DE879618C

DE879618C - Vorrichtung zur Ausfuehrung von Additionen und Subtraktionen auf im binaeren System arbeitenden Rechenmaschinen

Info

Publication number: DE879618C
Application number: DEC4495A
Authority: DE
Original assignee: Compagnie des Machines Bull SA
Current assignee: Compagnie des Machines Bull SA
Priority date: 1951-04-11
Filing date: 1951-07-24
Publication date: 1953-06-15
Also published as: FR1035312A; FR62455E; US2781968A; GB717869A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. JUNI 1953

C 44g 5 IXb .'42 m

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für elektrische Rechenmaschinen, die im binären System arbeiten und in denen die von der Maschine behandelten Zahlen sich in der Form darstellen

(I₀ 2° — Cl₁ 2¹ + do 2² -f- . . . (I_n 2ⁿ ,

wobei die Koeffizienten a₀, a_v a„. . . a_u der aufeinanderfolgenden binären Stellen nur die Werte ι oder ο annehmen können und entweder durch einen zeitlich geregelten Impuls mit einer der Stufe der betrachteten Stelle proportionalen Zeitdifferenz gegenüber einem passenden Ausgangspunkt oder durch das Ausbleiben eines solchen Impulses übertragen werden. Die Zeiten, welche die aufeinanderfolgenden binären Stellen kennzeichnen, werden durch Steuer- oder Regelsignale (timing) in regelmäßigen Aliständen einer binären Periode bestimmt. Der Einfachheit wegen werden im folgenden die die Zahlen darstellenden Impulse "geschlüsselt« (codees) genannt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die ao gleichzeitig zwei Reihen geschlüsselter elektrischer Impulse, die zwei zu addierende oder zu subtrahierende Zahlen bilden, aufnimmt und jeweils die Summe oder die Differenz dieser beiden Zahlen in Form von geschlüsselten Impulsen liefert. Eine solche Vorrichtung ist im allgemeinen mit zwei Eingängen, und zwar je einem für die beiden einzuführenden Zahlen, und mit einem Ausgang für das Resultat versehen; sie enthält außerdem eine besondere Steuerung, um im allgemeinen durch Anlegen einer elektrischen Spannung wahlweise als Additions- oder als Subtraktionswerk zu arbeiten, und einen Eingang für die Regelsignale.

Ausführung der Erfindung zeigt eine - gewisse Anzahl von selbständigen Merkmalen, von denen die folgenden am bemerkenswertesten sind: Die Impulse werden in der Vorrichtung »parallel« gemischt und werden, abgesehen von Impulserneuerern, durch Organe ausgewertet, die lediglich die Kombinationen »und« und »oder« herstellen; diese Organe bestehen vorzugsweise aus Gleichrichtern und Widerständen in Verbindung mit Spannungsquellen; vorzugsweise befindet sich höchstens ein Organ »und« und ein Organ »oder« in Reihe.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung ein Organ, das die Kombinationen »und« und »oder« für eines von den Gliedem sowie den inneren Übertrag art die Vorrichtung ausführt, drei Erneuerer, von denen jeder in Übereinstimmung mit einem Regelsignal einen Impuls über eine von zwei Leitungen liefert, der das Vorhandensein oder das Fehlen eines an den Erneuerer gegebenen Impulses anzeigt, Einrichtungen zur Speisung der einen von den beiden verschiedenen Leitungen mit Spannung je nachdem die Vorrichtung addiert oder subtrahiert, fünf Organe »und« undzweiOrgane »oder« sowie einen Verzögerungsweg für die Wiedereinführung der Überträge.

Nach einer Abwandlung dieser bevorzugten Ausführungsform sind, die drei Erneuerer zu einem einzigen vereinigt, und die dort ankommenden Impulse werden zeitlich voneinander mit Hilfe von Verzögerungselementen getrennt, deren Verzögerung geringer als eine binäre Periode ist und die in der Vorrichtung zweckmäßig angeordnet sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Abb. 1 und 2, die das Schema der Organe »und« bzw. »oder« darstellen, und auf die Abb. 3 Bezug genommen, die das Schema der Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt; eine Abwandlung dieser Ausführungsform ist in Abb. 4 wiedergegeben.

Es seien A und B zwei Glieder der Operation, denen für jede binäre Stelle ein Impuls 1 oder das Fehlen eines Impulses 0 entspricht. Der Impuls wird im folgenden für A und B durch «bzw. b bezeichnet. Diese Impulse werden an die Eingänge Ea bzw. Eh (Abb. 3) der Vorrichtung gegeben. Der Übertragsimpuls c, der von der Vorrichtung selbst geliefert wird und aus der vorangehenden binären Periode herrührt, wird an den Eingang Ec gegeben. Zu einem vierten Eingang Es gelangt eine Spannung S, wenn die Vorrichtung als Subtraktionswerk arbeitet; fehlt die _v , Spannung, so arbeitet sie als Addierwerk. Diese Impulse und Spannungen werden als positiv angenommen. Bei jedem Regelimpuls wird am Ausgang D ein Impuls ä (entweder 1 oder 0) aufgenommen, der eine binäre Stelle des Resultats kennzeichnet. Es ist leicht festzustellen, daß d für Addition und Subtraktion den gleichen Wert hat. Der Übertragsimpuls erscheint zunächst in der Vorrichtung bei R: Es kann dies ein Subtraktionsübertrag rs oder ein Additionsübertrag ra sein, der wieder an den Eingang Ec gegeben wird, nachdem er eine Verzögerung um eine Periode erfahren hat. Die acht verschiedenen Möglichkeiten sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

	' I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
a b	0 0	O 0	O I	0 I	I O	I 0	I I	I I
c	0	I	O	I	O	I	O	I
d	0	I	I	O	I	0	O	I
ra (5=o) rb (S=I)	0 0	O I	0 I	r I	O O	I O	I O	I I

b und c spielen eine symmetrische Rolle, und man kann annehmen, daß es nur sechs bestimmte Fälle gibt, da Fall II und III einerseits und VI und VII andererseits gleich sind. Damit die Subtraktion einen Sinn hat, wird im nachfolgenden ferner angenommen, daß die Zahl B Meiner ist als A.

Zweckmäßig wird zunächst Bezug genommen auf die Abb. 1 und 2, die bekannte Schaltungen von Gleichrichtern und Widerständen zur Ausführung der Bedingungen »und« und »oder« zeigen.

In Abb. ι ist 8 eine Klemme, an die eine gegenüber den bei 1, 2, 3 ankommenden Impulsen höhere positive Spannung .gelegt wird. Die Klemme 8 ist mit einem Widerstand 7 von entsprechender Größe verbunden, der seinerseits mit dem anderen Ende in Nebenschluß mit drei Gleichrichtern 4, 5, 6 (Dioden oder Trockengleichrichtern) steht. Die anderen Klemmen 1, 2, 3 dieser Gleichrichter sind mit Quellen von ausreichend geringer Impedanz verbunden, damit das von diesen Quellen gelieferte Signal praktisch unabhängig von der Leistung ist; das Potential dieser Quellen kann zwei Größen ο und X (positiv) annehmen, wie dies gegenüber den entsprechenden Klemmen dargestellt ist. Wenn wenigstens eine Klemme, z. B. die Klemme2, das Potential 0 hat, so ist das Element 5 gleichbedeutend mit einem Kurzschluß für die Impulse, die an eine oder mehrere andere Klemmen gegeben werden können (d. h. 1 oder 3). Damit ein Impuls zur Weitergäbe an einen entsprechenden Impedanzkreis bei 9 hindurchgehen kann, müssen positive Impulse gleichzeitig an i, 2 und 3 gegeben werden; dies bedeutet, daß die Schaltung der Abb. 1 die Bedingung »und« (1 und 2 und 3) überträgt.

Wenn dagegen bei der Schaltung der Abb. 2, wo die Gleichrichter in entgegengesetztem Sinne liegen, eine höhere negative Spannung in 8 angelegt wird, so genügt ein positiver Impuls an 1 oder 2 oder 3 oder gleichzeitig an mehrere von diesen Klemmen, damit ein Impuls bei 9 an einen entsprechenden Impedanzkreis weitergeht; dies bedeutet, daß die Schaltung der Abb. 2 die Bedingung »oder« überträgt.

Es sei betont, daß die Anzahl der Glieder, die in die Kombination »und« oder »oder« eintreten, die in den Abb. 1 und 2 drei beträgt, in keiner Weise beschränkt ist. Diese Schaltungen können ohne weiteres auf eine beliebige Anzahl von Gliedern erweitert werden, indem eine entsprechende Anzahl von Eingangswegen und Gleichrichtern vorgesehen wird.

Betrachtet man nun die Abb. 3, so ist, abgesehen von den Organen 10 bis 16, die ganze Schaltung auf Organen »und« und »oder«· der Abb. 1 und 2 aufgebaut. Man kann sie folgendermaßen einteilen:

Kombinationen »und«: (26, 27, 29), (50, 51, 80), (52, 53, 81), (54, 55, 56, 82), (57,58, 59, 83), (60, 61,62,84).

Kombinationen "oder«: (24, 25, 28), (63, 64, 65, 85), (66, 67, 68, 86).

Zur Vereinfachung werden die Organe im folgenden mit dem Buchstaben 0 und angehängtem Bezugszeichen des Widerstandes bezeichnet, also z. B. 081 für (52, 53, 81); sie sind auf der Zeichnung strichpunktiert umrandet.

Werden Impulse an Eb und Ec gegeben, so gibt es infolge der Organe 028 und 029 in der Leitung 21 nur

ίο einen Impuls, wenn gleichzeitig b und c vorhanden sind, und in der Leitung 20, wenn wenigstens ein Impuls b oder c vorhanden ist.

Die durch Rechtecke dargestellten Organe 10 bis 13 sind Erneuerer (regenerateurs) mit niedrigem Ausgangswiderstand, die zur gleichen Zeit mit dem an die Leitungen 20, 21, 22 oder 23 gegebenen Impuls einen regelmäßig wiederkehrenden Regelimpuls erhalten, der aus dem Erneuerer stets auf einer von zwei Leitungen 30 oder 40, 31 oder 41, 32 oder 42, 33 oder 43 austritt. Auf der unteren Leitung (40 bis 43) überträgt ein ausgehender Impuls das Vorhandensein eines Eingangsimpulses (auf 20 bis 23) in den Erneuerer; auf der oberen Leitung überträgt ein ausgehender Impuls das Fehlen eines Eingangsimpulses, wobei für das Vorhandensein oder das Fehlen der durch den Regelimpuls bestimmte Augenblick maßgebend ist.

Untersucht man die erwähnten sechs verschiedenen

Fälle, so ist ersichtlich, daß die Vorrichtung die gewünschten Resultate als d und r (ra oder rb) liefert.

Fall I: a = b = c = 0. Ein Impuls in den Leitungen 40, 41 und 42 ist nicht vorhanden. Es kann also kein hinter den Erneuerern 080 bis 084 liegendes Organ «und«- bei den bestehenden Verbindungen einen Impuls hindurchgehen lassen.

Fall II: a — b — ο und c = 1. Ein Impuls erscheint in den Leitungen 40, 31 und 32, aber nicht in 30, 41 und 42. Das Organ 082 läßt einen Impuls hindurch, weil es auf all seinen drei Eingängen einen Impuls erhält, während die Organe 080 und 081 gesperrt bleiben. 083 ist gesperrt, weil es in 58 keine Aufnahme hat. 084 erhält den Impuls von 32 und denjenigen von 40; 084 ist also offen oder geschlossen, je nachdem ein Impuls bei 43 vorhanden ist oder nicht, d. h. 084 läßt bei der Subtraktion einen Impuls hindurchgehen, dagegen nicht bei der Addition. Da 085 und 086 Bedingungen voder«· ausführen, ist d = 1, ra = o, rb = i.

Fall IV (III ist mit II gleich): a = 0 und b = c = 1. Ein Impuls erscheint bei 40, 41 und 32. 080, 081 und 082 sind gesperrt, da bei jedem von diesen Organen wenigstens ein Eingang nicht gespeist wird, während immer bei Addition oder Subtraktion ein Impuls über 66 geht, wenn 41 einen Impuls sendet. Man erhält d = 0, r = i.

Fall V: a = 1 und b = c = 0. Es erscheint ein Impuls bei 30, 31, 42, aber nicht bei 40, 41, 32. Hieraus folgt, daß 080 einen Impuls hindurchgehen läßt, während 081 und 082 gesperrt sind. Da bei 40 kein Impuls vorhanden ist, werden die Gleichrichter 57 bis 60 nicht gespeist. 083 und 084 sind gesperrt. Das Resultat ist d = 1, r — 0.

Fall VI: a = c = 1 und b = o. Ein Impuls erscheint bei 40, 31 und 42, aber nicht bei 30, 41, 32. Infolgedessen sind 080, 081 und 082 gesperrt: d = 0. 084 ist gesperrt, und 083 läßt einen Impuls nur im Falle der Addition hindurchgehen: ra = 1, rb — 0.

Der letzte Fall: a = b = c = 1. Ein Impuls erscheint bei 40, 41, 42, aber nicht bei 30, 31, 32. 080 und 082 sind gesperrt, dagegen läßt 081 einen Impuls hindurchgehen. Ein Übertragsimpuls geht über 66 sowohl im Fall der Addition wie bei der Subtraktion. Man erhält d — 1 und r = 1.

Der in der Vorrichtung hergestellte und bei R gelieferte innere Übertrag r, der in seiner Form wieder hergestellt werden muß, um über die Leitung 16 in Ec wieder angebracht zu werden, geht in einen Erneuerer 14, an den ebenfalls ein Regelsignal T gegeben wird, und dann über ein Verzögerungselement 15, welches ihn um eine binäre Periode verzögert. Zu der beschriebenen Vorrichtung seien folgende Bemerkungen gemacht:

Die gleiche Schaltung könnte mit anderen Elementen (z. B. Mehrgitterröhren, Röhrenkombinationen oder magnetische Kreise) für die Organe der Bedingungen »und«· und »oder«- hergestellt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird; indessen liefern Trockengleichrichter und vor allem Germaniumzellen eine besonders einfache und dauerhafte Ausführung; es liegt nicht mehr als ein Organ »und« und ein Organ »oder« in Reihe, eine für die Praxis zu empfehlende technologische Bedingung; ein wirklicher Erneuerer 13 braucht nicht vorhanden zu sein, es genügt bei 33 oder 43 eine Spannung, die in entsprechender Weise die Addition oder die Subtraktion überträgt; es ist möglich, an Stelle der drei Erneuerer 10, 11, 12 einen einzigen zu verwenden, indem man die Impulse a, b, c zeitlich verschoben ankommen läßt und sie dann in Organen »und« wieder zusammenstellt, die mit zweckmäßig verteilten Verzögerungselementen hinter den einzigen Erneuerer geschaltet sind. Abb. 4 zeigt eine solche Abwandlung.

Die Elemente der Abb. 3, die bei der Schaltung der Abb. 4 für gleiche Funktionen benutzt werden, tragen die gleichen Bezugszeichen. 10 ist an die Stelle von 10, 11, 12 getreten. 13 ist z. B. eine elektronische Wippe mit niedrigem Ausgangswiderstand, die bei Es unsymmetrisch ein Steuersignal erhält, das willkürlich in einem Augenblick vor der Operation und nur im Fall der Subtraktion gegeben wird, um in diesem Augenblick eine Spannung an die Leitung 43 zu geben; die Wippe wird dann in die Additionsstellung zurückgestellt (auf der Leitung 33 liegt eine Spannung nur bei einem in Z erscheinenden Signal für das Ende der Operation).

An dem gemeinsamen Eingang 19 des Erneuerers 10 können ankommen: ein um 2 t verzögerter Impuls a über 18 und 74, ein um t verzögerter Impuls über 17 und J3 bei gleichzeitigem Auftreten von b und c und beim Auftreten von wenigstens b oder c ein nicht verzögerter Impuls über 20 und 72. Die binäre Periode ist zu diesem Zweck nach 3 t unterteilt, und es werden abgezweigte Regelimpulse zu den Teilzeiten o, t und 2 t der binären Periode mittels einer Verzögerungsleitung 44, 45, 46 und der Gleichrichter 75 bis y8 gegeben. Die Verzögerungselemente 34 bis 39, die den Wert t haben, sind zwischen die Verbindungen

geschaltet, die zu den Eingängen der Organe 080 bis 084 derart führen, daß die Impulse dort zur Zeit t, d. h. am Ende einer binären Periode, gerechnet von der Anwendung in Ea, Eb, Ec, also zusammen mit einem Regelsignal, ankommen. Dieses Zusammenfallen, das den Durchgang des d darstellenden Impulses gestattet, wird durch ein Regelsignal T gewährleistet, das an einen ergänzenden Gleichrichter 69, 70, 71 gegeben wird, der sich in jedem Organ

»und« 080 bis 083 befindet. Für den Übertragsimpuls wird dieses Zusammenfallen durch das Regelsignal gesichert, das in T auf den Erneuerer 14 zur Anwendung kommt. Da in der Vorrichtung selbst eine Verschiebung um eine binäre Periode stattfindet, ist das

Verzögerungselement 15 der Abb. 3 in der Rückleitung 16 der Abb. 4 nicht vorhanden.

Im vorstehenden wurde der Einfachheit wegen angenommen, daß die Erneuerer von sich keine Verzögerung einführen; dies kann praktisch nicht der

Fall sein, und die Werte der Verzögerangen 15 (Abb. 3) und34bis39 (Abb.4) sind dann entsprechend zu ändern. Es liegt auf der Hand, daß die Polarität aller Spannungen in den Schaltungen zugleich mit dem Richtungssinn der Gleichrichter umgekehrt werden kann;

die Erneuerer übertragen dann negative Impulse. Weitere Abwandlungen können im einzelnen noch

■ an den Schaltungen der Abb. 3 und 4 vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird; die Vorrichtung kann augenscheinlich allein für die Addition oder für die Subtraktion bestimmt sein oder auch für arithmetische Operationen, welche

■ die Wiederholung von Additionen und Subtraktionen mit Hilfe von Rückleitungen mit Verzögerungselementen erfordern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Addition oder Subtraktion von zwei im binären Zahlensystem dargestellten Zahlen durch elektrische Impulsreihen, wobei jeder Impuls durch sein mögliches zeitliches Zusammen'-treffen mit einem entsprechenden regelmäßig wiederkehrenden Regelimpuls eine bestimmte binäre Stelle einer Zahl wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Organe aufweist, von denen jedes mehrere verschiedene Eingänge hat, die mit Quellen verschiedener Impulse, die von den Gliedern der Operation und der Überträge abhängen, verbunden sind, während andererseits nur ein Ausgang vorhanden ist, der Impulse aussendet, und daß jedes Organ so beschaffen ist, daß es einen Ausgangsimpuls nur bei einer bestimmten Anzahl bestimmter Spannungskombinationen aussendet, die an die Eingänge gegeben werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Glieder der Operation und des in der Vorrichtung erzeugten Übertrages oder von ihnen abgezweigte Impulse an die Eingänge der Organe gegeben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem besonderen Eingang zur Anwendung oder Nichtanwendung einer Signalspannung, je nachdem die Vorrichtung zur Addition oder Subtraktion oder umgekehrt arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannung oder eine von ihr abgezweigte .Spannung zusammen mit Impulsen der Glieder der Operation und Übertragsimpulsen oder von ihnen abgezweigten Impulsen in Organe der beschriebenen Art benutzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Impulserneuerer mit je einem Eingang für die dort ankommenden, zu erneuernden Impulse, einen Eingang für die Regelimpulse und zwei Ausgänge aufweist, von denen der eine einen Impuls für einen an den Eingang gegebenen Impuls und einen Impuls beim Fehlen eines Eingangsimpulses im Augenblick des Regelimpulses liefert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Organe verschiedener Art sind, dergestalt, daß das eine einen Ausgangsimpuls liefert, wenn Impulse gleichzeitig an seine verschiedenen Eingänge gegeben werden, während das zweite einen Ausgangsimpuls gibt,

. wenn wenigstens ein Impuls an einem seiner Eingänge auftritt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Vorrichtung, der einem Glied der Operation entspricht, und der dem Übertrag entsprechende Eingang jeweils mit zwei Eingängen von zwei Organen der einen bzw. der anderen Art verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg, den ein Impuls oder der zwischen dem Ausgang der Vorrichtung für das Resultat der Operation und einem Eingang abgezweigte Impuls nimmt, den Durchgang durch drei Organe und einen Erneuerer einschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch neun Organe der beschriebenen Art.

9. Vorrichtung nach Ansprach 5, gekennzeichnet loo durch fünf Organe der ersten und drei Organe der zweiten Art.

10. Vorrichtung nach Ansprach 4, gekennzeichnet durch wenigstens drei Erneuerer und durch Einrichtungen, welche die eine von zwei verschiedenen Leitungen unter Spannung halten, je nachdem die Vorrichtung zur Addition oder zur Subtraktion arbeitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Erneuerer und durch Verzögerangselemente, die derart angeordnet sind, daß die an den Erneuerer gegebenen Impulse in einer binären Periode gestaffelt und in den beschriebenen Organen im gleichen Augenblick zusammengefaßt werden, wo sie den Erneuerer verlassen.

12. Vorrichtung nach Ansprach 1, gekennzeichnet durch einen Impulserneuerer in der Rückleitung der Überträge, die von der Vorrichtung erzeugt und an einen Eingang der Vorrichtung zurückgegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen