DE967154C

DE967154C - Schaltkreis

Info

Publication number: DE967154C
Application number: DEW13848A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Minnick
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1953-06-24
Filing date: 1954-04-30
Publication date: 1957-10-10
Also published as: US2779934A; JPS325951B1; BE529221A; NL101182C; NL187346B; FR1097342A; GB760437A; CH328791A

Description

Die Erfindung betrifft Schaltkreise, insbesondere Schaltkreise mit Verwendung von magnetischen Kernen.

Bei elektrischen Kreisen und Systemen treten zahlreiche Fälle auf, bei denen es notwendig ist, einen zweiwertigen Ausgang zu erhalten, der von den Zuständen einer Anzahl von zweiwertigen Eingängen abhängt. Dieser Ausgang ist eine Schaltfunktion, wobei man diesen Ausdruck als irgendeine binäre Funktion von irgendeiner Anzahl von binären. Veränderlichen definieren kann. Diese

f = fo x'i x'z · · · x'n-\ X¹U + fx x'i x'i ■ ■

wobei die Anordnung der Striche an den Eingangsveränderlichen dem binären Ausdruck für den Inbinären Veränderlichen stellen im allgemeinen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Impulses, geschlossene oder geöffnete Kontakte, die Richtigkeit oder Unrichtigkeit eines Zustandes usw. dar und werden den Ziffern »i« und »o« gleichgesetzt. Bekanntlich kann j ede Schaltfunktion von η binären Veränderlichen durch Angabe einer Reihe von binären Koeffizienten f_t für i = o, i, 2, 3, ... υ — ι, wobei ν = 2" ist, angegeben werden durch den Ausdruck

Xn-1 Xn · · · ~~T~ fv — l X\ Xi · · · Xn-I Xn > W

dex i des Koeffizienten /,· entspricht, mit dem jeder Wert multipliziert ist. Wie allgemein üblich, wird

709 711/7

die Verneinung einer binären Veränderlichen durch einen Strich angegeben. Die Gleichung (i) wird eine »kanonische Form« einer Schaltfunktion von η Veränderlichen genannt. Eine allgemeine Diskussion von Schaltfunktionen und der sie beschreibenden mathematischen Ausdrücke, die hier verwendet werden, findet man in »Synthesis of Electronic Computing and Control Circuits« veröffentlicht vom »Staff of the Computation Laboratory of Harvard University« (Harvard University Press,

Die Bedeutung der kanonischen Form der in Gleichung (ι) gegebenen Schaltfunktion ergibt sich aus einem Beispiel einer besonderen Funktion mit nur zwei Veränderlichen

f{χ,y) = Aχ'y' + fix'y + Axy' + Aχy (2)

und einer sehr einfachen Darstellung einer Schaltfunktion in einem elektrischen Kreis. Gleichung (2) kann der Ausdruck für eine binäre Addiereinrichtung sein, bei der zwei Ziffern χ und y zusammengezählt werden sollen. Bekanntlich soll die Schaltfunktion / nur dann »1« sein, wenn χ oder y »1« sind, nicht aber, wenn beide »1« sind. In letzterem Falle soll eine andere Schaltfunktion einen Übertrag anzeigen. Wenn man aber nur die Summierung ohne Übertrag· feetrachtet, ist 'die Funktion/ durch die Koeffizienten /₀ == /₃ = 0 und f_i = f₂<=i bestimmt. Daher ist die Schaltfunktion f durch Gleichung (2) definiert, wenn die Koeffizienten die soeben genannten Werte haben.

Die kanonische Form einer Schaltfunktion, die Gleichung (i), ist nur eine von einer Anzahl von kanonischen Ausdrücken. Bekanntlich ist ein »Und«-Kreis ein logischer Kreis, bei dem ein Ausgang nur bei gleichzeitigem Auftreten aller Eingänge erscheint. Ein »Oder«-Kreis ist ein logischer Kreis, bei dem. ein Ausgang bei Auftreten eines Impulses an irgendeinem Eingang erscheint. Da jede Veränderliche in jedem Wert des kanonischen Ausdrucks der Gleichung (1) vorkommt, schließen sich die Werte wechselseitig aus, d.h., nur ein Wert kann für eine gegebene Reihe von Größen für η Eingangsveränderliche gleich »1« sein. Wenn die speziellen Größen der Koeffizienten/,· bekannt sind, ist es zweckmäßig und möglich, diesen Ausdruck zu vereinfachen. Es seien z. B. die allgemeine kanonische Form der Gleichung (1) für drei Veränderliche x_v x₂ und x_s betrachtet :

= f_ox'i x'i 4 + fx x'i x'z Xz + A x'i Xi x'i + fz x'i X2 Xz + A Xi x'i x'z + A Xi Xz Xs + A ^xi Xi *3 + A *i ^x* Xz (3)

und der besondere Fall, daß /₀ = Z₁ = /₃ = ο und fs = fi = fs = /β = ft = ι ^ist· Gleichung (3) lautet dann:

f= x[ χ?, x'₃ + X₁ x'i x'₃ + Xi x'i x'3 + X\ Xi x's + Xi Xi X3 ■

Es kann gezeigt werden, daß sich diese Gleichung durch die Theoreme der Booleanschen Algebra vereinfacht zu

f= x_iXz+X₁. (5)

Diese Werte schließen sich jedoch nicht mehr wechselseitig aus. Gleichung (5) ist plausibel in der Booleschen Algebra, die allgemein in der Schalttechnik verwendet wird (Siehe z. B. Kapitels iⁿ »Design of Switching Circuits« von Keister, Ritchis and Washburn, D. Van Nostrand Company, 1951). Sie ist jedoch nicht plausibel in der Schaltalgebra, wie diese in dem obenerwähnten Buch »Synthesis of Electronic Computing and Control Circuits« beschrieben ist. Es kann leicht gezeigt werden, daß bei Anwendung der letztgenannten Algebra Gleichung (5) wird

/■=1 — (i — XiO(I- Xi), (6)

und die allgemeine kanonische Form lautet:

f = I — (I —

■ ■ ■ ^x'n) (^T — A *i ^x'z ■ ■ ■ ^Xn) ■ · ■ (* — A-I ^xi ^xi ■ · · ^xn) ■

(7)

Diese Form kann wiederum als in einem »Oder«-Kreis vereinigte einzelne »Und«-Kreise betrachtet werden. Sie entspricht Gleichung (i), welche in der Booleschen Algebra die Summe von Produkten ist.

Jedoch kann bekanntlich irgendeine Schaltfunktion nicht nur als in einem »Oder«-Kreis vereinigte einzelne »Und«-Kreise dargestellt werden, sondern auch als in einem »Und«-Kreis vereinigte einzelne »Oder«-Kreise. Eine andere kanonische Form der allgemeinen Schaltfunktion lautet daher:

f = (i — f'o x'i x'i ■ ■ ■ Xn) {l — f'iX'iX'i ... X_n) ■■■ (t f'r-l Xi Xi ... X_n) ·.

(8)

Gleichung (8) unterscheidet sich in der Form von Gleichung (1) und ist das Produkt von Summen in der Booleschen Algebra. Sie ist gegeben durch den Ausdruck

f = {X'i + X'i ■ ■ ■ + Xn + A) (^X'l + ^X'z ■ ■ ■ + ^Xn + A) · · · (^χ1 + ^X* ' ■ ■ + ^χη + A-l) ·

(9)

Eine Einrichtung, die in der Lage ist, zwei Zustände anzunehmen, kann in Kreisen verwendet werden, die für allgemeine oder spezielle Schaltfunktionen bestimmt sind. Um vollkommen allge-

mein zu sein; soll eine derartige Einrichtung in der Lage sein, auf η binäre veränderliche Eingänge anzusprechen und mit ν — ι anderen derartigen Einrichtungen zusammenzuarbeiten. Bei einer möglichen Form ist jede Einrichtung für sich einem Koeffizient Z₁ gleichgesetzt, und alle Einrichtungen zusammen sind der Schaltfunktion / gleichgesetzt. Wenn diese Einrichtungen logische Kreise bilden, kann jede allgemeine Schaltfunktion gebildet werden. Die logischen Kreise können »Und«- und »Oder«-Kreise sein, aber gerade »Und«- oder »Oder«-Kreise genügen alkin nicht, um sämtliche möglichen Schaltfunktionen zu bilden, wenn sie auch einige bilden können.
Eine Einrichtung, die einen von zwei möglichen Zuständen annehmen kann und dabei als binäres Gedächtnis oder als binäre Speicherung verwendet worden ist, ist ein. magnetischer Kern. Solche Kerne sind mit im wesentlichen rechteckigen Hysteresisschleifen erhältlich und können z. B. aus Ferritmaterial bestehen. Bei einem solchen Kern beträgt das. Verhältnis der Koerzitivkraft zur Sättigungsflußdichte nahezu Eins. Wenn kein magnetisches Feld angelegt ist, hat der Kern einen remanenten Magnetismus, der positiv oder negativ ist, je nach der Richtung der vorher angelegten Magnetisierungskraft. Ein Zustand des remanenten Magnetismus kann" als dem binären Zustand »o« und der andere als dem binären Zustand »1« entsprechend definiert werden.

.Zum Speichern einer Information in einem solchen Kern wird eine Steuerwicklung erregt, um an den Kern ein magnetisches Feld anzulegen, das ihn in den Zustand versetzt, der definitionsgemäß die Speicherung einer binären »o« darstellt. Die binäre Information kann dann gespeichert werden, indem ein Stromimpuls an eine Eingangsinformationswicklung angelegt wird, wenn die Information eine binäre »1« ist, und kein Stromimpuls, wenn die Information eine binäre »o« ist. Zum Ablesen wird an die Steuerwicklung ein Stromimpuls .mit gleicher Richtung wie beim Rückstellungsimpuls angelegt. Wenn der Kern in einem solchen Zustand ist, daß eine binäre »o« gespeichert ist, wird die Magnetisierung nicht umgekehrt, und es erscheint an einer Ausgangswicklung nur eine geringe Ausgangsspannung, die von einer nur geringen Änderung des Flusses im Kern herrührt. Wenn jedoch der Kern in einem solchen Zustand ist, daß eine binäre »1« gespeichert ist, wird' die Magnetisierung des Kerns umgekehrt, und es erscheint ein großer Ausgangsimpuls an den Klemmen der Ausgangswicklung. Solche für die Speicherung benutzten Kerne sind in einem Aufsatz »Static Magnetic Storage and Delay Line« von An Wang und Way Dong Woo im »Journal of Applied Physics«, Bd. 21, S. 49 (Januar 1950), eingehend beschrieben.

Wenn mehr als eine Eingangsinformationswicklung verwendet wird, können solche Kerne »Oder«-Kreise bilden. Wie oben erklärt, sind jedoch »Oder«-Kreise allein nicht ausreichend, um die allgemeine Schaltfunktion zu bilden, die in kanonischer Formen Gleichung (i) gegeben ist. Ferner liefern magnetische Kerne nicht ohne weiteres »Und«-Kreise.

Erfindungsgemäß wird ein Kreistyp mit magnetischem Kern geschaffen, der allein oder in Verbindung mit »Oder«-Kreisen sämtliche möglichen Schaltfunktionen ergeben kann; dieser Kreis ist ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung«. Ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« kann dargestellt wenden durch den Ausdruck

f = *'y^r, (10)

der angibt, daß ein Ausgang nur bei gemeinsamer \^rerneinung von χ und y vorhanden ist. Im allgemeinen, kann irgendeine gewünschte Schaltfunktion entweder in der Form der Gleichung (8) durch »Kreise mit gemeinsamer Verneinung« oder in der Form der Gleichung (7) durch »Kreise mit gemeinsamer Verneinung« und einem »Oder«-Kreis gebildet werden.

Bei 'der obigen Beschreibung der Verwendung eines magnetischen Kerns als Speicher- oder Gedächtniseinrichtung oder als »Oder«-Kreis wurde ein Impuls an eine einzige Steuerwicklung gelegt, welcher sowohl die Information durch Ablesen weitergab als auch den Kern in den Anfangszustand zurückversetzte. Somit bewirkt bei einer statisch-magnetischen Verzögerungsleitung der Steuerimpuls sowohl, daß die Information auf den nächsten Kern übertragen wird, als auch, daß jeder Kern, von dem aus eine Information übertragen wurde, zur Vorbereitung für das nächste zu speichernde Informationsstück in den Anfangszustand zurückgesetzt wird. Diese beiden Operationen, nämlich die Übertragung der Information aus einem Kern und das Zurückversetzen eines Kerns in seinen »o«-Zustand, werden hier mit »Weitergabe« bzw. »Rückstellen« bezeichnet. Bei der bisherigen magnetischen Speichereinrichtung waren diese Operationen vereinigt. Erfindungsgemäß werden jedoch diese Operationen getrennt, und die Weitergabe- und Rückstellimpulse haben die Tendenz, den Kern auf entgegengesetzte Zustände des remanenten Magnetismus zu magnetisieren, bei denen der restliche oder remanence Fluß in entgegengesetzter Richtung liegt, wodurch ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« gebildet werden kann.

Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung ist es, irgendeine gewünschte Schaltfunktion durch einen Kreis, bei dem nur magnetische Kerne verwendet werden, zu bilden. Da magnetische Kerne sehr billig herzustellen sind, außerordentlich lange wenn nicht unbegrenzte Lebensdauer haben und geringe Leistungsanforderungen stellen, besteht also eine. Aufgabe der Erfindung darin, Schaltkreise zu vereinfachen und allgemeine Schaltkreise zu schaffen, die äußerst wirtschaftlich und gegebenenfalls sehr raumsparend sind.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, »Kreise mit gemeinsamer Verneinung« mit magnetischen Kernen zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht

darin, Schaltkreise zu schaffen, die magnetische Kerne bei »Kreisen mit gemeinsamer Verneinung« benutzen, um jede gewünschte Schaltfunktion zu bilden.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, Schaltkreise zu schaffen, die magnetische Kerne bei »Kreisen mit gemeinsamer Verneinung« benutzen, bei denen eine falsche Ausgangsinformation verhindert wird, die infolge der Einführung einer ungewollten Eingangsinformation in den Schaltkreis entstehen könnte.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden bei einem speziellen Ausführungsbeispiel erfüllt, bei dem eine Vielzahl von magnetischen Kernen in einer ersten Stufe angeordnet sind, wobei jeder der Kerne eine Rückstellwicklung, Informationswicklungen, eine Weitergabewicklung und eine Ausgangswicklung aufweist, die so ange-

ao ordnet sind, daß ein Ausgangsimpuls bei Anlegen eines Impulses an die Weitergabewicklung nur bei gemeinsamer Verneinung der Eingangsinformation an jedem Kern der ersten Stufe entsteht. Ein einziger Kern der zweiten Stufe besitzt eine Vielzahl von Wicklungen, wobei die Ausgangswicklung eines jeden Kerns der ersten Stufe an einzelne . Informationswicklungen auf dem Kern der zweiten Stufe angeschlossen ist und Rückstell- und Weiter-'gabebzw. Ableseimpulse an die anderen Wicklungen angelegt werden. Der Kern der zweiten Stufe kann entweder ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« oder ein »Oder«-Kreis sein, je nach der Polarität des remanenten Magnetismus beim Anlegen des Ableseimpulses. Somit kann durch den Kern der zweiten Stufe ein Ausgangsimpuls entweder bei Nichtvofhandensein jeglichen Ausgangs .an den Kernen der ersten Stufe oder bei Vorhandensein eines Ausgangs an wenigstens einem Kern der ersten Stufe entstehen:

Erfindungsgemäß ist die zeitliche Lage der an die Kerne der ersten Stufe und den Kern der zweiten Stufe angelegten Impulse so beschaffen, daß eine falsche Information zwischen den Kernen der ersten Stufe und dem Kern der zweiten Stufe nicht, übertragen werden kann. Insbesondere wird bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung bei der Operationsfolge der Rückstellimpuls an die Kerne der ersten Stufe angelegt, worauf etwaige Informationsimpulse folgen. Gleichzeitig wird ein Rückstellimpuls an den Kern der zweiten Stufe angelegt, wobei der Rückstellimpuls der zweiten Stufe sowohl mit dem Rückstellimpuls der ersten Stufe als auch mit den an die Kerne der ersten Stufe angelegten Informationsimpulsen zeitlich zusammenfällt. Danach wird der Weitergabeimpuls an die Kerne der ersten Stufe angelegt, um die Information auf den Kern der zweiten Stufe zu übertragen, worauf das Anlegen des Weitergabe- oder Ableseimpulses der zweiten Stufe an deh Kern der zweiten Stufe folgt.

Bei diesem 'speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jede besondere Schaltfunktion/ gebildet werden. Wenn man die kanonische Form der Gleichung (1) . gs

f = fo %'i%z ■ ■ · x'n + fi ti #2 · · · X_n ■ ■ ■ + fv-i %

betrachtet und annimmt, daß der Kern der zweiten Stufe ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, werden nur diejenigen Werte, deren Koeffizienten /,· = ο sind, an die Kerne der ersten Stufe angelegt. Wenn der Kern der zweiten Stufe ein »Oder«-Kreis ist, werden in gleicher Weise nur diejenigen Werte, deren Koeffizienten f_t=i sind, an die Kerne der ersten Stufe angelegt. Somit ist bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung die besondere Funktion durch die Wahl der Koeffizienten f_t bestimmt, die durch Kerne der ersten Stufe im Schaltkreis dargestellt sind.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein magnetischer Kern eine Vielzahl von Wicklungen aufweist, an die Rückstell-, Informationsund Weitergabeimpulse angelegt werden, wobei die Rückstellimpulse bewirken,' daß der remanente Magnetismus im Kern eine bestimmte Polarität aufweist, und die Informations- und Weitergabe; ■impulse bewirken, daß der Magnetismus die entgegengesetzte Polarität hat, so daß ein Ausgangsimpuls an einer anderen Wicklung bei Auftreten des Weitergabeimpuises nur dann erscheint, wenn keine Informationsimpulse aufgetreten sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Schaltkreis aus einer Vielzahl von Kernen besteht, wobei sich auf jedem Kern eine Vielzahl von Wicklungen befindet, an die Informations- und Steuerimpulse so angelegt werden, daß ein Ausgang an einer anderen Wicklung nur bei Nichtvorhandensein jeglicher Informationsimpulse an einem besonderen Kern entsteht und daß die Ausgänge dieser Kerne die Informationseingänge eines einzigen Kerns sind, von dem ein Ausgang entweder bei Nichtvorhandensein aller Informationseingänge oder andererseits bei Vorhandensein irgendeines oder mehrerer Informationseingänge erhalten wird.

Erfindungsgemäß wird die Information in einer Vielzahl von Kernen gespeichert und unter dem Einfluß von Rückstell-, Informations- und Weitergabeimpulsen wie oben beschrieben an einen einzelnen Kern weitergegeben. Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß ein Rückstellimpuls an den einzelnen Kern in zeitlicher Übereinstimmung mit der Anlegung von Rückstell- und Informationsimpulsen an die Vielzahl von Kernen angelegt wird^ wodurch die falsche Übertragung von Signalen zwischen der Vielzahl von Kernen und dem einzelnen Kern verhindert wird.

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung und ihrer verschiedenen Merkmale läßt sich an Hand der Erläuterung und der Zeichnung erreichen.

Fig. ι ist eine zum Teil in Blockform gegebene Darstellung eines speziellen Ausführungsibeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ist eine zeitliche Aufzeichnung der verschiedenen Impulse des Ausführungsbeispiels nach Fig. i.

Nun soll auf die Zeichnung eingegangen werden: Fig. ι zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung, das als Grundlage sowohl

ίο für die Beschreibung eines einfachen Beispiels als auch für eine allgemeinere Diskussion von allgemeinen Schaltfunktionen dienen kann. Wie man sieht, sind zwei magnetische Kerne ΐο_Λ und io_c, die Kerne der ersten Stufe sind, und ein einzelner Kern 11, der ein Kern der zweiten Stufe ist, vorgesehen. Jeder der Kerne 10 der ersten Stufe ist mit einer Rückstellwicklung 13 der ersten Stufe, einer Weitergabewicklung 14 der ersten Stufe, einer Ausgangswicklung 15 und — bei dieser spe-

ao ziellen Ausführung — mit zwei Eingangs-Informationswicklungen 16 versehen. Der Kern der zweiten Stufe ist mit einer Rückstellwicklung 18 der zweiten Stufe, einer Weitergabewicklung 19 der zweiten Stufe, zwei Eingangs-Informationswicklungen 20, von denen jede mit der Ausgangswicklung 15 eines der Kerne der ersten Stufe verbunden ist, und mit einer Ausgangswicklung 21 versehen. Die Pfeile neben jeder Wicklung zeigen die Richtung der Magnetisierung des magnetischen Kerns an, wenn in der jeweiligen Wicklung Strom fließt.

Im Augenblick sei nur ein Kern 10^ betrachtet, an den in folgender Reihenfolge Impulse angelegt werden: Rückstell-, Eingangs-, Weitergabeimpuls.

Nach Anlegen des Weitergabeimpulses wird dann in der Ausgangswicklung Strom vorhanden sein oder nicht, je nachdem ob die Eingangswicklungen 16 seit dem letzten Anlegen eines Rückstellimpulses an die Rückstellwicklung 13 erregt waren oder nicht. Diese Impulse können vorteilhafterweise von einem geschlossenen Zählring 24 abgeleitet werden, der durch einen Oszillator 25 und einen Rechteckwellen-Generator 26 betrieben wird. Vorteilhafterweise können die Impulse vom Zählring 24 über Kathodenstufen 28 zugeführt werden. Die Informationsimpulse können von irgendwelchen Informationsquellen α und b, beziffert mit 30, über einen »Und«-Kreis3i zugeführt werden, so daß sie durch den Zählring 24 gesperrt werden, ferner über Kathodenstufen 33.

Zur Zeit t₁ in Fig. 2 wird der Rückstellimpuls an die Rückstellwicklung 13 auf dem Kern 10 angelegt und der Kern in Richtung des Uhrzeigers magnetisiert, wie es durch den Pfeil bei der Wicklung 13 angedeutet ist. Zur Zeit t₂ soll dem Kern die Information durch Anlegen von Informationsimpulsen der Quelle 30 an die Wicklungen i6 zugeführt werden, wenn eine »1« in den Kern gebracht werden soll. Es sei angenommen, daß zu dieser Zeit die Informationsquelle α einen Ausgang x' und die Informationsquelle b einen Ausgang y' liefert und x' = y' = ο ist. Da kein Informationsimpuls an die Wicklungen 16 gelangt, wird der Zustand des Kerns durch den Eingang nicht verändert. Zur Zeit i₃ gelangt der Weitergabeimpuls an die Weitergabewickhing 14. Gemäß einem Merkmal der Erfindung kehrt sich der Magnetisierungszustand des Kernes von der Richtung im Uhrzeigersinn in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn um, wobei eine große Flußänderung entsteht, welche die Ausgangswicklung 15 erregt. Somit ist in diesem FaIIeZ=I. Wenn durch die Quellen 30 ein Eingang x, y oder beides an die Wicklungen 16 angelegt worden wäre, würde die Eingangsinformation bewirkt haben, daß der Kern zur Zeit i₂ entgegen dem Uhrzeigersinn magnetisiert worden wäre. Der Weitergabeimpuls hätte dann die Tendenz, den Kern in der gleichen Richtung zu magnetisieren, wie sie bereits vorhanden ist, so daß eine merkliche Änderung des Flußes im Kern nicht entstehen würde. In diesen Fällen ist / = o.

Analytisch ausgedrückt, lautet der Zusammenhang zwischen dem Ausgang / der -Wicklung 15 und den von den Informationsquellen α und b kommenden Eingängen χ und y

f=x'y'.

11

Dies ist das spezielle Beispiel eines »Kreises mit gemeinsamer Verneinung«, der durch die Gleichung (10) gegeben wurde.

Selbstverständlich ist ein erfmd'ungsgemäßer »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« nicht auf eine besondere Anzahl von Eingangs-Informationswicklungen beschränkt. Bei der beschriebenen Ausführung sind zwei Wicklungen 16 nur zum Zwecke der Erläuterung benutzt. Der allgemeine Ausdruck für einen magnetischen Kern 10 mit η Eingangswicklungen und Rückstell- und Weitergabewicklungen gemäß der Erfindung lautet:

f (X₁X₂ ... X_n) = (x[x'₂ ... O . (12)

Damit ein Schaltkreis mit magnetischen Kernen in der Lage ist, irgendeine Schaltfunktion mit η Veränderlichen zu bilden, muß er jede besondere Funktion der allgemeinen Formen, wie .sie durch die Gleichungen (1), (7) und (8) gegeben sind, bilden können. Ein einziger Kern kann jedoch nur eine Funktion der durch die Gleichung (12) gegebenen Form bilden. Daher besteht ein anderes no Merkmal der Erfindung darin, daß die Ausgänge einer Anzahl von magnetischen Kernen 10 der ersten Stufe als Eingänge für einen Kern einer zweiten Stufe benutzt werden. Wenn der Kern der zweiten Stufe ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, ist die Funktion durch die Gleichungen (8) oder (9) definiert. Wenn der Kern der zweiten Stufe ein »Oder«-Kreis ist, ist die Funktion durch die Gleichungen (1) oder (2) definiert. iao

Es sei nochmals zu Fig. 1 übergegangen und zu der einfachen Darstellung einer binären Addiereinrichtung zurückgekehrt, deren allgemeine Schaltfunktion durch Gleichung (2) gegeben ist, ferner sei der Fall betrachtet, daß der Kern 11 der zweiten Stufe ein »Kreis mit gemeinsamer Ver-

709 711/7

neinung« ist, wie er mit Bezug auf den Kern io in der ersten Stufe beschrieben wurde. Da der Kern 11 ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, sollen die Eingänge an den Informationswicklungen 20 die Information sein, die verneint sein muß, um den gewünschten Ausgang an der Ausgangswicklung 21 hervorzubringen. Wie oben mit Bezug auf Gleichung (2) angegeben wurde, ist Z₀ = /₃ = ο und Z₁ = Z₂ = i. Die Informationsquellen a und b. können daher Informationsimpulse entsprechend x' und y an den Kern 10^ und die Informationsquellen c und d Informationsimpulse entsprechend χ und y an den Kern io_c liefern. Der Ausgang des Kerns, io_A wind daher xy und der Ausgang des Kerns ioc x' y' sein. Wenn entweder xy oder x' y' an den Kern 11 angelegt wird¹, .erscheint kein Ausgang an der Wicklung 21. Daher wird nur ein Ausgang erscheinen, wenn die Bedingung der Informatiorrsimpulse definiert ist durch Zi = Zg= i> wie es für diese besondere Schaltfunktion gewünscht wurde.

Der Kern 11 in der zweiten Stufe kann entweder ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung«, wie oben geschildert, oder ein »Oder«-Kreis sein. Wenn er ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, liegt die Magnetisierungsrichtung infolge des Ableseoder Weitergabeimpulses so, wie sie durch den Pfeil 35 angedeutet ist, nämlich entgegen der Magnetisierungsrichtung durch den Rückstellimpuls. Wenn er ein »Oder«-Kreis ist, liegt die Magnetisierungsrichtung infolge des Ablese- oder Weitergabeimpulses so, wie sie durch den Pfeil 36 angedeutet ist, nämlich in der gleichen Richtung wie die Magnetisierung durch den Rückstellimpuls. Im letzten Falle sollen die Funktionen x'' y und xy' als Eingänge an den Kern 11 der zweiten Stufe angelegt werden. Die Informationsquellen α und b werden daher Impulse entsprechend den Zuständen χ und y und die Informationsquellen c und d Impulse entsprechend den Zuständen x' und y liefern, da bei diesem speziellen Beispiel die Verneinung von χ und y' die Schaltfunktion x' y und die Verneinung v.on y' und χ die Funktion yx' definiert.

Wenn auch ein spezielles einfaches Beispiel in bezug auf eine besondere Art von Kreis, nämlich ein binäre Addiereinrichtung mit zwei Eingangsveränderlichen beschrieben wurde, so ist selbstverständlich der in Fig. 1 gezeichnete Kreis vollkommen allgemein und kann k Kerne in der ersten Stufe mit jeweils η Eingängen enthalten. Wenn der Kern in der zweiten Stufe ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, kann die Schaltfunktion des allgemeinen Kreises wie folgt definiert werden:

(13)

wobei k und n_v n₂.. .n_k irgendwelche positiven ganzen Zahlen sein können und der erste Index der Eingangsveränderlichen den Kern bezeichnet, an den sie angelegt ist, und der zweite Index die Nummer der an diesen Kern angelegten Eingangsveränderlichen.

In Gleichung (13) sind keine Koeffizienten Zj enthalten, wie sie durch das Vorhandensein des Kerns der ersten Stufe bestimmt sind, so daß für alle Werte der Gleichung (13) Zi=¹ ^1S^· Die Gleichung (13) ist der Ausdruck für einen allgemeinen Kreis mit zwei Stufen der in Fig. 1 gezeichneten Ausführung, sie hat die Form des kano-

wobei, wie für Gleichung (13), k und n_vn₂...n_k irgendwelche positive Zahlen sind und die erste Indexziffer der Eingangsveränderlichen den Kern bezeichnet, an den sie angelegt ist, und die zweite Indexziffer die Nummer der an den Kern angelegten Eingangsveränderlichen. Wiederum enthält die Gleichung (14) keine Koeffizienten f_it wie sie durch das Vorhandensein d'es Kerns in der ersten Stufe im Kreis definiert sind, und in der Tat ist für jeden Wert der Gleichung (14) ff= 1. Sie hat die Form des kanonischen Ausdrucks der Gleichung (7).

Bei gewissen Kreisen ist es, wie oben festgestellt wurde, wünschenswert, sowohl einen Impuls als auch seine Umkehrung an verschiedene Kerne gleichzeitig anzulegen. Dies kann leicht durch Verwendung eines magnetischen Kerns als »Kreis mit nischen Ausdrucks der Gleichung (8). Die Gleichung (13) unterscheidet sich von der kanonischen Form der Gleichung (8) dadurch, daß sie eine vereinfachte Form sein kann, die man durch algebraische oder andere Verfahren für eine spezielle Ausführung erhält. So kann eine gegebene Ein- 1°° gangsveränderliche nur in einem Wert der Gleichung (13) auftreten, wenn auch im allgemeinen viele oder die meisten Veränderlichen in verschiedenen Werten der Gleichung erscheinen.

Wenn der Kern in der zweiten Stufe ein »Oder«- *°5 Kreis ist, kann die Schaltfunktion wie folgt definiert werden:

gemeinsamer Verneinung« mit nur einer einzigen Informationswicklung erreicht werden.

Es sei nun wiederum zu Fig. 1 zurückgekehrt. Der Kern 11 in der zweiten Stufe muß durch den Rückstellimpuls im Uhrzeigersinn magnetisiert werden, bevor der Weitergabeimpuls in der ersten Stufe bewirkt, daß die Ausgangsimpulse von den Kernen der ersten Stufe abgelesen und an die Eingangs-Informationswicklungen 20 des Kerns 11 in der zweiten'Stufe angelegt werden. Wenn der Kern in der zweiten Stufe in den Anfangszustand zurückversetzt würde, bevor die Information in die Kerne der ersten Stufe hereingebracht ist, würde das Hereinbringen der Information den Rückstellzustand des Kerns der zweiten Stufe herstellen, da ein Ausgangsimpuls an der.Wicklung 15 infolge

der Flußänderung im Kern io der ersten Stufe erscheinen würde, wenn eine Eingangsveränderliche »i« an die Wicklungen 16 angelegt war. Wenn jedoch der Rückstellimpuls an den Kern der zweiten Stufe angelegt wird, nachdem die Eingangsveränderlichen an die Informatiortswicklungen 16 angelegt sind, würde der Rückstellimpuls bewirken, daß ein falsches Signal rückwärts über die Wicklung 15 an die Kerne der ersten Stufe angelegt wird. Dieses Problem kann auf verschiedene Weise gelöst werden. Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung kann ein Gleichrichternetzwerk ähnlich dem bei Verzögerungsleitungen mit magnetischen Kernen verwendeten zwischen die Wicklungen 15 und 20 geschaltet werden. Hierdurch werden jedoch die Gesamtkosten des Schaltkreises beträchtlich erhöht. Es können bei Ausführungen der Erfindung Kompensationswicklungen auf denselben Kernen oder auf Korrekturkernen benutzt werden. Hierbei sind gleichmäßige Eigenschaften der magnetischen Stoffe erforderlich. Bei einer weiteren Ausführung der. Erfindung wird ein Sperrwiderstand in Reihe mit der Ausgangswicklung verwendet, wobei die Eingangs-Informationsimpulse auch an diesen Widerstand angelegt werden und die Polung der Ausgangswicklung so gewählt wird, daß der Rückstellimpuls an ihr positiv erscheint, während der Informationsimpuls negativ erscheint. Wenn jemals ein positiver Eingangsimpuls an die Informationswicklung angelegt wird, reicht der Spannungsabfall an dem Widerstand aus, um zu verhindern, daß ein negativer Impuls am Ausgang erscheint. Bei Wid'erstandssperrung ist eine Verstärkung des Ausgangsimpulses vorteilhaft, um die Übertragung vom Ausgang eines Kerns in der ersten Stufe zum Eingang eines Kerns in der zweiten Stufe zu verbessern.

Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal und bei einer bevorzugten Ausführung des .Merkmals wird verhindert, daß Störimpulse, die an den Ausgangswicklungen 15 der Kerne 10 in der ersten Stufe während des Anlegens von Rückstell- oder Informationsimpulsen an die Kerne in der ersten Stufe erscheinen, den Zustand des Kerns der zweiten Stufe ändern, und zwar -durch eine besondere zeitliche Lage der an den Kern n in der zweiten Stufe angelegten Impulse. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird ein Rückstellimpuls in der zweiten Stufe an die Rückstellwicklung 18 zu den Zeiten If₁ und t_z angelegt, während die Rückstell- und Eingangsimpulse an die Kerne in der ersten Stufe angelegt werden. Dieser Rückstellimpuls in der zweiten Stufe kann von einem »Oder«-Kreis 35 gebildet werden,. dessen Eingänge die beiden Stufen des Zählrings 24 sind, welche die Zeiten t_x und t_z bestimmen. Am Ende des Rückstellimpulses in der zweiten Stufe werden die Weitergabeimpulse in der ersten Stufe angelegt, welche die Information der Kerne von der ersten Stufe auf die Kerne in der zweiten Stufe übertragen. Dann wird zui Zeit t_i die Ablesewicklung in der zweiten Stufe erregt, um den endgültigen Ausgang hervorzubringen.

Der Störimpuls, der in der Ausgangswicklung 15 des Kerns in der ersten Stufe infolge des Anlegens des Rückstellimpulses an die Wicklung 13 entsteht, hat eine solche Richtung, daß der an die Wicklung 18 angelegte Rückstellimpuls in der zweiten Stufe unterstützt wird. Ebenso erzeugt der Rückstellimpuls in der zweiten Stufe an der Wicklung20 einen Störimpuls, der, zum Kern in der ersten Stufe zurückübertragen, den Rückstellimpuls in der ersten Stufe unterstützt. Daher braucht man sich für diesen Augenblick des Schaltzyklus nicht um eine falsche Übertragung von Informationen zwischen den beiden Kernen zu kümmern. Zu der Zeit, in der ein Informations-Eingangsimpuls an eine Wicklung 16 eines Kerns in der ersten Stufe angelegt wird, hat der Fluß in dem Kern in der zweiten Stufe bereits einen konstanten Zustand erreicht, also wird zu dieser Zeit keine Spannung in der Wicklung 20 erzeugt und infolgedessen kein Impuls zum Kern in der ersten Stufe zurückübertragen. Der breite Rückstellimpuls in der zweiten Stufe erzeugt in der Tat eine solche Magnetisierung der Hysteresisschleife des Kerns in der zweiten Stufe, daß die Summierung der Wirkungen der Störimpulse, die durch die an die Kerne in der ersten Stufe angelegten Informationsimpulse entstehen, nicht ausreichen, um diese Vormagnetisierung zu überwinden und die Magnetisierung des Kerns in der zweiten Stufe fälschlicherweise umzukehren.

Die Rückstellimpulse in der zweiten Stufe halten die Magnetisierung des Kerns in der zweiten Stufe bei der Sättigung oder über sie hinaus aufrecht, und die Störimpulse führen nur dazu, daß diese magnetische Feldstärke verringert wird. Deshalb erzeugen die Rückstellimpulse in der zweiten Stufe eine magnetische Feldstärke und damit eine Vormagnetisierung von solcher Größe, daß die Sich summierende Wirkung der Störimpulse aller Kerne in der ersten Stufe nicht ausreicht, um die Richtung der magnetischen Feldstärke umzukehren. Bei anderen Ausführungen der Erfindung, bei denen eine große Anzahl von Kernen in der ersten Stufe verwendet wird, kann dies durch einen Rückstellimpuls in der zweiten Stufe, dessen Amplitude größer als die der Informations-Eingangsimpulse ist, erreicht werden.

Vorteilhafterweise wird in den durch die Wicklungen 15 und 20 gebildeten Kreis ein Widerstand 41 eingeschaltet, um die Umkehr der Magnetisierung eines Kerns 10 in der ersten Stufe bei Anlegen eines Informationsimpulses an die Wicklung 16 während des Vorhandenseins des Rückstellimpulses in der zweiten Stufe sicherzustellen.

Während in Fig. 1 eine zweistufige Anordnung von magnetischen Kernen dargestellt ist, mit der alle Schakfunktionen erfindungsgemäß gebildet werden können, kann es Beispiele von Kreisen geben, bei denen es erwünscht ist, daß die Ausgangsfunktion des Kerns in der zweiten Stufe selbst eine Eingangsveränderliche für einen anderen Kern in der ersten Stufe ist. Bei solchen Beispielen können diese Kreise hintereinander ge-

Claims

schaltet werden, ohne daß Zwischenkreise zum Sperren der Impulse benötigt werden. Wenn der Kern in der zweiten Stufe als ein »Oder«-Kreis ausgebildet ist, bestehen die an der Ausgangswicklung erscheinenden Impulse aus zwei Impulsen einer Polarität, die dem Rückstellimpuls und den Informationsimpulsen entsprechen, welche von den Kernen in der ersten Stufe abgelesen oder weitergegeben werden, ferner aus einem Ausgangsimpuls, der die als Informationsimpuls an einen Kern in einer dritten Stufe anzulegende Funktion ist. Wenn somit der Ausgang einer Anzahl von Kernen in der zweiten Stufe mit dem Eingang eines weiteren Kerns verbunden- ist, wirken die auftretenden Störausgangsimpulse als zusätzliche Rückstellimpulse und brauchen damit nicht durch Dioden oder Sperrkreise gesperrt zu werden. Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Anordnungen nur Beispiele für die xA.nwendung ao des Erfindungsprinzips. Zahlreiche andere Anordnungen können vom mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen. a- PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltkreis unter Verwendung von magnetischen Kernen mit einer Vielzahl von Wicklungen, die so angeordnet sind, daß jeder Kern ein »Kreis mit gemeinsamer Verneinung« ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern eine Wicklung aufweist, an die ein erster Impuls angelegt wird, um zu bewirken, daß der remanente Magnetismus im Kern eine bestimmte Polarität aufweist, daß ferner an η andere Wicklungen gleichzeitig η zweite Impulse angelegt werden, um die Magnetisierung in'dem Kern bei Auftreten von wenigstens einem zweiten Impuls umzukehren, daß weiterhin an eine andere Wicklung ein dritter Impuls angelegt ist, um die Magnetisierung in dem Kern umzukehren, wenn keine zweiten Impulse aufgetreten sind, und daß schließlich eine Ausgangswicklung vorhanden ist, um einen Ausgangsimpuls bei Auftreten des dritten Impulses abzugeben, wenn keine zweiten Impulse aufgetreten sind, wobei η eine ganze Zahl ist.

2. Schaltkreis unter Verwendung von wenigstens zwei magnetischen Kernen mit Wicklungen, die zum Anlegen von Impulsen in einer Stufe nach Anspruch 1 geeignet sind', dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklungen der magnetischen Kerne in der einen Stufe an Eingangswicklungen auf einem magnetischen Kern in einer zweiten Stufe angeschlossen sind, wobei der magnetische Kern in der zweiten Stufe zusätzlich mit einer Vielzahl von Wicklungen versehen ist, von denen eine Wicklung zum Anlegen eines Rückstellimpulses geeignet ist, dem remanenten Magnetismus des zweiten Kerns eine bestimmte Richtung zu erteilen, von denen ferner andere Wicklungen zum Anlegen von Impulsen geeignet sind, um die Magnetisierung des zweiten Kerns nach Umkehr der Magnetisierung in einem der Kerne in der ersten Stufe umzukehren, und daß Mittel vorgesehen sind, um einen Ableseimpuls an den Kern in der zweiten Stufe anzulegen.

3. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in der zweiten Stufe eine Ausgangswicklung aufweist und daß nach Anlegen des Ableseimpulses nur dann ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn die Richtung des remanenten Magnetismus in den Kernen in der ersten Stufe nicht durch dritte an die Kerne in der ersten Stufe angelegte Impulse umgekehrt wurde.

4. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern dn der zweiten Stufe eine Ausgangswicklung aufweist und daß nach Anlegen des Ableseimpulses nur dann ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn die Richtung des remanenten Magnetismus ir wenigstens einem 'der Kerne der ersten Stufe durch einen dritten an diesen Kern in der ersten Stufe angelegten Impuls umgekehrt wurde.

5. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung des Kerns in der zweiten Stufe zum Anlegen eines ersten Impulses geeignet ist, um go zu bewirken, daß der remanente Magnetismus in dem Kern der zweiten Stufe eine bestimmte Richtung hat, während erste und zweite Impulse an jeden der Kerne in der ersten Stufe angelegt werden.

6. Schaltkreis nach einem der Ansprüchen bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die in den Kernen in der ersten Stufe gespeicherte Information bei Anlegen der einzelnen dritten Impulse an jeden Kern in der ersten Stufe auf den Kern in der zweiten Stufe zu übertragen, wobei die Mittel die Ausgangs wicklung auf jedem Kern in der ersten Stufe und individuelle Eingangswicklungen auf dem Kern in der zweiten Stufe umfassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen