DE1164129B - Volladdierer mit logischen Schaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G06f

Deutsche Kl.: 42 m -14

Nummer: 1164 129

Aktenzeichen: J 24252IX c / 42 m

Anmeldetag: 28. April 1955

Auslegetag: 27. Februar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Volladdierschaltung mit drei Eingängen, einem Addenden-, einem Augenden und einem Übertragungseingang, und mit zwei Ausgängen, einem Summenausgang und einem Übertragungsausgang.

Eine solche Volladdierschaltung wird bekanntlich aus als UND-Schaltungen und ODER-Schaltungen wirkenden logischen Schaltungen und aus als Negatoren wirkenden Invertern aufgebaut, wobei als Schaltelemente der logischen Schaltungen gewöhnlich Dioden und für die Inverter Röhren und vereinzelt Transistoren verwendet werden. Transistoren haben sich in der Praxis trotz vieler Vorteile bisher noch nicht durchsetzen können, weil ihre Stabilität und Schaltgeschwindigkeit gegenüber denen von Röhren viel zu gering ist.

Die Arbeitsgeschwindigkeit der herkömmlichen Rechenschaltungen wird infolge der, gegenüber Festkörperdioden, geringeren Umschaltgeschwindigkeiten von Röhren durch letztere bestimmt. Zudem ist aber auch der Aufwand an Schaltelementen bei den vorhandenen Volladdierschaltungen beträchtlich. So erfordert eine solche Schaltung beispielsweise drei Röhren und sechsundzwanzig Festkörperdioden ganz abgesehen von den anderen Schaltelementen wie Widerstände und Kondensatoren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Volladdierer zu schaffen, der prinzipiell schon höhere Schaltgeschwindigkeiten zuläßt, der die Anzahl der erforderlichen Schaltelemente unter Verwendung von einheitlichen Schaltelementen wesentlich herabsetzt und der bei Verwendung von mehreren solchen Volladdierern in einer größeren Rechenanlage keine besonderen Verstärker und Impulsformer erfordert.

Erfindungsgemäß werden die Aufgaben dadurch gelöst, daß bei Bitdarstellungen durch zwei Phasenlagen zur Bildung der Summe drei Eingangssignale x, y, ζ einer Majoritätsschaltung, deren Ausgang

— logische Funktion: xy + xz + yz + xyz — mit einem Eingang einer ersten negierten UND-Schaltung, deren Ausgang — logische Funktion: xyz — mit einem Eingang einer ODER-Schaltung verbunden ist, und einer zweiten negierten UND-Schaltung zugeführt werden, deren Ausgang — logische Funktion: xyz — mit dem anderen Eingang der ersten negierten UND-Schaltung verbunden ist, wobei deren Ausgang — logische Funktion: xyz + xyz + xyz — mit dem anderen Eingang der ODER-Schaltung verbunden ist, deren Ausgang den Summenausgang

— logische Funktion: xyz + xyz + xyz + xyz — darstellt, und daß zur Darstellung des Übertrages Volladdierer mit logischen Schaltungen

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale
Büro-Maschinen Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:

John von Neumann, Princeton, N. J.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 28. April 1954

(Nr. 426 149)

die Eingangssignale x, y, ζ einer Majoritätsschaltung mit dem Übertragungsausgang — logische Funktion: xy + xz + yz + xyz — zugeleitet werden.

Durch das Prinzip der Phasensteuerung werden allein schon höhere Schaltgeschwindigkeiten erreicht als durch Amplitudensteuerung, die bisher angewendet worden ist. Die Phasensteuerung als solche bildet aber nicht das Wesen der vorliegenden Erfindung, da sie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen ist.

Zur Erläuterung und zum besseren Verständnis sei hier nur kurz an Hand des einfachsten Beispieles darauf eingegangen. Ein Resonanzkreis, der aus mindestens einer nichtlinearen und höchstens einer linearen Reaktanz besteht, wobei unter nichtlinearer Reaktanz eine solche verstanden wird, deren Wert sich in Abhängigkeit von der angelegten Energie — Strom bzw. Spannung — ändert, wird bekanntlieh durch eine Anregungsenergie mit einer Grundfrequenzschwingung zu subharmonischer Schwingung angestoßen. Interessant im vorliegenden Falle ist die zweite Subharmonische mit /₀ = § Z₁ wobei /₀ die Frequenz der subharmonischen Schwingung und Z₁ die Frequenz der Anregungsenergie darstellen. Die subharmonischen Schwingungen setzen aber erst bei einer bestimmten Amplitude der Anregungsenergie ein und sind dann in ihrer Amplitude von der Amplitude der Anregungsenergie abhängig. Die Phasenlage der einsetzenden zweiten Subharmonischen ist an sich bekanntlich zweifach mehrdeutig, d. h., sie kann, mit der absoluten Phasenlage 0 oder Phasen-

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lage π gemessen, bei der Frequenz /₀ einsetzen. Die tatsächlich eingenommene Phasenlage ist praktisch von irgendwelchen zufälligen Ereignissen abhängig und kann solange die Anregungsenergie in der erforderlichen Höhe, die über einem Wert S_kr der Anregungsamplitude liegt, einwirkt, nicht mehr geändert werden.

Durch Zuführen einer geringen Energie, die nur höher sein muß als der Rauschpegel, in einem Augenblick, in dem beim Anwachsen die Anregungsamplitude entsprechend unterhalb des Wertes S_kr liegt, wird die Phasenlage der einsetzenden Subharmonischen beim Überschreiten des Wertes S_kr festgelegt. Zweckmäßigerweise sind die verschiedenen Schwingungen: Grundfrequenzschwingung, Subharmonische, Steuerschwingung der Phasenlage, die am einfachsten gleich der Subharmonischen ist, miteinander synchronisiert bzw. von einer gemeinsamen Quelle abgeleitet.

Die als Signalschwingung bezeichnete Subharmonische besitzt eine wesentlich höhere Amplitude als die Steuerschwingung und eine Phasenlage, die von dieser abhängig ist, d. h., die Anordnung besitzt Verstärkerwirkung und stellt so in der Verwendung bei der erfindungsgemäßen Schaltung ein aktives Schaltelement dar. Außerdem bleibt die Phasenlage so lange erhalten, selbst nach Ausfall der Steuerschwingung, wie die Anregungsenergie in ihrer Amplitude oberhalb des Wertes S_kr bleibt; d. h., die Anordnung wirkt als Speicher. Diese Tatsache bringt zusätzliche Vorteile für die Wirkungsweise der Volladdierschaltung nach der Erfindung.

Werden mehrere solcher nichtlinearer Resonanzkreise so hintereinandergeschaltet, daß jeweils der vorhergehende den unmittelbar nachfolgenden durch seine abgegebene Signalschwingung steuert, die dann als Steuerschwingung wirkt, dann muß dafür Sorge getragen werden, daß einmal die Anregungsenergie des ersten nichtlinearen Resonanzkreises nicht in ihrer Amplitude unterhalb des Wertes S_kr absinkt, bevor der zweite nichtlineare Schwingkreis in der Subharmonischen angeschwungen ist, und zum anderen, daß die Anregungsenergie für den zweiten nichtlinearen Resonanzkreis in ihrer Amplitudenänderung zeitlich so liegt, daß die Phasenlage des zweiten Resonanzkreises durch die abgegebene Signalschwingung des ersten nichtlinearen Resonanzkreises festgelegt werden kann.

Bei drei oder mehr hintereinandergeschalteten nichtlinearen Resonanzkreisen wird die Amplitude der Anregungsenergie so moduliert, daß die Modulationsschwingung je im ansteigenden und abfallenden Ast etwa fünf bis zehn Perioden der Frequenz g/j erfaßt, d.h. zehn bis zwanzig der Frequenz/₂, so daß eine volle Periode der Modulationsschwingung etwa dreißig bis fünzig Perioden der Frequenz Z₁ besitzt.

Die einzelnen nichtlinearen Resonanzkreise werden nun in der Weise zeitlich nacheinander angeregt, daß der jeweils nachfolgende nichtlineare Resonanzkreis gegenüber einem vorhergehenden mit einer Verzögerung um ein Drittel der Modulationsperiode angeregt wird, wobei die Anregungsenergie jeweils etwa während zehn bis zwanzig Perioden der Frequenz Z₁ oberhalb des Wertes S_kr in ihren Amplituden bleibt.

Im Normalfall werden also alle hintereinandergeschalteten nichtlinearen Resonanzkreise nacheinander zu subharmonischen Schwingungen bestimmter Phasenlage angeregt. Eine Anregung des vorhergehenden nichtlinearen Resonanzkreises durch den nachfolgenden ist ausgeschlossen, da die entsprechende Anregungsenergieamplitude zum Zeitpunkt S_kr nicht vorhanden ist. Durch einen Kunstgriff ist es aber möglich und unter Umständen auch erforderlich, einen anderen als den unmittelbar folgenden nichtlinearen Resonanzkreis durch einen bestimmten nichtlinearen Resonanzkreis anzuregen, im Grenzfall auch den unmittelbar vorhergehenden. Dies geschieht durch eine entsprechende Verzögerungseinrichtung in der Zuleitung der Anregungsenergie, die die Modulationsperiode der Anregungs- energie um ganze Vielfache einer Drittelmodulationsperiode entsprechend der erforderlichen Steuerung verschiebt.

Bisher wurde der zu subharmonischen Schwingungen angeregte nichtlineare Resonanzkreis nur in

seiner Eigenschaft als Verstärker und Speicherelement betrachtet. In einfacher Weise läßt sich aber auch der nichtlineare Resonanzkreis, wie bereits ebenfalls an anderer Stelle vorgeschlagen, zum Aufbau von logischen Schaltungen verwenden.

Eine wichtige logische Operation, die in den meisten Rechenschaltungen erforderlich ist, ist die Negation. Dank der Phasensteuerung ist diese Operation ohne besonderen Aufwand an Schaltelementen auf einfachste Weise durchzuführen indem nämlich in die Steuersignalzuführungsleitung eine die Phase um den Betrag π drehende Vorrichtung eingebaut wird. Bei hinreichend hohen Frequenzen als Betriebsfrequenz, was ohne weiteres, wie weiter unten noch erläutert wird, bei der erfindungsgemäßen Anordnung möglich ist, wird dann die Zuhführungsleitung in ihrer Länge und den Parametern entsprechend eingestellt bzw. ausgelegt, so daß eine Phasenschiebung um rr stattfinden kann.

Eine zweite grundlegende logische Schaltung, von der ausgehend alle weiteren logischen Schaltungsarten in irgendeiner Form abgeleitet werden, ist die Majoritätsschaltung, bei der die übereinstimmende Phasenlage einer Mehrheit aller Eingänge die Ausgangsphasenlage bestimmt. Der Aufbau einer solchen

Schaltung ist denkbar einfach, in jeder Zuleitung liegt ein nichtlinearer Schwingkreis als Eingangsschaltelement, dessen Ausgänge über eine gemeinsame Leitung einen weiteren nichtlinearen Resonanzkreis als Ausgangsschaltelement steuern. Zwei gegeneinander um π verschobene Steuersignale am Ausgangsschaltelement bleiben ohne Wirkung, da die entsprechenden Wellenzüge sich löschen. Ein zusätzlich zugeführtes Steuersignal bestimmt dann mit seiner Phase die Phasenlage der subharmonischen Schwingung des Ausgangsschaltelementes. Aus dem oben gesagten ergibt sich, daß es nicht zweckmäßig ist, Majoritätsschaltungen mit einer geraden Zahl von Eingangssignalen zu speisen, da dann keine vorhersehbar definierte Phasenlage am Ausgangsschaltelement der Majoritätsschaltung entstehen kann, vielmehr wie bei Anregung von ungesteuerten nichtlinearen Resonanzkreisen eine rein zufällige.

Aus der Majoritätsschaltung ergibt sich eine ODER-Schaltung, wenn neben den Signaleingängen, für die die ODER-Bedingungen gelten, Eingänge für Steuersignale fester Phasenlage vorgesehen werden. Die Anzahl der festen Signaleingänge muß dabei um eins geringer sein, als die Anzahl der Eingangs-

variablen. Die UND-Schaltung ist ähnlich aufgebaut, nur werden hier die festen Signaleingänge je über einen Negator mit dem Ausgangsschaltelement verbunden.

Die als Eingangsschaltelemente und als Ausgangsschaltelemente verwendeten nichtlinearen Resonanzkreise können an sich von beliebiger Bauart sein, z.B. eine Magnetkernwicklung mit Kondensator, wobei infolge der Wirkung des Magnetkerns die Induktivität nichtlinear mit dem Strom ist oder ein Kondensator mit einem Dielektrikum, das sich durch die angelegte Spannung in seiner Polarisation ändert, wobei dann lineare Induktivität parallel geschaltet ist. Es können aber auch beide Reaktanzen, wie oben bereits erwähnt, in ihrem Verhalten nichtlinear sein. Jedenfalls sind alle diese Anordnungen zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe geeignet.

Als besonders vorteilhaft für die Schaltung des Volladdierers, gemäß der Erfindung, um hohe Arbeitsgeschwindigkeiten zu erzielen, ist aber die Verwendung von Kristalldioden als Eingangs- und Ausgangsschaltelemente. Hierbei ist die Sperrschichtkapazität nichtlinear, während die Zuleitungen als Induktivität wirken. Es lassen sich hiermit subharmonische Frequenzen bis zu 30 000MHz anregen, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Schaltung weit über der bei bekannten Anordnungen liegt.

Die Anzahl der erforderlichen logischen Schaltungen zum Aufbau einer Volladdierschaltung wird erfindungsgemäß dadurch gegenüber der bekannten Schaltungen herabgesetzt, daß unter anderem Majoritätsschaltungen und in einfacher Weise daraus abgeleitete negierte UND-Schaltungen verwendet werden. Die negierten UND-Schaltungen sind dabei so aufgebaut, daß alle Signaleingänge zum Ausgangsschaltelement, sowohl Eingangsvariable als auch Signale fester Phasenlage, über Negatoren geführt werden. Signale fester Phasenlage könnten an sich auch direkt von entsprechenden Signalgeneratoren in der gewünschten Phasenlage zugeführt werden. Bei Verwendung von Negatoren in negierten UND-Schaltungen ergibt sich aber der Vorteil, daß nur ein Signalgenerator fester Phasenlage erforderlich ist, da verwendete ODER-Schaltungen mit der anderen festen Phasenlage gespeist werden müssen. Auf diese Weise sind in der erfindungsgemäßen Schaltung nur fünf oder sechs logische Schaltungen erforderlich gegenüber z. B. 16 bei bekannten Volladdierern. Nicht nur die Anzahl von logischen Schaltungen kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung stark herabgesetzt werden, sondern auch, was noch wichtiger ist, die Anzahl der Schaltelemente überhaupt. So werden in vorteilhafter Weise beim Volladdierer, gemäß der Erfindung, die Ausgangsschaltelemente gleichzeitig als Eingangsschaltelemente der jeweils nachfolgenden logischen Schaltungen verwendet, so daß insgesamt höchstens elf, bei einer vorteilhaften Ausnutzung sogar acht Schaltelemente für den Aufbau erforderlich sind. Die Negatoren werden je durch entsprechend bemessene Verbindungsleitungen gebildet, was im gesamten Frequenzbereich beim Betrieb mit Kristalldioden ohne weiteres praktisch ausführbar ist.

Zusammenfassend läßt sich also sagen, daß der Volladdierer gemäß der Erfindung, bei geringem Aufwand schnellere Rechengeschwindigkeiten gestattet, und darüber hinaus wegen der Verwendung von in einfacher Weise betriebenen aktiven Schaltelementen keine zusätzlichen Verstärker und Impulsformer benötigt.

Die Erfindung soll nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel für ein Eingangs- oder Ausgangsschaltelement,

ίο Fig. 2 die Modulationsspannungsverläufe der Anregungsenergie zur aufeinanderfolgenden subharmonischen Anregung hintereinandergeschalteter Eingangs- und Ausgangsschaltelemente im Dreiertakt,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Majoritätsschaltung,

Fig. 4 die schematische Darstellung einer ODER-Schaltung,

Fig. 5 die schematische Darstellung einer UND-Schaltung,

F i g. 6 die schematische Darstellung einer logischen Grundschaltung, die in der erfindungsgemäßen Schaltung neben anderen verwendet wird,

Fig. 7 eine Paarigkeitsprüfschaltung, die der Volladdierschaltung gemäß der Erfindung zugrunde liegt,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für eine Volladdierschaltung gemäß der Erfindung.
Bevor die Volladdierschaltung gemäß der Erfindung behandelt wird, sollen zunächst die Eingangsund Ausgangsschaltelemente der verwendeten logischen Schaltungen beschrieben werden. Das hiernach beschriebene Schaltelement stellt lediglich eine beispielshafte Ausführungsform dar, so können insbesondere auch für einen niedrigeren Bereich der Betriebsfrequenz Schaltelemente verwendet werden, die eine nichtlineare Induktivität in Form einer auf einem Magnetkern aufgebrachten Wicklung besitzen. Allgemein gesagt, jeder zu subharmonischen Schwingungen anregbarer Resonanzkreis ist zu verwenden. In F i g. 1 wird eine Kristalldiode 0, die als nichtlinearar Schwingkreis verwendet wird, gezeigt, die in einem Hohlraum eingelassen ist, der zwei Übertragungsleitungen ^ — Q^₁, die hier als Hohlleiter ausgebildet sind miteinander verbindet. Die erforderliche Vorspannung in Durchlaßrichtung der Kristalldiode wird über hier nicht gezeigte Zuleitungen angelegt. Außerdem ist die Kristalldiode mit Hilfe bekannter Maßnahmen mit den beiden Übertragungsleitungen gekoppelt. Die Anregungsenergie, deren Amplitude beim Übersteigen eines Wertes S_kr die subharmonische Schwingung in der Kristalldiode

auslöst, wird über die Leitung ™ zugeführt, was

durch die mit PS bezeichneten Pfeile angedeutet wird. Für das vorliegende Beispiel sei angenommen, daß die Frequenz der Anregungsenergie doppelt so hoch ist wie die der Subharmonischen. Grandsätzlieh kann aber auch ein anderes Frequenzverhältnis gewählt werden. Über den Kanal ^ werden die subharmonischen Schwingungen geleitet, was durch die Pfeile Si angedeutet wird. In diesem Kanal sind weitere mit Si' bezeichnete Pfeile angegeben, um so anzudeuten, daß dieser Kanal außerdem zur Übertragung des Steuersignals dient, das beim Übersteigen des Wertes S_kr durch die Anregungsenergie

die Phasenlage der subharmonischen Schwingung festlegt. Obwohl hier die Zufuhr der Steuersignale

AC

Schaltelement einer bestimmten Klasse nicht von vorhergehenden sondern von nachfolgenden gesteuert werden muß. Hierzu genügt es dann, wie ein Blick auf die graphische Darstellung zeigt, daß dem 5 gesteuerten Schaltelement die Anregungsmodulation mit einer Verzögerung von einer Drittelperiode der Modulationsperiode zugeführt wird. So wird z. B. dann A von B gesteuert. In diesem Fall wird über die entsprechende Zuführungsleitung eine © markiert.

Zur Durchführung von logischen Operationen in Rechenschaltungen ist die Vorrichtung, die die logische Funktion »Negation« durchführen kann, also ein Negator von besonderer Bedeutung. Eine solche Funktion kann bei Phasensteuerung ohne weiteren

durch den Übertragungskanal Jf. angedeutet wird,

kann auch jede beliebige andere Zuleitung zur Kristalldiode hierzu benutzt werden.

Bei Hintereinanderschaltung von mehreren solcher
Schaltelemente, wobei die subharmonische Schwingung eines Schaltelementes als Steuerschwingung für
das andere dient, muß darauf geachtet werden, daß io
die Steuerschwingung bereits anliegen muß, wenn
der Momentanwert der Modulationsperiode der Anregungsenergie den WertS_fer für das Schaltelement
übersteigt, damit eine wirksame Steuerung stattfinden kann. Die Frequenz der Anregungsenergie 15 Aufwand durchgeführt werden, indem nämlich einsoll im vorliegenden Beispiel zwischen 1000 und fach die Zuleitung so bemessen wird, daß die sub-30000MHz liegen. Da das Anwachsen der Anre- harmonischen Schwingungen mit einer um π versetzgungsenergie PS in ihrer Amplitude von einem Wert ten Phasenlage weitergeleitet wird,
unterhalb des Wertes S_kr bis zu einem Maximalwert Bei der in der erfindungsgemäßen Schaltung ver-

oberhalb des Wertes S_kr verhältnismäßig langsam ao wendeten Betriebsfrequenz treten hierbei keine beerfolgen muß, wird die Anstiegsflanke der Modula- sonderen Probleme auf.

tion der Anregungsenergie so gewählt, daß sie zehn In F i g. 3 wird eine weitere logische Grundschal-

bis zwanzig Perioden der Frequenz Z₁ der Anre- tung gezeigt, die zusammen mit dem oben beschriegungsenergie umfaßt. Etwa gleich groß wird die An- benen Negator gestattet, alle weiteren logichen zahl der Perioden gewählt, während der die Anre- 25 Schaltungen ohne Schwierigkeiten herzustellen. Diese gungsenergie oberhalb des Wertes S_kT bleibt, d. h. Schaltung besteht aus drei Eingangsschaltelementen, während der subharmonischen Schwingungen erzeugt deren Ausgänge über eine gemeinsame Leitung ein werden, und auch während der die Anregungs- Ausgangsschaltelement steuern. Die Eingangsschaltenergie wieder unter den Wert5_fer absinkt. Damit elemente gehören zur Klasse A, so daß das Auswird aber die Anregungsenergie mit einer Wechsel- 30 gangsschaltelement definitionsgemäß zur Klasse B spannung moduliert, deren Frequenz den 30. bis gehören muß. Die Eingangsschaltelemente A geben 60. Teil der Frequenz Z₁ beträgt. Eine Modulations- eine Kombination von Signalen der Phasenlage 0 wechselspannung mit der durch die obenstehenden und n, die jeweils »L« bzw. »0« bedeuten, auf das Angaben bedingten Form muß allerdings einen Ausgangsschaltelement B, dessen Phasenlage sich Oberwellengehalt mit der dritten oder gar mit der 35 danach richtet, welche Phasenlage bei den Eingangsfünften Harmonischen besitzen. Signalen überwiegt, da sich gegenläufige Phasenlagen

In Fig. 2 wird gezeigt, wie die Phasenlage der in ihrer Wirkung aufheben und die verbleibende für Modulationsspannung der jeweiligen Anregungs- die Steuerung maßgeblich ist.
energie PS eines Schaltelementes gewählt werden In Fig. 4 liegt insofern eine etwas abgeänderte

muß, damit eine aufeinanderfolgende Steuerung von 40 Majoritätsschaltung vor, als ein Signaleingang eine hintereinandergeschaltetenSchaltelementen betriebs- feste Phasenlage/? von einem besonderen, dauernd sicher erfolgen kann. Der Modulationsspannungs- wirksamen Signalgenerator erhält; die Phasenlage ρ verlauf α wird einem ersten Schaltelement zugeführt, bedeutet hier wieder die Phasenlage Null, d. h. die das als Schaltelement der Klasse^ beizeichnet wird, binäre »L«. Liegt irgendein Signal »L« oder liegen der Modulationsspannungsverlauf b wird dem fol- 45 beide Signale »L« an, dann ist der Ausgang wieder genden zweiten Schaltelement der Klasse B zugeführt eine »L«; d.h. in diesem Fall liegt eine ODER- und der Modulationsspannungsverlauf c dem darauf- Schaltung vor. Soll die Schaltung auf die Zuführung folgenden dritten Schaltelement der Klasse C. Die weiterer Eingangsvariablen erweitert werden, dann jeweilige Modulationsspannung eines Schaltelementes müssen auch die Signaleingänge für Signale fester ist gegenüber der Modulationsspannung des vorher- 50 Phasenlage entsprechend vermehrt werden, so daß gehenden jeweils um eine drittel Periode einer Mo- die Anzahl der Eingangsvariablen, die Anzahl der dulationsperiode verschoben. Es zeigt sich, daß bei Signale fester Phasenlage immer um eins übersteigt, der Verwendung von mehr als drei hintereinander- F i g. 5 zeigt ebenfalls eine etwas abgeänderte Ma-

geschalteten Schaltelementen das vierte wieder von joritätsschaltung. Die Signalquelle fester Phasender Klasse A sein kann, da dank der gewählten 55 lage p, d. h. »L«, ist über einen Negator, gekenn-Verschiebung ein Schaltelement der Klasse C ohne zeichnet durch »π« an der Zuleitung, mit der geweiteres ein solches der Klasse A steuern kann. meinsamen Verbindungsleitung zum Ausgangsschalt-Schaltelemente der Klasse^ können also von element.B verbunden, so daß nur beim Anliegen solchen der Klasse C, aber nicht von A oder B ge- von Eingangsvariablen, die alle eine »L« darstellen, steuert werden, da, wie die graphische Darstellung 60 ein Ausgangssignal »L« abgegeben wird. Auch hier von F i g. 2 zeigt, keine subharmonische Schwingung gilt wieder, daß bei Verarbeitung von mehr als zwei zum Zeitpunkt des Ansteigens der Anregungsenergie Eingangsvariablen entsprechend auch die Anzahl über den Wert S^,,. von diesen Schaltelementen ab- von zugeführten Signalen fester Phasenlage erhöht gegeben wird. Entsprechend wird auch B und A ge- werden muß; bei Verwendung von Signalquellen steuert und nicht von B oder C und C von B und 65 fester Phasenlage p, natürlich jeweils über einen Nenicht von A und C. gator »/z«. Dies ist in F i g. 6 gezeigt.

Bei komplizierten aufgebauten Systemen kann es Als weitere logische Schaltung ist eine abgeän-

unter Umständen erforderlich werden, daß ein derte Majoritätsschaltung zu betrachten, bei der alle

Zuleitungen von den Eingangsschaltelementen und den Signalgeneratoren fester Phasenlage/? je über einen Negator mit der Verbindungsleitung zum Ausgangsschaltelement verbunden sind. Auch hier ist wieder die Anzahl der Eingänge fester Phasenlage um eins geringer als die Anzahl der Eingangsvariablen. Der Ausgang dieser Schaltung ist nur dann »L«, wenn alle Eingangsvariablen eine »0« darstellen.

Die Schaltung nach Fig. 7 stellt nun eine Kornbinationsschaltung von oben besprochenen logischen Schaltungen dar, bei welcher die Ausgangsschaltelemente der jeweils vorhergehenden logischen Schaltungen gleichzeitig als Eingangsschaltelemente für die entsprechend nachfolgenden dienen. Ebenso kann das auf das Schaltelement C folgende Ausgangsschaltelement A für eine eventuell folgende Schaltung gleichzeitig als Eingangsschaltelement dienen. Weiterhin ist zu entnehmen, daß alle Schaltelemente nach den Modulationsklassen A, B, C geordnet sind und in der richtigen Reihenfolge angeregt werden. Da das Ausgangsschaltelement der Gesamtschaltung wieder von der Klasse A ist, kann der Modulationszyklus auch bei Zusammenschaltung mehrerer solcher Schaltungen ohne weiteres angewendet werden. Zu beachten ist aber, daß das Schaltelemente ganz unten das Ausgangsschaltelement A steuert, d. h., die Modulationsspannung der Anregungsenergie des Ausgangsschaltelementes A muß mit einer Verzögerung um eine Drittelperiode der Modulationsperiode zugeführt werden, damit eine Steuerung des Schaltelementes A von hier aus erfolgen kann. Die Kennzeichnung φ über der Verbindungsleitung gibt diese Vorschrift definitionsgemäß an.

Die Signale x, y, ζ werden je einem Eingangsschaltelement A zugeführt, dessen Ausgänge gemeinsam dem oberen Schaltelemente zugeführt werden, das als Ausgangsschaltelement einer Majoritätsschaltung nur dann eine »L« abgibt, wenn mindestens zwei der Eingangsschaltelemente A eine »L« zuführen, d. h., wenn die logische Bedingung xy + xz + yz + xyz erfüllt wird.

Die Ausgänge der Eingangsschaltelemente A werden außerdem je über einen Negator mit einer Verbindungsleitung zu einem mittleren Schaltelemente verbunden, das als Ausgangsschaltelement einer negierten UND-Schaltung wirkt, da auch die Signale fester Phasenlage/? je über einen Negator zugeführt werden. Der Ausgang dieses Schaltelements B ist deshalb nur dann »L«, wenn alle Eingangsschaltelemente A eine »0« abgeben, d. h., wenn die logische Bedingung xyz erfüllt wird.

Schließlich sind die Ausgänge der Eingangsschaltelemente A mit der gemeinsamen Zuleitung zum unteren Schaltelemente verbunden, das als UND-Schaltung wirkt und nur dann eine »L« abgibt, wenn alle Eingangsschaltelemente eine »L« zuführen, d.h., wenn die logische Bedingung χ y ζ erfüllt wird.

Das obere und mittlere Schaltelemente wirken gleichzeitig als Eingangsschaltelement einer weiteren negierten UND-Schaltung mit dem Ausgangsschaltelement C, das deshalb nur dann eine »L« abgibt, wenn sowohl das obere Schaltelemente als auch das mittlere Schaltelement B eine »0« zuführen, d. h., wenn die Anzahl der Schaltelemente A (links), die eine »L« abgeben, nicht gleich Drei, nicht gleich Zwei und nicht gleich Null ist, d. h., wenn sie Eins ist und damit die logische Funktion xy ζ + xyz + xjz erfüllt.

Das Schaltelement A (rechts) bildet das Ausgangsschaltelement einer ODER-Schaltung, die dann eine »L« abgibt, wenn entweder das als Eingangsschaltelement wirkende Schaltelement C eine »L« zuführt oder das als zweites Eingangsschaltelement wirkende untere Schaltelement B eine »L« zuführt, d. h., wenn die Anzahl der Schaltelemente^ (links) mit einer »L« entweder Eins oder Drei ist; damit ist aber die Schaltung in der Lage auf Paarigkeit, d. h. Gerade oder Ungerade, zu überprüfen.

Diese Paarigkeitsprüfschalter, deren Ausgang »L« ist, wenn die logische Bedingung, wie oben festgestellt, xyz +xyz +xyz + xyz erfüllt wird, und die Majoritätsschaltung, deren Ausgang »L« ist, wenn die logische Bedingung xy + xz + yz + xyz erfüllt wird, bestimmen demnach zusammen die Summen und Ubertragsziffer bei der binären Addition. In diesem Falle werden die drei Eingangsvariablen als Augend, Addend und Übertrag der unmittelbar vorausgehenden Addierstufe bezeichnet. Beide Schaltungen zusammen stellen daher einen binären Volladdierer dar (Fig. 8).

Eine zusätzliche Majoritätsschaltung erübrigt sich dann, wenn der Übertragsausgang unmittelbar am Ausgang des oberen Schaltelementes B vor dem Eingang des Negators abgegriffen wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Volladdierer mit logischen Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bitdarstellungen durch zwei Phasenlagen zur Bildung der Summe drei Eingangssignale x, y, ζ einer Majoritätsschaltung, deren Ausgang — logische Funkiton: xy + xz + yz + xyz — mit einem Eingang einer ersten negierten UND-Schaltung verbunden ist, einer UND-Schaltung, deren Ausgang — logische Funktion: xyz — mit einem Eingang einer ODER-Schaltung verbunden ist, und einer zweiten negierten UND-Schaltung zugeführt werden, deren Ausgang logische Funktion: xyz — mit dem anderen Eingang der ersten negierten UND-Schaltung verbunden ist, wobei deren Ausgang — logische Funktion: xyz + xyz + xyz — mit dem anderen Eingang der ODER-Schaltung verbunden ist, deren Ausgang den Summenausgang — logische Funktion: xyz + xyz +xyz + xyz — darstellt, und daß zur Darstellung des Übertrags die Eingangssignale x, y, ζ einer Majoritätsschaltung mit dem Übertragsausgang — logische Funktion: xy + xz + yz + xyz — zugeleitet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß speichernde bistabile Schaltelemente in jedem Eingangszweig und jeweils im Ausgangszweig der logischen Schaltungen angeordnet sind und daß die zeitlich aufeinanderfolgende Anregung der bistabilen Schaltelemente zu subharmonischen Schwingungen durch jeweils eine um eine Drittelperiode gegenüber der vorhergehenden Modulationsperiode verschobene Modulationswelle der Grundschwingung erfolgt, so daß das Ausgangssignal eines ersten bistabilen Schaltelementes die Phasensteuerung des zweiten und das Ausgangssignal des zweiten, die des

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dritten jeweils zyklisch mit einer ersten, zweiten und dritten Modulationsperiode übernehmen kann.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der drei Eingangssignale x, y, ζ je ein gleichzeitig mit einer ersten Periode der Anregungsmodulation angeregtes bistabiles Schaltelement/1 vorgesehen ist, deren Ausgänge jeweils mit dem Eingang der gleichzeitig mit einer zweiten Periode der Anregungsmodulation angeregten Ausgangsschaltelemente B der Übertragsmajoritätsschaltung, der der ODER-Schaltung vorgeschalteten Majoritätsschaltung, über als Negator wirkende phasendrehende Vorrichtungen der zweiten negierten UND-Schaltung, die über zwei weitere Eingänge jeweils Signale fester Phasenlage »Null« erhält und der UND-Schaltung verbunden ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Ausgangsschaltelemente B gleichzeitig als Eingangsschaltelemente für die erste negierte UND-Schaltung und ein weiteres Ausgangsschaltelement B gleichzeitig als ein Eingangsschaltelement der ODER-Schaltung dienen.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Eingangsschaltelemente B der ersten negierten UND-Schaltung, der über einen dritten Eingang ein Signal fester Phasenlage »Null« zugeführt wird, über als Negator wirkende phasendrehende Vorrichtungen mit dem Eingang des zugeordneten Ausgangsschaltelements C verbunden ist, das mit einer dritten Modulationsperiode der Anregungsmodulation angeregt wird und gleichzeitig als das andere Eingangsschaltelement der ODER-Schaltung dient, wobei die Verbindungsleitung zur Übertragung der Anregungsschwingung vom Ausgangsschaltelement B der UND-Schaltung zum Eingang des Ausgangsschaltelements A der ODER-Schaltung eine Verzögerungseinrichtung enthält, die die Periode der Anregungsmodulation um eine Drittelperiode verzögert, so daß das Ausgangsschaltelement A der ODER-Schaltung mit der ersten Periode der Anregungsmodulation angeregt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragsausgang — logische Funktion: xy + xz + yz + xyz — am Ausgang des Ausgangsschaltelementes der der ODER-Schaltung vorgeschalteten Majoritätsschaltung abgegriffen wird.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der Signale fester Phasenlage ein Signalgenerator mit einer bestimmten festen Ausgangsphasenlage dient, die den entsprechenden Signaleingängen der UND-Schaltungen über als Negatoren wirkende phasendrehende Vorrichtungen zugeführt werden.

8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Addierschaltung verwendeten logischen Schaltungen als bistabile Schaltelemente Kristalldioden besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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