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Inkrement - Prozessor
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Die Erfindung betrifft einen Inkrement-Prozessor zur Integration einer
in digitaler Form vorliegenden abhängigen Variablen über einer unabhängigen Variablen,
enthaltend ein als Schieberegister ausgebildetes, durch Taktimpulse fortschaltbares
erstes Register mit einer Vorzeichenspeicherstelle, ein ebenfalls als Schieberegister
ausgebildetes und durch Taktimpulse fortschaltbares zweites Register, ein seriell
arbeitendes Addierwerk, dessen erster Eingang über eine durch Inkremente der unabhängigen
Variablen gesteuerte Torschaltung mit dem seriellen Ausgang des ersten Registers,
dessen zweiter Eingang mit dem seriellen Ausgang des zweiten Registers und dessen
Ausgang mit dem seriellen Eingang des zweiten Registers verbunden ist,
einen
ersten und einen zweiten Ausgangsinkrementausgang und eine Vorzeichenlogikschaltung,
durch welche ein Vorwärts zu zählendes Ausgangsinkrementsignal auf den ersten Ausgangsinkrementausgang
und ein rückwärts zu zählendes Ausgangsinkrementsignal auf den zweiten Ausgangsinkrementausgang
oder auf beide Ausganginkrementausgänge kein Signal aufschaltbar ist.
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Ein solcher Inkrement-Prozessor ist bekannt durch die DT-OS 1 774
441. Dieser bekannte Inkrement-Prozessor enthält ein erstes Register, das als Schieberegister
ausgebildet ist und in welches eine abhängige Variable in digitaler Form eingelesen
wird. Dies geschieht in der Weise, daß Inkremente der abhängigen Variablen in einen
auf- und abwärtszählenden Zähler eingezählt werden und der Zählerstand zu Beginn
jedes Rechenzyklus in festen Zeitabständen parallel in das besagte erste Register
übernommen wird. Diese festen Zeitabstände stellen dabei Inkremente der unabhängigen
Variablen Zeit dar.
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Ein zweites Register, das auch als Schieberegister ausgebildet ist,
hat eine Speicherkapazität, die der maximal zu erwartenden binären Stellenzahl der
abhängigen Variablen entspricht. Ein seriell arbeitendes Addierwerk addiert in jedem
Rechenzyklus, d.h. nach jedem Zeitinkrement, die in dem ersten und in dem zweiten
Register enthaltenen Datenwörter und schiebt das Ergebnis dieser Addition seriell
wieder in das zweite Register hinein. In Abhängigkeit vom Vorzeichen des abhängigen
Variablen und vom Auftreten eines Übertragimpulses bei der Durchführung der Addition
wird von einer Vorzeichenlogikschaltung nach bestimmten Kriterien ein Ausgangsinkrementsignal
auf den Aufwärts- oder Abwärtseingang eines auf- und abwärtszählenden Zählers gegeben
oder kein solches Signal erzeugt. Das Vorzeichen der abhängigen Variablen ist dabei
in einem Vorzeichenspeicher gespeichert, und durch den übertragimpuls des Addierwerkes
wird ein übertragspeicher angesteuert.
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Der bekannte Inkrement-Prozessor arbeitet mit einem Zeittakt, d.h.
mit jeweils nur positiven Inkrementen der unabhängigen Variablen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Inkrement-Prozessor
zu schaffen, der bei einfach aufgebauter Vorzeichenlogikschaltung auch negative
Inkremente der unabhängigen Variablen zuläßt.
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Ausgehend von einem Inkrement-Prozessor der eingangs definierten Art
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Inkrementspeicher vorgesehen ist, der
gesetzt wird nach einer Änderung der unabhängigen Variablen um ein Inkrement mit
vorgegebenem Betrag, daß ein Vorzeichenspeicher vorgesehen ist, der in Abhängigkeit
vom Vorzeichen des Inkrements der unabhängigen Variablen gesetzt oder gelöscht wird,
daß die Torschaltung ein EXCLUSIV ODER-Glied enthält, dessen einer Eingang an dem
seriellen Ausgang des ersten Registers und dessen anderer Eingang durch den Vorzeichenspeicher
bei negativem Vorzeichen des Inkrements im Zustand L gehalten wird, und ein erstes
UND-Glied, dessen einer Eingang vom Ausgang des EXCLUSIV ODER-Gliedes beaufschlagt
ist, dessen anderer Eingang von dem Inkrementspeicher im Zustand L gehalten wird,
wenn dieser gesetzt ist, und dessen Ausgang mit dem besagten ersten Eingang des
Addierwerkes verbunden ist, wobei bei negativem Vorzeichen des Inkrements vor Beginn
der Addition ein Übertragspeiche les Addierwerkes gesetzt wird, daß die Vorzeichenlogikschaltung
ein zweites und ein drittes UND-Glied enthält, der eine Eingang des zweiten UND-Gliedes
über einen Inverter und der eine Eingang des dritten UND-Gliedes direkt mit dem
Ausgang des ersten UND-Gliedes verbunden
ist und der andere Eingang
des zweiten UND-Gliedes bei Auftreten eines Übertrags und der andere Eingang des
dritten UND-Gliedes bei Nichtauftreten eines Übertrags in dem Addierwerk im Zustand
L gehalten ist, und daß von den Ausgängen des zweiten und des dritten UND-Gliedes
die Durchschaltung eines Ausgangsinkrementsignals auf die Ausgangsinkrementausgänge
steuerbar ist, das von einer Steuereinheit während desjenigen Taktes jedes Zyklus
erzeugt wird, während welches der Zustand der Vorzeichenspeicherstelle des ersten
Registers an dem besagten einen Eingang des EXCLUSIV ODER-Gliedes anliegt.
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Durch das EXCLUSIV ODER-Glied wird bei negativem Inkrement beim seriellen
Einlesen des im ersten Register gespeicherten Datenworts in das Addierwerk das Zweierkomplement
gebildet.
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Außerdem wird bei negativem Vorzeichen des Inkrements vor Beginn der
Addition ein Vorzeichenspeicher des Addierwerkes gesetzt. Bei positivem Vorzeichen
des Datenwortes erfolgt so eine Subtraktion desselben im Addierwerk. Die Einlesung
des Datenwortes aus dem ersten Register ("y-Register'") in das Addierwerk erfolgt
über das erste UND-Glied nur, wenn der Inkrementspeicher gesetzt ist, also das Auftreten
eines Inkrements der unabhängigen Variablen von vorgegebenem Betrag signalisiert
Der Ausgang dieses ersten UND-Gliedes, der den ersten Eingang des Addierwerkes beaufschlagt,
steuert gleichzeitig das dritte und vierte UND-Glied der Vorzeichenlogikschaltung.
Diese UND-Glieder werden gleichzeitig in Abhängigkeit vom Auftreten oder Nichtauftreten
eines Übertrags im Addierwerk gesteuert und liefern bei jedem Additionstakt ~entsprechende
Ausgänge. Diese Ausgänge werden durch ein Ausgangsinkrementsignal 11abgefragt11,
das dann erscheint wenn der Zustand der Vorzeichenspeicherstelle des ersten Registers
an dem EXCLUSIV ODER-Glied erscheint. Je nach dem Zustand
dieser
Vorzeichenspeicherstelle, dem Zustand des Vorzeichenspeichers und dem Auftreten
oder Nichtauftreten eines Übertrags am Addierwerk erscheint dann ein Ausgangsinkrementsignal
nach den richtigen Kriterien an einem oder dem anderen Ausgangsinkrementausgang
oder an keinem derselben.
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Die Ausgangsinkrementsignale können in einem auf- und abwärtszählenden
Zähler aufsummiert werden. Sie können aber auch als Inkremente der abhängigen oder
der unabhängigen Variablen einen in gleicher Weise aufgebauten Inkrement-Prozessor
beaufschlagen.
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Es ist auch möglich, die Ausgangsinkrementsignale jeweils abzuspeichern
und in ineinandergeschachtelten Rechenzyklen mit ein und demselben Inkrement-Prozessor
weiterzuverarbeiten. Es lassen sich dabei mit relativ gerigem Aufwand die verschiedensten
Differentialgleichungen lösen, wobei die Ergebnisse wegen der Geschwindigkeit der
Rechenoperationen praktisch in Echtzeit zur Verfügung stehen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist ein Blockschaltbild
eines erEindungs gemäßen Inkrement-Prozessors.
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Fig. 2 ist ein als Logikschaltung aufgebautes Schaltbild des Steuergerätec
zur Erzeugung der Steuertaktimpulse für das Rechenwerk des Inkrement-Prozessors.
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Fig. 3 zeigt den Zeitablauf der verschiedenen in dem Steuergerät
erzeugten Takt- und Steuertaktimpulse.
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Fig. 4 ist ein als Logikschaltung aufgebautes Schaltbild des Rechenwerks
des Inkrement-Prozessors.
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Der Inkrement-Prozessor enthält einen auf- und abwärts zählenden Zähler
10 ("y-Zähler"), auf dessen Aufwärts-und Abwärtseingänge 12 bzw. 14 Inkrementsignale
entsprechend jeweils einem positiven oder negativen Inkrement +t y bzw. - y der
abhängigen Variablen y aufschaltbar sind. Der Zählerstand des Zählers 10 liefert
somit in digitaler Form den Augenblickswert der abhängigen Variablen y. Zu Beginn
jedes Rechenzyklus wird dieser Zählerstand auf ein als Schieberegister ausgebildetes
erstes Register 16 ("y-Register") übertragen. Während des Rechenzyklus können weitere
Inkrementsignale in den Zähler 10 eingezählt werden, ohne daß dies den Ablauf der
Rechnung stört oder diese Inkrementsingnale -wie bei direkter Einzählung in das
Register 16- falsch gezählt werden können. Eine Speicherstelle 18 des Zähler 10
und eine Speicherstelle 20 des Registers 16 geben das Vorzeichen des jeweils gespeicherten
Datenwortes an.
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Inkrementsignale, die jeweils einem Inkrement - A x der unabhängigen
Variablen entsprechen, werden in eine Speicheranordnung 22 gespeichert und steuern
eine Torschaltung 24, die in Fig. 1 als UND-Glied symbolisiert ist. Über die Torschaltung
24 wird das Datenwort aus dem ersten Register 16 seriell auf den ersten Eingang
26 eines seriell arbeitenden Addierwerks 28 gegeben. Am zweiten Eingang 32 des Addierwerks
28 liegt der serielle Ausgang 32 eines ebenfalls als Schieberegister ausgebildeten
zweiten Registers 34 ("R-Register"). Der Ausgang 36 des Addierwerks 28 ist mit dem
seriellen Eingang 38 des
zweiten Registers 34 verbunden. Es werden
so in dem Addierwerk 28 der Inhalt des ersten Registers unter Berücksichtigung der
Vorzeichen des Datenwortes und des Inkrements der unabhängigen Variablen und der
Inhalt des zweiten Registers addiert. Je nach den Vorzeichen und nach dem Auftreten
eines Übertrags bei der Addition wird ein Inkrementbetrag-Speicher gesetzt und ein
Ausgangsinkrementsignal an einem von zwei Ausgangsinkrementausgängen 42 oder 44
erzeugt. Der Ablauf des Rechenzyklus wird von Steuertaktimpulsen gesteuert, die
von einem Steuergerät geliefert werden. Der Aufbau dieses Steuergerätes ist in Fig.
2 dargestellt.
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In Fig. 2 ist ein Taktimpulsgenerator 46 dargestellt, der eine Taktimpulsfolge
mit einer vorgegebenen Frequenz liefert. Die Taktimpulsfolge liegt an einem Eingang
eines UND-Gliedes 48 an.
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Am anderen Eingang des UND-Gliedes 48 liegt derjenige Ausgang 49 einer
bistabilen Kippschaltung 50, der bei gesetzter Kippschaltung im Zustand L ist. Die
bistabile Kippschaltung 50 bildet das START/STOP Flipflop. An einem Vorbereitungseingang
52 liegt der Ausgang eines ODER-Gliedes 54. An einen Eingang 56 des ODER-Gliedes
54 ist ein START-Signal anlegbar. Der Ausgang 49 der bistabilen Kippschaltung 50
ist mit dem zweiten Eingang 58 des ODER-Gliedes verbunden. Außerdem ist der Taktimpulsgenerator
46 mit dem Takteingang 60 der Kippschaltung 50 verbunden. Das UND-Glied 48 sperrt
zunächst die Weiterleitung der von dem Taktimpulsgenerator erzeugten Taktimpulsfolge,
wenn die bistabile Kippschaltung nicht gesetzt ist. Durch ein START-Signal am Eingang
56 wird die Kippschaltung 50 über ODER-Glied 54 und Vorbereitungseingang 52 vorbereitet,
so daß der nächste Taktimpuls am Takteingang 60 der Kippschaltung 50 diese letztere
setzt. Damit erscheint das Signal L am Ausgang 49, und das UND-Glied 48 wird durchgeschaltet,
so daß die Taktimpulsfolge am Ausgang 62 des UND-Gliedes 48 erscheint. Durch die
Rückführung des Ausgangs 49 auf den Eingang 58 des ODER-Glieder 54 wird die Kippschaltung
50 gesetzt gehalten, bis über einen Rücksetzeingang 64 in noch zu beschreibender
Weise eine Rücksetzung erfolgt.
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Die am Ausgang 62 des UND-Gliedes 48 erscheinende Taktimpulsfolge
wird einmal durch einen Inventer 66 invertiert als erste Taktimpulsfolge T1 im Punkt
wirksam und bildet außerdem direkt übertragen eine "zweite Taktimpulsfolge" T2,
die zu der ersten Taktimpulsfolge gegenphasig ist.
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Das eigentliche Steuergerät enthält eine erste und eine zweite bistabile
Kippschaltung 68 und 70, die zusammen einen Ablaufzähler 71 bilden. Das Steuergerät
weist einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Steuertaktimpulsausgang
72,74,76, 78 bzw. 80 für den ersten bis vierten Steuertaktimpuls bzw. für Additionstaktimpulse
auf. Es ist weiterhin ein Additionstaktzähler 82 in Form eines Binärzählers vorgesehen,
der eine der Wortlänge der in den Registern 16 und 34 gespeicherten Datenwörter
entsprechende Anzahl von Bit enthält. Von dem Ablauf zähler 71 sind Torschaltungen
zur Aufschaltung der Taktimpulse auf die Steuertaktimpulsausgänge 72 bis 80 bzw.
des Zählimpulseinganges 84 des Additionstaktfühlers 82 gesteuert.
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Eine Logikschaltung, die von der ersten Taktimpulsfolge T1 und dem
überlaufausgang 86 des Additionstaktzählers angesteuert ist, bewirkt die Fortschaltung
und Rückstellung des Ablaufzählers 71.
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Die Torschaltung und die Logikschaltung sind im einzelnen folgendermaßen
aufgebaut: Die zweite Taktimpulsfolge T2 liegt an einem Eingang 88 eines ersten
Steuergerät-UND-Gliedes 90, dessen anderer Eingang 92 vom Ausgang 94 eines zweiten
Steuergerät-UND-Gliedes 96 beaufschlagt und dessen Ausgang 98 mit dem ersten Steuertaktimpulsausgang
72 verbunden ist. Ein Eingang 100 des zweiten Steuergerät-UND-Gliedes 96 ist mit
dem Ausgang 102 der ersten bistabilen Kippschaltung 68 des Ablaufzählers 71 verbunden,
der bei nichtgesetzter Kippschaltung im Zustand L ist. Der andere Eingang 104 des
zweiten Steuergerät-UND-Gliedes ist mit dem Ausgang 106 der zweiten bistabilen Kippschaltung
70 des
Ablauf zählers 71 verbunden, der bei nichtgesetzter Kippschaltung
im Zustand L ist.
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Der besagte Ausgang 102 der ersten bistabilen Kippschaltung 68 und
der bei gesetzter Kippschaltung im Zustand L befindliche Ausgang 108 der zweiten
bistabilen Kippschaltung 70 sind mit den beiden Eingängen 110 bzw. 112 eines NAND-Gliedes
114 verbunden. Der Ausgang 116 des NAND-Gliedes 114 liegt an einem Eingang 118 eines
dritten Steuergerät-UND-Gliedes 120 an, dessen anderer Eingang 122 von der ersten
Taktimpulsfolge T1 beaufschlagt ist. Der Ausgang des dritten Steuergerät-UND-Gliedes
120 ist über ein ODER-Glied 124 mit dem Takteingang 126 der ersten bistabilen Kippschaltung
68 verbunden.
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Der besagte Ausgang 102 der ersten bistabilen Kippschaltung 102 ist
außerdem mit Takteingang 128 der zweiten bistabilen Kippschaltung 70 verbunden.
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Ein erster Eingang 130 eines vierten Steuergerät-UND-Gliedes 132 ist
von der zweiten Taktimpulsfolge T2 beaufschlagt. Ein zweiter Eingang 134 des vierten
Steuergerät-UND-Gliedes 132 ist mit demjenigen Ausgang 106 der ersten bistabilen
Kippschaltung 68 verbunden, der bei gesetzter Kippschaltung im Zustand L ist, und
ein dritter Eingang 138 ist mit demjenigen Ausgang 106 der zweiten bistabilen Kippschaltung
70 verbunden, der bei nichtgesetzter Kippschaltung im Zustand L ist. Der Ausgang
140 dieses vierten Steuergerät-UND-Gliedes 132 ist mit dem zweiten Steuertaktimpulsausgang
verbunden.
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Ein Eingang 142 eines fünften Steuergerät-tJND-Gliedes 144 ist von
der zweiten Taktimpulsfolge T2 beaufschlagt. Der andere Eingang 146 ist mit demjenigen
Ausgang 108 der zweiten bistabilen Kippschaltung 70 verbunden, der bei gesetzter
Kippschaltung im Zustand L ist. Der Ausgang 148 des fünften Steuergerät-UND-Gliedes
144 ist mit dem Additionstaktausgang 80 und außerdem mit dem Zählimpulseingang des
Additionstaktzählers 82 verbunden.
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Der Überlaufimpulsausgang 86 des Additionstaktzählers 82 liegt an
einem Eingang 150 eines sechsten Steuergerät-UND-Gliedes 152 an, dessen anderer
Eingang 154 von der ersten Taktimpulsfolge T1 beaufschlagt ist. Der Ausgang 156
des sechsten Steuergerät-UND-Gliedes 152 ist einmal über das ODER-Glied 124 auf
den Taktimpulsgang 126 der ersten bistabilen Kippschaltung 68 geschaltet und zum
anderen mit dem vierten Steuertaktimpulsausgang 78 verbunden.
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Der dritte Steuertaktimpulsausgang 76 liegt am Ausgang eines siebenten
Steuergerät-UND-Gliedes 158, dessen einer Eingang 160 mit dem Ausgang 140 des vierten
Steuergerät-UND-Gliedes 132 verbunden ist und dessen anderer Eingang 162 ein Inkrement-Vorzeichensignal
VZ x erhält.
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Der Ausgang des zweiten Steuergerät-UND-Gliedes 96 stößt mit seiner
Rückflanke eine monostabile Kippschaltung 164 an, deren Ausgang mit dem Rücksetzeingang
64 der bistabilen Kippschaltung 50 verbunden ist.
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Das beschriebene Steuergerät arbeitet wie folgt: Durch ein START-Signal
am Eingang 56 wird das UND-Glied 48 in der beschriebenen Weise aufgesteuert, so
daß die Taktimpulsfolgen T1 und T2 erscheinen, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Schaltzustand der beiden bistabilen
Kippschaltung 68 und 70 (Ablaufzählerstand 00) liegt das Signal L von beiden Ausgängen
102 und 106 an den Eingängen 100,104 des zweiten Steuergerät-UND-Gliedes 96. Der
Ausgang desselben und damit der Eingang 92 des ersten Steuergerät-UND-Gliedes 90
ist L. Damit wird der erste Impuls T21 oder Taktimpulsfolge T2 zu dem ersten Steuertaktiimpulsausgang
72 durchgelassen und bildet den ersten Steuertaktimpuls des Steuergerätes (Fig.
3).
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Das vierte Steuergerät-UND-Glied 132 ist in diesem Zustand durch das
Signal 0 vom Ausgang 136 gesperrt, wodurch auch das siebente Steuergerät-UND-Glied
158 keine Taktimpulse erhält.
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Das fünfte Steuergerät-UND-Glied 144 ist durch das Signal 0 vom Ausgang
108 gesperrt, so daß auch keine Additionstaktimpulse erscheinen.
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Der erste Impuls T11 der ersten Taktimpulsfolge T1 gelangt über das
dritte Steuergerät-UND-Glied 120 und das ODER-Glied 124 auf den Takteingang 126
der ersten bistabilen Kippschaltung 68. Das dritte Steuergerät-UND-Glied 120 ist
von dem NAND-Glied 114 geöffnet, dessen einer Eingang 112 vom Ausgang 108 der zweiten
bistabilen Kippschaltung her das Signal 0 erhält. Die erste bistabile Kippschaltung
68 wird daher gesetzt (Ablaufzählerstand OL).
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Das hat die Wirkung, daß der Ausgang 92 des zweiten SteuerUND-Gliedes
in den Zustand 0 geht, da an dem Eingang 100 vom Ausgang 102 her das Signal 0 erscheint.
Dafür wird das vierte Steuergerät-UND-Glied 132 aufgesteuert, da der Ausgang 136
der ersten bistabilen Kippschaltung 68 in den Zustand L geht. Am Zustand des fünften
Steuergerät-UND-Gliedes 144 ändert sich noch nichts, Der nächste Impuls T22 der
Taktimpulsfolge T2 erscheint so an dem Steuertaktimpulsausgang 74 als zweiter Steuertaktimpuls
(Fig. 3). Bei negativem Vorzeichen des Inkrements der unabhängigen Variablen und
auf gesteuertem siebenten Steuergerät-UND-Glied 158 erscheint gleichzeitig der dritte
Steuertaktimpuls an dem Steuertaktimpulsausgang 76.
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Der nächste Takt T12 der ersten Taktimpulsfolge T1 setzt über den
Takteingang 126 die erste bistabile Kippschaltung 68 wieder zurück. Das dritte Steuergerät-UND-Glied
ist unverändert aufgesteuert. Der Ausgang 102 der bistabilen Kippschaltung 68 geht
daher von 0 auf L. Dadurch wird über den Takteingang 128 die zweite bistabile Kippschaltung
70 gesetzt (Ablaufzählerstand LO).
Das hat die Wirkung, daß sowohl
das erste Steuergerät-UND-Glied 90 gesperrt bleibt als auch das vierte Steuergerät-UND-Glied
132 gesperrt wird, da der Ausgang des zweiten Steuergerät-UND-Gliedes 96 wegen des
O-Signals am Ausgang 106 in den Zustand O übergeht und dieser Ausgang 106 auch mit
den Eingang 138 des vierten Steuergerät-UND-Gliedes 132 verbunden ist. Dafür ist
über den Ausgang 108 der zweiten bistabilen Kippschaltung 70 das fünfte Steuergerät-UND-Glied
1t4 aufgesteuert. An beiden Eingängen 110,112 des NAND-Gliedes 114 liegt das Signal
L. Sein Ausgang 116 ist daher im Zustand 0 und sperrt das dritte Steuergerät-UND-Glied
120. Es können daher zunächst keine Impulse der ersten Taktimpulsfolge auf den Takteingang
126 gelangen, so daß der Zählerstand des Ablaufzählers 71 zunächst unverändert bleibt.
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In diesem Zustand werden Impulse der zweiten Taktimpulsfolge T2 als
Additionstaktimpulse (AT) auf den Steuertaktimpulsausgang 80 und den Zählimpulseingang
84 des Additionstaktzählers 82 gegeben. Es ist angenommen, daß die Register 10 und
34 einschließlich der Vorzeichen-Speicherstelle 18 bzw. 20 jeweils sechzehn Stellen
haben. Der Additionstaktzähler 82 hat' vier Bit, zählt also bis fünfzehn und liefert
dann am überlaufausgang 86 einen überlaufimpuls. Nach fünfzehn Additionstakten steht
gerade der Inhalt der Vorzeichen-Speicherstelle 18 des ersten Registers 10 an dessen
Ausgang an.
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Durch den überlaufimpuls, der auf den Eingang 150 des sechsten Steuergerät-UND-Gliedes
152 gegeben wird und, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sich bis über den nächsten
Impuls T117 der ersten Taktimpulsfolge T1 erstreckt, wird dieser Impuls T117 vom
Eingang 154 durchgelassen. Dieser Impuls erscheint somit nach dem fünfzehnten Additionstaktimpuls
und vor dem sechzehnten am vierten Steuertaktimpulsausgang 78 als vierter Steuertaktimpuls.
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Gleichzeitig wird die erste bistabile Kippschaltung 68 wieder gesetzt,
so daß der Ablauf zähler 71 den Zählerstand LL zeigt.
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An der Sperre der UND-Glieder 90 und 132 und der Aufsteuerung des
UND-Gliedes 144 ändert sich wegen des unveränderten Schaltzustandes der zweiten
bistabilen Kippschaltung 70 noch nichts. Es erscheint also auch noch der sechzehnte
Additionstaktimpuls, der den Additionstaktzähler 82 auf null setzt.
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Durch das Setzen der ersten bistabilen Kippschaltung 68 geht der Eingang
110 des NAND-Gliedes 114 in den Zustand 0 und sein Ausgang daher in den Zustand
L. Das dritte Steuergerät-UND-Glied 120 wird aufgesteuert und der nächste Impuls
T118 der Taktimpulsfolge T1 ebenfalls zu dem Takteingang 126 durchgelassen. Dieser
Impuls Tal 18 setzt die erste bistabile Kippschaltung 68 wieder zurück, wodurch
über den Takteingang 128 auch die zweite bistabile Kippschaltung 70 zurückgesetzt
wird. Der Ablaufzähler 71 ist dann wieder in dem dargestellten Zustand ~00".
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Wenn beide bistabilen Kippschaltungen 68 und 70 zurückgesetzt sind,
wird der Ausgang des zweiten Steuergerät-UND-Gliedes 96 wieder ' L". Dieser Übergang
stößt die monostabile Kippschaltung 164 an, durch welche auch die bistabile Kippschaltung
50 (START/STOP Flipflop) wieder zurückgesetzt und der Ausgangszustand erreicht wird.
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Das in Fig. 4 ausführlicher dargestellte Rechenwerk enthält den Zähler
10 mit der Vorzeichenspeicherstelle 18, dessen Zählerstand durch den ersten Steuertaktimpuls
(Fig. 3) von ersten Steuertaktimpulsausgang 72 (Fig. 2) des Steuergerätes in das
erste Register 16 übernommen wird. Je nach dem Vorzeichen des Inkrements i x der
unabhängigen Variablen erscheint ein Impuls an einem von zwei Eingängen 166 oder
168. Durch diesen Impuls wird ein Vorzeichenspeicher 170 gesetzt oder zurückgesetzt.
Der Vorzeichenspeicher 170 wird bei negativem Vorzeichen des Inkrements gesetzt
und liefert dann das Signal L an einem Ausgang 172. Dieser Ausgang 172 ist mit dem
Vorbereitungseingang 174 einer dem Vorzeichenspeicher 170 zugeordneten
bistabilen
Kippschaltung 176 verbunden. Der Takteingang 178 der bistabilen Kippschaltung 176
ist mit dem zweiten Steuertaktimpulseingang 74 des Steuergeräts verbunden. Die bistabile
Kippschaltung ist weiterhin durch den ersten Steuertaktimpuls von dem ersten Steuertaktimpulsausgang
72 über einen Rücksetzeingang rücksetzbar.
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Der serielle Ausgang 180 des ersten Registers 16 liegt an einem Eingang
182 eines EXCLUSIV ODER-Gliedes 184 an. Der Ausgang 186 der bistabilen Kippschaltung
176, der bei gesetzter Kippschaltung im Zustand L ist, liegt an dem anderen Eingang
188 des EXCLUSIV ODER-Gliedes 184. Der Ausgang 190 des EXCLUSIV ODER-Gliedes 184
liegt an einem Eingang 192 eines ersten UND-Gliedes 194 an.
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An einem Eingang 196 liegt ein Signal L, wenn sich die unabhängige
Variable um ein Inkrement von vorgegebenem Betrag l..xlgeändert hat. Dieses Signal
wird auf den Setzeingang eines Inkrementspeichers 198 gegeben. Der Takteingang 200
des Inkrementspeichers 198 ist mit dem ersten Steuertaktimpulsausgang 72 verbunden.
Ein Vorbereitungseingang 202 des Inkrementspeichers 198 wird im Zustand 0 gehalten.
Der Ausgang 204 des Inkrementspeichers 198, der bei gesetztem Inkrementspeicher
im Zustand L ist, liegt an dem Vorbereitungseingang 206 einer dem Inkrementspeicher
198 zugeordneten bistabilen Kippschaltung 208. Der Takteingang 210 der bistabilen
Kippschaltung 208 ist ebenso wie der Takteingang 178 der bistabilen Kippschaltung
176 mit dem zweiten Steuertaktimpulsausgang 74 verbunden. Der Ausgang 212 der bistabilen
Kippschaltung 208, der bei gesetzter Kippschaltung im Zustand L ist, liegt an dem
anderen Eingang 214 des ersten UND-Gliedes 194.
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Der Ausgang 216 des ersten UND-Gliedes 194 liegt an dem ersten Eingang
26 des Addierwerkes 28. An dem zweiten Eingang 30 des Addierwerkes 28 liegt der
serielle Ausgang 32 des zweiten Registers 34.
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Das Addierwerk 28 enthält einen Volladdierer 218 mit den besagten
Eingängen 26 und 30, einem übertrageingang 220 und einem Übertragausgang 222 sowie
einen Übertragspeicher 224. Ein Vorbereitungseingang 226 des Ubertragspeichers 224
ist mit dem Übertragausgang 222 des Volladdierers 218 verbunden. Der Takteingang
228 ist mit dem fünften Steuertaktimpulsausgang 80 verbunden und somit von den Additionstaktimpulsen
beaufschlagt.
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Schließlich ist ein Setzeingang 230 des Übertragspeichers 224 mit
dem dritten und ein Rücksetzeingang 232 mit dem ersten Steuertaktimpulsausgang 76
bzw. 72 verbunden. Ein bei gesetztem Übertragspeicher 224 im Zustand L befindlicher
Ausgang 234 desselben liegt an einem Eingang 236 eines UND-Gliedes 238, dessen zweiter
Eingang 240 mit dem Ausgang 212 der dem Inkrementspeicher 198 zugeordneten bistabilen
Kippschaltung 208 verbunden ist.
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Die Vorzeichenlogikschaltung enthält ein zweites UND-Glied 242 und
ein drittes UND-Glied 244. Der Ausgang 216 des ersten UND-Gliedes 194 ist über einen
Inverter 246 mit dem einen Eingang 248 des zweiten UND-Gliedes 242 und direkt mit
dem einen Eingang 250 des dritten UND-Gliedes 244 verbunden. Der andere Eingang
252 des zweiten UND-Gliedes 242 ist mit dem bei gesetztem Übertragspeicher 224 im
Zustand L befindlichen Ausgang 234 desselben verbunden. Dieser andere Eingang 252
wird somit bei Auftreten eines übertrag an dem Volladdierer 218 im Zustand L gehalten.
Der andere Eingang 254 des dritten UND-Gliedes 244 ist mit dem im rückgesetzten
Zustand des übertragspeichers 224 im Zustand L befindlichen Ausgang 256 desselben
verbunden, wird also bei Nichtauftreten eines Übertrags an dem Volladdierer 218
im Zustand L gehalten.
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Die Ausgänge 258 und 260 der UND-Glieder 242 bzw. 244 liegen an jeweils
einem Eingang 262 bzw. 264 eines vierten bzw. fünften UND-Gliedes 266 bzw. 268 an.
Die anderen Eingänge 270 bzw. 272 der UND-Glieder 266 bzw. 268 sind gemeinsam mit
dem vierten Steuertaktimpulsausgang 78 verbunden. Die Ausgänge 274 und 276
der
UND-Glieder 266 bzw. 268 sind mit den Ausgangsinkrementausgängen 42 bzw. 44 verbunden.
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Die Ausgänge 258 und 260 des zweiten bzw. dritten UND-Gliedes 242
bzw. 244 liegen über ein ODER-Glied 278 verknüpft an einem Vorbereitungseingang
280 eines Inkrementbetrag-Speichers 40 an.
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Der Takteingang 284 des Inkrementbetrag-Speichers 40 ist ebenfalls
mit dem vierten Steuertaktimpulsausgang 78 verbunden, also von dem vierten Steuertaktimpuls
beaufschlagt. Ein Rücksetzeingang 286 des Inkrementbetrag-Speichers 40 ist mit dem
ersten Steuertaktimpulsausgang 72 verbunden. Der Ausgang des Inkrementbetrag-Speichers
40 ist mit einem Inkrementbetragsausgang 282 verbunden. Die als Schieberegister
ausgebildeten Register 16 und 34 werden natürlich von den Additionstaktimpulsen
AT getaktet.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen,
daß ein Inkrement x der unabhängigen Variablen aufgetreten ist, also das Signal
L an dem Eingang 196 erscheint und das Vorzeichen des Inkrements negativ sei, so
daß ein Eingangsinkrementsignal am Eingang 166 erscheint.
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Durch den ersten Steuertaktimpuls (Fig. 3) werden zunächst der Inkrementspeicher
198, die dem Vorzeichenspeicher 170 zugeordnete bistabile Kippschaltung 176 und
der übertragspeicher 224 zurückgesetzt, falls sie sich vom vorhergehenden Rechenzyklus
noch in einem anderen Zustand befanden. Der Inkrementspeicher 198 wird durch das
Signal am Eingang 196 wieder gesetzt.
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Durch den ersten Steuertaktimpuls wird weiterhin der Zählerstand aus
dem Zähler 10 in das erste Register 16 übernommen.
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Durch den zweiten Steuertaktimpuls werden die Zustände, die an den
Vorbereitungseingängen 174 und 206 kommandiert sind, in den betreffenden bistabilen
Kippschaltungen 176 bzw. 208 hergestellt. In dem angenommenen Fall werden beide
bistabilen
Kippschaltungen gesetzt. Es liegt das Signal L sowohl
am Eingang 188 des EXKLUSIV ODER-Gliedes 184 als auch am Eingang 214 des ersten
UND-Gliedes 194.
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Bei negativem Vorzeichen des Inkrements x der unabhängigen Variablen
erscheint gleichzeitig mit dem zweiten Steuertaktimpuls auch der dritte Steuertaktimpuls
am Steuertaktimpulsausgang 76. Durch diesen dritten Steuertaktimpuls wird über den
Setzeingang 230 der Übertragspeicher 224 gesetzt.
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Durch die Additionstaktimpulse werden dann die in den Registern 16
und 34 gespeicherten Datenworte seriell auf das Addierwerk 28 gegeben und addiert.
Durch das EXCLUSIV ODER-Glied 184 wird das Zweierkomplement des Datenwortes aus
dem Register 16 gebildet. Zusammen mit dem von dem dritten Steuertaktimpuls vor
Durchführung der Addition gespeicherten Übertrag entspricht die Addition des Zweierkomplements
der durch das negative Vorzeichen des Inkrements der unabhängigen Variablen bedingten
Subtraktion.
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Nach fünfzehn Additionstaktimpulsen liegt das ursprünglich in der
Vorzeichen-Speicherstelle 20 des ersten Registers 16 gespeicherte Signal an dem
Ausgang 180 an. Während dieses Taktes erscheint der vierte Steuertaktimpuls. Dieser
vierte Steuertaktimpuls fragt die Zustände der UND-Glieder 242 und 244 ab.
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Wenn das Datenwort y in dem Register 16 negatives Vorzeichen hat,
die Vorzeichen-Speicherstelle also im Zustand L ist, und ebenso das Vorzeichen von
x negativ ist, dann ist der Ausgang 190 des EXCLUSIV ODER-Gliedes 184 bei Erscheinen
des vierten Steuertaktimpulses im Zustand 0. Es liegt somit der Zustand L am Eingang
des zweiten UND-Gliedes 242. Das gleiche gilt, wenn beide Vorzeichen positiv sind.
Wenn dann ein Übertrag bei der Addition erscheint und der Ubertragspeicher gesetzt
wird, dann ist auch der Eingang 252 des zweiten UND-Gliedes 242 im Zustand L und
damit dessen Ausgang 258. Das vierte UND-Glied 266 wird aufgesteuert und läßt den
vierten Steuertaktimpuls zu
dem Ausgangsinkrementausgang 42 entsprechend
einem positiven Ausgangsinkrement durch.
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Ist entweder das Datenwort y in dem Register 16 positiv und das Inkrement
t x der unabhängigen Variablen negativ oder umgekehrt, dann ist der Ausgang 190
des EXKLUSIV ODER-Gliedes 184 im Zustand L, wenn der vierte Steuertaktimpuls erscheint.
In diesem Fall ist der Eingang 254 des dritten UND-Gliedes 244 im Zustand L. Der
andere Eingang 250 des UND-Gliedes 244 ist im Zustand L, wenn der Übertragspeicher
nicht gesetzt ist, also kein Übertrag bei der Addition aufgetreten war. In diesem
Fall erscheint ein Ausgangsinkrementsignal über das UND-Glied 268 an dem Ausgangsinkrementausgang
44, der einem negativen Ausgangsinkrement entspricht.
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In allen anderen Fällen erscheint kein Ausgangsinkrementsignal.
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Die beschriebene Schaltung erfüllt also die mathematisch herleitbaren
Kriterien für das Auftreten eines Ausgangsinkrementsignals +: z oder - z z + z entsteht,
wenn ein Übertrag der Addition auftritt und das Produkt y . x positiv ist.
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- z entsteht, wenn kein Übertrag auftritt und das Produkt y . x negativ
ist.
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In allen anderen Fällen tritt kein z auf.
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Die Ausgangsinkrementsignale an den Ausgangsinkrementausgängen 42,
44 und dem Inkrementbetragsausgang 282 können als Inkremente einer unabhängigen
Variablen angesehen und auf die Eingänge 166, 168 bzw. 196 eines anderen Inkrement-Prozessors
oder - mit zwischenzeitlicher Abspeicherung - auf diese Eingänge bei den gleichen
Inkrement-Prozessor geschaltet werden. Sie können auch
als Inkremente
einer abhängigen Variablen betrachtet und auf den Aufwärts-oder Abwärtseingang eines
Zählers 10 gegeben werden. Der Inkrement-Prozessor bildet so eine einfache und vielseitig
anwendbare Baugruppe für Rechner zur Lösung von Differentialgleichungen.
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L e e r s e i t e