DE1251558B - Elektrische binäre Schaltungsanordnung zur Ausführung von Additionen oder Subtraktionen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

251558 IntCl.:

G06f

Deutsche KL: 42 m3 - 7/42 -^

Nummer: 1251558

Aktenzeichen: P 37358IX c/42 ni3

^Anmeldetag^{: 30}-^{Mi 1965}

Auslegetag: 5. Oktober 1967

. Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische binäre Schaltungsanordnung zur Ausführung von Additionen oder Subtraktionen mit wenigstens drei, je eine Tannenbaumschaltung aufweisenden, hintereinandergeschalteten Stufen, die je ein erstes Relais zur Darstellung des jeweiligen Addenden und ein zweites Relais zur Darstellung des Summanden enthalten.

Eine bekannte Rechenschaltung dieses Typs arbeitet mit vier zueinander parallelgeschalteten Ketten von Bauelementen, bei denen es sich um je zwei sogenannte Betriebsnetzwerke und zwei Haltenetzwerke handelt, sowie in jeder Stufe mit einem quinären und einem binären Schaltungsteil. Andere bekannte, mit Tannenbaumschaltungen arbeitende Zahlenrechner verwenden nacheinander durch Nokken zu erregende Relaisgruppen und arbeiten nach dem Prinzip der zyklischen Addition paralleler Bits, wozu eine Gruppe von parallelgeschalteten Additionseinheiten erregt werden muß. Auch sind mit Übertragungsmatrizen arbeitende Zahlenrechner bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rechenschaltung des eingangs beschriebenen Typs derart zu verbessern, daß die einzelnen, nur jeweils aus zwei Relais und einem Speicherkreis bestehenden Stufen in einer einzigen Kette hintereinander geschaltet sind, ohne daß eine Parallelschaltung der jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllenden Bauelemente einer Stufe erforderlich ist, und ferner einen Weg zu finden, das bei jeder Rechenoperation in einer Stufe anfallende Summationsergebnis unter Verzicht auf besondere Akkumulatoren unmittelbar anschließend durch die Neüeinstellung eines der beiden Relais jeder Stufe darzustellen.

Ausgehend von einer elektrischen binären Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß allen Stufen je ein individueller, über Kontakte des zweiten Relais anschaltbarer Speicherkreis zugeordnet ist, daß durch jede beliebige Kombination von Einstellungen der ersten und der zweiten Relais ein einziger eindeutiger, über die betreffenden geschlossenen Kontakte dieser Relais durch alle Stufen verlaufender Serienstrompfad mit Verzweigungen zu denjenigen Speicherkreisen herstellbar ist, welche zur vorübergehenden binären Darstellung des Summationsergebnisses bei Anlegen einer Spannung an den erwähnten Strompfad unter Berücksichtigung von Übertragssignalen erregt werden müssen, und daß diese Speicherkreise die dem Summationsergebnis und damit dem neuen Sum-Elektrische binäre Schaltungsanordnung zur
Ausführung von Additionen oder Subtraktionen

Anmelder:

Purdy & Mclntosh (Elec. Dev.) Ltd., London

Vertreter:

Dr. Fr. Hadenfeldt, Dr. H. Daube, Dr. Lienau
und Dr. H. Daube, Rechtsanwälte,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 17

Als Erfinder benannt:
Haydn Victor Purdy, London;
Ronald Campbell Mclntosh,
Hertfordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 31.Juli 1964(30 308)

manden entsprechende Neueinstellung der zweiterwähnten Relais aller Stufen steuern.

Dadurch wird erreicht, daß eine Rechenoperation durch Beaufschlagung der gesamten Schaltung mit einem einzigen Stromstoß durch den einzigen, vorbereiteten Serienstrompfad und die ausgewählten Verzweigungen zu den Speicherkreisen durchführbar ist. Dabei wird die leitende Verbindung eines lokalen Speicherkreises, vorzugsweise eines Kondensators, mit dem durchgehenden Serienstrompfad immer dann durch die Einstellung der Kontakte des zweiterwähnten Relais hergestellt, wenn dieser Kondensator entsprechend dem Summationsergebnis geladen werden muß. Die unmittelbar anschließende Entladung des Kondensators wird dann direkt dazu verwendet, das gleiche Relais zur Übertragung des Summationsergebnisses umzuschalten. Zur Herstellung aller möglichen Entladungskreise dient vorzugsweise lediglich ein einziges, allen Stufen gemeinsames Relais, das während jeder Rechenoperation ein- und abgeschaltet wird. Zur Umschaltung dieses allen Stufen gemeinsamen Relais ist insbesondere nicht einmal eine besondere Schaltungsoperation erforderlich, da dieses

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Die Anordnung ist derart getroffen, daß die Schalter in ihre 0- bzw. in ihre 1-Lage gebracht werden, je nachdem, ob das Eingangssignal 0 oder 1 ist. Die vier festen Kontakte der beiden Schalter art und ar 2 5 sind ihrerseits jeweils mit den beweglichen Kontakten von zwei weiteren Schalterpaaren er 1 und er 2 sowie er 3 und er 4 verbunden, welche zu dem Registerrelais CR des erwähnten Kondensatorrelaiskreises gehören. Dieses Registerrelais CR speichert bzw. bestimmt den

Relais ja einfach nach Abschaltung der Eingangsspannung abfällt und damit die Schließung der ausgewählten Entladestromkreise bewirkt.

Zur Vermeidung unerwünschter Quer- und Rückströme sind in den durchgehenden Serienstrompfaden
sowie in den Zweigleitungen zu den erwähnten
Speicherkreisen zweckmäßigerweise Dioden angeordnet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung

am Ausführungsbeispiel eines Mehrstufen-Parallel- io 1- oder O-Stromzustand der entsprechenden Binäraddierers näher erläutert. Es zeigt stufe.

Fig. 1 eine Tabelle, in der alle möglichen Zu- Die acht Ausgänge des Relais Ci? müssen Zu-

standskombinationen in jeder Stufe eines parallelen Standskombinationen liefern, die eine Mehrfach-Binäraddierers — ausgenommen der Eingangsstufe schaltung variierender Gruppen der Ausgänge ein-— angegeben sind, wobei sowohl die existierenden 15 schließen.

Bedingungen, die direkt eingegebenen Bits sowie die Das System der acht Ausgangskontakte der

eingegebenen Übertragssignale berücksichtigt wurden, Schalter er 1, er 2, er 3 und er 4 wird in zwei Gruppen Fig. 2, 3 und 4, in der bezeichneten Reihenfolge CFl und CYO zusammengeschaltet, die den Ubernebeneinandergelegt, von links nach rechts die fünf tragsbedingungen für die durch sie dargestellten ZuStufen eines parallelen Binäraddierers, deren Stufen 20 stände entsprechen: die beiden Mehrfachdrähte CY1 mit 1, 2, 4, 8 und 16 bezeichnet sind, und und CFO sind mit der folgenden Stufe verbunden

F i g. 5 ein die zeitlichen Zustandsänderungen in und führen zum Übertragseingang 1 bzw. 0. Einige einer Stufe veranschaulichendes Diagramm während der acht Ausgänge des Relais CR sind an eine der Addition eines 1-Bits zu einer gespeicherten 1. »LokalresultatÄ-Mehrfachschaltung angeschlossen,

Die in F i g. 1 dargestellte Tabelle erläutert für die 25 die im folgenden beschrieben wird, beiden möglichen Anfangszustände (Spalte 1) einer Das »Lokalresultat«, entsprechend einem 1- oder

binären Addiererstufe die sich als Funktion der O-Zustand einer Stufe, der sich als Ergebnis eines direkt eingegebenen Bits (Spalte 2) sowie der einge- Additionsprozesses einstellt, wird vorübergehend in gebenen Übertragssignale (Spalte 3) ergebenden dem bereits erwähnten, jeder Stufe des Addierers neuen Zustände (Spalte 4) sowie die entsprechend 30 zugeordneten Kondensators CP gespeichert. Der Kreis abgegebenen Übertragssignale (Spalte 5). Insbeson- jedes Kondensators CP enthält einen Schalter csrl

eines Relais CSR, das allen Stufen gemeinsam ist. Ini nichterregten Zustand schließt dieses Relais CSR einen Entladungskreis für alle Kondensatoren, wenn 35 sich diese im geladenen 1-Zustand befinden, so daß sie auf einen geringeren, den Zustand 0 repräsentierenden Ladungswert entladen werden. Auf Grund dieser gemeinsamen Steuerung aller Stufen, die, wie später noch beschrieben wird, in geeigneter Weise

paaren bezieht sich der erste Bit auf den Zustand 40 während jedes Additionszyklus durchgeführt wird, der Stufe und der zweite Bit auf das abzugebende brauchen nur diejenigen Ausgangskontakte der Übertragssignal. Schalter er 1 bis er 4 zusammengeschaltet werden,

Jede der fünf auf den F i g. 2, 3 und 4 dargestellten welche jeweils einen 1- oder einen O-Zustand für binären Addiererstufen, die insgesamt mit 1, 2, 4, 8 die betreffende Stufe repräsentieren. Die gemeinsame bzw. 16 bezeichnet sind, weisen — mit Ausnahme 45 Leitung für den 1-Zustand ist in Stufe 2 mit CH1 der in Fig. 2 dargestellten ersten Stufe — zwei bezeichnet und an den auf den Figuren rechten festen Eingänge 0 und 1 auf, welche mit den 0- und 1-Über- Kontakt des Schalters csr 1 angeschlossen, so daß tragsleitungen der vorangehenden Stufe verbunden ein Ladekreis für den Kondensator CP gebildet wird, sind. Da die erste Stufe nach F i g. 2 selbstverständ- wenn an die Leitung CH1 der betreffenden Stufe lieh kein Übertragssignal empfangen kann, hat sie 50 über den im Addierer gebildeten Serienkreis ein den permanenten Eingangszustand 0; ihre Eingangs- Potential gelegt wird.

klemme A liegt an einem positiven Potential. Auch Die beiden Mehrfachleitungen CY und CH sind

enthält diese erste Stufe nach Fig. 2 lediglich die an das gleiche Ausgangsklemmensystem angeschlosobere Hälfte der kompletten Verdrahtung, welche sen, wobei bestimmte Ausgänge eine Verbindung mit die anderen Stufen nach Fig. 3 und 4 aufweisen, 55 beiden Mehrfachleitungen CY und CH erfordern. Es und ferner ein Addiererrelais AR, das weiter unten ist daher notwendig, einen Stromfluß über solche noch beschrieben wird, sowie einen Kondensator- Doppelverbindungen längs unerwünschter Strompfade relaiskreis mit dem Registerrelais Ci?, dem Konden- zu verhindern, wenn ein Serienstrompfad hergestellt sator CP, den Schaltern 5 und csrl einschließlich worden ist. Zu diesem Zwecke sind an geeigneten der Verbindungsleitungen zur erwähnten Verdrah- 60 Stellen Sperrdioden BD vorgesehen, welche derartige tung. Die auf der rechten Seite der Umrandung von unerwünschte Stromquerverbindungen verhindern. Stufe 1 nach Fig. 2 endenden Leitungen stellen die In Fig. 5 sind die Zustände bzw. Zustandsände-

beiden Übertragsleitungen zur folgenden Stufe dar. rangen des Eingangsrelais AR einer Stufe, des allen In der Stufe 2 (linke Seite der Fig. 3) führen die Stufen gemeinsamen Relais CSR, welches die Kreise Eingangsübertragsleitungen 1 bzw. 0 ebenso wie bei 65 der Kondensatoren CP schaltet, des ■ Kondensators den folgenden Stufen 4, 8 und 16, zu den beweglichen CP einer Stufe sowie des Registerrelais CR einer Stufe Kontakten der beiden Schalter ar 1 und ar 2, welche als Funktion der Zeit während eines Addierzyklus zu dem bereits erwähnten Addiererrelais AR gehören. dargestellt, bei welchem zu einem gespeicherten Bit

dere ist es klar, daß immer dann ein Übertragssignal 1
abgegeben werden muß, wenn in wenigstens zwei der
ersten drei Spalten der Tabelle nach F i g. 1 der Zustand bzw. das Signal 1 erscheint.

Insgesamt existieren vier verschiedene resultierende
Endkombinationen, die ebenfalls in Fig. 1 angegeben und mit A, B, C und D bezeichnet sind. Von
den diesen großen Buchstaben zugeordneten Bit-

Claims (1)

1. i 251 558

   5 6

   ein weiterer Bit 1 hinzu addiert wird; gleichzeitig mentan vor Beendigung des ersten Halbzyklus nach

   veranschaulicht die F i g. 5 die zeitliche Verknüpfung F i g. 5 auf diese Spannung aufgeladen.

   der Zustände der erwähnten vier Baueinheiten. Nach Beendigung des ersten Halbzyklus wird die

   Die Zustandsänderung für andere additive Kombi- Speisespannung der Relais durch nichtdargestellte

   nationen sind ohne weiteres auf Grund dieser Dar- 5 Mittel unterbrochen, so daß alle Relais abfallen

   stellung ersichtlich. können. ·

   Wenn es sich um einen mit statischen Baueinheiten Die Entregung des allen Stufen gemeinsamen

   arbeitenden Addierer handelt, dann sind die Relais Relais CSR bewirkt die Umschaltung aller betreffen-

   AR aller Stufen sowie das allen Stufen gemeinsame den beweglichen Kontakte des Schalters csrl von

   Relais CSR entregt, gleichgültig, welche Zahl ge- ίο rechten festen Kontakt auf den linken festen Kontakt

   speichert ist, während das Relais CR jeder Stufe ent- in der Darstellung nach den Fig. 2, 3 und 4. Da-

   weder erregt oder entregt ist, je nachdem, ob der durch werden die Kondensatoren CP an die Wick-

   Bitwert 1 oder 0 gerade gespeichert wurde. lungen der betreffenden Registerrelais CR ange-

   Zu Beginn eines Zahlenaddierzyklus werden be- schlossen, so daß sich die geladenen Kondensatoren

   stimmte, normalerweise entregte Eingangs- oder 15 nunmehr über diese Registerrelaiswindungen entladen

   Addierrelais AR jeder Stufe entsprechend den in der können. Auf diese Weise werden die Registerrelais-

   zu addierenden Zahl vorhandenen 1-Werten erregt. kontakte kurzzeitig betätigt; das Anlegen von 100 V

   Durch die Schaltung dieser yl-R-Relais in Verbindung an die Relaiswicklungen durch die praktisch momen-

   mit den existierenden Anfangszuständen der Register- tane Entladung der Kondensatoren hat keinerlei Be-

   relaisCi? in allen Stufen wird ein Serienstrompfad 20 Schädigung der Wicklungen zur Folge. .

   durch alle Stufen hergestellt, und außerdem werden Dadurch werden die das Additionsergebnis 10111

   bestimmte lokale Strompfade zu den individuellen darstellenden Kondensatorzustände in eine analoge

   CP-Kondensatorkreisen entsprechend der Beziehung Konfiguration der CR-Relaiskontaktstellungen umge-

   zwischen dem Serienstrompfad und den Ausgangs- wandelt. Um dieses Resultat der Addition am Ende

   leitungen der Stufen gebildet. 25 des zweiten Halbzyklus (F i g. 5) zu speichern, wer-

   In den F i g. 2, 3 und 4 sind ein derartiger Serien- den rechtzeitig die betätigten Relais CR über ent-

   strompfad sowie die dazugehörigen lokalen Strom- sprechende Haltekontakte 5 erneut an Spannung ge-

   pfade mit gestrichelten Linien dargestellt, und zwar legt, so daß in den Addiererstufen nunmehr das

   entspricht die Stellung der Schalter ar 1, arl und crl Ergebnis 10111 durch die Ci?-Relais gespeichert ist.

   bis er4 in den verschiedenen Stufen des Addierers 30 In den Fig. 2, 3 und 4 entsprechen die gezeigten

   derjenigen Additionssumme, welche in F i g. 3 darge- Stellungen der Haltekontakte 5 der Relais CR dem

   stellt ist; die jeweiligen Schalterzustände 1 bzw. 0 vor der beschriebenen Operation vorhandenen

   sind in den Fig. 2, 3 und 4 in den kleinen Quadraten Speicherwert 01101.

   vermerkt, welche in die rechteckförmigen Umgren- Während aufeinanderfolgender Zyklen können

   zungslinien, die einerseits die Kontakte des Relais AR 35 aufeinanderfolgende Additionen stattfinden, und nach

   und andererseits die Kontakte des Relais CR um- jeder Addition wird die Stromsumme im Addierer

   schließen, eingezeichnet sind. gespeichert und kann über die Kontakte der Relais

   Die in den Relais CR von links nach rechts CR abgenommen werden.

   gespeicherte Zahl ist 01101, im Zustand 0 befinden Die Relaiskreise können auch durch Transistoren

   sich die betreffenden beweglichen Kontakte in der 40 oder andere elektronische Kreise ersetzt werden,

   oberen, im Zustand 1 in der unteren Stellung. Die während die Kondensatoren CP durch andere Typen

   zu addierende Binärzahl ist 11100, diese Zahl wird von schnellansprechenden elektrischen Baueinheiten

   zu Beginn des Additionszyklus auf die Relais AR ersetzbar sind. .

   gegeben. Den Figuren ist zu entnehmen, daß der Man sieht, daß der Serienkreis, der das Ergebnis durchgehende Serienstrompfad in den Stufen 1, 4, 8 45 einer Paralleladdition repräsentiert, in allen Stufen und 16 jeweils mit dem lokalen Kondensatorkreis gleichzeitig durch die gleichzeitige Schaltung einer verbunden ist, jedoch nicht im Falle der Stufe 2, was Auswahl von Eingangsrelais AR hergestellt wird, und einem Totalwert von 10111 entspricht. Die Sperr- daß die Aufladung der entsprechenden Kondendiodenß-D verhindern einen unerwünschten Strom- satoren sowie der anschließende Betrieb der entfluß in den lokalen Kondensatorkreis der Stufe 2. 50 sprechenden Relais CR ebenfalls gleichzeitig in allen Die betreffenden Zustände der lokalen Kondensator- betreffenden Stufen stattfindet,
   kreise sind in den Fig. 2, 3 und 4 in den neben die Die neue Schaltungsanordnung kann auf Rechen-Kondensatoren CP eingezeichneten Kreisen vermerkt. operationen mit beliebigen Zahlensystemen und auf

   Parallel mit der Schaltung der Relais AR wird das alle Typen von Mehrstufenausrüstungen, die Überallen Stufen gemeinsame Schaltrelais CSR erregt, wo- 55 träge einschließen, angewendet werden,
   bei jedoch der Schalter csrl nach rechts etwas später Bei einem Serienaddierer entfallen die Relais AR, betätigt wird als die Kontakte der Schalter arl und und die Relais CR steuern ihrerseits Kreise, die denen arl, wie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Über die ähnlich sind, welche in einem Paralleladdierer von Kontakte csrl werden die entsprechenden Konden- den Relais ,4.R gesteuert werden,
   satoren CP mit der. entsprechenden Leitung CHl 60 ,
   verbunden. Patentansprache:

   Die Eingangsklemme A der Stufe 1 ist ständig an 1. Elektrische binäre Schaltungsanordnung zur

   ein positives Potential von 100 V angeschlossen, und Ausführung von Additionen oder Subtraktionen

   dieses Potential liegt an dem gebildeten Serienkreis mit wenigstens drei, je eine Tannenbaumschal-

   und gleichzeitig an den lokalen CP-Kondensator- 65 tung aufweisenden, hintereinandergeschalteten

   kreisen der Stufen 1, 4 und 8 sowie 16, welche an Stufen, die je ein erstes Relais zur Darstellung

   diesen Serienkreis angeschlossen sind. Die betreffen- des jeweiligen Addenden und ein zweites Relais

   den Kondensatoren CP werden daher praktisch mo- zur Darstellung des Summanden enthalten, da-

   durch gekennzeichnet, daß allen Stufen je ein individueller, über Kontakte (crl bis er 4) des zweiten Relais (CR) anschaltbarer Speicherkreis (CP) zugeordnet ist, daß durch jede beliebige Kombination von Einstellungen der ersten (AR) und der zweiten Relais (CR) ein.einziger eindeutiger, über die betreffenden geschlossenen Kontakte (ar und er) dieser Relais durch alle Stufen verlaufender Serienstrompfad (gestrichelte Linie durch die Stufen 1, 2, 4, 8 und 16 nach den Fig. 2, 3 und 4) mit Verzweigungen zu denjenigen Speicherkreisen (CP) herstellbar ist, welche zur vorübergehenden binären Darstellung des Summationsergebnisses bei Anlegen einer Spannung an den erwähnten Strompfad unter Berücksichtigung von Übertragssignalen erregt werden müssen, und daß diese Speicherkreise (CF) die dem Summationsergebnis und damit dem neuen Summanden entsprechende Neueinstellung der zweiterwähnten Relais (CR) aller Stufen steuern.

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkreise einen durch die angelegte Eingangsspannung aufladbaren Kondensator (CP) sowie einen Schalter (csrl) enthalten, welcher nach der Aufladung der Kondensatoren über ein allen Stufen gemeinsames besonderes Relais (CSR) zur Schließung je eines Entladestromkreises betätigbar ist, in dem die Spule des zweiterwähnten und nach Erregung sich selbsthaltenden (Selbsthaltekontakt 5) Relais (CR) der betreffenden Stufe liegt.

   3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung unerwünschter Quer- und Rückströme in den durchgehenden Serienstrompfaden sowie in den Zweigleitungen zu den erwähnten Speicherkreisen Dioden (BD) angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1110 920;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 955 760, 3 061193.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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