DE1499673C3 - Binäres mehrstufiges Schieberegister - Google Patents

Binäres mehrstufiges Schieberegister

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DE1499673C3
DE1499673C3 DE1499673A DE1499673A DE1499673C3 DE 1499673 C3 DE1499673 C3 DE 1499673C3 DE 1499673 A DE1499673 A DE 1499673A DE 1499673 A DE1499673 A DE 1499673A DE 1499673 C3 DE1499673 C3 DE 1499673C3
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Robert W. Palos Verdes Bower
Richard F. Los Angeles Stewart
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    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers

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  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Pulse Circuits (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein binäres mehrstufiges Schieberegister, in das die Bits einzeln nacheinander eingebbar sind und in dem jede Stufe einen oberen und einen unteren, jeweils ein Speicherelement, insbesondere eine bistabile Kippstufe, enthaltenden Rang umfaßt, dessen Speicherelement von Taktimpulsen mit vorgegebenen unterschiedlichen Phasenlagen derart angesteuert wird, daß jeweils bei einem Taktimpuls mit einer ersten vorgegebenen Phasenlage ein in den oberen Rang jeder Stufe gespeichertes Bit in den unteren Rang der gleichen Stufe übertragen wird und daß jeweils bei einem mit einer anderen vorgegebenen Phasenlage auf den erstgenannten Taktimpuls folgenden weiteren Taktimpuls das in dem unteren Rang jeder Stufe gespeicherte Bit in den oberen Rang der nächstfolgenden Stufe übertragen wird.
Mehrstufige Serien-Schieberegister, in die binäre Ziffern oder Bits in Serie eingeführt werden, damit sie sich durch das Register hindurch fortpflanzen und an einer Ausgangsklemme austreten, werden in bekannten Datenverarbeitungsanlagen in großem Umfange verwendet. Wenn es in einer offenen Schleife betrieben wird, d. h., wenn sein Eingang und sein Ausgang nicht miteinander verbunden sind, arbeitet das Schieberegister als Verzögerungsleitung, die eine Zeitverzögerung liefert, die gleich der Anzahl der Stufen multipliziert mit der Zeit ist, die von jedem Bit benötigt wird, um eine Stufe weiter fortzuschreiten. Taktimpulse werden zugeführt, um die Bits in dem Register fortschreiten zu lassen. Wenn Ausgang und Eingang miteinander verbunden werden, entsteht eine geschlossene Schleife, und das Schieberegister arbeitet als Umlaufspeicher.
In mehrrangigen Schieberegistern, wie zum Beispiel in Schieberegistern mit dualem Rang, umfaßt jede Stufe einen oberen Rang und einen unteren Rang, und es werden die Bits während eines ersten Taktimpulses von dem oberen Rang zu dem unteren Rang der gleichen Stufe und während eines zweiten Taktimpulses von dem unteren Rang jeder Stufe zu dem oberen Rang der folgenden Stufe übertragen.
Somit braucht ein Schieberegister dualen Ranges eine zweiphasige Taktfolge.
Obwohl Serien-Schieberegister in großem Umfang und in den meisten Fällen mit großem Vorteil verwendet werden, kompliziert die Tatsache, daß die Bits in ein Serienregister serienmäßig eingegeben werden müssen, oftmals sehr die Schaltung, in der das Register eingebaut ist. Auch vergrößert der Serienbetrieb erheblich die Zeit, die benötigt wird, um das
ίο Register beispielsweise zum Speichern einer ausgewählten, mehrere Bit umfassenden Zahl einzustellen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Serien-Schieberegister in Spezialrechner eingebaut sind. In solchen Rechnern kann es erforderlich sein, daß gewisse Register vorgewählte Mehrbit-Zahlen enthalten. Weil jedoch solche Zahlen nur in Serie eingeführt werden können, ist es notwendig, die Register mit Speichern und anderen einen Signalumlauf bewirkenden Schaltungen zu versehen, um die gewünschten Zahlen in das gewünschte Register einzuführen, eine Arbeitsweise, die sehr viel Zeit beansprucht. Somit besteht ein Bedarf für ein Schieberegister, das, obwohl es als konventionelles Schieberegister verwendet werden kann, auch durch paralleles Einstellen aller Stufen in einen ausgewählten Zustand bringbar ist, um vorher bestimmte Bits, die eine vorherbestimmte Mehrbit-Zahl bilden, zu speichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schieberegister der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß es nicht nur in konventioneller Weise betrieben werden, sondern auch auf Paralleleingabe umgestellt werden kann, um mindestens eine vorbestimmte Mehrbitzahl zu speichern und damit im Bedarfsfall eine beschleunigte Eingabe vorbestimmter Mehrbitzahlen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Umsteuermittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal eine Paralleleingabe der Bits in das Schieberegister dadurch gestatten, daß sie wenigstens einen der Taktimpulse aufteilen und an eine erste Leitung den Taktimpuls und an eine zweite Leitung das Komplement des Taktimpulses oder jeweils davon abgeleitete Impulse abgeben, daß mindestens einem Rang jeder Stufe ein Schalter zugeordnet ist, der den Rang wahlweise mit einer der beiden Leitungen verbindet, und daß der logische Pegel des über den jeweiligen Schalter in den zugeordneten Rang eingegebenen, vom Taktimpuls oder dessen Komplement gebildeten Signals die Information darstellt, die in den Rang eingegeben wird.
Zum Beispiel enthält ein zweirangiges mehrstufiges Serien-Schieberegister gewöhnlich zwei Taktimpulsleitungen, von denen die eine mit dem oberen Rang und die andere mit dem unteren Rang jeder Stufe verbunden ist. Nach den hierin gegebenen Lehren kann eine oder können beide der Leitungen aufgeteilt werden, so daß jeder Stufe, die auf übliche Weise mit der entsprechenden aufgeteilten Leitung verbunden ist, entweder der Taktimpuls, der die Leitung auf übliche Weise durchläuft, oder dessen Komplement zugeführt werden kann. Als Ergebnis wird jede Stufe so eingestellt, daß sie entweder eine »Null« oder eine »Eins« speichert.
Die neuen Merkmale, die für die Erfindung charakteristisch angesehen werden, sind insbesondere in den Ansprüchen enthalten. Die Erfindung selbst, und zwar sowohl ihr Aufbau als auch ihre Wirkungs-
weise, ist in der folgenden Beschreibung behandelt, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines bekannten zweirangigen Serien-Schieberegisters zur Erläuterung der gegenüber dem Bekannten erzielten Verbesserungen,
F i g. 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des Schieberegisters nach F i g. 1,
F i g. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer nach der Erfindung verbesserten Abwandlung des Schieberegisters nach Fig. 1,
Fig. 4a ein schematisches Blockschaltbild eines Teiles der in F i g. 3 gezeigten Schaltung,
Fig. 4b bis 4j ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schieberegisters nach der Erfindung,
F i g. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Anordnung eines erfindungsgemäßen Schieberegisters,
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer in integrierter Schaltung verwirklichten Registerstufe, die in dem Schieberegister nach F i g. 1 verwendbar ist,
F i g. 7 ein schematisches Schaltbild einer Ausführüngsform einer Stufe eines nach den Lehren der Erfindung ausgebildeten Registers als integrierte Schaltung,
F i g. 8 eine schematische vergrößerte Draufsicht auf eine Siliziumplatte, auf der zwei Stufen des erfindungsgemäßen Schieberegisters angeordnet sind, und
F i g. 9 eine schematische Ansicht einer Maske, die zum Ätzen der Struktur des Schieberegisters nach F i g. 8 verwendet werden kann, so daß es in Übereinstimmung mit den hierin gegebenen Lehren verwendbar ist.
Das in F i g. 1 als Blockschaltbild dargestellte Register 10 ist als zweirangiges Serien-Schieberegister bekannt. Das gezeigte Register 10 umfaßt vier Stufen 11 bis 14, die obere Teile oder Ränge 11U bis 14 U und untere Teile oder Ränge UL bis 14 L aufweisen. Es versteht sich, daß, obgleich nur vier Stufen gezeigt sind, das Register 10 eine beliebige Anzahl gewünschter Stufen umfassen kann. Nach der Darstellung weist jeder Rang ein Gatter 15 auf, das mit einem bistabilen Element, beispielsweise einem Flipflop (FF) 16 verbunden ist. Die Eingänge der Gatter 15 bilden die Eingänge, und die Ausgänge der FF16 bilden die Ausgänge der Ränge. Der Ausgang jedes oberen Ranges ist mit dem Eingang des unteren Ranges derselben Stufe verbunden, während der Ausgang jedes unteren Ranges mit dem oberen Rang der nächstfolgenden Stufe verbunden ist.
Zusätzlich ist jedes der Gatter 15 und jeder der Flipflops 16 der oberen Ränge 11U bis 14 U durch eine obere Impulsleitung 17 mit einem Zweiphasen-Taktgenerator 20 über eine Steuerschaltung 25 verbunden, während die untere Impulsleitung 22 den Taktgenerator 20 über die Schaltung 25 mit jedem Gatter 15 und jedem Flipflop 16 der unteren Ränge verbindet. Aufgabe des Taktgenerators 20 ist es, zwei Serien von Taktimpulsen verschiedener Phase zu liefern, die die verschiedenen Ränge dazu anregen, die Information oder die Daten von Rang zu Rang und von Stufe zu Stufe zu takten oder zu übertragen. Eine Datenquelle 23 ist über die Steuerschaltung 25 mit dem Eingang des oberen Ranges 11U der ersten Stufe 11 verbunden, um ihm binäre Signale oder Bits zuzuführen, wie z. B. eine »Eins« oder eine »Null«. Der Ausgang des unteren Ranges 14 L ist mit einer Ausgangsklemme 26 verbunden, die als Ausgangsklemme des Registers dient.
Die Arbeitsweise des Registers 10 nach Fig. 1 kann am besten in Verbindung mit F i g. 2 erläutert werden, in der die Linien 201, 202 und 203 die binären Signale, die von der Quelle 23 dem Rang 11U zugeführt werden, und die beiden Serien von Taktimpulses des Taktgenerators 20 darstellen. Es soll angenommen werden, daß die Taktimpulse PUt bis PUl5 der ersten Phase Q1 (Linie 202) den oberen Rängen über Impulsleitung 17 zu den Zeiten I1 bis i15 zuge-
IS führt werden, während Impulse PLl bis P^15 der zweiten Phase Q2 (Linie 203) den unteren Rängen zu Zeiten tla bis t15a zugeführt werden. Die Perioden oder Zyklen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen der ersten Phase Q1 können als Xy1 bis Xy15 und die
ao Perioden zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen der zweiten Phase als XLl bis XLl5 bezeichnet werden. Im Betrieb werden die Signale (Linie 201) von der Datenquelle 23 synchron mit den Impulsen Py1 bis Pf/15, die in Linie 202 gezeigt werden, zugeführt.
Die negativen Impulse D1 bis D11 stellen binäre »len« dar, während die Abwesenheit negativer Impulse zu den Zeiten t2, f6, i9 und i12 binäre »Oen« darstellen.
Die Aufgabe jedes Taktimpulses P^, der einem oberen Rang zugeführt wird, ist es, das Flipflop jedes oberen Ranges so zu steuern, daß es auf das Ausgangssignal des ihm zugeordneten Gatters anspricht und ein entsprechendes Ausgangssignal bis zum Ende der Periode, an dem der nächste Taktimpuls P17 zugeführt wird, aufrechterhält. Aufgabe des Gatters 15 ist es, ein Ausgangssignal als Funktion von zwei Eingangssignalen zu liefern. Jedes Gatter 15 kann als NAND-Gatter arbeiten, das eine binäre »1« als Ausgang liefert, wenn wenigstens einer seiner Eingänge eine binäre »0« aufweist. Zum Beispiel werden zu der Zeit tt dem Gatter 15 des Ranges 11U das Datensignal D1 und der Taktimpuls P111 zugeführt. Der Impuls Pu1 wird auch dem Flipflop des Ranges 11U zugeführt, um es zu veranlassen, auf das Ausgangssignal des Gatters 15 zu reagieren. Weil P111 und D1 binäre »len« sind, ist das Ausgangssignal des Gatters 15 eine binäre »0«, die den Ausgang von Flipflop 16 auf eine binäre »0« einstellt, wie es durch den von der Linie 205 bezeichneten Pegel angezeigt wird.
Am Ende der Dauer der Impulse D1 und Ρυι werden die Eingangssignale des Gatters 15 binäre »Oen«, so daß das Gatter 15 eine binäre »1« als Ausgangssignal liefert. Jedoch wird hiervon der Ausgang des Flipflops 16 des Ranges 11U nicht beeinflußt, weil sich sein Ausgangssignal nur während der Dauer eines Taktimpulses, wie z. B. des Impulses Py1, ändern kann. So bleibt das Ausgangssignal des Ranges 11U bis zum Ende der Periode XVl, an dem zur Zeit J2 diesem Rang ein zweiter Taktimpuls Ρυ 2 zu-
geführt wird, eine binäre »0«. Dann beeinflußt Py2 das Flipflop, damit es ein Ausgangssignal liefert, das eine Funktion des Ausgangssignals des Gatters 15 ist, welches, wie zuvor erwähnt, von seinen beiden Eingangssignalen abhängt.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist zu der Zeit t2 das Datensignal oder der Datenimpuls eine binäre »0«, so daß eines der Eingangssignale für das Gatter 15 des Ranges 11U eine »0« ist. Infolgedessen wird
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sein Ausgangssignal eine binäre »0«, so daß es das zum nächsten Taktimpuls, der dem unteren Rang
Ausgangssignal des Flipflops 16 in eine binäre »1« zugeführt wird, nicht.
abändert, wie es durch die Linie 207 gezeigt wird. Ähnlich wird das Ausgangssignal jeden Ranges Das Ausgangssignal des Ranges 11U bleibt bis zur 12 U, 12 L, 13 U, 13 L, 14 U und 14 L als Funktion Zeitig eine binäre »1«, zu der dem Gatter 15 Im- 5 der ihm zugeführten Taktimpulse und des Ausgangspulse D2 und Py3 zugeführt werden, die beide eine signals des vorhergehenden Ranges zu der Zeit, zu binäre »1« darstellen. Dann ändert sich das Aus- der die Taktimpulse zugeführt werden, eingestellt, gangssignal des Gatters 15 in eine binäre »0«, wo- So wird zur Zeit t2 der Rang 12 U auf eine binäre durch es das Ausgangssignal des Ranges 11U wäh- »0« eingestellt, wie es der Abschnitt 135 der Linie rend der Periode XUz in eine binäre »0« ändert. Zu io 136 anzeigt, weil zur Zeit t2, wenn der Impuls Py2 den Zeiten i4 und t5 werden binäre »len«, die durch . dem Rang 12 U zugeführt wird, das Ausgangssignal die Datenimpulse D3 und D4 dargestellt werden, des vorhergehenden Ranges 11L eine binäre »1« ist, gleichzeitig mit den entsprechenden Taktimpulsen P^4 wie es durch Linie 225 angezeigt wird. Ähnlich wer- und PU5 zugeführt. Deshalb bleibt zu diesen Zeiten den zu den Zeiten t2a, t3, tza, i4 und tia die Ränge (i4 oder t5) das Ausgangssignal des Gatters 15 eine 15 12L, 13 U, 13L, 14 U und 14L auf Ausgangssignale binäre »0«, so daß während der Perioden X^ UQd eingestellt, die einer binären »1«, »0«, »1«, »0« bzw. X\j5 das Ausgangssignal des Ranges 11U eine binäre »1« entsprechen, wie es durch die entsprechenden »0« bleibt, was durch die Linie 207 angezeigt wird. Linien 141 bis 145 angezeigt wird. Nur zur Zeit t6, wenn der Datenimpuls eine binäre Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß die »0« ist, ändert das Ausgangssignal des Ranges 11U 20 Wirkung des Datenimpulses D1, der zur Zeit tx dem sich in eine binäre »1«, so wie es durch die Linie ersten Rang 11U zugeführt wird, darin besteht, das 208 angezeigt wird. Aus dem Vorhergehenden ist er- Ausgangssignal des letzten Ranges 14 L nach einer sichtlich, daß das Ausgangssignal des Ranges 11U als Zeitverzögerung einzustellen, die im wesentlichen Reaktion auf die Datenimpulse D5 bis D11, die zu gleich der Periode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeiten I1, t8, t10, tlv t13, tu und t15 zugeführt wer- 25 den Impulsen derselben Phase multipliziert mit den den, sich so ändert, wie es durch die Linien 211 bis Stufen des Registers ist. In dem vorhergehenden Bei-215 angegeben ist. spiel ist die Anzahl der Stufen vier. Daher ist die Ebenso wie die Arbeitsweise des Ranges 11U von Verzögerung vier Taktimpulsperioden (Xu oder X1) den Impulsen des Taktgenerators 20 und der Daten- gleich, unter Vernachlässigung der Zeitdauer quelle 23 abhängt, hängt die Arbeitsweise des unteren 30 zwischen zwei Impulsen verschiedener Phasen, wie Ranges 11L von den Taktimpulsen PL (Linie 203) z. B. der Zeitdauer zwischen i4 und tia. Danach wird und dem Ausgangssignal des vorhergehenden Ran- sich das Ausgangssignal des Ranges 14 L entges 11U ab. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß zur Zeit sprechend den Eingangsdatenimpulsen ändern. Wie tla, wenn der Impuls PLl dem Gatter 15 des Ranges aus F i g. 2 ersichtlich, verändert sich durch die bi-11L zugeführt wird, der Ausgang des Ranges UU 35 näre »0«, die dem Rang HU zur Zeiu2 zugeführt eine binäre »0« ist, wie es durch Linie 205 angezeigt wurde, am Ende der Periode XLi das Ausgangswird. Deshalb ist das Ausgangssignal des Gatters 15 signal des Ranges 14 L in eine binäre »0«, wie es des Ranges HL eine binäre »1«, wodurch es das durch die Linie 146 angezeigt wird, während die drei Ausgangssignal seines Ranges auf eine binäre »1« ein- aufeinanderfolgenden, je eine binäre »1« darstellenstellt, wie es durch Linie 225 angezeigt wird. Der 40 den Datenimpulse D2, D3 und D4 (Linie 201) bewir-Ausgang des Ranges HL bleibt für die Dauer der ken, daß das Ausgangssignal des letzten Ranges 14 L Periode XL t eine binäre »1«, bis dem unteren Rang in dem Zustand einer binären »1« während der drei 11L zur Zeit t2a der Taktimpuls P12 zugeführt wird. aufeinanderfolgenden Perioden XLe, XLl und XL% Dann wird sein Flipflop 16 veranlaßt, auf das Aus- bleibt, wie es durch die Linie 149 angezeigt wird. So gangssignal seines zugehörigen Gatters 15 zu reagie- 45 kann durch Abtasten des Ausgangspegels des Ranren, das eine Funktion des Impulses P£2 und des Aus- ges 14 L während jeder XL Periode die Folge der bigangssignals des vorhergehenden Ranges 11U ist, das nären Signale bestimmt werden, die von einer Datendurch die Linie 207 dargestellt ist. Weil zur Zeit t2a quelle 23 dem ersten Rang des Registers 10 zugeführt das Ausgangssignal des Ranges 11U eine binäre »1« wird.
ist, wird das Ausgangssignal des Gatters 15 und des 50 Zur Zusammenfassung der Arbeitsweise des Re-Flipflops 16 eine binäre »0«, wie es durch die Linie gisterslO (Fig. 1) kann der Ausgangspegel jeden 227 angezeigt wird. Dieses Ausgangssignal bleibt für R ährend jed Perf d h q[x] edrückt die Dauer der Periode X12 unverändert, bis zur 6 ' B Zeit /3„, zu der der Impuls PL3 zugeführt wird und werden, wobei Qn das Ausgangssignal während der der Ausgang des Ranges HU eine binäre »0« ist, 55 ganzen Periode* bezeichnet. Weil das Ausgangswie es durch die Linie217 angezeigt wird Infolge- ^1 ßM während jedef periode ldch dem Aug_ dessen wird das Ausgangssignal des Ranges HL eine ö « ° binäre »1«, wie es die Linie 237 zeigt. gangssignal des Ranges ist, wenn ihm ein Takt-Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß das impuls P zugeführt wird, kann festgestellt werden, Ausgangssignal des Ranges HL eine Funktion des 6° daß
Ausgangssignals des Ranges H U ist, wenn ihm die iyi rp-t
Taktimpulse Ptl bis PLl5 zugeführt werden. Es kann Q 1^ = Q 1^
allgemein festgestellt werden, daß das Ausgangs- '
signal des Ranges UL so eingestellt wird, daß es das wobei q{p] das Ausgangssignal während des Teiles Komplement des Ausgangssignals des vorhergehen- 05 ^n ο ο ο
den Ranges 11U zu derjenigen Zeit ist, zu der ein der Periode darstellt, während dem ein Taktimpuls
Taktimpuls (P^) dem unteren Rang HL zugeführt zugeführt wird. Weil andererseits das Ausgangssignal
wird. Weiterhin ändert sich dieses Ausgangssignal bis während jeder solchen Periode eine Funktion der
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binären Werte des Taktimpulses und des Ausgangssignals des vorhergehenden Ranges ist, kann das Ausgangssignal jeden Ranges ausgedrückt werden als
= nlP] =
[P] n-I
wobei Q ^ das Ausgangssignal des vorhergehenden
Ranges darstellt, wenn der Taktimpuls P dem Rang η ίο zugeführt wird, und P den Taktimpuls, der dem Rang η zugeführt wird. Zum Beispiel ist das Ausgangssignal des Ranges 11L während der Periode
^, gleich dem Ausgangs XL2, ausgedrückt a
signal des Ranges 11L, während ihm der Impuls Pi2 zugeführt wird, das heißt
HL
HL ·
HL
HL
11L
20
Dieses Ausgangssignal ist jedoch das Komplement der »UND«-Funktion des Taktimpulses PLz und des Ausgangssignals des Ranges 11U, wenn der Taktimpuls PL2 dem Rang HL zugeführt wird. Demnach kann das Ausgangssignal ausgedrückt werden als:
Weil in dem vorhergehenden Beispiel angenommen wurde, daß der Taktimpuls (PL2) immer eine binäre »1« ist, kann festgestellt werden, daß das Ausgangssignal jedes einzelnen Ranges während seiner entsprechenden Periode das Komplement des Ausgangssignals des vorhergehenden Ranges zu der Zeit ist, zu der der spezielle Rang durch seinen Taktimpuls angesteuert wird.
Es ist ersichtlich, daß es zum Speichern einer Mehrbit-Zahl in ausgewählten Rängen des Registers notwendig ist, nacheinander jedes Bit der Zahl während eines anderen Taktimpulszyklus zuzuführen, weil die einzige Möglichkeit, das Speichern der Bits in dem Register zu steuern, darin besteht, die von der Datenquelle 23 zugeführten Bits zu steuern. Infolgedessen ist die Zeit, die zum Speichern einer Zahl mit mehreren Bits benötigt wird, eine Funktion der Länge des Taktimpulszyklus und der Anzahl von Bits der Zahl. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, in den unteren Rängen 14 L, 13 L, 12 L und 11L gleichzeitig die binären Ziffern 1, O, 1 und 1 zu speichern, so daß diese Ränge entsprechende Ausgangssignale aufweisen, wie sie durch die Linien 145, 151, 152 bzw. 227 dargestellt werden, ist es notwendig, die Bits 1,0, 1 und 1 dem Register während der Zeiten I1, t2, ta und i4 aufeinanderfolgend oder serienweise zuzuführen, so daß nur während eines darauffolgenden Zeitintervalls tsa~t4a die entsprechenden unteren Ränge die gewünschten Ausgangssignale aufweisen. Die Zeit, die notwendig ist, um das Register in einen gewünschten Zustand zu bringen, stellt eine definierte Beschränkung des Serien-Schieberegisters dar, das in Datenverarbeitungsanlagen hoher Geschwindigkeit verwendet wird. Zusätzlich erzeugt die Notwendigkeit, die Bits dem Register in Serie zuzuführen, um es so einzustellen, daß es eine gewünschte Mehrbit-Zahl speichert, damit verwandte Probleme, und zwar insbesondere dann, wenn das Register ein Teil eines Spezialrechners darstellt. Die Serienarbeitsweise des Registers erfordert es oft, daß
in dem Rechner zusätzliche Schaltungen vorhanden sein müssen, um Signale umlaufen zu lassen, während das Register zur Speicherung der gewünschten Mehrbit-Zahl eingestellt wird.
Durch die Lehren der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein neuartiges Schieberegister geschaffen, welches zusätzlich dazu, daß es als konventionelles Serien-Schieberegister arbeiten kann, auch in paralleler Weise arbeiten kann, so daß eine ausgewählte Mehrbit-Zahl in dem Register gespeichert werden kann, ohne daß es notwendig ist, jedes Bit in Serie zuzuführen.
Es wird jetzt auf Fig. 3 verwiesen, die ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schieberegisters zeigt. Wie ersichtlich, ist das Register40 dem Register 10 nach Fig. 1 ähnlich, jedoch weisen in dem Register 40 die Gatter 42 der unteren Ränge HL bis 14 L jeweils drei Eingänge auf. Ein Eingang 42 a ist wie zuvor mit dem Ausgang des oberen Ranges derselben Stufe verbunden, während ein weiterer Eingang 42 a mit der Leitung 45 eines Impulsverteilers 46 verbunden ist. Der dritte Eingang 426 jedes der Gatter 42 der Ränge HL bis 14 L ist durch Schalter 51 bis 54 wahlweise entweder mit der Leitung 45 oder einer zweiten Leitung 55 des Verteilers 46 verbunden.
Jedes der Gatter 42 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein NAND-Gatter. Es liefert nämlich ein Ausgangssignal, das eine binäre »1« darstellt, wenn wenigstens eines seiner Eingangssignale eine binäre »0« ist. Bei dem bekannten Register 10, das zuvor beschrieben wurde, ist jeder Rang mit nur einem einzigen Eingang für Taktimpulse versehen, und es sind die Taktimpulse immer binäre »len«. Deshalb ist bei dem bekannten Register das Ausgangssignal jedes Gatters eine Funktion des Ausgangssignals des vorhergehenden Ranges während des Taktimpulsteiles eines jeden Zyklus oder einer jeden Periode. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch jedes NAND-Gatter 42 jedes unteren Ranges mit zwei Taktimpulsen versorgt, die gleichzeitig den Eingängen 42 b und 42 c zugeführt werden. So ist das Äusgangssignal jedes unteren Ranges, entsprechend dem Ausgangssignal seines Gatters 42, eine Funktion der NAND-Funktion seiner drei Eingänge. Dieses kann ausgedrückt werden als
Öffl _ o[Pi2bl Pi2c]
)[Pi2b',
■Un
wobei QlJP das Ausgangssignal des unteren Ranges der η-ten Stufe während einer Periode tx darstellt, das dem Ausgangssignal in demselben unteren Rang QLn gleich ist, wenn die beiden Taktimpulse seinen Eingängen 42 b und 42 c zugeführt werden; wobei die letzte Periode durch die Nachschrift [P42;,; P^A bezeichnet wird. Jedoch ist das Ausgangssignal irgendeines unteren Ranges QLn, wenn ihm Taktimpulse zugeführt werden, das Komplement der UND-Funktion des Ausgangssignals des oberen Ranges derselben Stufe n, d. h. QUm wenn die Taktimpulse dem unteren Rang und die beiden Taktimpulse den Eingängen 426 und 42 c zugeführt werden, die als P420 und P42 c bezeichnet werden.
Zum Beispiel ist das Ausgangssignal des Ranges HL des Registers40 in Fig. 3 eine Funktion des Ausgangssignals des Ranges 11U, das dem Eingang 42 a zugeführt wird, und der Taktimpulse P42 b und
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P42 c an Eingängen 42 b und 42 c. Wenn die binären drei Negatoren 46/, 46 g und 46 h. Die Eingangs-Signale, die allen drei Eingängen zugeführt werden, klemme 46 b ist mit je einem Eingang der NOR-binäre »len« sind, ist das Ausgangssignal des Ranges Gatter 46 c, 46 d und 46 e verbunden, während der HL eine binäre »0«. Wenn jedoch einer der drei andere Eingang des Gatters 46c mit der Klemme 46α Eingänge mit einer binären »0« versorgt wird, ist 5 über den Negator 46/ verbunden ist. Der Ausgang das Ausgangssignal des Gatters 42 und dementspre- des Gatters 46 c ist mit dem anderen Eingang des chend das Ausgangssignal des Ranges 11L eine bi- Gatters 46 d direkt und mit dem anderen Eingang des näre »1«. Wenn beide Taktimpulse P420 und P42 c Gatters 46e über den Negator 46g verbunden. Der binäre »len« sind, arbeitet der Rang 11L wie der Ausgang des Gatters 46 e ist mit der Ausgangsleitung Rang des bekannten Registers, bei dem die Takt- ίο 55 verbunden, während die Leitung 45 mit dem Ausimpulse binäre »len« sind, so daß das Ausgangs- gang des Gatters 46d über den Negator 46h verbunsignal des Ranges nur von dem Ausgangssignal des den ist.
vorhergehenden Ranges abhängt. Wenn andererseits Wenn wir uns erinnern, daß das NOR-Gatter eine das Ausgangssignal des oberen Ranges UU eine bi- binäre »1« als Ausgangssignal nur dann liefert, wenn näre »1« ist, ist das Ausgangssignal des Ranges HL 15 alle seine Eingänge binäre »Oen« sind, wird es offeneine Funktion der binären Werte von P42 b und P42 c. sichtlich, daß dann, wenn ein Signal, das eine binäre Wenn beide »len« sind, ist das Ausgangssignal des »1« darstellt, der Klemme 46α aufgeprägt wird, Si-RangesllL eine »0«. Wenn jedoch einer der Takt- gnale, die binäre »len« darstellen, sowohl der Leiimpulse, wie z.B. P42 b, eine »0« ist, ist das Ausgangs- tung 45 als auch der Leitung 55 aufgeprägt werden, signal des Ranges eine binäre »1«. So kann das Aus- 20 Wenn andererseits ein Signal, das eine »1« darstellt, gangssignal des oberen Ranges HL als Funktion der an der Klemme 46 b vorhanden ist, stellen die Sibeiden Taktimpulse gesteuert werden, wenn das Aus- gnale, die den Leitungen 45 und 55 aufgeprägt wergangssignal des oberen Ranges Ht/ eine »1« ist, an- den, eine binäre »1« bzw. eine binäre »0« dar.
statt nur eine Funktion des Ausgangssignals des obe- In Abwesenheit eines Befehlssignals oder -impulses ren Ranges. 25 170 (Fig. 4h) an der Klemme25g (Fig. 4a) arbei-
Die Arbeitsweise des neuen Registers 40 und die tet das Register 40 wie zuvor beschrieben wie ein Art, auf die eine Zahl mit mehreren Bit darin ge- konventionelles Serien-Schieberegister. Bei Fehlen speichert werden kann, kann am besten in Verbin- des Impulses 170 ist nämlich das Ausgangssignal des dung mit den Fig. 4a bis 4j erläutert werden. Gatters 25b eine binäre »0«; so daß das Gatter 25/ Fig. 4a ist ein schematisches Schaltbild der Steuer- 30 offen ist und dadurch den Datenimpulsen, wie z.B. schaltung 25s und des in Fig. 3 dargestellten Im- D21 bis D24 (Fig. 4b), ermöglicht, dem Rang HU pulsverteilers 46, während die Fig. 4b bis 4j ein gleichzeitig mit den Taktimpulsen P1721, P^22, Py23 Impulsdiagramm darstellen, das zur Erläuterung der und Pu 25 zugeführt zu werden. Wenn das Ausgangs-Arbeitsweise der Schaltung von F i g. 4 a nützlich ist. signal des Gatters 25 & eine »0« ist, ist auch das Fig. 4b ist ein Diagramm von Datenimpulsen D21 35 Signal an der Klemme 46b eine Null. Deshalb sind bis D24, die von der Datenquelle 23 einem UND- die Signale auf den Leitungen 45 und 55 eine Funk-Gatter 25a zugeführt werden, während Fig. 4e das tion des Signals an Klemme 46a. Für jeden PL-Im-Diagramm der TaktimpulsePL 21 bis Pt25 darstellt, puls (Fig. 4e) werden binäre »1 «-Impulse auf die die eine Serie von Taktimpulsen der Phase Θ2 bilden, Leitungen 45 und 55 gegeben (Fig. 4g bzw. 4f). So die der Serie von Impulsen ähnlich ist, die von der 40 wird jeder untere Rang mit zwei Taktimpulsen ver-Linie203 in Fig. 2 dargestellt werden. Die Impulse sorgt, die beide binäre »len« sind. Deshalb können P7-21 bis Pl25 werden einem Emgang eines UND- die beiden Taktimpulse als ein einziger Impuls geGatters 25 b und einem Eingang 46 a des Impulsver- dacht werden.
tellers 46 zugeführt. Eine zweite Serie von Impulsen Wenn es jedoch erwünscht ist, nach dem Betrieb
Pu21 bis P(/25, die in Fig. 4c dargestellt ist, wird von 45 in konventioneller Weise eine Zahl mit mehreren Bit
der Datenquelle 23 dem anderen Eingang des Gatters in den unteren Rängen 11L bis 14 L zu speichern,
25 a und einem Eingang eines ODER-Gatters 25 c wird zur Zeit i100 der Klemme 25 g der Befehlsimpuls
zugeführt. Die ImpulseP^21 bis P^25 der Phase Q1 170 (Fig. 4h) eingeprägt. Wenn dann der nächste
sind den Impulsen ähnlich, die von der Linie 202 in PL-Impuls, nämlich PL 23 (F i g. 4 e), von der Daten-
F i g. 2 veranschaulicht werden. 5° quelle 23 zur Zeit i101 zugeführt wird, liefert das
Der andere Eingang des Gatters 25 c ist mit dem UND-Gatter 25 b ein Ausgangssignal, das eine »1« Ausgang des UND-Gatters 25b verbunden, dessen darstellt und in Fig. 4i durch den Impuls 175 veranderer Eingang mit dem Ausgang des Flipfiops 25 d anschaulicht wird. Der Impuls 175 veranlaßt das verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 25 & ODER-Gatter 25 c, ein Ausgangssignal zu liefern, das ist auch mit einem zweiten Eingang 46 b des Vertei- 55 eine binäre »1« ist und durch den Impuls Ρυχ lers 46 über eine Verzögerungsschaltung 25 e und mit (F i g. 4 d) veranschaulicht wird. Der Impuls Ρνχ dem Steuer-Eingang eines Gatters 25/verbunden, das wirkt als Taktimpuls, der über die Leitung 17 allen die Zuführung des Ausgangssignals des UND-Gatters oberen Rängen zugeführt wird. So werden in dem 25 a zu dem ersten Rand H U steuert. Intervall zwischen den Zeiten i101 und i102, das der
Die Formen der Ausgangssignale der Gatter 25 b, 60 Impulsperiode PL 23 gleich ist, Taktimpulse, die binäre
25c und der Verzögerungsschaltung 25e sind in den »len« darstellen, in zeitlicher Koinzidenz sowohl
Fig. 4i, 4d und 4j dargestellt, während Fig. 4h die dem oberen als auch dem unteren Rang des Registers
Signale an einem Eingang 25 g des Flipflops 25 d dar- 40 zugeführt. Der Ausgangsimpuls 175 des UND-
stellt. Die Fig. 4f und 4g sind endlich die Signale Gatters 25δ macht Gatter 25/ undurchlässig, so daß
auf den Ausgangsleitungen 45 und 55 der Schal- 65 während der Periode zwischen i101 und i102 ein Da-
tung 46. tensignal, das eine »0« darstellt und durch die Kurve
Wie aus Fig. 4a ersichtlich, umfaßt der Impuls- 178 in Fig. 4b veranschaulicht wird, dem ersten
verteiler drei NOR-Gatter 46 c, 46 d und 46 e und Rang 11U zugeführt wird.
Die Gegenwart eines Datensignals, das eine »0« darstellt und dem Rang 11U zugeführt wird, und die gleichzeitige Zuführung von Taktimpulsen, die binäre »len« darstellen, sowohl zu dem oberen als auch zu dem unteren Rang, was manchmal als asynchrones Takten bezeichnet wird, bewirkt, daß alle oberen Ränge so eingestellt werden, daß am Ende der Zeit t102 ihre Ausgangssignale binäre »len« darstellen, während alle unteren Ränge auf binäre »Oen« eingestellt werden. So wird jeder untere Rang mit einem eine binäre »1« darstellenden Ausgangssignal von seinem entsprechenden oberen Rang versorgt.
Aus den Fig. 4a, 4i und 4j ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Gatters 25 b, das durch den Impuls 175 dargestellt wird, ebenfalls der Verzögerungsschaltung 25 e zugeführt wird, die den Impuls 175 um eine Zeit Δ t verzögert und einen Impuls 180, der eine binäre »1« darstellt, zwischen i103 und t1Oi an die Klemme46b liefert, wobei t103 — t101 = ^t und *io4 ~ Ίο3 = *io2 ~~ ^ioi ist· Während der Dauer J104- ^03 wird also der Klemme 46 b eine binäre »1« (Impuls 180) aufgeprägt. Infolgedessen gelangt ein eine binäre »1« darstellendes Signal, das durch den Impuls 182 (Fig. 4g) veranschaulicht wird, auf die Leitung 45, während ein eine binäre »0« darstellendes Signal, wie es durch das Fehlen eines Impulses nach Kurve 184 dargestellt wird, der Leitung 55 aufgeprägt wird.
Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß während der Periode t1Oi — t1QS die Signale, die jedem unteren Rang (F i g. 3) von seinem oberen Rang über den Eingang 42 a und von der Leitung 45 über den Eingang 42c zugeführt werden, binäre »len« darstellen. Das Signal am Eingang 42 δ hängt jedoch von der Position des zugehörigen Schalters ab. Zum Beispiel hängt während t1Qi — i103 das Signal am Eingang 42 b von HL von der Position des Schalters 51 ab. Wenn der Schalter auf den Kontakt 51 α schließt, der mit der Leitung 45 verbunden ist, ist das Signal am Eingang 42Z) eine binäre »1«. Infolgedessen sind alle drei Eingänge des Gatters 42 binäre »len«, und deshalb ist das Ausgangssignal des Ranges UL eine binäre »0«. Wenn andererseits Schalter 51 mit dem Kontakt 51 b schließt, der mit der Leitung 55 verbunden ist, ist das Signal am Eingang 42 b eine binäre »0«. Infolgedessen ist eines der drei Eingangssignale des Gatters 42 eine binäre »0« und das Ausgangssignal des Ranges HL eine binäre »1«.
Weil alle unteren Ränge parallel zueinander mit der Leitung 45 und durch die Schalter 51 bis 54 mit der Leitung 55 verbunden sind, ist es offensichtlich, daß während der Periode tWi — t10s jeder der unteren Ränge so eingestellt werden kann, daß er ein Ausgangssignal hat, das entweder einer gespeicherten »1« oder einer gespeicherten »0« entspricht, je nachdem, welche Stellung der zugeordnete Schalter einnimmt, so kann eine vollständige mehrere Bit umfassende Zahl in den unteren Rängen während der Periode 'km ~ *io" gespeichert werden. Zum Beispiel kann die Zahl 1011 in den Rängen 14L, 13L, 12L und 11L dadurch gespeichert werden, daß die Schalter 54, 52 und 51 vor der Zeit <10g so eingestellt werden, daß sie in Kontakt mit der Leitung 55 sind, während der Schalter 53 so eingestellt wird, daß er in Kontakt mit der Leitung 45 steht. Dann ist im Zeitintervall zwischen i103 und Z1n-. eines der drei Eingangssignale jedes der Ränge 11L, 12L und 14 Leine binäre »0«, und deshalb werden diese Ränge so eingestellt, daß sie je eine binäre »1« als Ausgangssignal haben. Andererseits hat der Rang 13 L als Ausgangssignal eine binäre »0«, weil seine drei Eingangssignale alle binäre »len« sind.
Aus der vorhergehenden Beschreibung des bekannten Registers und des neuen erfindungsgemäßen Registers ist offenbar geworden, daß das neue Register Schaltungen oder Mittel umfaßt, mit deren Hilfe das Register ebenso im konventionellen Serienbetrieb wie
ίο in Abhängigkeit von einem Befehlssignal zum parallelen Speichern einer mehrere Bit umfassenden Zahl in seinem unteren Rang verwendet werden kann. Die Speicherung erfolgt während der Periode t1Qi — t103, die nur ein Teil eines einzigen Taktimpulszyklus zwisehen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen einer der Taktimpulsserien ist, während bei der bekannten Vorrichtung eine Vielzahl von Taktimpulszyklen verstreichen muß, bevor das konventionelle Register eingestellt werden kann, um dieselbe Zahl zu speiehern. Aus den Fig. 4b bis 4j ist weiterhin ersichtlich, daß, nach dem Einschreiben einer Zahl mit mehreren Bits in das Register 30, zur Zeit t1Ql das Register seine Arbeit in der konventionellen Weise fortsetzt, so daß die nachfolgenden Datensignale oder -impulse, wie z. B. eine binäre »0«, die zur Zeit i108 zugeführt und durch die Linie 186 in Fig. 4b veranschaulicht wird, und eine binäre »1«, die durch den zur Zeit i109 zugeführten Impuls D24 dargestellt wird, in das Register serienweise mittels Taktimpulsen P11 24 und Pi24 bzw. Py 25 und P^25 eingetaktet werden.
Aus dem Vorhergehenden ergibt es sich, daß durch Aufteilen einer Taktimpulsleitung, wie der Leitung 22 (F i g. 1), eines konventionellen zweirangigen Serien-Schieberegisters nach den Lehren dieser Erfindung die verschiedenen unteren Ränge, die mit solch einer Taktimpulsleitung verbunden sind, in ausgewählter Weise über die Leitungen 45 und 55 (Fig. 3) mit zwei Taktimpulsen versorgt werden können, die binäre Werte darstellen, die entweder die gleichen oder Komplemente voneinander sind, so daß ausgewählte Bits parallel in jedem Rang und damit in dem Register eine mehrere Bits umfassende Zahl paralleler gespeichert werden kann. Obgleich in F i g. 3 die Tabtimpulse für die unteren Ränge aufgeteilt werden, versteht es sich, daß die Taktimpulse für die oberen Ränge in ähnlicher Weise nach den hier offenbarten Lehren aufgeteilt werden können. Weiterhin können die Taktimpulse für beide Ränge aufgeteilt werden, so daß Zahlen mit mehreren Bits wahlweise entweder in die oberen oder in die unteren Ränge parallel eingeschrieben werden können. Eine entsprechende Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt.
Das Register 60 nach F i g. 5 ist dem Register 40 nach F i g. 3 im wesentlichen gleich, abgesehen davon, daß außer den Taktimpulsen, die den unteren Rängen zugeführt werden, auch die Impulse, die den oberen Rängen zugeführt werden, aufgeteilt werden.
Das Register 60 umfaßt zwei Impulsverteiler 46 U und 46 L, von denen jeder mit der zuvor beschriebenen Schaltung 46 identisch ist. Jede der Ausgangsleitungen 45 L und 45 U erfüllt Aufgaben, die denen gleichen, die durch die Leitung 45 nach F i g. 3 erfüllt werden, während jede der Leitungen 55 L und 55 U der Leitung 55 gleichartig ist. Auch die Schalter 51L bis 54 L und 51U bis 54 U erfüllen Aufgaben, die denen entsprechen, die durch die Schalter 51 bis
54 erfüllt werden. Das Register 60 umfaßt ebenfalls eine Steuerschaltung 25 χ, die der Schaltung 25 s nach F i g. 3 ähnlich ist, abgesehen davon, daß sie zusätzliche Elemente, wie z. B. ein Flipflop 25 d, Gatter 25 b und 25 c und eine Verzögerungsschaltung 25 e enthält, die notwendig sind, um das Aufteilen der Taktimpulse durch die Schaltung 46 U zu steuern, wenn eine Zahl mit mehreren Bit in den oberen Rängen gespeichert werden soll.
Unter der Annahme, daß die Schalter 51L bis 54 L und 51U bis 54 U in den Positionen sind, die in Fi g. 5 dargestellt sind, dann ergibt sich aus dem Vorhergehenden, daß durch Zuführen eines ersten Befehlssignals, wie z. B. dem Impuls 170 (F i g. 4 h), alle oberen Ränge zuerst so eingestellt werden, daß sie »len« speichern, und dann die Taktimpulse auf die Leitungen 45 L und 55 L so verteilt werden können, daß der Leitung 45 L eine binäre »1« und der Leitung 55L eine binäre »0« aufgeprägt wird. Weil ein Eingang jedes der beiden unteren Ränge UL und 14 L über seinen zugeordneten Schalter mit der Leitung 55L verbunden ist, wird er mit einer binären »0« versorgt, so daß die Ränge HL und 14 L so eingestellt werden, daß sie binäre »len« speichern. Die Ränge 12 L und 13 L, die über ihre zugehörigen Schalter mit der Leitung 45 L verbunden sind, werden dagegen mit zwei Taktimpulsen versorgt, die binäre »len« darstellen. Deshalb speichern diese beiden Ränge binäre »Oen«. So wird in den Rängen 11L bis 14 L die Mehrbit-Zahl 1001 gespeichert.
Ähnlich können durch Zuführen eines zweiten Befehlssignals alle unteren Ränge zuerst so eingestellt werden, daß sie »len« speichern, und es können dann die Taktimpulse so auf die Leitungen 45 U und
55 U verteilt werden, daß eine binäre »1« auf der Leitung 45 U und eine binäre »0« auf der Leitung 55 U erscheint. Weil die Schalter 51U, 52 U und 53 U die Ränge 11U, 12 U und 13 U mit der Leitung 55 U verbinden, wird in jedem dieser Ränge eine »1« gespeichert, während im Rang 14 U eine »0« gespeichert wird, weil ihn sein Schalter 54 U mit der Leitung 45 U verbindet. So wird in den oberen Rängen die Zahl 1110 gespeichert.
Aus dem Vorhergehenden ist somit ersichtlich, daß durch Aufteilen der Impulse, die beiden Rängen zugeführt werden, verschiedene Mehrbit-Zahlen wahlweise in jedem der beiden Ränge gespeichert werden können. Wenn weiterhin jeder der Schalter 51U bis 54 U und 51L bis 54 L nicht fest positioniert ist, sondern vielmehr mit Hilfe einer nicht gezeigten Steuerschaltung wahlweise eingestellt werden kann, dann können die Bits, die in jedem Rang irgendeiner Stufe gespeichert werden, durch Wahl der Leitung bestimmt werden, mit der der spezielle Schalter Kontakt macht. Zum Beispiel ist nur durch Umkehren der veranschaulichten Stellung des Schalters 51L die Mehrbit-Zahl 0001 in den unteren Rängen des Registers speicherbar. Ähnlich kann durch Umkehren der Positionen der Schalter 52 U und 54 U die Mehrbit-Zahl 1011 in den oberen Rängen gespeichert werden.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung, nach der die Taktimpulse für einen oder mehrere Ränge eines mehrrangigen, mehrstufigen Serien-Schieberegisters so verteilt werden, daß das Register außer zum konventionellen Serienbetrieb dazu geeignet ist, eine vorhergegebene Zahl mit mehreren Bits parallel zu speichern, ist nicht auf ein Register beschränkt, das aus diskreten Bauelementen aufgebaut ist. Vielmehr sind die Lehren auch auf Register mit integrierter Schaltung anwendbar, bei denen die verschiedenen Bauelemente auf einer einzigen ■ Silikonplatte vereinigt sind. Ferner können die Lehren angewendet werden, um die gegenwärtig bekannten integrierten, zweirangigen Schieberegister so abzuwandeln, daß sie als konventionelle Serien-Schieberegister arbeiten und zugleich Zahlen mit mehreren Bit parallel speichern
ίο können.
F i g. 6 ist eine schematische Darstellung einer Stufe eines bekannten Schieberegisters in integrierter Schaltung. Die Stufe umfaßt einen oberen Rang 71 mit drei Feldeffekt-Transistoren (FET) 72, 73 und 74 und einem unteren Rang 75 mit drei Feldeffekt-Transistoren 76, 77 und 78. Die mit dem Buchstaben G bezeichneten Gitter der Transistoren 72 und
73 sind mit einer Taktimpulsleitung verbunden, wie z. B. der Leitung 17 nach Fig. 1, während das Gitter G des Transistors 74 mit einer Eingangsleitung verbunden ist, die entweder mit der Ausgangsleitung des vorhergehenden Ranges oder mit der Datenquelle, wie z. B. der Quelle23 nach Fig. 1 verbunden ist. Ähnlich sind die Gitter der Transistoren 77 und 78 miteinander und mit einer zweiten Taktimpulsleitung verbunden, wie z. B. der Leitung 22 nach F i g. 1. Das Gitter des Transistors 76 ist an eine Leitung 79 angeschlossen, um das Ausgangssignal des oberen Ranges von dem Verbindungspunkt zwischen den Transistoren 72 und 73 zu empfangen, während der Verbindungspunkt zwischen der Anode, die durch den Buchstaben D bezeichnet wird, und der durch den Buchstabens bezeichneten Kathode der Transistoren 77 und 78 mit einer Ausgangsleitung 81 des unteren Ranges 75 verbunden ist. Nach Fig. 6 sind die Anoden der Transistoren 72 und 78 durch die Leitungen 82 und 83 mit einer Quelle eines negativen Potentials — VD verbunden.
Zur Beschreibung der Arbeitsweise der in F i g. 6 gezeigten Stufe sei angenommen, daß die Spannung an dem Gitter des Transistors 76 ungefähr Erdpotential hat, was im Hinblick auf — VD hoch ist, so daß sie eine binäre »0« darstellt. Deshalb stellt die Anoden-Kathoden-Strecke des Transistors einen hochohmigen Weg dar. Wenn die Taktimpulse, die die binäre »len« darstellen, den Gittern der Transistoren 77 und 78 zugeführt werden, fließt infolgedessen der Strom zwischen der Spannungsquelle — VD dem Gitter des Transistors 74' eines folgenden oberen Ranges über die Anoden-Kathoden-Strecke des Transistors 78 zu anstatt durch den Transistor 76 zur Erde. Infolgedessen baut sich während der Gegenwart eines Taktimpulses auf der Leitung 22 eine Ladung zwischen dem Gitter des Transistors 74 des folgenden oberen Ranges und dem Siliziumträger auf, in den die Anode und die Kathode des Transistors
74 eindiffundiert sind. So erreicht das Potential am Gitter des Transistors 74 den Wert — VD der eine binäre »1« darstellt.
Zwischen den Taktimpulsen, die den Transistoren 77 und 78 zugeführt werden, neigt die Spannung dazu, leicht abzunehmen, weil die Ladung zwischen dem Gitter und dem Träger des Transistors 74 des folgenden Ranges abnimmt. Wenn jedoch die Frequenz oder die Folgegeschwindigkeit, mit der die Taktimpulse den Transistoren 77 pund 78 zugeführt werden, groß genug ist, ist die Änderung der Spannung an dem Gitter des Transistors 74 des folgenden Rän-
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ges und deshalb auf der Ausgangsleitung 81 sehr klein, so daß die Spannung effektiv konstant bei — V0 bleibt und dadurch eins binäre »1« darstellt.
Wenn andererseits zu der Zeit, in der Taktimpulse den Transistoren 77 und 78 zugeführt werden, das Gitter des Transistors 76 auf einer unteren Spannung (,-V0) liegt, die eine binäre »1« darstellt, stellen die Anoden-Kathoden-Strecken der drei Transistoren 76,
77 und 78 Wege mit niederem Widerstand dar, so daß Strom zwischen der Quelle — V0 und Erde fließt. Jedoch ist die Stromsättigung des Transistors 78 viel niedriger als diejenige der Transistoren 76 und 77, so daß dann, wenn der Strom den Sättigungspegel des Transistors erreicht, die Spannung zwischen der Anode und der Kathode des Transistors 78 zunimmt. So findet der größte Teil des Spannungsabfalles am Transistor 78 statt, so daß die Spannung an der Kathode des Transistors 78 nur leicht unter dem Erdpotential liegt, so daß sie eine binäre »0« darstellt.
Es ist so ersichtlich, daß in der in F i g. 6 gezeigten Stufe, wenn binäre »len« darstellende Taktimpulse über die Leitung 22 den Transistoren 77 und 78 zugeführt werden und das Potential der Eingangsleitung 79 eine binäre »0« darstellt, das Potential der Ausgangsleitung 81 im wesentlichen — V0 ist und eine binäre »1« darstellt. Wenn andererseits das Potential auf der Leitung 79 den Wert — V0 aufweist, so daß es eine binäre »1« darstellt, ist das Potential der Leitung 81 dem Erdpotential nahe und stellt eine binäre »0« dar. Infolgedessen arbeitet die Schaltung nach F i g. 6 als eine Stufe eines konventionellen zweirangigen Serien-Schieberegisters.
Nach den Lehren der vorliegenden Erfindung, nach denen wenigstens die Taktimpulse, die den Elementen eines Ranges jeder Stufe zugeführt werden, wie z. B. dem unteren Rang, aufzuteilen sind, kann die in F i g. 6 gezeigte Stufe leicht abgewandelt werden, wie es F i g. 7 beispielsweise zeigt, indem die Gitter der Transistoren 77 und 78 mit getrennten Leitungen für verteilte Taktimpulse verbunden werden, wie z. B. mit den Leitungen45 und 55 nach Fig. 3. So kann das Gitter des Transistors 77 mit dem Schalter 84 verbunden werden, der wiederum wahlweise so eingestellt werden kann, daß er entweder mit der Leitung 45, in welchem Fall der Rang in bekannter Weise arbeitet, oder mit der Leitung 55 verbunden ist. Im letzten Fall wird das Gitter des Transistors 77 mit einem Taktimpuls versorgt, der das Komplement des Taktimpulses ist, der dem Gitter des Transistors
78 zugeführt wird, so daß in dem Rang 75 eine binäre »1« gespeichert werden kann.
Aus der Beschreibung der Lehren der Erfindung und der Arbeitsweise der in F i g. 6 gezeigten Schaltung geht hervor, daß in F i g. 7 das Potential an der Leitung 81 eine Funktion des Potentials auf der Eingangsleitung 79 und auch der Taktimpulse ist. Wenn das Potential auf der Leitung 79 eine binäre »1« darstellt und auch der Taktimpuls, der dem Gitter des Transistors 78 über die Leitung 45 zugeführt wird, eine binäre »1« ist, hängt das Potential auf der Ausgangsleitung 81 von dem Taktimpuls an dem Gitter des Transistors 77 ab. Wenn der Taktimpuls am Gitter eine binäre »1« darstellt, arbeitet die Stufe wie zuvor beschrieben, und es befindet sich das Potential auf der Leitung 81 nahe Erde, so daß es eine binäre »0« darstellt. Wenn jedoch das Gitter des Transistors „ ■ 77 über den Schalter 84 mit der Leitung 55 verbun- ^"J den ist, um mit einem Taktimpuls, der eine binäre q »0« darstellt, versorgt zu werden, wird der Weg zwischen — V0 und Erde durch den hohen Widerstand des Transistors 77 gesperrt, so daß der Transistor 78 dazu verwendet wird, die Kapazität des Gitters des Eingangstransistors 74 des nächsten Ranges aufzuladen. Infolgedessen ist das Potential auf der Leitung 81 im wesentlichen — V0, so daß es eine binäre »1« darstellt. Demnach ist der binäre Wert auf der Leitung 81 eine Funktion der Position des Schalters 84.
Eine Vielzahl von Stufen, von denen jede der in F i g. 7 gezeigten Stufe gleicht, kann als integrierte Schaltung konstruiert werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Feldeffekt-Transistoren durch Anwendung der Metalloxyd-Silizium-Diffusionstechnik hergestellt und mit einer Vielzahl niedergeschlagener metallischer Leiter versehen werden, die die erforderlichen Schaltverbindungen bilden. Solche Transistoren sind in der Technik unter der Bezeichung MOSFET als Abkürzung für Metalloxyd-Silizium-Feldeffekt-Transistoren bekannt.
In F i g. 8 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf eine Siliziumplatte 90, auf der zwei Stufen 91 und 92, die der Stufe nach Fig. 7 entsprechen, angeordnet sind. Die Stufen umfassen obere Ränge 91U und 92 U und untere Ränge 91L und 92 L. Jeder der Ränge 91U und 92 U umfaßt drei MOSFETs 72, 73 und 74, die von Zonen 94 bis 97 in die Siliziumplatte 90 eindiffundiertem Bor- oder Phosphormaterial und dünnen Schichten aus Siliziumoxyd (SiO2) gebildet werden, die durch die gestrichelten Rechtecke 72 G, 73 G und 74 G angedeutet und auf dem Silizium zwischen engen und parallelen Grenzen eines jeden Paares von Diffusionszonen thermisch entwickelt worden oder gewachsen sind, um die Gitter der Transistoren 72, 73 und 74 zu bilden. Die Diffusionszone 97 ist mit dem Erdpotential verbunden. Ähnlich werden Transistoren 76, 77 und 78 von Diffusionszonen 97 bis 100 und von Oxydschichten 76 G, 77 G und 78 G gebildet, die erforderlich sind, um die Gitter der drei Transistoren des unteren Ranges zu bilden. Verbindungen zu den verschiedenen Gittern werden von Metallstreifen gebildet, die darauf abgeschieden werden. In Fig. 8 stellen feste Punkte 101 elektrische Verbindung zwischen Metallstreifen und verschiedenen Diffusionszonen dar.
Wie es sich für jeden Fachmann versteht, können alle Metallstreifen dadurch gebildet werden, daß erst eine metallische Schicht angebracht und diese Schicht dann so geätzt wird, daß nur die gewünschte metallische Konfiguration als Teil der Schaltung verbleibt. Aus F i g. 8 und insbesondere aus ihrem unteren Teil ist ersichtlich, daß das Gitter des Transistors 78, das mit 78 G bezeichnet ist, fest mit der metallischen Leitung 45 verbunden ist, die die Taktimpulsleitung 45 darstellt. Andererseits ist das Gitter 77 G von einer metallischen Leitung bedeckt, die ein Teil der Leitung 55 sein kann, wie es im Rang 91L gezeigt ist, oder mit der Leitung 45 verbunden sein und von der Leitung 55, wie im Rang 92 L, getrennt sein kann. So kann während der Herstellung der Schaltung durch geeignetes Ätzen der Metallschicht die Arbeitsweise eines jeden unteren Ranges leicht bestimmt werden, damit sie in der zuvor beschriebenen Art und Weise arbeitet.
In der Praxis kann die integrierte Schaltung zuerst so konstruiert und geätzt werden, daß die Metallleitung über jedem Gitter 77 G Metallstreifen 45 und 55 verbindet, in welchem Falle das Register als kon-
ventionelles Register arbeitet. Dann kann durch ausgewähltes Ätzen der Streifen jedes Gitters 77 G in der Weise, daß es mit dem einen oder dem anderen der Metallstreifen 45 und 55 in Kontakt ist, die gewünschte mehrere Bit umfassende Zahl parallel in das Register eingesetzt werden.
In F i g. 8 ist das Gitter 77 G des Transistors 77 in dem unteren Rang 91L durch das metallische Gebiet 102 mit der metallischen Leitung 55 verbunden, während das Gebiet 103 zwischen der Leitung 45 und dem Gitter weggeätzt ist. Dagegen ist das Gitter 77 G im unteren Rang 92 L mit der Leitung 45 durch das metallische Gebiet 105 verbunden und das Gebiet 104 zwischen dem Gitter und der Leitung 55 ausgeätzt ist. In der Praxis kann das Ätzen leicht dadurch ausgeführt werden, daß eine Maske 110, wie in F i g. 9 gezeigt, mit mehreren Aussparungen 111 bis 114 vorgesehen wird. Zwei Aussparungen wie z. B. 111 und 112 gehören zu jedem unteren Rang, wie z.B. dem Rang91L. Der Abstand zwischen jedem Paar von Aussparungen und ihre Größen werden so bestimmt, daß das Gebiet zwischen dem Gitter 77 G und jeder der angrenzenden Leitungen 45 und 55 vollständig ausgeätzt werden kann. Aus den Fig. 8 und 9 ist ersichtlich, daß beim Anbringen der Maske 110 über den unteren Rängen 91L und 92 L eine Aussparung jeden Paares maskiert oder abgedeckt und die andere Aussparung dazu verwendet werden kann, um das Metall von dem gewünschten Gebiet wegzuätzen. Wenn z. B. die Maske 110 über den unteren Rängen angebracht wird, werden die Gebiete 102 bis 105 durch die Aussparungen 111 bis 114 bloßgelegt. Es können dann nach Abdecken der Aussparungen 111 und 114 die Gebiete 103 und 104 gleichzeitig durch die Aussparungen 112 und 113 hindurch weggeätzt werden. Die Aussparungen können jede beliebige Form annehmen und z. B. kreisförmig, elliptisch oder rechteckig sein. Es besteht nur die Forderung, daß die zu ätzenden Gebiete von den Aussparungen vollkommen freigelegt werden.
Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß so lange, wie jedes Gitter 77 G in einem unteren Rang mit den beiden Leitungen 45 und 55 verbunden ist, das Register als konventionelles Register wirkt. So kann in der Praxis das neue Register als integrierte Schaltung zuerst so hergestellt werden, daß es in der konventionellen Weise arbeitet. Je nach den Anforderungen eines beliebigen Verbrauchers können dann die gewünschten Gebiete so ausgeätzt werden, daß eine beliebige mehrere Bit umfassende Zahl, die von dem Verwender ausgewählt wird, parallel einschreibbar ist. Eine solche Fähigkeit erhöht erheblich die Vorteile des neuen Schieberegisters, weil es zuerst als Standardregister gebaut und dann auf ausgewählte Weise abgewandelt werden kann, um den besonderen Anforderungen verschiedener Verwender zu entsprechen.
In der Anordnung von F i g. 8 wurde angenommen, daß jedes der verschiedenen Gitter 77 G entweder mit der einen oder mit der anderen Taktimpuls-Metallleitung fest verbunden ist. Eine solche Anordnung ist leicht als integrierte, durch eine einzige Schicht gebildete Schaltung realisierbar. Jedoch versteht es sich, daß die Erfindung auch auf vielschichtige integrierte Schaltungen ausgedehnt werden kann, in welchem Falle eine separate Schicht verwendet werden kann, um jedes Gitter 77 G mit einer metallischen Leitung zu versehen, die ihrerseits wahlweise mit jeder der metallischen Taktimpulsleitungen 45 und 55 gekoppelt werden kann. So kann durch wahlweise Bestimmung der Verbindungen jede gewünschte Mehrbit-Zahl in dem Register dadurch gespeichert werden, daß lediglich bestimmt wird, welches der Gitter 77 G mit der Leitung 45 und welches mit der Leitung 55 verbunden werden soll.
Es wurde hierin ein neues Schieberegister dargestellt und beschrieben, das als konventionelles Serien-Schieberegister arbeitet und außerdem dazu veranlaßt werden kann, in paralleler Weise eine vorgegebene Zahl mit mehreren Bits zu speichern. Das parallele Speichern wird dadurch erzielt, daß ein ausgewählter Rang jeder Stuf e wahlweise so gekoppelt wird, daß ihm entweder ein gegebener Taktimpuls oder dessen Komplement zugeführt wird, damit der Rang entweder eine binäre »0« oder eine binäre »1« speichert.
Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung veranschaulichen. Es sind Abweichungen davon möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Solche Abweichungen können sich insbesondere dadurch ergeben, daß bei Ausführungsformen der Erfindung nur einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder mehrere in beliebiger Kombination Anwendung finden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Binäres mehrstufiges Schieberegister, in das die Bits einzeln nacheinander eingebbar sind und· in dem jede Stufe einen oberen und einen unteren, jeweils ein Speicherelement, insbesondere eine bistabile Kippstufe, enthaltenden Rang umfaßt, dessen Speicherelement von Taktimpulsen mit vorgegebenen unterschiedlichen Phasenlagen derart angesteuert wird, daß jeweils bei einem Taktimpuls mit einer ersten vorgegebenen Phasenlage ein in den oberen Rang jeder Stufe gespeichertes Bit in den unteren Rang der gleichen Stufe übertragen wird und daß jeweils bei einem mit einer anderen vorgegebenen Phasenlage auf den erstgenannten Taktimpuls folgenden weiteren Taktimpuls das in dem unteren Rang jeder Stufe gespeicherte Bit in den oberen Rang der nächstfolgenden Stufe übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Umsteuermittel (255, 46) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal (170) eine Paralleleingabe der Bits in das Schieberegister dadurch gestatten, daß sie wenigstens einen der Taktimpulse aufteilen und an eine erste Leitung (45) den Taktimpuls und an eine zweite Leitung (55) das Komplement des Taktimpulses oder jeweils davon abgeleitete Impulse abgeben, daß mindestens einem Rang jeder Stufe ein Schalter (51 bis 54) zugeordnet ist, der den Rang wahlweise mit einer der beiden Leitungen (45 oder 55) verbindet, und daß der logische Pegel des über den jeweiligen Schalter in den zugeordneten Rang eingegebenen, vom Taktimpuls oder dessen Kornplement gebildeten Signals die Information darstellt, die in den Rang eingegeben wird.
2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufteilen der Taktimpulse eine erste Steuer-Gatterschaltung (46 U) umfassen, die gleichzeitig auf einen Taktimpuls der ersten Phase und ein erstes Steuersignal anspricht, um einen Taktimpuls der ersten Phase und dessen Komplement auf die erste bzw. zweite Leitung (45 U bzw. 55 U) der ersten Gatterschaltung zu liefern, daß Mittel (51 U) vorgesehen sind, um einen Eingang des oberen Ranges (11 U) jeder Stufe (11) wahlweise mit einer der beiden Leitungen zu koppeln, so daß der obere Rang jeder Stufe mit diesem Eingang entweder auf den Taktimpuls oder sein Komplement anspricht, um entweder ein erstes oder ein zweites Bit zu speichern, wobei die in den oberen Rängen der vorhandenen Stufen gespeicherten Bits eine erste Mehrbit-Zahl (z. B. Olli) bilden, daß die Mittel zum Aufteilen der Taktimpulse ferner eine zweite Steuer-Gatterschaltung (46 L) umfassen, die gleichzeitig auf einen Taktimpuls der zweiten Phase und ein zweites Steuersignal anspricht, um einen Taktimpuls der zweiten Phase und dessen Komplement zu liefern, daß Mittel (51L) vorgesehen sind, um einen Eingang jedes unteren Ranges (11 U) wahlweise entweder mit dem Taktimpuls der zweiten Phase oder dessen Komplement zu erregen und dadurch entweder ein erstes Bit oder ein zweites Bit in jedem der unteren Ränge zu speichern, wobei diese in den unteren Rängen aller Stufen gespeicherten Bits eine zweite Mehrbit-Zahl (z. B. 1001) bilden, und daß Mittel (25 jc) vorgesehen sind, um die Zufuhr der ersten und zweiten Steuersignale zu den ersten und zweiten Steuer-Gatterschaltungen zu steuern.
3. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der besagten ersten und zweiten Steuer-Gatterschaltungen einen Impulsverteiler (46) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (46a und 46 b), einem ersten und einem zweiten Ausgang (45 und 55) und einer Vielzahl von dazwischen angeordneten Gattern (46c, 46d, 46 e) umfaßt, die derart angeordnet sind, daß die Signale an dem ersten und dem zweiten Ausgang einem ersten Bit entsprechen, das dem Signal an dem ersten Eingang gleich ist, während die Signale an diesen Ausgängen Signalen entsprechen, die erste und zweite Bits darstellen, wenn das Signal an dem zweiten Eingang ein erstes Bit darstellt.
4. Schieberegister nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Steuer-Gatterschaltungen (46) eine Vielzahl von miteinander verbundenen Negatoren (46/, 46 g und 46 h) und NOR-Gatter (46c, 46 d und 46 e) umfaßt, derart, daß die Signale an den beiden Ausgängen (45 und 55) binär »len« sind, wenn das Signal an dem ersten Eingang (46 a) eine binäre »1« ist und die Signale an dem ersten und dem zweiten Ausgang eine binäre »1« bzw. eine binäre »0« sind, wenn das Signal an dem zweiten Eingang (46 b) eine binäre »1« ist.
5. Schieberegister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulsquelle weiterhin Mittel (25s, 25/) zum asynchronen Einstellen der Ränge des Registers aufweist, so daß die oberen (unteren) Ränge (11 U) ihren entsprechenden unteren (oberen) Rängen (11 L) Steuersignale zuführen, die zur Folge haben, daß ein erstes Bit in einem unteren (oberen) Rang gespeichert wird, wenn diesem Rang nur ein Taktimpuls zugeführt wird, während ein zweites Bit gespeichert wird, wenn dem unteren (oberen) Rand der Taktimpuls und dessen Komplement zugeführt werden.
6. Schieberegister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder untere (obere) Rang (11 L) ein bistabiles Element (FF) enthält, dessen Ausgangssignal das in dem Rang gespeicherte Bit darstellt, daß der Rang ferner ein drei Eingänge (42 a, 42 b und 42 c) aufweisendes Gatter (42) enthält, dessen Ausgang mit dem Eingang des bistabilen Elementes verbunden ist, daß einer der Eingänge (42 a) des Gatters mit dem Ausgang des oberen (unteren) Ranges (11 U) derselben Stufe verbunden ist, daß ein anderer der Eingänge (42 c) so angeschlossen ist, daß dem Gatter die Taktimpulse zugeführt werden, und daß dem dritten Eingang (42 b) wahlweise die Taktimpulse oder deren Komplement zuführbar ist, so daß das bistabile Element eine Stellung einnimmt, in der sein Ausgangssignal ein erstes Bit darstellt, wenn dem dritten Eingang ein Taktimpuls und ein zweites Bit darstellt, wenn dem dritten Eingang das Komplement des Taktimpulses zugeführt wird.
7. Schieberegister nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gatter (42) ein NAND-
Gatter ist und das Ausgangssignal des oberen Ranges (1117) und der Taktimpuls binäre »len« sind, während das Komplement des Taktimpulses eine binäre »0« ist, so daß das NAND-Gatter nur dann ein Ausgangssignal liefert, das eine binäre »1« darstellt, wenn an den dritten Eingang (42 b) das Komplement des Taktimpulses angelegt wird.
8. Schieberegister nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rang (71 und 75) eine Vielzahl von Transistoren (72, 73, 74 bzw. 76, 77, 78) einer integrierten Schaltung enthält und die Leitungen (z.B. 22, 81, 83) zum Zu- und Abführen der Signale von abgeschiedenen metallischen Schichten gebildet werden, die mit den Transistoren in elektrischem Kontakt stehen.
9. Schieberegister nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Transistoren
: um Feldeffekt-Transistoren handelt.
10. Schieberegister nach Anspruch 9, dadurch :; gekennzeichnet, daß jeder Rang drei Feldeffekt-Transistoren (z. B. 76,77 und 78) enthält.
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