DE1122748B - Rechenmaschinen zur Durchfuehrung von Rechenvorschriften, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken - Google Patents

Description

Es sind programmgesteuerte Rechenmaschinen bekannt, welche umfangreiche Zahlenrechnungen nach einem vorgeschriebenen Programm selbsttätig durchrechnen. Trotz erheblicher Steigerung der Rechengeschwindigkeit durch Einsatz elektronischer Bauelemente steigen die Anforderungen an derartige Geräte laufend. So ist z. B. bei der numerischen Durchrechnung partieller Differentialgleichungen der zu bewältigende Aufwand an Zahlenmaterial so groß, daß nur sehr schnelle elektronische Rechenmaschinen derartigen Aufgaben gewachsen sind. Zur Beschleunigung der Rechenprozesse ist es schon bekanntgeworden, Rechenmaschinen mit zwei oder mehr arithmetischen Rechenwerken auszustatten, um mehrere arithmetische Prozesse simultan ablaufen zu lassen. Als weiteres Mittel zur Beschleunigung der Rechenprozesse sind programmierungstechnische Mittel, die sogenannte Bestzeitprogrammierung (minimum access programming) bekannt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Rechenvorschriften durchzuführen, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken. Unter einem Feld ist hierbei eine Wertemenge verstanden, die in einer im allgemeinen zweidimensionalen gitterartigen Anordnung vorliegt.

Bei der Erfindung wird von einem umlaufenden Speicher zur Speicherung der Feldwerte mehrerer Felder Gebrauch gemacht, der mit Ablese- und Einschreibelementen zum Ablesen und Einschreiben der Feldwerte in geordneter Folge ausgestattet ist. Eine Spezialrechenmaschine zur Lösung von gewissen Differentialgleichungen ist unter dem Namen DINA bereits bekanntgeworden. Darin sind die Feldwerte wie bei der Erfindung auf einer Magnettrommel in topologischer Abbildung der Felder angeordnet, jedoch ist keine äußere Programmsteuerung vorgesehen, vielmehr sind die Programmfolgen zur Lösung z. B. der Laplaceschen Differentialgleichung und verwandten Differentialgleichungen fest in der Maschine verdrahtet.

Gemäß der Erfindung ist eine Rechenmaschine mit einem Rechenwerk zur Durchführung von Rechenvorschriften, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken und mit einem umlaufenden Speicher zur Speicherung der Feldwerte mehrerer Felder und mit Ablese- und Einschreibelementen zum Ablesen und Einschreiben der Feldwerte in geordneter Folge dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung von befehlsfolgegesteuerten Rechenvorschriften, welche Operationsbefehle (Feld-Operationsbefehle), die die Anwendung der gleichen Einzeloperation auf sämtliche Feldwerte eines Feldes Rechenmaschinen zur Durchführung von

Rechenvorschriften, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken

Anmelder:
Zuse K. G., Bad Hersfeld, Wehneberger Str. 4

Dr. Konrad Zuse, Hünfeld,
ist als Erfinder genannt worden

bzw. auf sämtliche Paare einander zugeordneter Feldwerte zweier Felder darstellen, die den Spuren des umlaufenden Speichers fest zugeordneten Ablese- und Einschreibelemente zu den einzelnen Feldern zugeordneten Gruppen zusammengefaßt sind und das Auswahl- und Steuermittel vorgesehen sind, welche das Ablesen bzw. Einschreiben sämtlicher Feldwerte eines Feldes in geordneter Folge während eines Speicherumlaufs gestatten und die Ablese- und Einschreibelemente auf entsprechenden Speicherspuren verschiedener Felder zugeordnete, mit dem Rechenwerk verbundene Übertragungsleitungen schalten. Die Erfindung ist mit Erfolg auf alle Fälle anwendbar, bei denen die zu verarbeitenden Werte feldartig angeordnet werden können.

An Stelle der arithmetischen Operationen mit Einzelwerten, wie Addition, Subtraktion, Multiplikation usw., treten jetzt die entsprechenden Feldoperationen.

Hierbei sind z. B. folgende Operationen möglich:

1. Operationen mit einem Feld,

a) Verdoppelung, Halbierung oder Negierung aller Feldwerte,

b) Verschiebung aller Werte in Zeilenrichtung bzw. in Spaltenrichtung,

c) Bildung der Differenz zwischen den Feldwerten benachbarter Gitterpunkte.

2. Operationen mit zwei Feldern.

a) Addition bzw. Subtraktion zweier Felder,

b) Multiplikation zweier Felder.

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3. Operationen zwischen einem Feld und einer Konstanten.

a) Addition einer Konstanten zu jedem Feldwert,

b) Multiplikation aller Feldwerte mit einer Konstanten. S

4. Operationen, die sich auf einzelne Zeilen, bzw. Spalten eines Feldes erstrecken.

a) Das Nachschieben von Randwerten bei Feldverschiebungen,

b) das Korrigieren von Randwerten auf Grund der Randbedingungen.

5. Operationen mit einzelnen Werten eines Feldes. Nachfolgend soll nun eine Ausführungsform der

Erfindung unter Verwendung an sich bekannter Bauteile beschrieben werden, welche geeignet ist, die oben angeführten Operationen besonders günstig durchzuführen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die angeführte Technik beschränkt, sondern kann auch mit anderen konstruktiven Mitteln durchgeführt werden.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 a bis lh die verwendeten Symbole, und zwar

Fig. la eine Speichertrommel mit Ablese- bzw. Schreibköpfen K. Zugehörige Verstärker usw. sind fortgelassen,

Fig. Ib zwei Stromtore, von denen das Unke öffnet, das rechte sperrt, wenn ein Impuls an den steuernden Pol st gelegt wird,

Fig. 1 c ein Verzögerungsglied, welches eine durchlaufende Impulsfolge (z. B. Zahl) um ein Bit verzögert, d. h. zum Beispiel um die Zeitdiflerenz zweier aufeinanderfolgender Dualziffern,

Fig. 1 d ein Verzögerungsglied entsprechend Fig. 1 c, jedoch mit mehrerer Bitverzögerung,

Fig. 1 e ein Serienaddierwerk, Fig. 1 f ein Negationswerk (Komplementbildung),

Fig. 1 g einen Flip-Flop,

Fig. 1 h eine Wahlschaltung z. B. Pyramidenschaltung zur Auswahl von Trommelspuren;

Fig. 2 zeigt ein Blockschema der Gesamtmaschine. Hierin bedeutet Pg das Programmwerk, Mr das Multiplikatorwerk, Rw das Rechenwerk, Sp das Speicherwerk, Nr eine zusätzliche normale programmgesteuerte Rechenmaschine;

Fig. 3 zeigt das Programmwerk Pg im einzelnen; Fig. 4 zeigt das Rechenwerk Rw im einzelnen;

Fig. 5 zeigt das MultiplikatorwerkMr im einzelnen;

Fig. 6 zeigt die Aufteilung der Feldwerte auf der Abwicklung der Speichertrommeloberfläche;

Fig. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele für die Anordnung der Magnetköpfe auf der Trommel T 3 des Rechenwerkes Rw;

Fig. 9 zeigt das Speicherwerk Sp mit zugehöriger Auswähleinrichtung

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist nur in vereinfachter Form für Felder mit 5-5 Gitterpunkten gezeichnet. Selbstverständlich werden in der Praxis umfangreichere Gitter gebraucht; jedoch kann das Grundprinzip an der vereinfachten Form ausreichend demonstriert werden.

Fig. 2 zeigt den eigentlichen Kern der Rechenmaschine, bestehend aus dem Speicherwerk Sp, dem Rechenwerk Rw, dem Multiplikatorwerk Mr und dem Speicherwerk Sp, in Form einer oder mehrerer magnetischer Trommeln. Hierzu kommt ein Programmwerk Pg, für welches an sich bewährte Formen genommen werden können. Ferner ist es vorteilhaft, das Gerät durch eine normale kleine programmgesteuerte Rechenmaschine Nr zu ergänzen, um leicht außerhalb der eigentlichen Feldrechnung hegende Operationen durchführen zu können.

In Fig. 2 bedeuten die stark ausgezogenen Verbindungslinien jeweils die Zusammenfassung der parallelen Leitungen für die Feldübertragungen. Zum Verständnis des Verteilerschemas seien erst das Programmwerk Pg, das Rechenwerk Rw und das Multiplikatorwerk Mr im einzelnen besprochen.

Die Aufteilung der Zahlen und ihre Speicherung auf der Trommeloberfläche geht aus Fig. 6 hervor. Den einzelnen Feldern I, II, III... sind je fünf Spuren 1 bis 5, 6 bis 10 und 11 bis 15 mit je fünf Sektoren zugeordnet. Die Anordnung der Werte auf der Trommel entspricht somit topologisch der Anordnung der Gitterpunkte innerhalb der Felder. Diese Anordnung bringt besondere Vorteile mit sich; jedoch ist das Grundprinzip auch auf andere Anordnungen anwendbar. Die Zahlen selbst sind dabei in üblicher Seriendarstellung auf den Umfang einer Spur untergebracht. Sämtliche Felder können auf einer großen Trommel bzw. auf mehreren synchronisierten Trommeln untergebracht werden.

Die Auswähleinrichtung für die einzelnen Spuren zeigt Fig. 9. Entsprechend den fünf Spalten eines Feldes sind fünf Ableseleitungen spl vorgesehen, welche über fünf WahlpyramidenFwI bis FwS jeweils über die Köpfe Kl mit den fünf Spuren des ausgewählten Feldes I, II oder III verbunden werden. Während einer Trommelumdrehung kann ein ganzes Feld über die Leitungen spl auf andere Teile der Rechenmaschine übertragen werden. Hierbei werden die Zeilen des Feldes parallel und die Spalten in Serie abgelesen.

Fig. 4 zeigt das Rechenwerk. Es besteht aus einer Trommel bzw. einem Trommelteil Tr 3, welcher ein volles Feld aufnehmen kann, aus einer Reihe von Schreibköpfen Kl, drei Reihen von Ableseköpfen K3, KA, KS, den AbleseverteilernZv und Sv, den Verzögerungsgliedern Vgl, Vgl, den Negationsgliedern Neg, den Additionswerken Ad und der Überlaufmeldeeinrichtung Um.

Die Trommel Tr 3 dient der Aufnahme des jeweils zu behandelnden Feldes. Es ist ein Kreislauf von den Ableseköpfen K3, KA, KS über die Organe des Rechenwerkes und die Schreibköpfe Kl möglich. Normalerweise werden die Ableseköpfe K 4 benutzt, wobei der Kreislauf ohne Verschiebung stattfindet. Die Ablesekopf reihen K 3 und K 5 sind um eine Sektorlänge gegen die mittlere Reihe vor- bzw. zurückversetzt. Dies bewirkt eine Verschiebung der Zeilen des gesamten Feldes um eine Zeile vor bzw. zurück. Dies kann über Steuerglieder Zv an den Polen z + 1, zo, z — l beliebig kommandiert werden. Eine entsprechende Verschiebung der Spalten des Gesamtfeldes ist über Glieder Sv möglich, welche an den Polen si, so, sr eingestellt werden kann. Von diesen Ableseelementen gelangen die Werte über Verzögerungselemente Vgl, Vgl und die Negationsglieder Neg zu den Additionswerken A d. Durch die Glieder FgI und Vgl können die Ziffernfolgen der Werte innerhalb der Zahl um ein bzw. zwei Bit verschoben werden. Dimensioniert man den Kreislauf so, daß bei ein Bit Verzögerung durch Versetzen der Köpfe diese Verzögerung wieder ausgeglichen wird, so kann man Vor- und Rücksetzungen um jeweils ein Bit durch die Glieder Vgl und Vgl bewirken. Dies entspricht der Verdoppelung bzw. Halbierung jedes einzelnen

Wertes des Gesamtfeldes. Über die Negationsglieder N eg können in üblicher Weise die Zahlen als Komplemente in die Additionswerke Ad gegeben werden. Die Additionswerke haben zwei Eingänge. Einmal von der Trommel des Rechenwerkes Γ 3 und zum anderen über die Leitungen rw 2 vom Speicherwerk her. Das Rechenwerk entspricht somit dem Akkumulator bei üblichen programmgesteuerten Rechenmaschinen, wobei vom Speicher her jeweils ein ganzes Feld zu dem im Rechenwerk stehenden Feld hinzuaddiert ίο oder subtrahiert werden kann.

Auf diese Weise sind die oben unter 1, a), b), c) und 2, a) angeführten Operationen durchführbar. Zur Durchführung der Multiplikation sind verschiedene Wege möglich, von denen hier eine besonders vorteilhafte Form beschrieben werden möge.

Wie bei der einzelnen Multiplikation zweier Zahlen der Gesamtvorgang in einzelne Vorgänge zerlegt werden kann, welche jeweils eine Addition enthalten, so kann auch bei der Multiplikation zweier Felder, d. h. der Multiplikation der Gitterpunkte des einen Feldes mit den zugeordneten Gitterpunkten des anderen Feldes der Gesamtvorgang in einzelne Teilvorgänge zerlegt werden, wobei jeder Teilvorgang einer bestimmten Stelle (im Beispiel Dualstelle) zugeordnet ist. Es werden dabei so viel Umläufe der Trommel benötigt, wie die benutzten Zahlen Dualziffern aufweisen. Es werden also nicht wie üblich, die Multiplikationen einzeln nacheinander durchgeführt, sondern die Teilvorgänge der Multiplikation werden jeweils auf das gesamte Feld erstreckt und dann diese nacheinander durchgeführt. Es werden also sämtliche Multiplikationen zugleich begonnen und sind nach Durchführung des letzten Teilvorganges zugleich abgeschlossen.

Die Vorgänge seien im einzelnen an Hand der Fig. 5 erläutert, welche das Multiplikatorwerk Mr der Fig. 2 im einzelnen darstellt. Es enthält zunächst eine Trommel bzw. einen Trommelteil Tr 2. Diese dient der Aufnahme des Multiplikatorfeldes, welches über die Anschlüsse mrl vom Speicherwerk her eingegeben werden kann. Ferner sind die Zählwerke ZwI und Zw2 vorgesehen. ZwI wird bei jeder Trommelumdrehung durch den Impuls C um 1 weitergeschaltet. Zw 2 wird bei jedem Sektoranfang über einen Sektorimpuls S auf 0 gestellt und zählt dann bei jeder Dualstelle um 1 weiter. Eine Koinzidenzeinrichtung meldet über die Leitung / die Übereinstimmung der beiden Zählwerke. In diesem Moment werden auf sämtlichen Spuren die gerade über die Ableseköpfe laufenden Dualziffern der Multiplikatoren auf die Flip-Flop-Gruppe FIl gegeben, welche diese bis zum Ende des Sektors aufnimmt und sie bei Sektorwechsel über die Sektorenimpulse 'S, S, S' auf die Flip-Flop-Gruppe Fl 2 weiterleitet. Diese wiederum steuert über Leitungen mr 2 die Übertragung des aus dem Speicherwerk über die Leitungen rw2 kommenden Multiplikanden auf die Additionswerke (Fig. 4). Das Rechenwerk nimmt dabei das Aufbaufeld des Produktes auf, wobei das Feld einen Kreislauf über die Trommel ausführt und die Zahlen in sich jeweils um eine Dualstelle abwärts verschoben werden.

Damit sind die wichtigsten Operationen entsprechend den Ziffern 1, a), b), c) und 2, a), b) der in der Einleitung gegebenen Übersicht besprochen.

Um die Operationen 3, a) und b) der Übersicht (Addition einer Konstanten bzw. Multiplikation des gesamten Feldes mit einer Konstanten) durchführen zu können, ist es erforderlich, auf die aus dem Speicherwerk kommenden Leitungen sp 1 in jeder Spalte und in jedem Sektor die gleiche Zahl zu übertragen. Dies geschieht über Glieder Vg3, Ke und wl (Fig. 9). Die eingegebene Konstante kreist dabei über ein Schieberegister oder eine Verzögerungsstrecke Vg 3, so daß sie sich bei jedem Sektor wiederholt. Sie kann über Stromtore Ke in die Ableseleitungen des Speicherwerks gegeben werden.

Um die Operationen 4, a) und b) der Übersicht durchführen zu können, müssen einzelne Spalten bzw. Zeilen des bzw. der Felder isoliert behandelt werden können. Dies erfolgt über Glieder Sk und Sw (s. Fig. 9) und die vom Programm her gesteuerten Pole w 2, w 3, w4, w 5. In die Übertragungsleitungen zum bzw. vom Speicherwerk sind Stromtore St 1 gelegt, welche normalerweise über w2, w4 und die Gleichrichter G/ so geschaltet sind, daß sie die Verbindungen spl freigeben. Diese Freigabe kann jedoch über Pole w2 bzw. w4 unterbrochen werden. Wird bei w 2 unterbrochen, so können die Stromtore SpI nur über das Sektorkoinzidenzwerk Sk freigegeben werden. An diesem kann bei w3 vom Programmwerk her die gewünschte Zeile bzw. der gewünschte Sektor eingestellt werden. Das Werk Sk enthält ein Zählwerk, welches bei jeder Umdrehung über den Impuls C auf 0 gestellt wird und bei jedem Sektor über einen Sektorimpuls 5 weitergeschaltet wird. Nur bei Übereinstimmung des Zählerstandes mit der bei w3 eingestellten Zahl wird die Verbindung freigegeben. Hierdurch wird bewirkt, daß außer der eingestellten Zeile alle anderen bei der Übertragung unterdrückt werden.

Entsprechendes gilt bei der Einschaltung von w4.

Die Stromtore Sf können dann nur über die Wahlpyramide Sw freigegeben werden, wobei lediglich eine der Leitungen spl freigegeben wird. Dies entspricht der Auswahl einer einzelnen Spalte des Feldes. Werden sowohl Zeilenauswahl als auch Spaltenauswahl eingeschaltet, so können entsprechend Ziffer 5 der Übersicht Operationen mit einzelnen Werten des Feldes durchgeführt werden.

Es empfiehlt sich, auch die aus den Additionswerken des Rechenwerkes herauslaufenden Leitungen rw 3 über Stromtore St 2 laufen zu lassen, welche parallel mit den Stromtoren Si 1 über die Leitungen rw 4 (s. Fig. 2, 4) gesteuert werden. Es können somit aus dem Rechenwerk herauslaufende Felder ebenfalls nach Zeilen und Spalten und Einzelwerten begrenzt werden.

Mit Hilfe dieser Begrenzungen ist es auch möglich, einzelne Werte über Vg 3 und Ke an jeder beliebigen Stelle eines Feldes zu speichern bzw. einzelne Zeilen und Spalten mit einer Konstanten zu belegen. Über sp2 ist somit der Anschluß des Gerätes an eine normale programmgesteuerte Rechenmaschine möglich. Umgekehrt kann durch die Glieder Su bei Auswahl einer bestimmten Spalte durch Sw diese auf eine Trommelspur Tr 4 gegeben werden, von wo sie in bekannter Weise vom normalen Rechenwerk Nr weiterverarbeitet werden kann.

Nunmehr kann das Programmwerk Pg besprochen werden (s. Fig. 3).

Zunächst hat man zur Steuerung der Zeilenabläufe innerhalb des gesamten Gerätes mehrere Takttrommelspuren Trt, welche in bekannter Weise bei jeder Trommelumdrehung einen Impuls C, bei jedem

Sektor den Impuls 5 und bei jeder Dualziffer den Impuls B erzeugen. Durch die Impulse C und 5 wird der Sektorzähler 5z gesteuert, welcher jeweils die Position der Trommel angibt.

Das Programm selbst sei auf der Trommel bzw. im Trommelteil Tro gespeichert, von wo aus es in bekannter Weise über einen Befehlszähler Pz abgelesen werden kann. Ein Impuls pzl bewirkt die Übertragung eines Befehls von Tro auf Ba bzw. Bb, wobei anschließend der Zähler Pz um einen Schritt weitergeschaltet wird. Normalerweise gehen die Befehle zunächst nach Ba, wo sie bis zum Ende der Trommelumdrehung in Bereitschaft liegen, um dann im allgemeinen beim Impuls C auf Bc übertragen zu werden. Bc ist der eigentliche Befehlsträger, von dem aus an die verschiedenen Teile des Gerätes die Steuerungseinstellungen gegeben werden. Dieser normale Ablauf ist jetzt folgenden Abwandlungen unterworfen: Bei der Multiplikation muß der Befehl mehrere Trommelumdrehungen lang stehenbleiben, bis alle Ziffern des Multiplikatorfeldes berücksichtigt sind. In diesem Falle wird über eine Stelle bc 2, die bei Multiplikation geschaltet ist, bewirkt, daß der Impulswechsel nicht über C, sondern erst über den Impuls m erfolgt, welcher vom Multiplikatorwerk Mr (Fig. 5) gegeben wird.

Bei bedingten Befehlen wird durch eine Leitung bal bewirkt, daß anschließend sofort der folgende Befehl auf Bb übertragen wird. Es liegen dann bei der Übertragung auf Bc zwei Alternativbefehle bereit, welche durch eine Bedingungsleitung q ausgewählt werden können. Da es sich bei der oben beschriebenen Maschine um Feldrechnungen handelt, muß die Bedingung auch im allgemeinen ein ganzes Feld betreffen. Im Ausführungsbeispiel wird q in dem Falle geschaltet (Fig. 4), daß irgendein Wert des Feldes den Stellenbereich überschreitet.

Es ist ferner noch darauf zu achten, daß bei Verschiebungsoperationen in Spaltenrichtung bei Schaltungen von z+1 (Fig. 4) im letzten Sektor keine Übertragung stattfinden darf und bei Schaltung von ζ — 1 im ersten Spiel, da sonst Übertragungen von der ersten Zeile auf die letzte Zeile des Feldes und umgekehrt stattfinden könnten. Das wird durch den Sektoranalysator Sa bewirkt, deT über sal im Falle z — l und über ία 2 im Falle z+1 die Wirkung des Befehlsregisters Bc unterbindet.

Bei der Trommel Tr 3 des Rechenwerkes (Fig. 4, 7, 8) müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um die Einschreib- und Ablesevorgänge phasengerecht durchzuführen. Wenn ein Wert über die Verzögerungsglieder Vgl und Vgl und die Additionswerke Ad läuft, so erfährt er hierbei eine Verzögerung von einer bis zwei Dualstellen. Um denselben Wert in verarbeiteter Form wieder auf die Trommel aufzubringen, wäre es erforderlich, ihn um eine bis zwei Dualstellen verschoben, unmittelbar neben den Ableseköpfen K 4 wieder einzuschreiben. Da dies technisch schwierig durchzuführen ist, empfiehlt es sich, den Abstand der Schreibköpfe Kl von den Leseköpfen KA etwas größer zu machen und dafür in die Zuleitung zu den Köpfen K 2 noch eine Verzögerungsstrecke einzubauen (Fig. 7).

Eine andere Lösung ist folgende: Man gibt der Trommel Γ 3 den doppelten Durchmesser und die halben Tourenzahl gegenüber der bzw. den anderen Trommeln. Ein Feld nimmt jetzt nur einen halben Trommelumlauf in Anspruch, und die Schreibköpfe Kl können mit beliebiger Versetzung etwa gegenüber den Leseköpfen K 4 angebracht werden. Es ist hierbei nicht nötig, genau das Verhältnis 1:2 für den Trommelumfang und Zahl einzuhalten. Auch andere Verhältnisse sind möglich (Fig. 8). Schließlich ist noch folgende Lösung möglich:

Man gibt auch den übrigen Speichertrommeln den doppelten Durchmesser und läßt sie synchron mit einer Trommel entsprechend Fig. 8 laufen. Es können dann in dem normalen Speicherwerk auf jeder Gruppe von zusammengehörenden Spuren zwei Felder gespeichert werden. Die Methode hat außerdem den Vorteil größerer Speicherkapazität. Jedoch ist nicht jedes Feld sofort zugriffsbereit.

Claims (50)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Rechenmaschine mit einem Rechenwerk zur Durchführung von Rechenvorschriften, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken, und mit einem umlaufenden Speicher zur Speicherung der Feldwerte mehrerer Felder und mit Ablese- und Einschreibelementen zum Ablesen und Einschreiben der Feldwerte in geordneter Folge, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung von befehlsfolgegesteuerten Rechenvorschriften, welche Operationsbefehle enthalten (Feldoperationsbefehle), die die Anwendung der gleichen Einzeloperation auf sämtliche Feldwerte eines Feldes bzw. auf sämtliche Paare einander zugeordneter Feldwerte zweier Felder darstellen, die den Spuren des umlaufenden Speichers (Tl) fest zugeordneten Ablese- und Einschreibelemente (K 1) zu den einzelnen Feldern zugeordneten Gruppen zusammengefaßt sind und daß Auswahl- (Wl) und Steuermittel (FwI, Fw 2.. .) vorgesehen sind, welche das Ablesen bzw. Einschreiben sämtlicher Feldwerte eines Feldes in geordneter Folge während eines Speicherumlaufs gestatteten und die Ablese- und Einschreibelemente (Kl) auf entsprechenden Speicherspuren verschiedener Felder zugeordnete, mit dem Rechenwerk (Rw) verbundene Übertragungsleitungen (5p 1) schalten.

2. Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Feldoperation bildenden Einzeloperationen in einem gemeinsamen Rechenwerk hintereinander durchgeführt werden.

3. Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Feldoperation bildenden Einzeloperationen parallel in mehreren Rechenwerken gleichzeitig durchgeführt werden.

4. Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Feldoperation bildenden Einzeloperationen teils hintereinander im gleichen Rechenwerk, teils gleichzeitig in parallelen Rechenwerken durchgeführt werden.

5. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Feld gehörenden Einzelwerte im Speicherwerk so angeordnet sind, daß sie hintereinander bzw. parallel bzw. sowohl hintereinander als auch parallel in einem Ablese- bzw. Speichervorgang aus dem Speicherwerk abgelesen bzw. in das Speicherwerk hineingegeben werden können und daß topologisch benachbarte Werte zeitlich unmittelbar

hintereinander übertragen bzw. gleichzeitig auf nebeneinanderliegende Glieder gegeben werden.

6. Rechenmaschine nach Anspruch 1, 4 und 5, , dadurch gekennzeichnet, daß in den Übertragungsvorrichtungen und Rechenwerken, die zu einer Zeile des Feldes gehörenden Einzelwerte gleichzeitig in parallelen Vorrichtungen, die zu einer Spalte des Feldes gehörenden Einzelwerte jedoch hintereinander bearbeitet werden.

7. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung eine periodisch arbeitende Vorrichtung dient, welche in regelmäßigen Abständen die die eigentliche Speicherung tragenden Teile (Speicherträger) mit Speicher bzw. Ablesegliedern in Verbindung bringt, vorzugsweise so, daß während einer Arbeitsperiode jedes Einzelelement des Speicherträgers einmal von den Einschreib- bzw. Ablesegliedern her zugänglich ist.

8. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherträger ein rotierendes Bauglied, vorzugsweise eine Magnettrommel bekannter Bauart dient.

9. Speicherträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung der Werte eine Feldes auf der Speichereinrichtung (Trommel) topologisch der Zuordnung der einzelnen Werte innerhalb des Feldes entspricht (Fig. 6).

10. Speicherträger nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Arbeitsperiode eine ganzzahlige Anzahl von Feldern, vorzugsweise genau ein Feld mit den Speicher- bzw. Ableseeinrichtungen in Verbindung tritt.

11. Speicherwerk nach Anspruch 7 bis 10 in Trommelausführung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spalte eines Feldes eine oder mehrere Trommelspuren und jeder Zeile eines Feldes auf der Trommelspur nebeneinanderliegende Werte zugeordnet sind und die Werte einer Spalte hintereinander über die gleichen Speicher bzw. Ableseglieder übertragen werden, während die Werte einer Zeile auf parallelen Speicher bzw. Ablesegliedern übertragen werden.

12. Speicherwerk nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte einer Spalte auf einer Trommelspur in Seriendarstellung aufgebracht werden.

13. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen in verschiedene Teile aufgeteilt sind, welche verschiedenen zu speichernden Wertefeldern entsprechen, wobei die Verbindung mit den einzelnen Feldern hintereinander über gleiche oder gleichzeitig über parallele Einrichtungen erfolgt.

14. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um Verschiebungen der Werte innerhalb der Felder derartig vorzunehmen, daß Platzvertauschungen der Speicherinhalte eines Feldes vorgenommen werden, wobei entweder die Zeilen des Feldes auf die Plätze der jeweiligen Nachbarzeilen bzw. die Spalten des Feldes auf die Plätze der jeweiligen Nachbarspalte übertragen werden bzw. diese beiden Operationen gleichzeitig durchgeführt werden.

15. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 13 bei Anordnung der Felder entsprechend Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung bzw. Vertauschung der Spalten in Zeilenrichtung durch entsprechende Umschaltung an den Verbindungsleitungen zwischen den für eine Zeile parallelen Ablese- und Speichereinrichtungen erfolgt (Zv in Fig. 4).

16. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 13 bei Anordnung der Felder entsprechend Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung bzw. Vertauschung der Zeilen in Spaltenrichtung durch Verzögerungslinien bzw. besonders versetzte Speicher- bzw. Ableseeinrichtungen (Magnetköpfe) erfolgt (Sv in Fig. 4).

17. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verschiebung der Feldwerte in einer gesonderten Vorrichtung (Rechenwerk Rw) untergebracht sind, welcher ein gesonderter Teil des Speicherwerkes (Tr3) zugeordnet ist (Fig. 4).

18. Rechenwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es Ablesevorrichtungen aus dem Speicherwerk enthält, welche es gestatten, die Feldwerte einmal in der normalen Zeilenanordnung (KA), ein andermal um eine Zeile in der einen Richtung (K 3) und schließlich um eine Zeile in der anderen Richtung (K 5) abzulesen, und daß Speichervorrichtungen (KZ) vorgesehen sind, welche die Feldwerte bei Ablesung über unversetzt arbeitende Ableseglieder (K 4) wieder unversetzt in das Speicherwerk geben (Fig. 4).

19. Rechenwerk nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ablese- und den Speichergliedern die Elemente zur Auswahl der Ableseglieder (Zv) bzw. Vertauschung derselben (Sv) bzw. rechnerischen Behandlung der einzelnen Werte (Vgl, Vgl, Neg, Ad) liegen (Fig. 4).

20. Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur rechnerischen Behandlung entsprechend der spaltenweisen Anordnung der Feldwerte spaltenweise geordnet sind und jede Spalte die gleichen Elemente enthält (Fig. 4).

21. Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spalte Glieder zur Verdoppelung, Halbierung und Negation zugeordnet sind (FgI, Vg2, Neg in Fig. 4).

22. Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdoppelung bzw. Halbierung durch in die Übertragungsleitungen eingebaute Verzögerungsglieder (Vgl, Vgl) bewirkt wird, wobei bei normalem Durchlauf der Werte von den niederen zu den höheren Stellen die Werte um den Zeilenabstand einer Dualziffer verzögert werden, während sie bei Verdoppelung um zwei solche Abstände und bei Halbierung nicht verzögert werden (Fig. 4).

23. Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spalte Additionswerke (Ad) zugeordnet sind, deren eine Gruppe von Eingängen an die Ableseglieder des zum Rechenwerk gehörenden Speichers gegebenenfalls unter Dazwischenschaltung anderer Elemente und deren andere Gruppe von Eingängen (rwZ) an andere Teile des Gesamtgerätes vor-

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zugsweise dem Hauptspeicher angeschlossen sind und deren Ausgänge (rw3) wahlweise an die Speicherglieder des Rechenwerkes bzw. des , Hauptspeichers angeschlossen werden können (Fig. 2, 4).

24. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition bzw. Subtraktion zweier Felder, d. h. sämtlicher Gitterwerte des einen Feldes zu den entsprechenden Gitterwerten des anderen Feldes so erfolgt, daß das eine Feld in den über die Additionswerke laufenden Kreislauf des Rechenwerkes gegeben wird, während das andere Feld auf die zweiten Eingänge der Additionswerke des Rechenwerkes gegeben wird (Fig. 4).

25. Rechenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß Operationen zwischen Feldern, bei denen die Gitterwerte des einen Feldes mit den entsprechenden Gitterwerten des anderen Feldes durch in aufeinander- folgende Vorgänge auflösbare Operationen verknüpft werden, in der Weise durchgeführt werden, daß den aufeinanderfolgenden Vorgängen der Einzeloperationen aufeinanderfolgende Operationen mit dem bzw. den Feldern insgesamt entsprechen.

26. Rechenmaschine nach Anspruch 25 zur Durchführung der Multiplikation zwischen zwei Feldern, d. h. der Multiplikation sämtlicher Gitterwerte des einen Feldes mit den entsprechenden Gitterwerten des anderen Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Vorgang in einzelne Feldadditionen aufgelöst wird, die der Auflösung einer Multiplikation in Einzeladditionen entsprechen.

27. Rechenmaschine nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikation zwischen zwei Feldern in so viel Einzeladditionsvorgänge zerlegt wird, wie der Multiplikator Ziffern aufweist.

28. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Multiplikation zweier Felder das Multiplikandenfeld auf einen normalen Speicher gegeben wird, von wo aus es zu dem im Rechenwerk kreisenden Aufbaufeld des Produktes wiederholt hinzuaddiert wird, wobei die Steuerung dieser Additionen durch ein das Multiplikatorfeld aufnehmendes Multiplikatorwerk erfolgt (Fig. 4,5).

29. Multiplikatorwerk nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem einzelnen Additionsvorgang einer Feldmultiplikation die dem Vorgang entsprechenden Dualziffern sämtlicher Gitterwerte des Multiplikatorfeldes ermittelt werden und durch diese die Addition der zugeordneten Gitterwerte des Multiplikandenfeldes zu den Gitterwerten des Produktaufbaufeldes gesteuert werden (Fig. 4, 5).

30. Multiplikatorwerk nach Anspruch 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Zählwerke (ZwI, ZwI) enthält, von denen das eine (ZwI) bei jedem Einzelvorgang (Feldaddition) um 1 weiterzählt, während das andere (Zw 2) während der Ablesezeit der Werte des Multiplikatorfeldes vom Speicher des Multiplikatorwerkes (Mr) bei jeder Dualstelle um 1 weiterzählt, und daß bei Übereinstimmung beider Zählwerke die gerade durch die Ableseglieder des Multiplikatorwerkes (Mr) laufenden Dualziffern der betreffenden Stelle für alle Werte der betreffenden Zeile des Feldes auf Speicherelemente (F/1) gegeben werden, von wo sie zur Steuerung der Feldadditionen des Multiplikandenfeldes dienen (Fig. 5).

31. Multiplikatorwerk nach Anspruch 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Multiplikatorziffern um eine Zeile vorher verschoben erfolgt und beim Übergang von einer Zeile zur nächsten die vorher auf die Speicherglieder gegebenen Multiplikatorziffern auf eine zweite Gruppe von Speichergliedern (Fl 2) gegeben werden, wo sie während des Addiervorganges der nächsten Zeile stehenbleiben und von dort im Rechenwerk für die folgende Zeilenaddition in jeder Spalte die Addition des Multiplikanden freigeben bzw. sperren (Fig. 5).

32. Rechenmaschinen nach Anspruch 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß technische Mittel vorgesehen sind, um Operationen zwischen einem einzelnen Wert und sämtlichen Gitterwerten eines Feldes durchführen zu können.

33. Rechenmaschine nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Wert während einer Feldübertragung hintereinander und parallel auf sämtliche Übertragungsleitungen des Kreislaufs der Rechenmaschine gegeben wird (Vg3, Ke in Fig. 9).

34. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß technische Mittel vorgesehen sind, um einzelne Spalten bzw. einzelne Zeilen bzw. einzelne Werte der Felder rechnerisch getrennt behandeln zu können.

35. Rechenmaschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ubertragungsleitungen Sperren vorgesehen sind, welche es gestatten, bei der Übertragung der Werte des Feldes eine Zeile, eine Spalte bzw. einen Einzelwert herauszusieben (SA:, Sw in Fig. 9).

36. Rechenmaschine nach Anspruch 34 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperren zum Heraussieben von Zeilen und Spalten einmal in Ubertragungsleitungen zwischen dem Speicherwerk und dem Rechenwerk bzw. Multiplikatorwerk und zum anderen am Ausgang des Rechenwerkes liegen (Fig. 2, 4, 9).

37. Vorrichtung zum Sperren von Übertragungsleitungen nach Anspruch 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Spalten über ein Spaltenwählwerk (Sw) erfolgt, welches bei Betätigung (w4, w5) lediglich die Übertragungsleitung einer einzelnen Spalte freigibt, während normalerweise bei Nichtbetätigung durch parallele Glieder sämtliche Spalten eingeschaltet sind (Fig. 9).

38. Vorrichtung zum Sperren von Ubertragungsleitungen nach Anspruch 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl von Zeilen über ein Sektorkoinzidenzwerk (Sk) erfolgt, welches die Übertragungsleitungen des Feldes bei Betätigung (W 2, W 3) lediglich zur Zeit der Übertragung der eingestellten Zeile freigibt, während bei Nichtbetätigung die Übertragungsleitungen dauernd freigegeben sind (Fig. 9).

39. Vorrichtung zum Heraussuchen eines einzelnen Feldwertes nach Anspruch 34 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auswahl eines Feldes sowohl die Auswahlvorrichtung für die

zugeordnete Spalte als auch für die zugeordnete Zeile betätigt werden (Fig. 9).

40. Programmwerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Befehlsregister (Sc) je Feldoperation ein Befehl bereitgestellt wird, dessen einzelne Komponenten die Ubertragungseinrichtungen usw. der Rechenmaschine steuern (Fig. 3).

41. Programmwerk nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß im allgemeinen nach Abschluß der Übertragungszeit eines Feldes das Befehlsregister (Bc) neu belegt wird bei einer Operation, wie der Feldmultiplikation, welche im ganzen mehrere einzelne Feldoperationen enthält, jedoch der Befehl während dieser Zeit stehenbleibt und erst nach Beendigung der Gesamtoperation durch einen neuen ersetzt wird.

42. Programmwerk nach Anspruch 40 und 41, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Durchführung bedingter Operationen vor das eigentliche Befehlsregister (Bc) zwei Befehlsvorregister (Ba, Bb) geschaltet sind, welche zwei Alternativbefehle enthalten, und daß vom Rechenwerk her in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Rechnung über eine Bedingungsleitung (q) entschieden werden kann, welcher der beiden Alternativbefehle beim nächsten Wechsel auf das Befehlsregister (Bc) übertragen wird (Fig. 3).

43. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Programmwerkes durch das Rechenwerk Vorrichtungen vorgesehen sind, welche das Überschreiten der zulässigen Stellenkapazität irgendeines der einzelnen Feldwerte an das Programmwerk melden (Um in Fig. 4).

44. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verschiebungsoperationen durch Platzvertauschung der Zeilen innerhalb eines Feldes ein Überschneiden des Feldes durch Übertragen der ersten Zeile auf die letzte und umgekehrt durch das Programmwerk verhindert wird (Fig. 3).

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sektoranalysator (Sa) vorgesehen ist, der an das Programmwerk die Meldung gibt, daß zur Zeit die erste bzw. letzte Zeile im Rechenwerk über die Übertragungsleitungen läuft und im Zusammenhang mit dem Befehlsregister (Bc) bei Verschiebungsoperationen die Ausführung der Übertragungsbefehle während der ersten bzw. letzten Zeilenübertragung verhindert (Fig. 3).

46. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk für Feldoperationen mit einer normalen programmgesteuerten Rechenmaschine (Nr) in der Weise gekuppelt ist, daß Übertragungen einzelner Werte zwischen den beiden Teilen möglich sind (Fig. 2, 9).

47. Speichertrommel bzw. Trommelteil für ein Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 21 für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trommel drei

ίο Reihen paralleler Ableseköpfe vorgesehen sind, welche je um einen Sektor entsprechend einem Zeilenabstand des Feldes gegeneinander versetzt sind, und daß eine Reihe Schreibköpfe vorgesehen ist, welche in der Richtung der Trommeldrehung eine geringe Versetzung gegenüber der mittleren Reihe der Ableseköpfe aufweist, wobei sich die Versetzung aus der dem Rechenwerk entstehenden Verzögerung zusätzlich eventueller, aus konstruktiven Gründen erforderlicher Verzögerungsglieder ergibt (Fig. 7).

48. Speichertrommel bzw. Trommelteil für ein Rechenwerk nach Anspruch 17 bis 21 für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel auf dem Umfang zwei Felder aufnehmen kann und einmal mit drei Reihen um einen Sektor versetzten Ableseköpfen versehen ist, zum anderen mit einer Reihe von Schreibköpfen versehen ist, welche der mittleren Ablesekopfreihe mit geringer Versetzung in Richtung der Trommelumdrehung gegenüberliegen, wobei die Versetzung der Verzögerung des Kreislaufes im Rechenwerk entspricht (Fig. 8).

49. Speichertrommel nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Tourenzahl gegenüber der Tourenzahl der Speichertrommel für die Speicherung der Felder halb so groß ist.

50. Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 46 mit einer Speichertrommel nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zum Rechenwerk gehörenden Trommeln ebenfalls auf dem Umfang zwei oder mehr Felder aufnehmen können.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Mathematic tables and other aids to computation«, 1948, Nr. 24, S. 321;

»Instruments and automation«, Vol. 28, September 1955, S. 1519 bis 1522;

»Transactions of the A.J.E.E.«, Vol. 71/1, 1952, S. 303 bis 308;

»The Annals of the Computation Laboratory of Harvard University«, Vol. XXVI, Cambridge, 1951, S. 152 bis 163.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen