingangs- sind:
impulse mit der zweiten Polarität auf treten, kippt die Kondensator 10 .......... 100 pF

Spannung zwischen der ersten und der zweiten Polari- Widerstand 11 120 kOhm

tat; die Spannung am Kondensator wird durch die Kondensator 16 . 39 pF

Eingangsimpulse nach der zweiten Polaritätsseite von 50 Widerstand 17 330 kOhm

0 Volt gezogen. Das Ladeverhältnis des Kondensators . Widerstand 18 1 kOhm

ist derart, daß die Spannung am Kondensator zu Null Widerstand 20 27 kOhm

wird während der Zeit eines Synchronisierimpulses, Widerstand 21 200 kOhm

welcher einem Eingangsimpuls folgt; sie kann aber Widerstand 22 300 kOhm

die erste Polarität wieder annehmen, um einen Aus- 55 Kondensator 23 39 pF

gangsimpuls zu erzeugen. Die Ausgangsimpulsfolge Widerstand 25 lOkOhm

wird folglich das Komplement der Eingangsimpuls- Widerstand 26 15 kOhm

folge sein, die um eine-Synchronisierungsimpulszeit Trioden 19 und 24 können Duotrioden

verzögert ist. vom Typ 6211 sein

Die Erfindung sei an Hand der Fig. 1 näher er- 60 Die in der Fig. 2 dargestellten Wellenformen stellen

läutert. Potentialwerte dar, die an verschiedenen Punkten der

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform Schaltung nach Fig. 1 auftreten und durch die vorder Erfindung; stehenden Bemessungsangaben für die verschiedenen

Fig. 2 zeigt die Wellenimpulsformen, die an ver- Schaltungsteile erzielt werden. Es sei aber bemerkt,

schiedenen Punkten in der Anordnung nach Fig. 1 ge- 65 daß die Erfindung nicht etwa auf eine Schaltung mit

bildet werden. ,, diesen speziellen Werten beschränkt sein soll. Es ist

Die eine Belegung eines Kondensators 10 liegt an ohne weiteres möglich, auch andere Werte für diese

Erde, die andere Belegung ist über den Widerstand 11 Schaltungselemente zu wählen. :
mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle ■ Es soll nunmehr die Arbeitsweise der Anordnung verbunden. Diese Potentialquelle ist entsprechend der 70 nach der Erfindung ausführlich beschrieben werden.

Um die Wirkungsweise der verschiedenen Schaltungsteile besser verstehen zu können, wird dazu auf Fig. 2 und die dort dargestellten Wellenformen verwiesen. Der Eingang hat normalerweise ein Potentialniveau von +30VoIt. Damit läßt sich das Potential des Verbindungspunktes A auf dieses Niveau anheben, wenn der Kondensator 10 über den Widerstand 11 aufgeladen ist.

Soll die Anordnung für 250 kHz benutzt werden, dann ist der Widerstand 11 mit + 150 Volt Gleichstrom verbunden. Die niedere Spannung, z. B. + 75 Volt, wird bei der kleinen Frequenz, z. B. 12OkHz, verwendet. Wenn das Potential im Punkte A über 0 Volt ansteigt, dann fließt von der Verbindungsstelle A Strom über die Diode 13 nach der Verbindungsstelle B. Dies führt zu einem Potentialansteigen im \^erbindungspunkt B.

Der Verbindungspun'kt C wird durch die Diodenwirkung des positiven Gitters der leitenden Triode 19 am Potentialanstieg gehindert, so daß eine Aufladung am Kondensator 16 eintritt. Der Verbindungspunkt D liegt auf + 40 Volt, da die Triode 19 leitend ist und diese die Triode 24 gesperrt hält. Der Anodenausgang der Triode 24 hat daher ein Potential von + 150 Volt. Dieser Anfangszustand entspricht in Fig. 2 dem Anfang der dargestellten Wellenform.

Der erste Synchronisierimpuls reduziert in den Verbindungspunkten A und B das Potential von + 30 auf OVoIt. Der negativ verlaufende Impuls an der Stelle B wird über den Kopplungskondensator 16 auf den Verbindungspunkt C übertragen. Dieser sperrt die Triode 19, so daß das Potential im Punkte D steil auf + 150VoIt anwächst. Dieser positiv verlaufende Impuls fließt über den Überbrüekungskondensator 23 auf das Steuergitter der Triode 24 und macht sie leitend. Aus dieser Reihe von Ereignissen resultiert ein scharfer Abfall des Ausgangspotentials von +150 auf +50VoIt. Nach etwa einer Mikroeekunde (im Falle der 250 kHz) steigt das Potential des Punktes C auf eine Höhe, wo die Leitfähigkeit in der Eingangstriode 19 beginnt und der Verbindungspunkt die ursprüngliche Potentialhöhe von + 40 Volt wieder annimmt. Dieser negativ verlaufende Impuls sperrt die Ausgangstriode 24, womit das Ausgangspotential auf + 150 Volt anwächst. Dies vervollständigt im Ausgang den negativen Impuls, der eine binäre Eins als Folge des binären »0«-Eingangs (Anfangszustand) darstellt.

Genau nach dem Beginn des ersten Synchronisierimpulses tritt am Eingangskreis ein von + 30 auf — 30 Volt verlaufender Impuls auf. Dieser Impuls stellt eine binäre Eingangs »1« dar. Vom Verbindungspunkt A zum Eingang fließt Strom, so daß das Potential im Verbiimdungspunkt A auf —30 Volt fällt.

Der Verbindungspunkt B ist von der Spannungsänderung von 0 auf —30 Volt im Punkte A durch die Umpolung an der Diode 13, welche A und B verbindet, losgelöst. Am Ende des Eingangsimpulses steigt das Eingangspotential auf + 30 Volt, und der Verbindungspunkt A ist jetzt frei, sein Potential zu steigern, wenn über den Widerstand 11 aus der Stromquelle + 150 Volt Strom fließt. Die Zeitkonstante ist derart, daß das Potential bei A gerade vor dem zweiten Synchronisierimpuls auf Null steigen wird. Aus diesem zweiten Synchronisierimpuls resultiert keine Ausgangsspannung, da die Spannung bei B zu diesem Zeitpunkt keine Änderung erfährt. Als Ergebnis des Einganges der binären »1« ist eine binäre »0« im Ausgang während des vorherigen Synchronisierimpulses vorhanden.

Da während des zweiten Synchronisierimpulses "der; Eingang eine binäre »0« enthält, erhöht A sein Potential auf +30VoIt, und der dritte Synchronisierimpuls erzeugt einen negativen Impuls, der eine binäre »1« darstellt, wie oben beschrieben wurde. Diese Wirkung setzt sich mit jedem folgenden Synchronisierimpuls fort, und im Ausgang erscheint ein Muster von Impulsen als Komplement des Eingangsimpulsmusters, jedoch um eine Bitzeit merklich verzögert. Es sei bemerkt, daß für einen binären Eingang von 000111011010 das um eine Bitzeit verzögerte Komplement im Ausgang 1110001001010 ist.

Das komplementäre Ausgangsmuster wird im Punkte C erzeugt. Die Trioden 19 und 24 und ihre zugehörigen Schaltungsteile dienen nur der Verstärkung und der Formung des Ausgatigsimpulses. Es sind dafür auch alle anderen Ausgangsvorrichtungen möglich, z. B. würde eine von D aus über einen Teiler betriebene Kathodenverstärkerstufe positiv verlaufende Impulse bei irgendeinem Potentialpegel erzeugen. Irgendein Spannungsverstärker könnte im Punkte C verwendet werden, z. B. ein Transistorverstärker.

Während die bisher dargestellte und beschriebene Erfindung für die Aufnahme negativer Eingangsimpulse eingerichtet ist, ist es natürlich bei einer geringfügigen Umkehrung der Schaltungsteile auch möglich, mit positiven Impulsen zu arbeiten. Für die Annahme einer Kette positiver Impulse ist es jedoch für die verzögerte Komplementbildung notwendig, die Polarität der für die Ladung des Kondensators benötigten Gleichspannung zu ändern, die Anoden- und Kathodenanschlüsse der Dioden 12, 13 und 14 umzukehren und positive Synchronisierimpulse vorzusehen.

Um den Punkt C potentialmäßig festzuhalten, d. h. damit das Potential im Punkte C nicht den Potentialen von A und B folgt, wenn diese von 0 auf —30VoIt fallen, ist es notwendig, eine Diode vorzusehen, deren Kathode mit der Stelle C und deren Anode mit deren negativem Pol einer Gleichstromquelle verbunden ist, die ein Zwisdhenpotential von —15 Volt hat.

Die Erfindung soll nicht beschränkt sein auf die angeführten Arbeitsfrequenzen. Es können auch niedere oder höhere Frequenzen bzw. niedere oder höhere Be-

*5 zugsspannungen benutzt werden. Außerdem könnte auch die beispielsweise erwähnte Bezugsspannung von + 150 Volt konstant gehalten werden, wenn der Kapazitätswert des Kondensators 10 für verschiedene Frequenzen geändert würde. Wenn die Frequenz zunimmt, ist der Wert für die Kapazität des Kondensators 10 kleiner und umgekehrt. Dasselbe gilt für den Widerstand 11. Es ist auch möglich, beide, sowohl den Widerstandll als auch die Kapazität des Kondensators 10, zu variieren, solange die Eigenzeitkonstante für eine gegebene Frequenz bestimmt ist.

Es wurde bereits oben bemerkt, daß die Anordnung nach der Erfindung eine erste Impulsreihe aus einem Abschnitt einer Rechenanlage aufnehmen und mit dem Komplement hierfür, das um eine Bitzeit verzögert ist, einen Addierer versorgen kann. Dieser Addierer kann vom binären Typ sein. Eine zweite Reihe von Impulsen aus einem anderen Abschnitt der Rechenanlage ist über ein Verzögerungsglied, das mit der vorliegenden komplementären Verzögerungseinheit synchronisiert ist, mit dem Addierer verbunden. Danach bildet der Ausgangswert des Addierers die Differenz zwischen der ersten und zweiten Impulsreihe. Als Verzögerungseinheit können an sich bekannte Anordnungen verwendet werden. Es ist auch möglich, einen binären Multiplikator an Stelle eines

binären Addierers einzusetzen' und den Quotienten der ersten und zweiten Impulsreihe zu liefern.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Bildung des verzögerten Komplements von Signalimpulsfolgen, insbesondere für elektrische Rechenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß Signalimpulse über einen Gleichrichter (12) und in gleicher Richtung wirkende Synchronisierimpulse geringerer Amplitude mit gleichem Bezugsniveau über zwei gleichsinnig hinteieinainideirgesichailtete, in einem Punkt (-S) verbundene Gleichrichter (13, 14) einen in den Impulspausen auf die Synchronisierspannung aufgeladenen Kondensator (10), der mit seinem anderen Pol an fester Spannung liegt, entladen, und daß die im Verbindungspunkt (B) auftretende Spannung, die entsprechend dem Amplitudenverhältnis von Signal- und Synchronisierimpulsen mit einer diesem Verhältnis entsprechenden Verzögerung nach den jeweils letzten Signalimpulsen der Signalimpulsgruppen entsteht, einem Differenzierglied (16, 17) zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (16, 17) aus einem Kondensator (16) und einem Widerstand (17) gebildet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kondensator (10) zugeführte Spannung einer Spannungsquelle (+75VoIt, +150VoIt) in ihrer Höhe der Synchronisier-Impulsfolgefrequenz angepaßt ist, indem bei höherer Frequenz eine höhere Spannung verwendet wird.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des Zeitkreises (10, 11) bei konstanter Betriebsspannung der jeweiligen Impulsfolgefrequenz angepaßt werden.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenziergliedes (16, 17) mit dem Eingang eines Impulsformers (19, 24) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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