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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren
zum elektronischen Bezahlen, insbesondere auf solche, die
als Datenträger der Zahlungsmittel eine Karte mit
integrierten schaltungen verwenden, die allgemeiner unter der
Bezeichnung "Chipkarte" bekannt ist.
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Im Rahmen der Entwicklung der elektronischen Geldbörse
wurde zur Bezahlung kleinerer Geldbeträge mit einem
elektronischen System vorgeschlagen, eine Speicherkarte
einzusetzen, die "Jetonträger" genannt werden.
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Bekanntlich ist eine Chipkarte ein Datenträger aus
Kunststoff, dessen Abmessungen den ISO-Normen 2894 und 3554
entsprechen. In diesen Datenträger wurden einer oder
mehrere elektronische Bauteile eingebaut, die beispielsweise
einen Mikroprozessor und vor allem einen Datenspeicher mit
einer Kapazität von mehreren hundert Bits umfassen, der in
der Regel als EPROM-Speicher ausgeführt ist. Im Rahmen der
eigentlichen Speicherkarte ist dieser Speicher ein Nur-
Lese-Speicher und nur einmal elektronisch programmierbar
(englisch ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY für
"EPROM").
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Die auf einer Speicherkarte der Art "Jetonträger"
vorgenommene Verarbeitung besteht darin, jedem Bit einer Zone
des Datenspeichers eine "Jeton" genannte Zahlungseinheit
zuzuordnen. Der Wert dieses Jetons wird entsprechend der
Verwendung der Karte bestimmt. Beispielsweise entspricht
ein Bit einem Jeton im Wert eines französischen Franc.
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Die Bezahlung erfolgt an einem Terminal
"Verkaufsstelle", das mit einem Kartenlesegerät
ausgestattet ist und an dem man eine Transaktion durchführt, indem
man die für die Zahlung erforderliche Anzahl Bits in dem
Datenspeicher über ein Gatter leitet. Das "über-ein-Gatter-
Leiten" eines Bits besteht darin, ein Binärelement des
Speichers des Binärzustands "1", der dem Guthaben einer
Einheit entspricht, elektrisch in den Binärzustand "0" zu
überführen, der einem Nullguthaben entspricht, oder
umgekehrt. Da der Datenspeicher in "EPROM"-Technologie
ausgeführt ist, ist diese Zustandsänderung elektrisch
irreversibel.
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Das so beschriebene Grundsystem ist einfach und läßt
ein einwandfreies Verständnis des Prinzips der Jetonkarte
zu.
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Es wurden später diverse Verbesserungen an diesem
System vorgenommen, um beispielsweise ein Nachladen von
Einheiten auf die Karte zu ermöglichen und den Bitverbrauch
zu reduzieren. Bei dem Grundsystem ist nämlich die Anzahl
von über ein Gatter geleiteten Bits gleich der Anzahl von
aufbrauchbaren Einheiten, und man ist auf die Bezahlung
geringer Summen beschränkt, wenn keine Komponenten
verwendet werden sollen, die zur Zeit bezogen auf das angestrebte
Ziel noch zu teuer sind.
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Aus dem Dokument EP-A-0 378 454 ist ein elektronisches
Zahlungsverfahren mit Hilfe einer Chipkarte bekannt. Die
Karte umfaßt einen Sollwertzähler, der von außerhalb der
Karte mit einer Maschine zum Nachladen mit Guthaben
inkrementierbar ist, einen Komparator, der den Inhalt dieses
Sollwertzählers mit einem Seitenzähler vergleicht, wobei
der Seitenzähler die Anzahl Seiten von P bereits
verbrauchten Zähleinheiten registriert. Wenn der Inhalt des
Seitenzählers den Inhalt des Sollwertzählers erreicht, wird ein
Signal ausgegeben, welches das Erlöschen des Guthabens
anzeigt. Die Ladevorgänge bestehen darin, den Sollwertzähler
zu inkrementieren, um die Anzahl Seiten von P Zellen zu
erhöhen, die in den Grenzen der Zählkapazität des
Sollwertzählers aufbrauchbar sind. Vorzugsweise sind der
Seitenzähler und der Sollwertzähler absolut irreversibel.
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Es gibt jedoch auch Anwendungen, für die ein solches
Zahlungssystem nicht geeignet ist. Dies ist insbesondere
der Fall, wenn der Inhaber der Karte eventuell Gewinne
erzielen kann, wodurch folglich der Nennwert der Karte
verändert wird. Diese Situation ergibt sich insbesondere im
Falle von Spielautomaten, bei denen man Jetons zum Spielen
verbraucht und der Spieler durch das Spielresultat
zusätzliche
Jetons gewinnen kann. Es handelt sich um eine
Erweiterung des bekannten Systems mit kostenlosen Spielen beim
elektrischen Billard nach Art von "Flipperautomaten".
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Mit einer Jetonkarte der bekannten Art muß der
Spieler, wenn er einen Gewinn gemacht hat, den Automaten
verlassen, um sich diesen Gewinn auszahlen zu lassen. Wenn er
weiterspielen will, muß er dann eine neue Partie beginnen,
und bei jedem Spiel wird die Anzahl Jetons auf seiner Karte
jeweils kleiner, bis diese trotz der erzielten Gewinne
verbraucht ist. Diese Gewinne sind im allgemeinen nur in Form
einer kostenlosen Karte verfügbar, welche zusätzliche
Jetons enthält, oder eventuell in Form von Bargeld, das an
der Kasse ausbezahlt wird. Eine solche Spielunterbrechung
ist weder für den Spieler wünschenswert, der in der Regel
das Spiel nicht beenden will, noch für den Betreiber des
Automaten, der daran interessiert ist, daß der Spieler so
lange wie möglich an dem Automaten bleibt.
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Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung ein
solches Verfahren zum elektronischen Bezahlen vor, wie es
in Anspruch 1 beansprucht ist.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung
gehen klar aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die
nur beispielhaft und nicht erschöpfend mit Bezug zu den
beiliegenden Abbildungen gegeben ist, in denen:
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- Fig. 1 das Funktionsschema eines Speichers ist, der
die Anwendung des Verfahrens der Erfindung erlaubt;
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- Fig. 2 das Schema eines in eine Chipkarte
integrierten Computersystems zur Anwendung der Erfindung ist; und
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- Fig. 3 die Kartografie eines Speichers ist, der den
Einsatz der Erfindung nach einer bevorzugten
Ausführungsform erlaubt.
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In Fig. 1 sind alle Bits eines Speichers M nach Art
eines EPROM-Speichers linear dargestellt, der den Kern
eines Zahlungssystems nach der Erfindung bildet.
In diesem Speicher entspricht die Zone Z1, die Nullen
umfaßt, den Einheiten, die bereits verbraucht wurden, und
die Zone Z2 mit Einsen den Einheiten, die noch verbraucht
werden können, und entspricht die Zone Z3, die auch Einsen
enthält, den möglichen Einheiten, die eventuell im Falle
eines Gewinns verbraucht werden können, den der Benutzer
des Systems erzielt.
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Nach der Erfindung entspricht der Nennwert der
Chipkarte, die den Speicher M umfaßt, einem Wert, der von der
Position eines Zeigers V vorgegeben wird, der in dem
Speicher M die Grenze zwischen den Zonen Z2 und Z3 bildet.
Dieser Nennwert entspricht beim Kauf der Karte also dem Wert
der Summe der Zonen Z1 plus Z2, wobei die in der Figur
dargestellte Zone Z1 dann mit Einsen gefüllt ist.
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Wenn der Benutzer Einheiten verbraucht, entsteht die
Zone Z1 und wird allmählich größer, indem die Bits des
Speichers M über ein Gatter geleitet werden. Solange der
Besitzer der Karte keinen Gewinn erzielt hat, steht der
Zeiger V fest und ändert sich der Nennwert der Karte nicht.
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Wenn der Besitzer der Karte einen Gewinn im Wert einer
Einheit macht, bewegt sich der Zeiger, beispielsweise durch
Änderung des Inhalts eines Zählers, in der Figur um eine
Einheit nach rechts. Dadurch wird der Platz der Grenze
zwischen den Zonen Z2 und Z3 verändert, indem die Zone Z3
kleiner und die Zone Z2 größer wird. Der Nennwert der Karte
erhöht sich also dann um eine Einheit, und der Benutzer
verfügt also über eine zusätzliche Einheit, die verbraucht
werden kann. Dies entspricht in dem unten dargestellten
elementaren Beispiel der Gewährung eines kostenlosen
Spiels. Natürlich kann sich der Zeiger um eine beliebige
Anzahl Einheiten in den Grenzen der Länge der Zone Z3
bewegen.
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Man erhält somit einen nur in Richtung seiner Erhöhung
variablen Nennwert, doch entspricht diese Erhöhung keinem
Nachladen des Speichers und es findet somit keine
Verringerung der Anzahl verbrauchter Einheiten statt. Durch diesen
wesentlichen Punkt kann man alle Manipulationen und
Möglichkeiten des Betrugs verhindern, die einem bei der Vor
stellung eines nachladbaren Systems sofort in den Sinn
kommen. Natürlich sind Anordnungen bekannt, die im Prinzip ein
Verhindern all dieser Betrügereien ermöglichen, doch sind
sie in der Regel kompliziert in der Anwendung, erfordern
viel Zeit bei der Ausführung und sind sehr kostspielig, vor
allem durch die benötigte Rechnerleistung, insbesondere
der, die in der Chipkarte vorhanden sein muß.
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In Fig. 2 ist das vereinfachte Schema eines Systems
dargestellt, das eine Anwendung des Verfahrens der
Erfindung erlaubt.
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In diesem Beispiel ist das Zahlungssystem mittels
eines Datenträgers einer integrierten Schaltung nach Art
einer Chipkarte ausgeführt. Natürlich kann auch ein
beliebiger anderer Datenträger verwendet werden.
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Auf diesem Datenträger befindet sich im wesentlichen
ein Speicher, der eine Zone MU aufweist, in die vorab die
Zahlungseinheiten geladen wurden. Dieser Speicher kann
ferner einen Programmspeicher MP enthalten, mit dem die
Anwendung, für welche die Karte bestimmt ist, benutzt werden
kann. In diesem Fall handelt es sich um ein
Verwaltungsprogramm für die Zahlungseinheiten in dem Einheitenspeicher
MU. Dieses Programm ist auch vorgesehen, einen
Einheitenzähler CP und einen Zeiger P zu steuern, wobei dieser
Zähler und dieser Zeiger in herkömmlicher Weise dem Inhalt
besonderer Zonen CP und B des Speichers entsprechen. Das
Programm ist im besonderen geeignet, den Wert des Zeigers zu
verändern, um ihn von einem Ausgangswert F zu einem Wert F
+ G zu bewegen, wenn G die Anzahl gutzuschreibender
Einheiten ist, sofern F + G geringer oder gleich R sind, wobei R
die tatsächliche in den Speicher MU geladene Anzahl
Einheiten ist.
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Die Speicherkarte kann ferner in bekannter Weise eine
Verarbeitungseinheit P nach Art eines Mikroprozessors zur
Ausführung der in den Programmspeicher MP geladenen
Anwendungsprogramme umfassen. Falls die Speicherkarte keinen
solchen Mikroprozessor P umfaßt, werden die Programme durch
einen Mikroprozessor ausgeführt, der sich in bekannter
Weise in einem in der Figur nicht dargestellten Chipkarten
lesegerät befindet. Dieser Mikroprozessor P ist in
bekannter Weise durch einen Bus B mit dem Speicher verbunden.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, wird nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung nur ein einziger Speicher
nach Art eines Einheitenzählerspeichers verwendet, mit
dessen Hilfe die einzelnen vorstehend beschriebenen
Funktionen, d.h. die des Einheitenspeichers, des Zählers und
des Zeigers ausgeführt werden können. Dieser Speicher ist
beispielsweise ein Speicher, wie er von der Anmelderin
unter der Bezeichnung GPM 103 vertrieben wird. Allgemeiner
gesagt, kann eine Karte verwendet werden, die eine
integrierte Schaltung Siemens 4406, SGS-THOMSON 1305, ATMEL
88SC06, Philips 7960 oder eine beliebige andere
entsprechende integrierte Schaltung umfaßt.
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Dieser Speicher umfaßt in erster Linie eine Zone mit
8 Bytes, die den Adressen von 0 bis 63 entspricht, die nur
lesbar ist und in der vor allem Daten gespeichert sind,
welche die Karte, den Hersteller und den Kunden betreffen.
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Genauer gesagt, teilt man im allgemeinen diese Nur-
Lese-Zone in zwei Unterzonen: eine Herstellungs-Unterzone,
in die im allgemeinen Daten wie die Bauelementart, dessen
Version, die Hersteller- und Bauelementangaben sowie die
Daten der Karte und das Anwendungsprogramm eingespeichert
werden; und eine Benutzer-Unterzone, in die Daten wie die
Seriennummer der Karte sowie Datum und Ausgabestelle
eingegeben werden.
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Der Speicher umfaßt ferner eine Zähizone, die zwischen
den Adressen 64 bis 103 liegt und die in fünf Zählstufen
unterteilt ist, die jeweils 8 Bytes umfassen und in der
Figur mit C1, C8, C64, C512 und C4096 bezeichnet sind. Die
ersten vier Stufen C1 bis C512 sind löschbar, d.h., daß man
die Bits, die hier eingegeben sind, löschen und dann später
an dieser Stelle wieder ein Bit eingeben kann. Die fünfte
Stufe C4096 ist durch die Art und Weise der Verwendung des
Zählers, die nachfolgend noch beschrieben wird, dagegen
eine Nur-Schreibstufe. Die fünfte Stufe umfaßt ferner vier
Zellen, und zwar die erste und die drei letzten, die bei
der Herstellung auf Null gestellt sind und die anschließend
nicht wieder beschrieben werden können.
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Diese Zählzone ist vorgesehen, wie ein Rechenbrett zu
funktionieren, d.h., daß man die Zellen nacheinander
beschriftet und jeweils ein Bit zählt. Da mit einem solchen
Verfahren jedoch nur eine geringe Zahl von Bits gezählt
werden könnte, wenn eine Stufe voll ist, schreibt man bei
Eintreffen des nächsten Bits dieses in die erste Zelle der
oberen Stufe und stellt die ganze untere Stufe wieder auf
Null. Dann füllt man diese Stufe immer weiter, bis sie voll
ist, und so fort... Auf diese Weise haben die Zellen der
Stufe C1 einen Wert 1, diejenigen der Stufe C8 einen Wert 8
... und die Zellen der Stufe C4096 einen Wert 4096. Dies
erklärt die Bezeichnung der Stufen.
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Dieses Funktionieren wie ein Rechenbrett ist weithin
bekannt und ausführlicher in der Beschreibung der Karte
GPM 103 beschrieben, die überall im Handel ist.
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Nach einem für die Erfindung besonders vorteilhaften
Merkmal kann man ferner die Funktion der niederwertigen
Stufen bezüglich den höherwertigen Stufen so abkoppeln, daß
diese niederwertigen Stufen in einem normalen Binärzähler
verwendet werden und die Funktion der höherwertigen Stufen
im Zähler nach Rechenbrettart bleiben.
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Dieses Merkmal erlaubt eine Verwendung der Zählzone
dieses Speichers zur Anwendung der Erfindung.
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In diesem Fall und nach einem besonderen Beispiel
werden für das Abziehen der Einheiten die Stufen C8 bis
C4096 verwendet. Dieses Abziehen erfolgt durch Eintragung
der Bits nacheinander von dem ersten Bit der Stufe C8 an
bis zum letzten eintragbaren Bit der Stufe C4096. So können
aufgrund der drei in der Stufe C4096 verfügbaren Bits
insgesamt 2120 Einheiten oder Jetons abgezogen werden.
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Zur Bestimmung des Nennwerts der Karte wird dann der
Zähler C1 zur Bestimmung des Werts des Zählers verwendet,
der den Nennwert der Karte genau bestimmt. Dieser Nennwert
ist derjenige, der bei der kundenindividuellen Anpassung
der Karte vor ihrer Ausgabe bestimmt wird, und der Nennwert
erhöht sich später entsprechend den von dem Inhaber der
Karte erzielten Gewinnen durch Inkrementierung des Zählers
C1.
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Bei Benutzung der Karte vergleicht dann das System bei
jedem Inkrementierungsversuch des von den Stufen C8 bis
C4096 gebildeten Zählers, welcher dem Wunsch nach Verbrauch
einer Einheit entspricht, den erhaltenen Wert durch den
Rechenbrettzähler mit dem in dem Zähler C1 eingetragenen
und dem Zeiger entsprechenden Wert. Gegebenenfalls wird
dieser in C1 enthaltene Wert durch das Betriebssystem zu
einem festen Wert addiert, damit nicht vom Anfang des
Rechenbrettzählers ausgegangen wird. Wenn der Wert in dem
Rechenbrettzähler denjenigen Wert erreicht, der dem Zeiger
entspricht, verweigert das System die
Verwendungsberechtigung, und die Karte ist dann unbenutzbar. Das Kartenlesege
rät umfaßt eventuell eine Vorrichtung, die dem Inhaber der
Karte anzeigt, daß er sein Guthaben auf gebraucht hat.
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Bei diesem ersten Anwendungsbeispiel der Karte GPM 103
stellt man jedoch fest, daß die acht Bits der Zählstufe C1
die Definition von nur 256 Adressen zulassen, während der
Rechenbrettzähler das Abziehen von 2120 Jetons erlaubt. Es
können dann je nach den angestrebten Zielen
unterschiedliche Anwendungsmodalitäten des Systems vorgesehen werden.
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Nach einer ersten Variante ist das Betriebssystem
vorgesehen, zu dem Inhalt des Zeigers 1864 zu addieren,
wodurch man in Schritten von einer Einheit bis zu dem
Extremwert des Rechenbrettzählers gehen kann. Dies entspricht
einem relativ großen Ausgangsguthaben und einer relativ
kleinen Gewinnmöglichkeit. In jedem Fall muß von Anfang an
eine Mindestanzahl aufbrauchbarer Einheiten vorgesehen
sein.
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Bei einer zweiten Variante wird vorgesehen, daß jede
Inkrementierung des Zählers C1 einer bestimmten Anzahl von
Einheiten des Rechenbrettzählers entspricht und daß
folglich jeder Gewinn eine Anzahl zusätzlicher Einheiten
ergibt, die größer als Eins ist. So kann man beispielsweise
beschließen, den Ausgangswert des Zeigers auf 72 und den
Wert jedes Schritts von einer Einheit des Zählers C1 auf
8 Einheiten in dem Rechenbrettzähler festzulegen.
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Bei einer dritten Variante kann man direkt die von dem
Zähler C1 ermittelte Anzahl verwenden, um die Adresse des
entsprechenden Bits in dem Rechenbrettzähler zu bestimmen.
Wenn der Zähler Cl die Anzahl 10 enthält, wird so der
Zeiger das zweite Bit des Zählers C64 bestimmen. Man stellt
fest, daß die Inkrementierung des Zeigers bei jeder
Inkrementierung des Zählers C1 auf diese Weise jeweils einen
immer größeren Gewinn ergibt. Dieser Aufbau kann bei
bestimmten Spielen sinnvoll sein, um das Interesse des
Spielers mit zunehmendem Gewinn immer mehr zu steigern. Man
kann diese Progression jedoch begrenzen, indem der
Rechenbrettzähler selbst um die Anzahl Einheiten erhöht wird, die
erforderlich ist, damit die Differenz zwischen der Bewegung
des Zeigers und der Anzahl verbrauchter Einheiten
einschließlich der so hinzugefügten gleich dem erhaltenen
Gewinn ist.
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Im übrigen ist zu bemerken, daß die acht Bits des
Zählers C1 in diesem Fall die Bestimmung einer Anzahl Adressen
erlaubt, die bei weitem über der Anzahl Bits in dem
Rechenbrettzähler liegt.
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Dann ist es in einer Untervariante vorteilhaft, diesen
Zähler C1 in zwei Bereiche aufzuteilen, und zwar einen
Bereich, der fünf Bits umfaßt, der bei weitem zur
Bestimmung der gewünschten Adresse in dem Rechenbrettzähler
ausreicht, und einen zweiten Bereich, der drei Bits enthält
und eine Bestimmung dieser zusätzlichen in dem
Rechenbrettzähler zu inkrementierenden Bits erlaubt.
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Schließlich kann man die Zählzone auch in anderer
Weise benutzen, beispielsweise, indem man die beiden Zähler
C1 und C8 zur Bestimmung des Zeigers und die drei Zähler
C64 bis C4096 zur Bestimmung der Anzahl aufbrauchbarer
Einheiten verwendet. Man stellt fest, daß das System in diesem
Fall unausgeglichen in der entgegengesetzten Richtung
bezüglich der oben beschriebenen ist, insofern, als die
Möglichkeiten der Adressierung des Zeigers wesentlich
größer sind als die des Rechenbrettzählers. Dieses Problem
stellt sich nur, weil in diesem Beispiel die Verwendung
einer vorhandenen Karte beschrieben wurde, die eine leichte
und schnelle Anwendung durch Programmierung von auf dem
Markt existierender Hardware erlaubt. Sie beschränkt in
keiner Weise den allgemeinen Charakter der Erfindung, die
mit einer Hardware eingesetzt werden kann, die ihrer
Bestimmung genau angepaßt ist und bei der ein dem
Rechenbrettspeicher
genau angepaßter Zeigerspeicher vorgesehen
ist.