DE1574592C - Vorrichtung zur arithmetischen Verknüpfung binärer Operanden unter Verwendung einer Matrix - Google Patents

Description

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von einem stabilen Zustand in den anderen über- Die Matrix M muß nicht unbedingt eben oder rechtführt. Diese Elemente repräsentieren die Teilpro- winkelig ausgebildet sein, sondern kann auch eine dukte der Operanden, und durch Summierung dieser andere Form besitzen.

Teilprodukte wird unter Verwendung der akkumulie- Die Verstärkerelemente 18 verstärken die über die renden Einrichtung das Resultat erhalten. Dagegen 5 Leseleitungen 17 zugeführten Impulse und unterist dieser USA.-Patentschrift nicht zu entnehmen, ob drücken etwa auftretende Störimpulse. Die Ausgänge und in welcher Weise mit der beschriebenen Schal- der Verstärkerelemente 18 sind mit je einer Zelle tungsanordnung eventuell auch Additionen, Subtrak- 19.0, 19.1, 19.2. . .einer akkumulierenden Einrichtionen und Divisionen durchführbar sind. tung 19 verbunden. Als Zellen können Zählelemente

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine io oder Serienaddierer verwendet werden. An beiden an sich bekannte Matrixmultiplikationseinrichtung so Enden der akkumulierenden Einrichtung 19 sind zuweiterzubilden, daß sie auch für die Additionen und sätzlich je eine weitere Zelle 19' und 19" angeordnet. Subtraktionen verwendbar ist. Diese Aufgabe wird Außerdem ist ein Speicher 20, eine Freigabeeinrichbei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art tung 21, ein Steuerwerk 22 und ein Taktgenerator 23 dadurch gelöst, daß das die Spaltenleitungen der 15 vorgesehen. Die Matrix M kann ein Teil des Spei-Matrix speisende Register als Schieberegister und chers 20 sein.

parallel arbeitendes Register ausgebildet ist und daß Um zwei Operanden in multiplikativer Weise mitdieses Register bei befohlener Addition benachbarte einander zu verknüpfen, werden Impulse entspre-Zeilen um je eine Stelle verschoben parallel speist chend einem der Operanden χ auf alle Zeilenleitun- und daß einer Zelle der akkumulierenden Einrichtung 20 gen 12 und Impulse entsprechend dem anderen der eine Leseleitung, ein EXCLUSIV-ODER-Element, Operanden y auf alle Spaltenleitungen 13 gegeben, ein UND-Element und ein ODER-Element züge- Im dargestellten Falle wird als Operand χ die Binärordnet sind. Dabei sind die Leseleitung und ein Aus- zahl 000L0L mit der Binärzahl .000LOL (Operand y) gang des der nächstniederwertigen Zelle zugeord- multipliziert. In denjenigen Kreuzungspunkten, in neten ODER-Elementes an die beiden Eingänge des 35 denen die Zeilenleitungen 12 und die Spaltenleitun-EXCLUSIV-ODER-EIementes angeschlossen, und gen 13 beide Impulse entsprechend dem Zustand L der Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Elementes ist führen, wird das betreffende magnetisierbare EIean den Eingang der Zelle angeschlossen. Ein zweiter ment E vom Zustand 0 in den Zustand L gekippt. Ausgang des der nächstniederwertigen Zelle züge- Dies sind die voll geschwärzt gezeichneten EIeordneten ODER-Elementes und die Leseleitung sind 30 mente E'. Dieses Einschreiben erfolgt in bekannter an die Eingänge des UND-Elementes angeschlossen, Weise unter Steuerung durch das Steuerwerk 22 nach und der Ausgang dieses UND-Elementes und der entsprechender Freigabe durch die Freigabeeinrich-Ausgang der Zelle sind an das ODER-Element an- tung 21.
geschlossen. Nach erfolgtem Einschreiben wird die Information

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich 35 derart ausgelesen, daß (zur Produktbildung) inner-

durch eine relativ große Arbeitsgeschwindigkeit aus halb jeder der Diagonalen die Summe gebildet und

und hat außerdem den Vorteil, daß nur mit einem die entsprechenden Überträge berücksichtigt werden.

Rechenwerk sowohl multiplikative als auch additive Das Lesen der Information aus der Matrix kann ent-

und subtraktive Verknüpfungen durchführbar sind. weder in Richtung der Leseleitungen 17 oder in Rich-

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- 40 tung der Zeilenleitungen 12 oder in Richtung der

ansprüchen gekennzeichnet. Spaltenleitungen 13 erfolgen. Besonders zweckmäßig

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der ist es, in Richtung der Spaltenleitungen 13 fortschrei-

Erfindung an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert, wo- tend eine Zeile nach der anderen zu erfassen, um

bei in beiden Figuren dargestellte gleiche Bauteile eine bestmögliche Ausnutzung der Lesegeschwindig-

durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. 45 keit und der Schaltgeschwindigkeiten innerhalb der

Es zeigt akkumulierenden Einrichtung 19 zu gewährleisten.

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungs- Beispielsweise kann das Lesen dadurch erfolgen,

beispiels der Erfindung, daß von der Treiberstufe 14 über die Zeilenleitung

F ig. 2 einen Teil einer akkumulierenden Einrich- 12.0 und von der Treiberstufe 15 gleichzeitig über

tung, wie sie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 5° alle Spaltenleitungen Impulse abgegeben werden,

verwendet wird. Diejenigen von den Leseleitungen 17.0, 17.1, 17.2,

Fig. 1 zeigt schematisch eine Matrix M mit 6-6 17.3, 17.4, 17.5 durch die Elemente (E'), die sich magnetisierbaren Elementen E, die auf einer Iso- im Zustand L befinden, übertragen Impulse an die lierstoffplatte an den Kreuzungspunkten der Zeilen- Zellen der akkumulierenden Einrichtung 19. Im vorleitungen 12 und der Spaltenleitungen 13 angeord- 55 liegenden Fall werden Impulse über die Zeilenleitunnet sind. Mittels der Treiberstufen 14 bzw. 15 werden gen 17.0 und 17.2 abgegeben. Beim nächsten Schritt in an sich bekannter Weise über einzelne der Zeilen- werden wieder Impulse von der Treiberstufe 15 leitungen 12 bzw. Spaltenleitungen 13 Impulse ein- (gleichzeitig über alle Spaltenlcitungen 13) und gespeist und dadurch die Information eingeschrieben. außerdem von der Treiberstufe 14 (nunmehr über die Diese Treiberstufen 14 und 15 enthalten alle weite- 60 Zeilenleitung 12.1) abgegeben. In diesem speziellen ren Schaltungsanordnungen, die zum. Betrieb der Fall wird bei diesem Schritt über keine der Lese-Matrix M erforderlich sind. Das Lesen dieser 111 for- leitungen 17 ein Impuls übertragen, da sich alle mation wird mittels der Treiberstufen 14 und 15 Elemente £ entlang der ZeilenleiUing 12.0 im Zuin ebenfalls an sich bekannter Weise vorgenommen. stand 0 befinden. Auf diese Weise werden nach und In einer Diagonalrichtung der Matrix M sind neben- 65 nach alle Zeilenleitungen 12 zeitlich nacheinander einander angeordnete Elemente E durch die Lese- erfaßt und Impulse über die Leseleihmgen 17 ableitungen 17 miteinander verbunden. Diese Lese- gegeben,
leitungen 17 münden in die Verstärkerelemente 18. Um diese Impulse zu bestimmten Zeitpunkten den

Zellen der Hinrichtung 19 zuzuführen, sind die Vcr- ist es zweckmäßig, die akkumulierende Einrichtung

stärkeielemente 18 vom Taktgenerator 23 her gc- 19 wie in Fig. 2 dargestellt, auszubilden.

taktet. . Die Fig. 2 zeigt die Zellen 19.0 bis 19.3 der akku-

Die Anordnung nach F i g. 1 ist nicht nur zur muliercndcn Hinrichtung 19, wobei der niederwerligmultiplikativen, sondern auch zur additiven Ver- 5 sten Stelle des Resultates die Zeile 19.0 zugeordnet kniipfung mehrerer Operanden verwendbar. Bei der ist. Diese Zellen sind im vorliegenden Falle Flip-Addition wird der erste Operand in die Zeile mit der Flops einer die akkumulierende Einrichtung 19 bil-Zcilenleitung 12.5 eingeschrieben, indem einerseits denden Zählkette. Ein auf der Lcseleitung 17.0 anvon der Treiberstufe 15 über alle jene Spaltenlei- kommender Impuls ist mit Sicherheit durch die tungen 13' Impulse übertrügen werden, die einer L io Zellen 19.0 und 19.1 hindurchgclaufen, bevor auf des ersten Operanden entsprechen, und indem ande- der Leitung 17.1, ein neuer Impuls zu erwarten ist. rcrscits über die Zeilenleitung 12.5 ein Impuls über- Auf benachbarten Leitungen (z. B. 17.1 und 17.2) tragen wird. In ähnlicher Weise wird der zweite gleichzeitig ankommende Impulse laufen in gleich-Operand in die Zeile mit der Zeilcnleitung 12.4 ein- bleibenden Abständen durch die Zellen hindurch, geschrieben. Dieser zweite Operand wird jedoch nicht 15 Die Leseleitung 17.1 und der Ausgang der Zelle 19.0 über die Spaltenleitungen 13.0 bis 13.5, sondern über sind über das ODER-Element 32.1 disjunktiv an den die Spaltenleitungen 13.1 bis 13.6 eingeschrieben, so Eingang der Zelle 19.1 angeschlossen,
daß dieser zweite Operand (in Richtung der Lese- Es sei nun angenommen, daß ein am Ausgang der leitungen 17 gesehen) versetzt neben dem ersten Zelle 19.1 auftretender Impuls zeitlich mit einem Operanden eingeschrieben wird und eine stellen- 20 Impuls auf der Lcseleitung 17.2 zusammentrifft, richtige Summierung möglich ist. Der nächste Opc- Jeder dieser Impulse würde für sich ein Kippen der rand wird wieder um eine Stelle versetzt eingeschric- Zeile 19.2 herbeiführen, wenn diese Impulse in einem ben, und zwar über die Spaltenleitungen 13.2 bis zeillichen Abstand erscheinen. Außerdem würde 13.7. Die niedcrwertigste Stelle der Summe wird hier- einer dieser Impulse — wenn sich die Zelle 19.2 im bei in der Zelle 19.5 der akkumulierenden Einheit 25 Zustand L befindet — einen Übertragungsimpuls am 19 stehen. Dieses versetzte Einschreiben der Opcran- Ausgang dieser Zelle auslösen,
den wird ebenfalls vom Steuerwerk 22 über die Tor- Um eine gegenseitige Beeinflussung gleichzeitig schaltungen 24 und 25 gesteuert. eintreffender Impulse zu vermeiden, ist der Ausgang

Wegen der Verschiebung der Operanden können der Zelle 19.1 und die Leseleitung 17.2 an ein entweder nur entsprechend kurze Operanden auf- 30 EXCLUSIV-ODER-Element 30.2 gelegt. Wird dieaddiert werden (bei Verwendung einer Matrix M mit ses Element 30.2 auf seinen beiden Eingängen beaufden Spaltenleitungen 13.0 bis 13.5), oder es wird schlagt, so geht kein Signal an den Eingang der eine erweiterte Matrix mit den Spaltenleitungen 13.0 Zelle 19.2, d. h., ihr Zustand bleibt erhalten. Der bis 13.7 vorgesehen, wobei an den Kreuzungspunkten Ausgang der Zelle 19.1 ist außerdem zusammen mit der Spaltenleitungen 13.6 und 13.7 mit den Zeilen- 35 der Lcseleitung 17.2 an ein UND-Element 31.2 geleitungen weitere magnetisierbare Elemente E" an- legt, das in dem angenommenen Fall ein Signal geordnet sind. Die Einspeisung eines Impulses von liefert. Dieses Signal wird in einem ODER-Element der Treiberstufe 14 aus über die Zeilenleitung 12.5 32.2 disjunktiv mit dem Ausgang der Zelle 19.2 verist analog dem Einschreiben eines Operanden mit knüpft, so daß der nachfolgenden Zelle 19.3 dem Ziffernwert LOOOOO. Dieser Ziffernwert kann im 40 — falls erforderlich — mit Sicherheit ein ÜberSpeicher 20 als Festwert gespeichert sein und wird tragsimpuls geliefert wird. Man kann jedes ODER-jeweils zum Einschreiben eines weiteren Operanden Element 32 demnach als Ausgang einer Zelle anvon der Treiberstufe 15 her in der Treiberstufe 14 sehen. Von diesem von dem ODER-Element 32.2 um eine Stelle verschoben. gebildeten Ausgang der Zelle 19.2 geht nun je

Beim Lesen der Information erreichen aufein- 45 eine Leitung zu den der nächsten Zelle 19.3 zu-

anderfolgende Impulse über die Leseleitungen 17 die geordneten logistischen Schaltungselementen 30.3

Zellen der Einrichtung 19 in bestimmten Zeitabstän- und 31.3.

den, die von der Größe der Matrix M und den magne- Die magnetisierbaren Elemente der Matrix M und

tischen Eigenschaften der magnetisierbaren EIe- die Zellen der akkumulierenden Einrichtung 19 kön-

mente E abhängen. Diese Zeitabstände sind nie 50 nen aus bekannten Magnetschichtelementen gebildet

identisch gleich, da auch die Eigenschaften der elek- werden, wie sie in der deutschen Auslegeschrift

tronischcn Bauelemente nicht genau gleich sind. 1 199 818 beschrieben sind. Dabei können die Ma-

Diese Zeitabstände sind größer als die Zeitspanne, trix M und die Einrichtung 19 raumsparend zu einer

die ein Impuls benötigt, um als Übertrag von einer Baueinheit vereinigt werden, wodurch sehr kurze

Zelle der Einrichtung 19 zur nächsten Zelle zu ge- 55 Zcilcnleitungcn 12 und Spaltenleitungen 13 erzielt

langen. werden.

Trotzdem wäre es denkbar — insbesondere bei Die beschriebene Anordnung eignet sich besonders größeren Matrizen und bei den den höherwertigen für Rechenwerke, mit denen im wesentlichen multiStellen des Produktes zugeordneten Zellen —, daß pliziert, aber gelegentlich auch addiert und subtrahiert ein Leseimpuls über eine der Leseleitungen 17 an- 60 werden soll. Insbesondere kommen somit Tischnähernd gleichzeitig mit einem Übergangsimpuls rechenwcrke in Frage. Unter Verwendung der ereincr nicdcrwcrtigeren Zelle in einer nächsthöheren findungsgemäßen Anordnung genügt somit ein einZelle der Hinrichtung 19 ankommt. Damit aus die- ziges Rechenwerk, wobei nur zwei Operandensen Ciründcn keine P'chlzählungcn entstehen können, register ei forderlich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Patentansprüche· zur arithmetischen Verknüpfung zweier binärer Operanden unter Verwendung einer Matrix mit magnetisierbaren Elementen, mit Spaltenleitungen,

1. Vorrichtung zur arithmetischen Verknüp- 5 Zeilenleitungen und diagonal verlaufenden Lesefung zweier binärer Operanden unter Verwen- leitungen, die an je eine Zelle einer akkumulierendung einer Matrix mit magnetisierbaren Elemen- den Einrichtung angeschlossen sind. Dabei wird ten, mit Spaltenleitungen, Zeilenleitungen und jedes Element durch mehrere Teilstromimpulse von diagonal verlaufenden Leseleitungen, die an je einem stabilen Zustand in einen zweiten stabilen eine Zelle einer akkumulierenden Einrichtung io Zustand versetzt.

angeschlossen sind, wobei jedes Element durch Bei einer bekannten Anordnung zur Multiplikation mehrere Teilstromimpulse von einem stabilen von binären Operanden werden die einzelnen Teil-Zustand in einen zweiten, stabilen Zustand vef- produkten entsprechenden BinärzifFern beider Opesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, randen in einem matrizenartigen Tableau von Leuchtdaß zur wahlweisen Addition oder Multiplikation 15 punkten dargestellt, die in der Reihenfolge aufsteivon Operanden das die Spaltenleitungen (13) der gender Stellenwertigkeiten im Produkt optisch abge-Matrix speisende Register (15) als Schiebe- tastet werden, um die Abtastergebnisse in Form von register und parallel arbeitendes Register aus- elektrischen Impulsen einem Addierwerk zum Aufgebildet ist und daß dieses Register bei befohle- addieren des Produkts zuzuführen. Diese bekannte ner Addition benachbarte Zeilen (12.3, 12.4, ao Anordnung ist zwar im Aufbau verhältnismäßig ein- 12.5) um je eine Stelle verschoben parallel speist fach, hat aber den Nachteil einer geringen Arbeitsund daß einer Zelle (19.3) der akkumulierenden geschwindigkeit.

Einrichtung (19) eine Leseleitung (17.3), ein Durch die deutsche Auslegeschrift 1 206180 ist EXCLUSIV-ODER-Element (30.3), ein UND- eine Matrix magnetisierbarer Elemente bekannt, Element (31.3) und ein ODER-Element (32.3) 35 mittels der Rechenoperationen durchführbar sind, zugeordnet sind, daß die Leseleitung (17.3) und Dabei wird eine erste Dezimalziffer einer bestimmein Ausgang des der nächstniederwertigen Zelle ten Spalte der Matrix zugeführt. Die erste Dezimal-

(19.2) zugeordneten ODER-Elementes (32.2) an ziffer bewirkt eine Umstellung aller Kerne der Reihe die beiden Eingänge des EXCLUSIV-ODER- in einen ersten stabilen Zustand, wogegen alle übri-Elementes (30.3) angeschlossen sind, daß der 30 gen Kerne der Matrix in einem zweiten Zustand verAusgang des EXCLUSIV-ODER-Elementes bleiben. Die zweite Dezimalziffer bewirkt die Rück-

(30.3) an den Eingang der Zelle (19.3) ange- stellung des Kernes im Kreuzungspunkt der ausschlossen ist, daß ein zweiter Ausgang des der gewählten Reihe und Spalte in den zweiten stabilen nächstniederwertigen Zelle (19.2) zugeordneten Zustand. Der bei der Rückstellung des betreffenden ODER-Elementes (32.2) und die Leseleitung 35 Kernes auftretende Impuls wird über eine der (17.3) an die Eingänge des UND-Elementes (31.3) diagonal verlaufenden und je einer bestimmten Einerangeschlossen sind und daß der Ausgang dieses zahl zugeordneten Leseleitungen weitergeleitet. UND-Elementes (31.3) und der Ausgang der Überträge werden mittels einer besonderen Uber-Zelle (19.3) an das ODER-Element (32.3) an- tragsleitung berücksichtigt, die durch jene Kerne geschlossen sind. 40 gefädelt ist, deren zugeordnete Summe größer als die

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Ziffer 9 ist. Diese bekannte Matrix dient somit zur kennzeichnet, daß das Multiplikatorregister und Addition zweier Dezimalziffern und liefert als Resuldas Multiplikandenregister als gleichgetaktete tat eine Dezimalzahl, ist aber nicht geeignet zur Schieberegister ausgebildet sind. Addition zweier binärer Operanden und binärer Re-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 45 sultatausgabe. Diese bekannte Matrix ist jedoch nicht durch gekennzeichnet, daß die Matrix (M) in zur Multiplikation geeignet und relativ kompliziert den höchstwertigen Stellen in Richtung der aufgebaut.

Diagonalen ebenfalls mit magnetisierbaren EIe- Nach dem deutschen Patent 1100 344 ist eine

menten (E') bestückt ist. Matrix zum Addieren binärer Operanden bekannt,

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden 5° bei der das Resultat als Dezimalziffer ausgegeben Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu- wird. Mit dieser bekannten Matrixanordnung ist es gleich mit dem Zuführen des ersten Operanden somit nicht möglich, durch Addition binärer Opeeine »1« in die unterste Stelle des Multiplikator- randen ein binär dargestelltes Resultat zu erhalten, registers eingespeist wird, die zugleich mit dem Außerdem ist diese bekannte Matrixanordnung Zuführen weiterer Operanden um je eine Stelle 55 relativ kompliziert aufgebaut und nicht zur Multiim Multiplikatorregister weitergeschoben wird. plikation geeignet.

5.. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Nach der USA.-Patentschrift 3 104 317 ist eine Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Multiplikation binärer Zellen der akkumulierenden Einrichtung (19) Operanden bekannt, bei der eine Matrix aus magnetiaus Magnetschichtelementen bestehen, die als 60 sierbaren Elementen mit Zeilenleitungen, Spalten-Flip-FIops geschaltet sind. leitungen und in Diagonalrichtung verlaufenden

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Leseleitungen vorgesehen ist. Die Leseleitungen sind Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit einer akkumulierenden Einrichtung verbunden. Magnetschichtelcmente auf einer gemeinsamen Danach wird einer der Operanden den Spalten-Grundplatte angeordnet sind. 65 leitungen und der andere Operand den Zeilenleitungen zugeführt, und durch entsprechende Teilstromimpulse werden die an den Kreuzungen der Spaltenleitungen und Zeilenleitungen angeordneten Elemente