DE1181457B - Umsetzeranordnung - Google Patents

Umsetzeranordnung

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DE1181457B
DE1181457B DEI14493A DEI0014493A DE1181457B DE 1181457 B DE1181457 B DE 1181457B DE I14493 A DEI14493 A DE I14493A DE I0014493 A DEI0014493 A DE I0014493A DE 1181457 B DE1181457 B DE 1181457B
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Albert Ernest Slade
Dudley Allen Buck
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: G 06 f;
G06b
Deutsche KL: 42 m-14
Nummer: 1181457
Aktenzeichen: 114493IX c / 42 m
Anmeldetag: 4. März 1958
Auslegetag: 12. November 1964
Die Erfindung betrifft eine Umsetzeranordnung zum gleichzeitigen Übertragen einer ersten Reihe von Zeichen in Form eines Eingangskodes in eine zweite Reihe von Zeichen in Form eines Ausgangskodes, insbesondere Multiplikationstafel mit einer Reihe von alternativ erregbaren Eingangssperrleiterpaaren und als Übertragungselemente dienenden Kryotronen, bei der alle Supraleiter derart mit den Sperrleiterpaaren kombiniert sind, daß jeder von ihnen jeweils von höchstens einem Leiter eines Paares beeinfluß- ίο bar ist und durch eine Kombination von Sperrleitern beeinflußt wird, die sich von der Kombination eines jeden anderen Supraleiters unterscheidet.
Die Verwendung von Kryotronen bei Rechenwerten ist bekannt. So ist ein aus Kryotronelementen aufgebauter Schalter zum Verteilen eines Impulses auf mehrere parallele Kanäle bekannt. Ein solcher Schalter kann z. B. als Umsetzeranordnung zum Umsetzen vom binären auf das oktale System verwendet werden. Dabei entspricht die Zahl der möglichen Kombinationen am Eingang des Schalters genau der Anzahl der Schalterausgänge. Bei dieser bekannten Anordnung sind alle Supraleiter zwar parallel verlaufend angeordnet, aber nicht parallel geschaltet, da jeder zu einem gesonderten Ausgang führt. Bei gleichzeitiger Anzeige des Zustandes an allen Ausgängen ist eine der Anzahl der Ausgänge entsprechende Anzahl von Anzeigegeräten erforderlich, während mit nur einem Anzeigegerät die Ausgänge nur schrittweise nacheinander abgetastet werden können.
Dieser bekannte Schalter kann auch in einem binären Volladdierer verwendet werden, um die acht möglichen Eingangskombinationen Kryotron-Torkreisen zuzuführen, welche die zum Feststellen der Summe und des Ubertragerdigits notwendigen Leitungswege bestimmen. Genau wie bei dem Umsetzerschalter, der oben erwähnt wurde, sind die einzelnen Rechenschritte auch hier nur nacheinander auszuführen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Umsetzeranordnung der eingangs genannten Art, insbesondere eine Multiplikationstafel, zu schaffen, mit deren Hilfe die Rechenoperation in einem einzigen Schritt zum Ergebnis führt, also alle Stellen der den Ausgangskode bildenden Zeichen gleichzeitig ermittelt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils mehrere Supraleiter parallel geschaltet mit einem gemeinsamen Ausgang verbunden sind, der einer bestimmten Stelle der zweiten Reihe des Ausgangskodes zugeordnet ist, und daß die Zahl der parallel geschalteten Supraleiter kleiner als die Umsetzeranordnung
Anmelder:
International Business Machines Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2
Als Erfinder benannt:
Albert Ernest Slade, Cochituate, Mass.,
Dudley Allen Buck, Wilmington, Mass.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. März 1957 (644 581)
theoretisch mögliche Anzahl der Kombinationen von Eingangssignalen ist und der Anzahl der zu einem praktisch möglichen Ergebnis an dieser Stelle führenden Kombinationen entspricht. Bei der neuen Anordnung sind alle einer Stelle des Ausgangskodes zugeordneten Supraleiter parallel geschaltet und gemeinsam mit dem dieser Stelle entsprechenden Ausgang verbunden. Dabei stellt die genaue Anordnung eine Ja-Nein-Schaltung dar, die lediglich angibt, ob nicht für eine vorgegebene Kombination von Eingangssignalen ein praktisch mögliches Ergebnis in der Schaltung vorgesehen ist. Diese Aussage wird dadurch angezeigt, daß ζ. B. an einem Voltmeter eine Spannung erscheint oder ausbleibt, wenn eine vorgegebene Kombination von Eingangssignalen an die Sperrleiter angelegt werden. Dieser Vorteil wird dabei mit einem relativ kleinen Schaltungsaufwand erreicht, da in der Schaltung bereits alle möglichen Kombinationen von Eingangssignalen unberücksichtigt bleiben, die zu keinem sinnvollen Ergebnis an der betreffenden Stelle des Ausgangskodes führen. Die Zahl der Supraleiter ist daher wesentlich kleiner als die Zahl der möglichen Eingangskombinationen. Durch die Verwendung von Kryotronen läßt sich die neue Umsetzeranordnung trotz Lieferung des Ge-
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samtergebnisses in einem Schritt auf sehr engem und dem normalen Widerstandszustand dieser Ma-
Raum unterbringen, insbesondere, daß für jede Stelle terialien nutzbar gemacht wird, wobei die Materialien
des Ergebnisses nur ein Anzeigegerät benötigt wird. auf einer konstanten Temperatur gehalten werden.
Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeich- F i g. 2 veranschaulicht als Beispiel eine einzelne
nungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher 5 Kryotroneinheit mit einem zentralen Supraleiter 2,
erläutert. auf den eine Sperrleitersteuerspule 4 gewickelt ist;
F i g. 1 zeigt eine Kurvenschar für verschiedene sowohl der Supraleiter als auch die Wicklung beMaterialien, welche diejenige Temperatur, bei der stehen aus Materialien, die bei sehr tiefen Temperadiese Materialien supraleitend werden, als Funktion türen normalerweise supraleitend sind. Die ganze des aufgebrachten Magnetfeldes erkennen läßt; io Einheit wird in flüssiges Helium eingetaucht, um die
F i g. 2 ist eine schmatische Darstellung einer ein- Leiter 2 und 4 supraleitend zu machen,
zelnen Kryotroneinheit; Das bevorzugte Material für die Supraleiter ist
F i g. 3 ist eine Multiplikationstabelle für einstellige Tantal, denn seine Übergangstemperatur im Bereich
binäre Zahlen; von 50 bis 100 Oersted liegt bei 4,2° K, d. h. beim
Fig. 4 zeigt die Schaltung eines erfindungsge- 15 Siedepunkt von Helium, das unter dem Druck von
mäßen Multiplikationsgerätes, das die Multiplikation 1 Atmosphäre steht. Niob, das durch eine relativ
nach F i g. 3 ausführt; hohe Verdrängungsfeldstärke gekennzeichnet ist, wo-
Fig. 5 ist eine Multiplakationstabelle für zwei- bei die Verdrängungsfeldstärke diejenige Feldstärke
stellige binäre Zahlen; ist, die benötigt wird, um ein supraleitfähiges Ma-
F i g. 6 zeigt die Schaltung eines zweiten Ziffern- 20 terial in den Widerstandszustand zu überführen, wird
Speichers eines erfindungsgemäßen Multiplikations- gewöhnlich für die Sperrleitersteuerwicklung verwen-
gerätes; det, damit die Steuerwicklung während des gesamten
F i g. 7 veranschaulicht die Schaltung eines voll- Betriebes des Kryotrons supraleitend bleibt, obwohl
ständigen erfindungsgemäßen Multiplikationsgerätes die Innenfläche der Steuerwicklung im wesentlichen
für zweiteilige binäre Zahlen. 25 dem gleichen Magnetfeld ausgesetzt ist, das auf den
Beim Kryotron, das ein bei Digitalrechnern ver- Supraleiter aufgebracht wird. Bei den meisten Anwendbares Schaltelement ist, richtet sich die Arbeits- Wendungsfällen ist es ferner erwünscht, den Steuerweise nach den Änderungen der Widerstandseigen- leiter in Form einer Wicklung auszubilden, wie es schäften bestimmter elektrischer Leiter, wenn diese bei der Wicklung 4 in F i g. 2 der Fall ist, um die Temperaturen ausgesetzt werden, welche sich dem 30 zum Erzeugen eines Verdrängungsfeldes benötigte absoluten Nullpunkt nähern. Beim Fehlen eines Ma- Stromstärke herabzusetzen.
gnetfeldes gehen diese Materialien plötzlich von Ein wichtiges Anwendungsgebiet von Umsetzereinem Zustand, in dem sie einen Widerstand auf- anordnungen ist die Durchführung der Rechenweisen, in einen Zustand der Supraleitfähigkeit über, funktionen des Addierens, Subtrahierens, Multipliziein dem ihr Widerstand identisch gleich Null ist, wenn 35 rens und Dividierens. Die zugeführte Eingangsgröße sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert. besteht aus zwei oder mehr Zahlen in binärer Form, Die Temperatur, bei der diese Änderung auftritt, mit denen eine Operation durchgeführt werden soll, wird als Übergangs- bzw. Sprungtemperatur bezeich- Die Ausgangsseite liefert dann eine einzige Zahl, die net. Wenn man auf den Leiter ein Magnetfeld auf- die Summe, das Produkt, den Quotienten oder die bringt, wird diese Übergangstemperatur erniedrigt; 40 Differenz der beiden Zahlen bzw. das Ergebnis des die Beziehung zwischen dem aufgebrachten Magnet- Rechenvorgangs ist.
feld und der Übergangstemperatur ist in F i g. 1 für F i g. 3 zeigt eine Multiplikationstabelle für ein-
mehrere der ein solches Verhalten zeigenden Ma- stellige binäre Zahlen. Die Zahlen oberhalb der
terialien dargestellt. Gemäß F i g. 1 verliert Tantal waagerechten Doppellinie können als Multiplikato-
beim Fehlen eines Magnetfeldes jeden elektrischen 45 ren und die Zahlen auf der linken Seite der senk-
Widerstand, wenn die Temperatur auf 4,4° K oder rechten Doppellinie als Multiplikanden aufgefaßt
weniger herabgesetzt wird; für Blei gilt entsprechend werden. Die Produkte der Multiplikatoren und MuI-
eine Temperatur von 7,2° K und für Niob eine tiplikanden erscheinen dann in den durch die Dop-
solche von 8° K. Insgesamt gibt es einundzwanzig pellinien begrenzten Feldern. Aus dieser Tabelle geht
Elemente sowie zahlreiche Legierungen und Verbin- 50 hervor, daß nur eine Kombination von Multiplikator
düngen, die bei einer Temperatur zwischen 0 und und Multiplikand das Produkt 1 ergibt, und daher
17° K einen Übergang zum Zustand der Supraleit- braucht ein Kryotronspeicher zur Verwendung als
fähigkeit durchmachen. Das Vorhandensein eines Multiplikationseinrichtung für einstellige binäre Zah-
Magnetfeldes bewirkt, daß sich die normale Über- len nur einen Supraleiter aufzuweisen,
gangstemperatur zu einem niedrigeren Wert bewegt; 55 F i g. 4 zeigt eine für diesen Zweck geeignete Um-
wenn man dagegen eine konstante Temperatur auf- Setzeranordnung mit den O-Steuerwicklungen 6 und 8,
rechterhält, bewirkt ein Magnetfeld von ausreichen- den 1-Steuerwicklungen 10 und 12 sowie einem ein-
der Intensität, daß das supraleitende Material wieder zigen Supraleiter 14, der sich durch die beiden
in seinen Normalzustand zurückkehrt, in dem es O-Steuerwicklungen 6 und 8 erstreckt. Dem Supra-
einen Widerstand besitzt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, 60 leiter wird ein Strom aus einer Stromquelle, z.B.
daß ein Magnetfeld von 50 bis 100 Oersted bewirkt, einer Batterie 15, über einen Strombegrenzungswider-
daß ein Draht aus Tantal, der auf einer Temperatur stand 16 zugeführt. Der Stromweg wird durch eine
von 4,2° K, d. h. der Temperatur flüssigen Heliums Leitung 18 vervollständigt, die über den Erdungs-
bei atmosphärischem Druck, gehalten wird, aus dem anschluß zu der Batterie 15 führt. An die Enden des
Zustand der Supraleitfähigkeit in denjenigen Zustand 65 Supraleiters 14 kann ein Voltmeter 20 angeschlossen
übergeht, in dem er einen Widerstand besitzt. sein. Der eine Eingang nach F i g. 4, der die Steuer-
Das Kryotron ist ein Schaltelement, bei dem der wicklungen 6 und 10 umfaßt, kann dazu benutzt
Übergang zwischen dem Supraleitfähigkeitszustand werden, den Multiplikator einzugeben, während der
die Wicklungen 8 und 12 umfassende zweite Eingang zum Eingeben des Multiplikanden dient.
Bei der Benutzung der Einrichtung erfolgt das Eingeben des Multiplikators und des Multiplikanden nach F i g. 4 in Form von Strömen, deren Stärke ausreicht, um zu bewirken, daß die sich durch die Wicklungen erstreckenden Supraleiter einen Widerstand aufweisen. Wenn z. B. der Multiplikator 0 und der Multiplikand 1 ist, erfolgt eine Stromzuführung zu der O-Wicklung 6 und zu der 1-Wicklung 12. Der Draht 14 besitzt somit einen Widerstand, und da der einzige mögliche supraleitende Draht, nämlich einer, der sich durch die 1-WicklunglO und die O-Wicklung 8 erstreckt, nicht vorhanden ist, wird der Stromweg einen Widerstand besitzen, und das Voltmeter 20 zeigt die Lösung 0 an. Wenn dagegen sowohl der Multiplikator als auch der Multiplikand gleich 1 ist, erfolgt eine Stromzuführung zu der 1-Wicklung 10 und der 1-Wicklung 12, und der Supraleiter 14, der sich durch keine dieser Wicklungen erstreckt, verbleibt in seinem supraleitenden Zustand. An dem Umsetzer liegt dann die Spannung 0, d. h., es wird die Lösung 1 angezeigt. Man kann den Supraleiter 14 als 11-Leiter bezeichnen, denn beim Zuführen von Strom zu der Spulenkombination 11 ist dies derjenige Supraleiter, der supraleitend bleibt.
Zwar besitzt der Umsetzer nach Fig. 4 Supraleiter, die der Lösung 1 entsprechen, und er zeigt solche Lösungen dadurch an, daß an ihm die Spannung 0 liegt, doch liegt es auf der Hand, daß man die Supraleiter auch dazu benutzen könnte, die Lösungen vom Wert 0 wiederzugeben, und daß die Ablesung der Spannung 0 an dem Umsetzer eine 0 in der Lösung anzeigen könnte. Ferner ist es klar, daß man diese Anordnung benutzen würde, um die auf der rechten Seite stehende Ziffer in einer Lösung anzuzeigen, die für die Muliplikation von zwei mehrstelligen Zahlen gilt. In diesem Falle würden die Eingänge die auf der rechten Seite stehenden Ziffern des Multiplikators und des Multiplikanden repräsentieren, und der Multiplikator würde die rechte Stelle der Lösung liefern, da keine der Ziffern im Multiplikator und Multiplikanden auf der linken Seite einer entsprechenden Stelle in der Lösung die Ziffer an der betreffenden Stelle beeinflussen wird.
F i g. 5 zeigt eine Multiplikationstabelle für zweistellige binäre Zahlen. Die größte Lösung ist eine vierstellige Zahl, und daher benötigt man vier Umsetzereinheiten zum Durchführen der Multiplikation der oberhalb der waagerechten Doppellinie stehenden Multiplikatoren mit den links von der senkrechten Doppellinie stehenden Multiplikanden. Wie bereits erwähnt, kann der Umsetzer für die rechte Stelle der Lösung dem Umsetzer nach F i g. 4 ähneln, bei dem man nur einen Supraleiter und zwei Eingänge benötigt. Dies wird dadurch bestätigt, daß in der Tabelle von Fi g. 5 die einzigen Produkte, bei denen eine 1 an der ersten Stelle (rechte Ziffer) erscheint, diejenigen sind, deren Multiplikatoren und Multiplikanden mit einer 1 enden.
Fi g. 6 zeigt eine Umsetzeranordnung, die man für die zweite Stellung der Lösung eines zweistelligen Multiplikationsgerätes verwenden kann. Diese Anordnung für die zweite Stelle umfaßt einen Multiplikatorabschnitt mit den O-Steuerwicklungen 26 und 28 und den 1-Steuerwicklungen 30 und 32. Der Multiplikandenabschnitt umfaßt die O-Wicklungen 34 und 36 sowie die !-Wicklungen 38 und 40. Sie umfaßt Supraleiter, die denjenigen Lösungen in F i g. 5 entsprechen, bei denen eine 1 an der zweiten Stelle, d. h. der zweiten Stelle von rechts, erscheint. Somit wird das Produkt aus 10 und 01 durch den 0110-Supraleiter 48 wiedergegeben, der sich durch die 0-Wicklung 26, die 1-Wicklung 32, die 1-Wicklung 38 und die 0-Wicklung 36 erstreckt. In ähnlicher Weise repräsentieren die Supraleiter 44, 46, 48, 50 und 52 die übrigen Multiplikator-Multiplikanden-Kombinationen, bei denen sich die Zahl 1 an der zweiten Stelle der Lösung ergibt. Die Enden der Supraleiter sind durch supraleitende Drähte 54 und 56 miteinander verbunden und durch diese Drähte auch an eine Batterie 58 und einen Begrenzungswiderstand 60 angeschlossen, wobei der Stromkreis durch die Erde geschlossen ist. Als Beispiel für eine Einrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins eines supraleitfähigen Stromweges durch den Umsetzer ist in F i g. 6 ein Voltmeter 61 dargestellt.
ao Die Gesamtzahl der bei dem Umsetzer nach F i g. 6 vorgesehenen Supraleiter beträgt sechs, d. h., es ist ein Supraleiter für jede derjenigen Lösungen in F i g. 5 vorgesehen, bei denen eine 1 an der zweiten Stelle auftritt. Die sechs Felder, in denen diese Lösungen stehen, sind in F i g. 5 schraffiert. Die verallgemeinerte Formel für die maximale Anzahl von Leitern, die bei einem Umsetzer für eine bestimmte Stellung innnerhalb der Lösung erforderlich sein könnten, lautet
(2«)(2«-l)
hierin ist η die von rechts gezählte Platznummer der betreffenden Stelle.
Der Umsetzer nach F i g. 6 ist technisch in Gestalt eines Seils ausgebildet, bei dem die Wicklungen um verschiedenartig gruppierte Stränge herumgelegt sind. Die Supraleiter können aus Tantaldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,025 bis etwa 0,075 mm hergestellt sein; die Untergrenze für den Drahtdurchmesser richtet sich nach den Schwierigkeiten, die sich beim Hantieren mit feinem Draht sowie beim Verbinden, Schweißen usw. ergeben. Der Drahtdurchmesser soll möglichst klein sein, damit die auf die Supraleiter aufzubringenden Steuerwicklungen eine möglichst kleine Querschnittfläche erhalten können. Die Induktivität der Wicklungen und die Betätigungszeit des Umsetzers lassen sich hierdurch jeweils auf einem Kleinstwert halten, wenn die Wicklungen supraleitend sind. Tantal wird bevorzugt für die Supraleiter verwendet, da man eine relativ geringe magnetische Feldstärke benötigt, um es bei der bevorzugten Betriebstemperatur des Umsetzers in den Widerstandszustand zu überführen.
Die Steuerwicklungen können aus eng gewickeltem Niobdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,075 mm hergestellt werden; bei diesem Draht wird durch den für den Betrieb des Umsetzers benötigten Strom keine Verdrängungswirkung hervorgerufen. Wenn die Eingangssignale dieser Wicklungen von anderen Kryotronelementen geliefert werden, sollen die Wicklungen imstande sein, ein Verdrängungsfeld von z. B. 100 Oersted über ihre gesamte Querschnittsfläche zu entwickeln, ohne daß das spontane Auftreten einer Verdrängungswirkung in den Kryotronsupraleitern, mit denen sie verbunden sind, bewirkt wird. Als Beispiel sei erwähnt, daß bei dem Umsetzer
nach Fig. 6 Steuerwicklungen mit einer Länge von supraleitend, und wenn 10 mit 11 multipliziert wird, etwa 25 mm mit etwa zehn Windungen je Millimeter bleibt der Supraleiter 42 supraleitend. Wenn die beifür von Kryotron-Flip-Flop-Kreisen gelieferten Ein- den ersten Stationen auf der linken Seite (Fig. 6) gangsgrößen ausreichen, ohne daß eine spontane Ver- in der Reihenfolge 01 und die letzte Station mit drängungswirkung in den Tantalsupraleitern der 5 einer 1 beaufschlagt werden, wird somit ein supraFlip-Flop-Kreise hervorgerufen wird. Bei Anwen- leitender Stromweg vorhanden sein, und zwar ohne dungsfällen, bei denen keine von anderen Kryotron- Rücksicht darauf, ob die 0-Wicklung 34 oder die einrichtungen gelieferten Eingangsgrößen benötigt 1-Wicklung38 unter Strom steht. Dementsprechend werden, brauchen die Eingangswicklungen nicht su- kann man die Leiter 42 und 48 zu einem einzigen praleitend zu sein und können jede beliebige Zahl xo Leiter vereinigen, den man als 10-1-Leiter bezeichvon Windungen aufweisen, die nur durch die Größe nen kann und der sich durch die 0-Wicklung 26, die der Eingangssignale begrenzt ist. Die Isolation auf 1-Wicklung 32, nicht jedoch durch die O-Wicklung den Sperrleitern und den Steuerwicklungen soll mög- 34 und die 1-Wicklung 38 und dann wieder durch liehst dünn sein. die O-Wicklung 36 erstreckt. Die Anzahl der Supra-Die Arbeitsweise des Zweistellenumsetzers nach 15 leiter in dem Zweistellenumsetzer läßt sich somit von Fig. 6 ist die gleiche wie diejenige des Erststellen- sechs auf vier vermindern.
Umsetzers nach Fig. 4. Wenn z. B. 01 mit 01 multi- In Fig. 7 ist eine vollständige zweistellige binäre pliziert werden soll, wird der O-Wicklung 26, der Multiplikationseinrichtung dargestellt. Diese Einrich-1-Wicklung 32, der O-Wicklung 34 und 1-Wicklung tung umfaßt vier den Stellen der Lösung entspre-40 Energie zugeführt, um zu bewirken, daß die sich 20 chende Umsetzereinheiten. Bei diesen werden jeweils durch diese Wicklungen erstreckenden Supraleiter einzelne Sätze von Steuerwicklungen verwendet, einen Widerstand aufweisen. Da kein 0101-Supra- doch könnte man auch getrennte Steuerwicklungen leiter vorhanden ist, müssen sich sämtliche Leiter vorsehen, wobei die entsprechenden Wicklungen in durch eine mit Strom beschickten Wicklungen er- den verschiedenen Umsetzern in Reihe geschaltet strecken. Der Stromweg durch den Umsetzer besitzt 25 sind, um ein gleichzeitiges Eingeben von Werten in daher einen Widerstand, und die an ihm liegende sämtliche Umsetzer zu ermöglichen. Somit umfaßt Spannung, die durch das Voltmeter 61 angezeigt der Multiplikationsteil die 0-Steuerwicklungen 62 und wird, ergibt den Wert 0 für die zweite Stelle der Lö- 64 und die 1-Wicklungen 66 und 68, während der sung. Hierbei ist angenommen, daß dem Umsetzer Multiplikandenteil die 0-Wicklungen 70 und 72 sonach F i g. 4 gleichzeitig Strom zugeführt wird und 30 wie die 1-Wicklungen 74 und 76 umfaßt,
daß auf dessen Ausgangsseite der Wert 1 registriert Der Umsetzer für die erste Stelle besitzt einen wird, so daß man als Lösung das Produkt 01 erhält. 1-1-Supraleiter 78, der sich durch die Multiplikator-Wenn dagegen 10 mit 01 multipliziert wird, wobei O-Wicklung 64 und die Multiplikanden-O-Wicklung die Stromzuführung zu der 1-Wicklung 30, der 72 erstreckt. Dieser Umsetzer ist an eine Strom-0-Wicklung 28, der O-Wicklung 34 und der 1-Wick- 35 quelle, z. B. eine Batterie 80, über einen Stromlung 40 erfolgt, bleibt der 101-Supraleiter 48 supra- begrenzungswiderstand 82 angeschlossen; eine Einleitend. Da der Widerstand des Stromweges gleich 0 richtung zum Bestimmen des Leitfähigkeitszustandes ist, wird die Spannung ebenfalls gleich 0 sein, um das des Umsetzers zum Zwecke der Ermittlung der ersten Vorhandensein einer 1 an der zweiten Stelle anzuzei- Stelle der Lösung wird hier beispielsweise durch ein gen. Die durch die Umsetzer nach F i g. 4 und 6 40 Voltmeter 84 gebildet, das an die Enden des Supragleichzeitig gelieferte Lösung lautet dann 10. leiters 78 angeschlossen ist.
Für den Fall, daß 01 mit 10 oder 11 multipliziert Der zweite Umsetzer des Multiplikationsgerätes wird, sei bemerkt, daß an der zweiten Stelle der Lö- nach F i g. 7 umfaßt vier Supraleiter 86, 88, 90 und sung eine 1 auftritt. Immer dann, wenn den drei 92, welche diejenigen Multiplikator-Multiplikandenersten Steuerstationen in Fig. 6 in der Reihen- 45 Kombinationen repräsentieren, die eine 1 an der folge 011 (O-Wicklung 26, 1-Wicklung 32 und zweiten Stelle der Lösung liefern. Dieser Umsetzer 1-Wicklung 38) Strom zugeführt wird, wird somit der für die zweite Stelle ähnelt dem nach F i g. 6, abge-Stromweg supraleitend sein, und zwar ohne Rück- sehen davon, daß bestimmte Supraleiter in der besieht darauf, welche Wicklung der letzten Station schriebenen Weise miteinander vereinigt wurden, um (O-Wicklung 36 oder 1-Wicklung 40) unter Strom 50 die Gesamtzahl von sechs auf vier herabzusetzen, steht. Daher kann man den 0110-Supraleiter 52 und Dieser Umsetzer ist an die Batterie 80 und einen den Olli-Supraleiter 44 zu einem einzigen Leiter mit dieser in Reihe geschalteten Begrenzungswidervereinigen (in F i g. 4 nicht dargestellt), der sich durch stand 94 angeschlossen; sein Leitfähigkeitszustand die 1-Wicklung 30, die O-Wicklung 28 und die kann beispielsweise durch ein mit den Enden O-Wicklung 34 erstreckt, und man kann dann diesen 55 des Umsetzers verbundenes Voltmeter 96 angezeigt Leiter unmittlbar mit dem Draht 56 verbinden, ohne werden.
ihn durch die O-Wicklung 36 oder die 1-Wicklung 40 Wie aus F i g. 5 ersichtlich, gibt es drei Multipli-
der letzten Station zu führen. Diesen Leiter kann kator-Multiplikanden-Kombinationen, die eine 1 an
man als Leiter 011— bezeichnen; in diesem Leiter der dritten Stelle der Lösung liefern, nämlich 10 · 10,
tritt während der Stromzufuhr zu den Wicklungen 26, 60 11 · 10 und 10 · 11, und daher kann man drei Supra-
und 38 keine Verdrängungswirkung auf, und zwar leiter in dem Drittstellenumsetzer verwenden. Es sei
ohne Rücksicht darauf, ob die Wicklung 36 oder die jedoch bemerkt, daß dann, wenn der Multiplikand 10
Wicklung 40 ebenfalls unter Strom gesetzt wird. Es und die erste Stelle des Multiplikators 1 ist, die dritte
ist somit ein supraleitender Stromweg vorhanden, um Stelle der Lösung eine 1 ist, und zwar ohne Rückeine 1 an der zweiten Stelle anzuzeigen, wenn der 65 sich darauf, ob die zweite Stelle des Multiplikators
Multiplikator 01 und der Mulitiplikand 10 oder 11 ist. eine 0 oder eine 1 ist. Deshalb kann man die Leiter
Wenn der Multiplikator 10 und der Multipli- für 10 · 10 und 11 · 10 zu einem Leiter für 1 bis 10
kand 01 ist, bleibt der Supraleiter 48 entsprechend vereinigen, wie es in Fig.7 bei 98 angedeutet ist.
Der Supraleiter 98 erstreckt sich somit durch die O-Wicklung 62, nicht jedoch durch die O-Wicklung 64 bzw. die 1-Wicklung 68, und weiter durch die O-Wicklung 70 und die 1-Wicklung 76. Der Umsetzer für die dritte Stelle umfaßt ebenfalls einen 10-11-Leiter 99, der sich durch die O-Wicklung 62, die 1-Wicklung 68, die O-Wicklung 70 und die O-Wicklung 72 erstreckt. Er ist über die Batterie 80 mit dem Begrenzungswiderstand 102 in Reihe geschaltet. Die Einrichtung zum Entnehmen des Ergebnisses für die dritte Stelle ist bei diesem Umsetzer durch ein mit seinen Enden verbundenes Voltmeter 104 veranschaulicht.
Die Multiplikationstabelle nach F i g. 5 sieht nur eine vierstellige Lösung vor, und bei dem Multiplikationsgerät nach F i g. 7 wird diese Lösung durch einen Viertstellenumsetzer repräsentiert, der einen einzigen 11 · 11-Supraleiter 106 aufweist, welcher sich durch die 0-Wicklungen 62, 64, 10 und 72 erstreckt. Dieser Supraleiter 106 ist über die Batterie 80 an einen Begrenzungswiderstand 108 angeschlossen, und er ist mit einem Voltmeter 109 verbunden, das es ermöglicht, seinen Leitfähigkeitszustand festzustellen. Die Enden der Supraleiter in den Umsetzern für die zweite bzw. dritte Stelle sind gemäß Fig. 7 durch supraleitende Drähte 112, 114, 116 und 118 miteinander verbunden. In der Praxis wird es jedoch vorgezogen, diese Verbindungen in Form jeweils einer Schweißstelle auszubilden, an der sämtliche Enden aller Supraleiter eines Umsetzers vereinigt sind.
Das Multiplikationsgerät nach F i g. 7 arbeitet in der oben beschriebenen Weise. Es sei z. B. angenommen, daß die Multiplikation 10-11 ausgeführt werden soll. Der 1-Wicklung 66, der O-Wicklung 64 und den 1-Wicklungen 74 und 76 wird Strom zugeführt, damit die sich durch diese Wicklungen erstreckenden Supraleiter einen Widerstand zeigen. Der Supraleiter 78 in dem Erststellenumsetzer erstreckt sich durch die O-Wicklung 64, so daß er einen Widerstand zeigt. Das Anzeigegerät 84 für die erste Stelle zeigt daher eine Spannung an, so daß sich für die erste Stelle der Wert 0 ergibt. In dem Zweitstellenumsetzer bleibt der Supraleiter 90, der sich durch keine der mit Strom beschickten Steuerwicklungen erstreckt, supraleitend, und das Anzeigegerät 96 für die zweite Stelle gibt die Anzeige 1. Entsprechend bleibt der Supraleiter 99 des Drittstellenumsetzers, der sich durch keine der mit Strom beschickten Wicklungen erstreckt, supraleitend, so daß das Anzeigegerät 104 eine 1 anzeigt. Der Supraleiter 106 des Vierstellenumsetzers erstreckt sich durch die mit Strom beschickte O-Wicklung 64 und zeigt daher einen Widerstand, so daß das Anzeigegerät 109 für die vierte Stelle eine 0 angibt. Dem Multiplikationsgerät wird somit die Lösung 0110 entnommen.
Zwar sind bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen Voltmeter zum Bestimmen des Leitfähigkeitszustandes der erfindungsgemäßen Umsetzer vorgesehen, doch liegt es auf der Hand, daß man auch andere Mittel verwenden kann. Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Multiplikationsgerät, das imstande ist, zwei zehnstellige (binäre) Zahlen zu multiplizieren, würde mehr als eine Million Supraleiter aufweisen müssen; diese würden einen Raum von nur etwa 75 mm mal etwa 75 mm mal etwa 900 mm einnehmen. Wenn man die Supraleiter in der vorstehend beschriebenen Weise kombiniert, könnte man ihre Anzahl erheblich vermindern, wobei der Raumbedarf entsprechend zurückgeht.
Die Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Übertrager zur Durchführung anderer arithmetischer Funktionen liegt nunmehr auf der Hand. Beispielsweise würde eine Einrichtung zum Dividieren einen Satz von Umsetzern aufweisen, die den verschiedenen Stellen des Quotienten entsprechen. Ein solches Aggregat würde einen Abschnitt zum Eingeben des Divisors und einen weiteren Abschnitt zum Eingeben des Dividenden sowie Supraleiter umfassen, welche denjenigen Quotienten entsprechen, die eine 1 an denjenigen Stellen der Lösung aufweisen, denen die Umsetzer zugeordnet sind. In ähnlicher Weise lassen sich Additions- und Subtraktionsgeräte konstruieren. Natürlich lassen sich die erfindungsgemäßen Umsetzer auch für andere Ubertragungsfunktionen benutzen, bei denen das Eingeben mehrerer Werte bei gleichzeitigem Entnehmen des Ergebnisses erwünscht ist. Ferner ist ersichtlich, daß sich die Verwendung des erfindungsgemäßen Umsetzers nicht auf das binäre System beschränkt, daß vielmehr auch eine Verwendung bei einem beliebigen anderen Digitalsystem möglich ist. Im verallgemeinerten Falle wird jede Steuerstation ebensoviel Steuerwicklungen oder Gruppen von Steuerwicklungen umfassen, wie Stellen bzw. Ziffern in der Basis des Systems vorhanden sind. Ein Umsetzer zur Verwendung bei trinärem Zahlensystem würde somit an jeder Station drei Steuergruppen aufweisen.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Umsetzeranordnung zum gleichzeitigen Übertragen einer ersten Reihe von Zeichen in Form eines Eingangskodes in eine zweite Reihe von Zeichen in Form eines Ausgangskodes, insbesondere Multiplikationstafel mit einer Reihe von alternativ erregbaren Eingangssperrleiterpaaren und als Übertragungselemente dienenden Kryotronen, bei der alle Supraleiter derart mit den Sperrleiterpaaren kombiniert sind, daß jeder von ihnen jeweils von höchstens einem Leiter eines Paares beeinflußbar ist und durch eine Kombination von Sperrleitern beeinflußt wird, die sich von der Kombination eines jeden anderen Supraleiters unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Supraleiter parallel geschaltet mit einem gemeinsamen Ausgang verbunden sind, der einer bestimmten Stelle der zweiten Reihe des Ausgangskodes zugeordnet ist, und daß die Zahl der parallel geschalteten Supraleiter kleiner als die theoretisch mögliche Anzahl der Kombinationen von Eingangssignalen ist und der Anzahl der zu einem praktisch möglichen Ergebnis an dieser Stelle führenden Kombinationen entspricht.
2. Umsetzeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sperrleiter in bekannter Weise in Form einer Steuerwicklung ausgebildet ist, die den bzw. die Supraleiter umschließt.
3. Umsetzeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Eingangswerte in Form von binären Zahlen eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eingangsstelle zwei Sperrleiter aufweist und jeder Supraleiter höchstens durch den
409 727/353
Wirkungsbereich eines dieser beiden Sperrleiter jeder Eingangsstelle geführt ist.
4. Umsetzeranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrleiter aus einem Material bestehen, das unter allen Betriebsbedingungen supraleitend ist.
5. Umsetzeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supraleiter aus Tantal und die Sperrleiter aus Niob bestehen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Proc. I.R.E.«, 1956, April, S. 482 bis 493; »Automatic Digital Computers«, Methuen & Co., Ltd., London, 1956, S. 227;
»The Design of Switchnig Cirenits«, D. van Nortrandlong., Inc., New York, 1951, S. 477;
»The Bell System Tech. Journal«, Vol. 30, 1951, S. 588 bis 625.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 727/353 11.64 © Bundesdruckerei Berlin
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