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Die Erfindung betrifft eine dezimal arbeitende Rechenmaschine mit
einem elektronische Zähler enthaltenden Rechenwerk und einem mit einem Magnetkern-Schieberegister
arbeitenden Steuerwerk, das von einer aus einem Impulsgenerator bestehenden Uhr
getriggert wird und dessen AusgangsimpuIse die Zähler betätigen.
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Bei herkömmlichen elektronischen Rechenmaschinen der vorstehend angegebenen
Art, insbesondere elektronischen Kleinrechnern, bei denen das Steuerwerk gewöhnlich
als Schieberegister aus Ferrit- oder Bandringkernen ausgebildet ist, erfolgt jede
Auf- bzw. Abwärtszählung der Zähler um eine Einheit durch einen Impuls von einem
derartigen Kern. Infolge der beträchtlichen Umklappzeit dieser Kerne ist die Schiebegeschwindigkeit
und damit die Rechengeschwindigkeit begrenzt. Durch die Erfindung wird unter Beibehaltung
des grundsätzlichen Aufbaus und ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand die Rechengeschwindigkeit
wesentlich erhöht.
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Hierzu ist bei einer dezimal arbeitenden Rechenmaschine der eingangs
angegebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen das Steuerwerk und die
Zähler eine zweite aus einem Impulsgenerator bestehende Uhr, die eine höhere Impulsfolgefrequenz
als die das Steuerwerk triggernde Uhr hat, derart eingeschaltet ist, daß sie von
einem Ausgangsimpuls des Steuerwerks in Arbeitsverbindung mit den Zählern gebracht
wird und durch ihre Ausgangsimpulse die Auf- bzw. Abwärtszählung der Zähler für
eine Dezimalstelle in einer oder mehreren Impulslücken der das Steuerwerk triggernden
Uhr bewirkt.
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Zur Erläuterung wird nachstehend auf die Zeichnungen Bezug genommen.
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A b b. 1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau einer herkömmlichen
Rechenmaschine der angegebenen Art; A b b. 2 zeigt den Aufbau einer der A b b. 1
entsprechenden aber nach den Regeln der Erfindung ausgebildeten Rechenmaschine;
A b b. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. für ein elektronisches Addier-
bzw. Subtrahierwerk. In den Abbildungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Es sei zunächst der Aufbau und. die Arbeitsweise einer herkömmlichen
Rechenmaschine gemäß A b b.1 erläutert.
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Das Rechenwerk solcher Maschinen besteht gewöhnlich aus zwei Registern
1 und 2, die als Schiebe- . register ausgebildet sind. Diese Schieberegister sind
entweder aus Magnetkernen oder aus Flip-Flop-Einheiten aufgebaut. Jedes dieser Register
ist mit je einem elektronischen Zähler 3 bzw. 4 verbunden. Die Ziffern dezimal arbeitender
Maschinen werden meist als Tetraden binärer Werte dargestellt. Der Ausgang des Registers
1 ist ringförmig mit seinem Eingang verbunden, während der Eingang des Registers
2 mit den Ausgangsklemmen des Zählers 4 verbunden ist.
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Bei jeder Rechenoperation sind zwei Vorgänge zu unterscheiden: Der
erste Vorgang sorgt dafür, daß immer die jeweils richtigen Stellen der in den Registern
1 und 2 stehenden zu verrechnenden Zahlen in die Zähler 3 und 4 kommen, daß die
Überträge berücksichtigt werden und daß zum Schluß das Ergebnis wieder stellenrichtig
im Register 2 steht. Der zweite Vorgang sorgt dafür, daß der Zähler 3 abwärts gezählt
wird, bis der Nullstand erreicht ist, und daß gleichzeitig der Zähler 4 um genausoviel
Einheiten aufwärts zählt.
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Die beiden Vorgänge werden von einem als Magnetkern-Schieberegister
ausgebauten Steuerwerk 5 ausgelöst und in ihrem Ablauf gesteuert.
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Am Anfang einer Rechenoperation - als Beispiel sei eine Addition gewählt
- soll der Kern 7 des Steuerwerks im Zustand L sein, während die übrigen Kerne alle
im Zustand 0 sind. Die Triggerung des Steuerwerks geschieht durch einen Impulsgenerator
6, der hier Uhr genant werden soll. Diese Uhr wird zu Beginn einer Rechenoperation
eingeschaltet und gibt dann Impulse mit einer vorgegebenen, auf die Umklappzeit
der Magnetkerne abgestimmten Folgefrequenz ab.
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Der erste Impuls der Uhr schiebt den L-Zustand des Kerns 7 in den
Kern B. Dabei gibt der Kern 7 einen Impuls ab, der die beiden Schieberegister, aus
denen die Register 1 und 2 bestehen, triggert. Der Inhalt wird hierdurch um eine
-Stelle vorgeschoben, und die Ziffern der Einerstelle gelangen in die Zähler 3 bzw.
4. Der Zähler 3 hat eine Ausgangsklemme 9, an --der eine vorgegebene Spannung herrscht,
wenn der Inhalt des Zählers von Null verschieden ist. Ist dagegen der Inhalt dieses
Zählers Null, so geht diese Spannung .auf Null zurück. Ein an die Ausgangsklemriie
9"angeschlössenes Umkehrglied 10 liefert auch die komplementäre Spannung.
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Der nunmehr im Zustand L befindliche Kern 8 des Steuerwerks besitzt
zwei Ausgänge 11 und 12. Der eine ist mit dem nächsten Kern-13 verbunden, dei andere
wieder mit dem Kern 8 selbst. Die Eingangs-Wicklung des Kerns 13 und die- Eingangswicklung
14 des Kerns 8, die mit seiner Ausgangswicklung 12 verbunden ist, sind an die Spannungen
der Ausgangsklemme 9 bzw. des Umkehrgliedes 10 angeschaltet. Durch diese beiden
Spannungen kann nach bekannten Schaltungen erreicht werden, daß entweder der Kern
13 oder die Eingangswicklung 14 des Kerns 8 für einen ankommenden Impuls gesperrt
wird. Die Verbindung erfolgt so, daß der Kern 13 gesperrt ist, solange der Inhalt
des Zählers -3 von Null verschieden ist. Der Ausgangsimpuls des Kerns 8 zählt den
Zähler 3 um eine Einheit nach unten und den Zähler 4 um eine Einheit nach oben.
Ist -dabei der Stand des Zählers 3 nicht Null geworden, so setzt sich gleichzeitig
der Kern 8 wieder selbst, und der Vorgang wiederholt sich so oft, bis der Zähler
3 die Null erreicht hat. Danach erst wird der .Kern 13 gesetzt, der dann weitere
hier nicht interessierende Funktionen auslöst.
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Der Zähler 4 ist dabei so ausgebildet, daß bei überschreitung der
Neun -.ein -übertragungsimpuls in der Leitung 15 entsteht, der bei, der nächsten
Stelle berücksichtigt wird: Nach Abgabe dieses Impulses beginnt der Zähler 4 die
Weiterzählung bei der Null.
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Der vorstehend beschriebene Ablauf wiederholt sich für jede Stelle
der in den Registern 1 und 2 stehenden Zahlen. Am Schluß steht dann die Summe im
Register 2.
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Die Zählgeschwindigkeit der Zähler 3 und 4 ist durch die Schiebegeschwindigkeit
des Kernschieberegisters des Steuerwerks gegeben, da für jede Auf-bzw. Abwärtszählung
um eine Einheit das Umklappen eines Kerns erforderlich ist. Die obere Grenzgeschwindigkeit
ist durch die Kerngröße und durch das Kernmaterial bestimmt und liegt etwa bei einigen
hundert Kilohertz. Verglichen mit den hohen Zählgeschwindigkeiten
elektronischer
Zähler (10 bis 20 MHz) ist dies sehr gering und deshalb ein schwerwiegender Nachteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rechenmaschine
der vorstehend erläuterten Art ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand und unter
Gewährleistung einer einwandfreien Betriebsweise die Rechengeschwindigkeit zu erhöhen.
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Erfindungsgemäß gelingt dies durch Einschachtelung des Zählvorgangs
in eine oder mehrere Impulslücken des das Steuerwerk triggernden Impulsgenerators.
Durch einen Impuls aus dem Steuerwerk wird nicht mehr wie bisher die Auf- bzw. Abwärtszählung
der Zähler um eine Einheit herbeigeführt, sondern ein anderer und schnellerer Zählvorgang
eingeleitet, und dieser läuft zu einem beträchtlichen Teil oder vorzugsweise vollständig
ab, bevor der nächste Impuls des das Steuerwerk triggernden Impulsgenerators erscheint.
Es wird also die im Vergleich zur Schiebegeschwindigkeit des Magnetkern-Schieberegisters
des Steuerwerks um Zehnerpotenzen höhere Zählgeschwindigkeit der elektronischen
Zähler ausgenutzt. Dies erfolgt in sehr einfacher Weise durch Einschaltung eines
zweiten Impulsgenerators.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine dezimal arbeitende Rechenmaschine
mit einem elektronische Zähler enthaltenden Rechenwerk und einem mit einem Magnetkern
- Schieberegister arbeitenden Steuerwerk, das von einer aus einem Impulsgenerator
bestehenden Uhr getriggert wird und dessen Ausgangsimpulse die Zähler betätigen,
welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen das Steuerwerk und die: Zähler eine
zweite aus einem Impulsgenerator bestehende Uhr, die eine höhere Impulsfolgefrequenz
als die das Steuerwerk triggernde Uhr hat, derart eingeschaltet ist, daß sie von
einem Ausgangsimpuls des Steuerwerks in Arbeitsverbindung mit den Zählern gebracht
wird und durch ihre Ausgangsimpulse die Auf- bzw. Abwärtszählung der Zähler für
eine Dezimalstelle in einer oder mehreren Impulslücken der das Steuerwerk triggernden
Uhr bewirkt.
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Im Falle eines Addier- bzw. Subtrahierwerks oder eines mit fortgesetzter
Addition bzw. Subtraktion arbeitenden Multiplizier- bzw. Dividierwerks hat die zweite
Uhr vorzugsweise eine mindestens um den Faktor 9 höhere Impulsfolgefrequenz als
die das Steuerwerk triggernde Uhr, so daß sie sämtliche Ausgangsimpulse für die
Auf- bzw. Abwärtszählung der Zähler für eine Dezimalstelle in einer einzigen Impulslücke
der das Steuerwerk triggernden Uhr abgibt.
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Im Falle eines aus Einmaleins-Körpern aufgebauten Multiplizierwerks
hat die zweite Uhr vorzugsweise eine mindestens um den Faktor 81 höhere Impulsfolgefrequenz
als die das Steuerwerk triggernde Uhr, so daß sie sämtliche Ausgangsimpulse für
die Auf-bzw. Abwärtszählung der Zähler für ein Teilprodukt in einer einzigen Impulslücke
der das Steuerwerk triggernden Uhr abgibt.
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Die zweite Uhr ist so zwischen das Steuerwerk und die Zähler geschaltet,
daß sie nur in den Impulslücken der das Steuerwerk triggernden Uhr Impulse aussenden
kann. Um eine hinreichende Sicherheit gegenüber Frequenzungenauigkeiten der beiden
Uhren zu gewährleisten, hat die zweite Uhr im Falle eines Addier- bzw. Subtrahierwerks
oder eines mit fortgesetzter Addition bzw. Subtraktion arbeitenden Multiplizier-
bzw. Dividierwerks zweckmäßig eine etwa um den Faktor 12 und im Falle eines aus
Einmaleins-Körpern aufgebauten Multiplizierwerks zweckmäßig eine etwa um den Faktor
100 höhere Impulsfolgefrequenz als die das Steuerwerk triggernde Uhr.
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Die Einschachtelung sämtlicher Impulse für den gesamten Zählvorgang
einer Dezimalstelle bzw. eines Teilprodukts in eine einzige Impulslücke der das
Steuerwerk triggernden Uhr führt natürlich zur größtmöglichen Steigerung der Rechengeschwindigkeit
und wird, da sie keinerlei Schwierigkeiten macht und nur die Wahl eines Impulsgenerators
entsprechender Fequenz als zweite Uhr erfordert, bevorzugt. Gegebenenfalls können
aber die für eine Dezimalstelle bzw. ein Teilprodukt erforderlichen Impulse der
zweiten Uhr auch auf mehrere Impulslücken der das Steuerwerk triggernden Uhr verteilt
werden, wobei die Aufteilung nach Gesichtspunkten des Einzelfalles vorgenommen werden
kann. Sofern gewünscht, können zur Einschachtelung der Impulse der zweiten Uhr in
den Impulszug der das Seuerwerk triggernden Uhr auch ein oder mehrere Impulse der
letztgenannten Uhr ausgeblendet werden. Hierdurch wird die Impulslücke der das Steuerwerk
triggernden Uhr zum Zeitpunkt des Zählvorgangs vergrößert: Die Verbindung von Steuerwerk;
zweiter Uhr und Zählern kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine vorteilhafte
Ausführungsform ist so geschaltet, daß die zweite Uhr ständig Impulse abgibt und
der die Arbeitsverbindung zwischen- der zweiten Uhr und den Zählern herstellende
Ausgangsimpuls des Steuerwerks über ein Flip-Flop ein der zweiten Uhr nachgeschaltetes
Sperrglied öffnet, das durch eine Steuerspannung von dem' abwärts zählenden Zähler
wieder geschlossen wird, wenn dieser Zähler auf Null steht.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist so' ausgebildet, daß
die zweite Uhr von dem die Arbeitsverbindung zwischen der zweiten Uhr und den Zählern
herstellenden Ausgangsimpuls des Steuerwerks über ein Flip-Flop und ein Und-GliM
eingeschaltet und durch eine Steuerspannung von dem abwärts zählenden Zähler über
das Und-Glied wieder ausgeschaltet wird, wenn dieser Zähler auf Null steht.
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Die Erfindung wird nachstehend -in Verbindung mit den A b b. 2 und
3 weiter veranschaulicht. Dabei soll zur Vereinfachung nur die Ausführungsform besprochen
werden, die von der günstigsten Impulsabstimmung Gebrauch macht, d: h. Einschachtelung
aller für den Zählvorgang einer Stelle nötigen Impulse in eine einzige Impulslücke
der das Steuerwerk triggernden Uhr.
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Gemäß A b b. 2 ist zwischen das Steuerwerk und die Zähler 3 und 4
des Rechenwerks, das im übrigen genauso wie bei der eingangs in Verbindung mit der
A b b.1 erläuterten herkömmlichen Rechenmaschine ausgebildet sein kann und Register
1 und 2 umfaßt; eine zweite Uhr 16 eingeschaltet, die eine nach den angegebenen
Regeln höhere Impulsfolgefrequenz als die das Steuerwerk triggernde Uhr 6 (nachfolgend
als »erste Uhr« bezeichnet) hat.
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Nach dem Ausgangsimpuls des Kerns 7 sollen wieder beide Ziffern, die
addiert werden sollen, in den Zählern 3 und 4 stehen.
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Der zweiten Uhr 16 ,ist ein Sperrglied 17 nachgeschaltet. Dieses Sperrglied
wird vom Ausgang 9 des Zählers 3 und von einem Flip-Flop 18 gesteuert. Es läßt nur
dann Impulse passieren, wenn der Inhalt des Zählers 3 von Null verschieden ist und
sich das Flip-Flop 18 im Zustand L befindet. Das Flip-Flop
18
wird beim Beginn der Rechenoperation in den Zustand 0 gebracht, so daß das Sperrglied
17 die Impulse der zweiten Uhr 16 sperrt.
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Der Ausgangsimpuls des Kerns 8 schaltet -das Flip-Flop 18 in den L-Zustand
um. Ist die Ziffer im Zähler 3 nicht gleich Null, so läßt das Sperrglied 17 Impulse
passieren. Sie zählen den Zähler 3 nach unten und den Zähler 4 nach oben. Hat der
Zähler 3 den Nullzustand erreicht, schaltet das Sperrglied 17 die Impulse wieder
ab. Dies alles ist abgeschlossen, ehe der nächste Impuls von der Uhr 6 das Steuerwerk
weitertriggert und den Impuls- von Kern 13 auslöst. Dieser Impuls bringt das Flip-Flop
18 wieder in den Zustand 0.
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Statt einer Sperrung der Impulsabgabe durch ein Sperrglied 17 kann
auch die zweite Uhr 16 aus- und eingeschaltet werden.
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A b b. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für ein dezimal
arbeitendes elektronisches Addierwerk. Die Ziffern, die addiert werden sollen, stehen
in den Registern 1 und 2. Jede Dezimalstelle ist z. B. in- direkter binärer Verschlüsselung
in den Registern gespeichert. Das Rechenwerk enthält zwei binäre Zähler
3 und 4. Der Zähler 3 gibt an der Ausgangsklemme
9 eine Steuerspannung für ein Und-Glied 19
ab, wenn sein Inhalt Null
geworden ist. Der Zähler 4 gibt beim überschreiten der Neun einen Impuls an der
Ausgangsklemme 20 ab und stellt sich wieder auf Null ein. Der Zähler 3 enthält
nur eine Verbindung zum Register 1. Nach Abarbeitung einer Stelle ist der Inhalt
dieses Zählers immer Null, so daß die nächste Dezimalstelle ohne vorherige Löschung
aus dem Register 1 nachgeschoben werden kann. Der Zähler 4 muß dagegen zwei Verbindungen
21 und 22 zum Register 2 haben, eine, um- die zu verrechnende Stelle in den
Zähler zu geben, die andere, um das Ergebnis wieder zurück ins Register 2 zu bringen.
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Das Steuerwerk ist in Form einer Schleife ausgebildet, die von einem
nicht dargestellten Stellenzähler gesteuert und so oft durchlaufen wird, wie die
Stellenzahl der Anlage ist. Beim Start einer Addition werden der Stellenzähler auf
Null gestellt und alle Kerne des Steuerwerks gelöscht, bis auf den Kern 7, der gesetzt
wird. Außerdem wird die Uhr 6 eingeschaltet, die das Steuerwerk triggert. Der Ausgangsimpuls
des Kerns 7 bringt die Einerstellen von den Registern 1 und 2 in die Zähler 3 und
4. Da bei der Einerstelle kein übertrag von der vorigen Stelle vorhanden sein kann,
wird jetzt direkt der Kern 23 gesetzt, anschließend der Kern 8 und dann der Kern
13. Der Ausgangsimpuls des Kerns 8 bringt das Flip-Flop 18. Dadurch wird, wenn der
Triggerimpuls der Uhr 6 abgeklungen ist und der Zähler 3 nicht auf Null steht, über
das Und-Glied 19 die zweite Uhr 16 eingeschaltet, die erfindungsgemäß den Zählvorgang
mit einer so großen Geschwindigkeit erledigt, daß er beim nächsten Triggerimpuls
der Uhr 6 bereits beendet ist. Die zweite Uhr 16 wird nach Beendigung des Zählvorgangs,
d. h., wenn der Zähler 3 die Null erreicht hat, und vor Auslösung des nächsten Impulses
der Uhr 6 durch die bei Erreichen der Null an der Ausgangsklemme 9 erscheinende
Steuerspannung wieder ausgeschaltet. Irgendeine Abschaltung oder Sperrung der Uhr
6 ist dabei nicht erforderlich. Der nächste Triggerimpuls der Uhr 6 löst den Ausgangsimpuls
des Kerns 13 aus, der das Flip-Flop 18 wieder löscht und den Stellenzähler um eine
Einheit weiterzählt. Hierauf beginnt der ganze Vorgang von neuem für die nächste
Dezimalstelle.
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Wird beim Hochzählen des Zählers 4 die Neun überschritten, so wird
durch den Ausgangsimpuls an der Klemme 20 das Flip-Flop 24 gesetzt. Dieses Flip-Flop
berücksichtigt den übertrag in die folgende Stelle. Ist das Flip-Flop 24 gesetzt,
so wird der Kern 23 im Steuerwerk gesperrt, während der Kern 25 geöffnet wird. Der
Ausgangsimpuls des Kerns 7 bei der nächsten Stelle bringt also jetzt den Kern 25
statt des Kerns 23. Der Ausgangsimpuls des Kerns 25 zählt den Zähler 4, in dem jetzt
schon die Ziffer der nächsten Stelle steht, über die Zuleitung 28 um eine
Einheit nach oben und löscht das übertrags-Flip-Flop 24. Anschließend erfolgt die
Berechnung der zweiten Stelle auf die gleiche Weise, wie das vorstehend beschrieben
wurde.
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Wenn alle Stellen abgearbeitet sind, wird der Weg 26 zwischen dem
Kern 13 und dem Kern 7 gesperrt, und der Kern 13 bringt einen Kern 27, der - den
Additionsschluß steuert.
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Es ist ersichtlich, daß bei der Rechenmaschine gemäß der Erfindung
der gesamte Zählvorgang für eine Dezimalstelle bzw. ein Teilprodukt in der gleichen
Zeit erledigt werden kann, in der bei der eingangs geschilderten herkömmlichen Rechenmaschine
nur die Auf- bzw. Abwärtszählung der Zähler um eine einzige Einheit erfolgt. Hierdurch
wird- die Rechengeschwindigkeit auf ein Mehrfaches gesteigert.