DE1141813B

DE1141813B - Rechenmaschine zur Durchfuehrung von Feldrechnungen

Info

Publication number: DE1141813B
Application number: DEZ5571A
Authority: DE
Inventors: Dr Konrad Zuse
Original assignee: Zuse KG
Current assignee: Zuse KG
Priority date: 1956-02-25
Filing date: 1956-05-30
Publication date: 1962-12-27
Also published as: FR1172698A; CH363822A; DE1141812B; DE1141811B; NL214860A; DE1122748B; DE1147058B; DE1096650B; GB842904A

Description

Im Hauptpatent ist eine Rechenmaschine beschrieben, bei der in einem Arbeitsgang jeweils ein oder mehrere ganze Felder von gitterartig angeordneten Werten bearbeitet werden. Als Beispiel ist dabei eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Werte eines Feldes in einem Speicherteil, z. B. einem Trommelteil, so angeordnet sind, daß sie topologisch der Anordnung der zugehörigen Gitterpunkte innerhalb des Feldes entsprechen. Bei Übertragungsvorgängen ist jeder Spalte des Feldes ein Übertragungsweg zugeordnet, über den die Werte nacheinander übertragen werden, wobei die Werte der gleichen' Zeile gleichzeitig übertragen werden. Die einzelnen Ziffern werden jedoch in Serie übertragen.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung behandelt eine andere Ausführungsform zur Durchführung des Grundprinzips des Hauptpatentes, bei der durch eine andere Anordnung der Feldwerte auf der Speicherfläche und eine entsprechend andere Ablauforganisation des Rechenwerkes wesentliche Vereinfachungen im Aufbau der Gesamtanlage erzielt werden. Der Erfindungsgedanke wird an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform beschrieben, die sich an die im Hauptpatent beschriebene Vorrichtung anlehnt. Dementsprechend werden auch nur die demgegenüber abweichenden Teile der Gesamtvorrichtung im einzelnen besprochen. Die verwendeten Darstellungssymbole entsprechen ebenfalls denen des Hauptpatentes.

Es zeigt im einzelnen Fig. 1 ein Schema der Werteaufteilung,

Fig. 2 das Rechenwerk,

Fig. 3 das Multiplikatorwerk,

Fig. 4 das Verteilerschema des Speicherwerkes.

Das wesentlich Neue besteht darin, daß die einzelnen Feldwerte in sich parallel dargestellt werden, also bei Übertragungsvorgängen sämtliche Ziffern eines Wertes auf Parallelübertragungswegen gleichzeitig übertragen werden. Dagegen werden jedoch die Feldwerte eines Feldes nacheinander übertragen, indem in ihrer natürlichen Reihenfolge erst sämtliche Werte der ersten Zeile, dann sämtliche Werte der zweiten Zeile usw. übertragen werden. Dementsprechend erfolgt die Zuordnung der Feldwerte zu den Speicherelementen.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Feldwerte bei Verwendung einer Magnettrommel. I, II, III sind Speicherbereiche für verschiedene Felder. Sri bis Sr 15 sind verschiedene Spuren der Trommel, von denen je fünf, die parallel gleichzeitig geschrieben bzw. gelesen werden können, einem Feld zugeordnet sind. Die einzelnen Feldwerte zu je fünf Bits sind auf den Rechenmaschine zur Durchführung
von Feldrechnungen

Zusatz zum Patent 1122 748

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

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

Mantellinien parallel untergebracht, und zwar untereinander zunächst die fünf Werte der ersten Zeile (Z₁), dann die der zweiten Zeile (Z₂) usw. Vorausgesetzt sind also im Beispiel Felder von fünf mal fünf Feldwerten ä fünf Bits. Entsprechend dieser Anordnung sind die einzelnen Teile des Rechenwerkes gegenüber dem Beispiel des Hauptpatentes zu variieren.

Fig. 2 zeigt das Rechenwerk. Es entspricht in seinem oberen Teil der im Hauptpatent beschriebenen Ausführung. Die Möglichkeit der Verschiebung der Werte innerhalb des Feldes und der Ziffern innerhalb der Zahlen sind die gleichen; jedoch haben die gleichen technischen Vorgänge verschiedene mathematische Bedeutung. Ein Sektor entspricht nicht mehr einer Zahl (Feldwert), sondern einer Zeile des Feldes. Verschiebungen in Spaltenrichtung werden entsprechend Hauptpatent über die versetzten AblesekopfreihenjO bzw. K 5 bewirkt. Für die Verschiebung in Zeilenrichtung werden jedoch die Verzögerungsglieder Vgl und Vgl benutzt. Es ist dabei zu beachten, daß, wie im Hauptpatent in Fig. 3 angegeben, über einen Sektoranalysator SA die Übertragung der letzten bzw. der ersten Zeile unterbrochen werden muß.

Eine Verzögerung um ein Bit bedeutet eine Rechtsverschiebung des Feldes um einen Gitterpunkt und dementsprechend eine Vorverlegung um ein Bit eine Linksverschiebung. Hierbei ist zu beachten, daß bei einer Verzögerung die Übertragung während des letzten Bits eines Sektors unterbrochen werden muß und bei Vorverlegung während des ersten Bits, um Überschneidung zu vermeiden. Dies kann in ähnlicher Weise erfolgen wie die Unterbrechung der

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Übertragung bei der Zeilenverschiebung und braucht im einzelnen nicht beschrieben zu werden.

Die Verdoppelung und die Halbierung erfolgt durch Rechts- bzw. Linksverschiebung unter Benutzung der Glieder Sv, die Negierung über die Glieder Neg.

Das Additionswerk Ad30 muß als zusammenhängendes Paralleladdierwerk ausgebildet werden. Die Kapazitätsüberschreitung wird somit durch die aus der höchsten Stelle auslaufende Stellenübertragungsleitung Um in das Programmwerk gemeldet.

Die Addition und Subtraktion erfolgt analog zum Hauptpatent, wobei lediglich die Werte über das Paralleladditionswerk Ad30 laufen. Die gezeigte Form erlaubt eine besonders einfache Summierung sämtlicher Werte des Gesamtfeldes, was einen großen Vorteil gegenüber dem Hauptpatent bedeutet. Werden über ρ 30 die Stromtore St 30 geschaltet, so wird die aus dem Additionswerk auslaufende Summe auf einen Eingang des Additionswerkes zurückübertragen. Am Ende eines Felddurchlaufes muß dann die Gesamtsumme als Einzelwert herausgegeben werden (s-. weiter unten).

Besonders vorteilhaft ist die neue Anordnung bei der Multiplikation, da sich das Multiplikatorwerk wesentlich vereinfacht.

Fig. 2 zeigt die Trommel Tr 32 des Multiplikatorwerkes, welche das Multiplikatorfeld aufnimmt. Der Vorgang erfolgt nun entsprechend dem Hauptpatent so, daß jeder Stelle innerhalb der Kapazität der Dualzahlen ein Feldadditionsvorgang zugeordnet ist. Da bei der gewählten Aufteilung die gleichen Dualstellen sämtlicher Werte über den gleichen Übertragungsweg laufen, kann die Steuerung der Addition direkt hierüber erfolgen. Dementsprechend enthält das Multiplikatorwerk eine Wahlpyramide, welche durch das Umdrehungszählwerk Zw 31 geschaltet wird, so daß nacheinander bei jedem einzelnen Feldvorgang die nächstfolgende benachbarte Übertragungsleitung an mr 32 angeschlossen wird, mr 32 steuert dann im Rechenwerk (Fig. 2) die Übertragung des Multiplikandenfeldes über rw2 auf das Additionswerk ^4^30. Durch diese Einrichtung entfallen das Zeilenzählwerk Zw 2 des Hauptpatentes, ferner die Flip-Flop-Reihen FIl, Fl2 und die individuelle Steuerung der Additionswerke.

Um Operationen mit einzelnen Werten durchzuführen, z. B. die Addition einer Konstante zum Gesamtfeld oder die Multiplikation des Feldes mit einer Konstante oder die individuelle Einführung bzw. Ablesung von einzelnen Feldwerten, wird das Register Rg 30 eingeführt, welches an die Stelle der Verzögerungskette Vg 3 des Hauptpatentes tritt. Von hier aus kann ein einzelner Wert in den Kreislauf eingegeben oder aus ihm herausgezogen werden.

Hierzu gehört auch die individuelle Steuerung der Übertragungsleitungen durch die Auswahlglieder rw 34 (Fig. 2 und 4). Wir haben einen Zeilenzähler Zz 30 (Fig. 4), der durch den Sektorimpuls S jeweils um Eins weitergeschaltet wird und durch den Nahtimpuls C nach jeder Feldübertragung wieder auf Null gestellt wird. An dem Zeilenzähler ist der Zeilenwähler Zw 30 angeschlossen. An diesem kann vom Planwerk her über w33 die auszuwählende Zeile eingestellt werden. Entsprechend wird der Spaltenzähler Sz 30 durch den Bitimpuls B jeweils um Eins weitergeschaltet und am Ende jeder Zeile durch den Sektorimpuls S auf Null gestellt. An den Spaltenzähler ist der Spaltenwähler Sw 30 angeschlossen, an welchem über w>35 vom Planwerk her die auszuwählende Spalte eingestellt werden kann.

Normalerweise ist über die Stromtore St 32, Si 34 der Pol w 34 stets eingeschaltet. Wird jedoch Si 32 über w 32 vom Planwerk her abgeschaltet, so wird w 34 über das Stromtor Si 33 nur bei Übereinstimmung der bei Zw 30 eingestellten Zeile mit dem Stand des Zeilenzählers Zz 30 freigegeben, so daß eine Übertragung nur für die betreffende Zeile stattfinden kann.

Entsprechendes gilt für die Spaltenauswahl durch die Glieder w 34 und die Stromtore Si 34 und Sf 35, welch letzteres bei Übereinstimmung des Spaltenwählers mit dem Spaltenzähler geschaltet wird. Werden beide Glieder w 32 und w34 zugleich vom Planwerk her geschaltet, so bewirkt dies die Auswahl eines einzelnen Wertes aus dem Feld.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Rechenmaschine mit einem Rechenwerk zur Durchführung von Rechenvorschriften, die sich auf Felder von gitterartig angeordneten Feldwerten erstrecken, mit einem umlaufenden Speicher zur Speicherung der Feldwerte mehrerer Felder und mit Ablese- und Einschreibelementen, die zu den einzelnen Feldern zugeordneten Gruppen zusammengefaßt sind und das Ablesen bzw. Einschreiben sämtlicher Feldwerte eines Feldes in geordneter Folge während eines Speicherumlaufes gestatten, nach Patent 1 122 748, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Feld gehörenden Feldwerte auf der Speicherfläche so angeordnet sind, daß sämtliche Ziffern eines Feldwertes jeweils gleichzeitig parallel, die einzelnen Feldwerte jeder Zeile in ihrer natürlichen Folge unmittelbar nacheinander (Sektor) und die einzelnen Zeilen eines Feldes ebenfalls in ihrer natürlichen Folge nacheinander übertragen werden (Fig. 1).

2. Rechenwerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 mit Einrichtungen zum spaltenweisen und zeilenweisen Verschieben des Gesamtfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung um eine Zeile durch je um einen Sektor versetzte Ablesekopfreihen (K 3, K 4, KS) bewirkt wird, und zwar mindestens je eine Reihe (K S) für Vorwärtsverschiebung und eine Reihe (K 3) für Rückwärtsverschiebung (Fig. 2).

3. Rechenwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorwärtsverschiebung die Übertragung des letzten Sektors und bei Rückwärtsverschiebung die Übertragung des ersten Sektors vom Programmwerk unterbrochen wird, um Überschneidungen der Feldränder zu vermeiden.

4. Rechenwerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 2, daducrh gekennzeichnet, daß zur Verschiebung um eine Spalte innerhalb der Sektoren Verzögerungsglieder (Vgl, Vg2) zur Verzögerung bzw. Vorverlegung der übertragenen Feldwerte vorgesehen sind, welche in die Übertragungswege einschaltbar sind (Fig. 2).

5. Rechenwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Sektors bei Vorwärtsverschiebung die Übertragung der ersten Zahl und bei Zurückverlegung die Übertragung

der letzten Zahl vom Programmwerk her unterbrochen wird.

6. Rechenwerk nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verschiebungsoperationen die Unterbrechung der Übertragung des ersten bzw. letzten Sektors und der ersten bzw. letzten Zahl innerhalb der Sektoren aufgehoben wird, sofern es sich um ein Zylinderfeld handelt.

7. Rechenwerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdoppelung bzw. Halbierung der einzelnen Feldwerte Umschaltglieder (Sv) vorgesehen sind, welche sämtliche Werte eines Feldes um eine Binärstelle nach links bzw. nach rechts versetzen (Fig. 2).

8. Rechenwerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paralleladditionswerk (Ad30) vorgesehen ist, dessen eine Eingangsklemmengruppe von den Ablesekopf reihen (K 3, K 4, K 5), gegebenenfalls über Verschiebeanordnungen nach Anspruch 2 bis 7, her und dessen andere Eingangsklemmengruppe von anderen Teilen der Rechenmaschine, vorzugsweise vom Speicherwert (rw2), her gespeist wird und dessen Ausgangsklemmengruppe (rw3) wahlweise an die Speicherglieder des Rechenwerkes (rwl) bzw. des Hauptspeichers schließbar ist (Fig. 2).

9. Rechenwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß direkte Übertragungsmöglichkeiten (Si 30) vom Ausgang des Additionswerkes auf einen Eingang des Rechenwerkes vorgesehen sind, um so beispielsweise die Summe sämtlicher Werte eines Feldes bilden zu können (Fig. 2).

10. Multiplikationswerk für eine Rechenmaschine nach Anspruch 1 zur Durchführung der Multiplikation zweier Felder (d. h. der Multiplikation sämtlicher Feldwerte des einen Feldes mit den entsprechenden Feldwerten des anderen FeI-des), wobei der Gesamtvorgang in einzelne Feldadditionen aufgelöst wird (Hauptpatent, Anspruch 26 bis 29), dadurch gekennzeichnet, daß je Einzelfeldaddition die Dualziffern sämtlicher Feldwerte, welche der Stelle der betreffenden Einzeladdition entsprechen, aus dem Multiplikatorfeld herausgelesen werden und steuernd auf den Additionsvorgang des Multiplikandenfeldes zum Aufbaufeld des Produktes wirken.

11. Multiplikationswerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Zählwerk (Zw 31), welches pro Einzeladdition um Eins weiterschaltet, ein Wählwerk gesteuert wird, welches seinerseits an der betreffenden Dualstelle den entsprechenden Übertragungsweg des Multiplikatorkreislaufs (Tr 32) auswählt und mit den Steuerelementen des Multiplikandenkreislaufs (mr 32) verbindet und dort für jeden einzelnen Wert des Feldes die Addition zum entsprechenden Wert des Aufbaufeldes freigibt oder sperrt (Fig. 3).

12. Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einführung und Herausnahme einzelner Werte in ein Feld oder aus einem Feld bzw. zur Übertragung eines Wertes auf sämtliche Gitterpunktstellen einer Zeile, einer Spalte oder auch eines ganzen Feldes ein parallel arbeitendes Register (Rg 3d) vorgesehen ist, welches über Auswahlvorrichtungen (Fw 1 bis FWS) des Hauptspeichers (TrI) an die Übertragungsleitungen (spl) zwischen Speicherwerk und Rechenwerk angeschlossen wird (Fig. 4).

13. Rechenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur getrennten Behandlung einzelner Zeilen bzw. einzelner Spalten eines Feldes in die Übertragungswege eingebaute Sperren (vw34) vorgesehen sind, welche durch Sektorbzw. Spaltenkoinzidenzwerke gesteuert werden (Fig. 4).

14. Einrichtung zur Sperrung bzw. Freigabe der Übertragungswege für eine Rechenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeilenwähler (Zw 30) vorgesehen ist, in dem vom Planwerk (w 33) her die auszuwählende Zeile eingestellt wird, sowie ein Zeilenzähler (Zz 30), welcher je Sektor um Eins weiterschaltet, und daß bei Übereinstimmung der Position des Zeilenzählers (Zz 30) mit dem am Zeilenwähler (Zw 30) eingestellten Wert die Übertragungswege freigegeben werden (Si 33 in Fig. 4).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spaltenwähler (Sw 30) vorgesehen ist, an dem vom Planwerk (w 35) her die auszuwählende Spalte eingestellt wird, sowie ein Spaltenzähler (Sz 30), welcher je Feldwert (Bit) um Eins weiterzählt, und daß bei Übereinstimmung der Position des Spaltenzählers mit dem am Spaltenwähler eingestellten Wert die Übertragungswege freigegeben werden (Si 35 in Fig. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen