DE969572C

DE969572C - Elektrische Speicher- und Rechenanordnung

Info

Publication number: DE969572C
Application number: DEST2791A
Authority: DE
Inventors: Alexander Douglas Odell; Esmond Philip Goodwin Wright
Original assignee: Standard Telephone and Cables PLC
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1949-11-25
Filing date: 1950-11-24
Publication date: 1958-06-19
Also published as: CH320391A; US2761621A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 19. JUNI 1958

St 2ygi IXJ42tn

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicher- und Rechenanordnung zur Multiplikation von, insbesondere in Schieberegistern, gespeicherten Binärzahlen mittels Stellenverschiebung.

Als Speicherschaltungen sind Anordnungen vorgesehen, in denen die Binärziffern ι bzw. ο durch statische, elektrische Schalter dargestellt werden, die zweier Schaltzustände, eines betätigten bzw. eines unbetätigten Zustandes, fähig sind. Hierfür kommen sowohl Relais als auch Röhren, z. B. Kaltkathodenröhren oder Schaltungen mit Magnetkernen in Frage. Zum Aufbau von Schieberegistern sind diese Schalter in Form offener oder geschlossener Ketten in Reihe geschaltet. Dabei bildet jeder Schalter eine Registerstufe. Durch Zuführung von Fortschalt- oder Treiber-Impulsen kann das jeweils eine gespeicherte Binärzahl darstellende Schema als ganzes schrittweise in den Schieberegistern verschoben werden. Während des Vorrückens von Stufe zu Stufe können die gespeicherten Angaben durch weitere Schaltmittel abgewandelt werden. Aus diesem Grunde sind Schieberegister besonders zum Aufbau von Rechenanordnungen geeignet. In den bekannten Rechenanordnungen wird die Multiplikation von Binärzahlen auf wiederholte, stellenversetzte Addition zurückgeführt. Bei der Addition hat man für die Speicherung von Augenden und Addenden je ein Schieberegister vorgesehen und deren Ausgänge mit einem Binäraddierer verbunden, der die jeweils gebildete Ergebnisziffer an ein Summenregister abgibt. Zweckmäßig wird das Augendenregister auch als Summenregister verwendet, was ohne weiteres möglich ist, da mit jedem Fortschaltimpuls eine Augendenziffer ausgegeben wird, während eine neue Summandenziffer eingespeichert wird. Indem derartige Additionen stellenversetzt wiederholt werden, können auch Multiplikationen durchgeführt werden.

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Das Addendenregister übernimmt in diesem Falle die Rolle des Multiplikandenregisters, während für den Multiplikator ein weiteres Register vorgesehen ist, das den Übertragungsweg vom Multiplikandenregister zum Addierer für die Multiplikatorziffer ο sperrt und für die Multiplikatorziffer ι öffnet. Eine solche Multiplikationsanordnung hat jedoch den Nachteil sehr langer Multiplikationszeiten, da sich diese aus dem Produkt aus Additionszeit und Anzahl der Multiplikatorstellen bestimmen. Es sind deshalb auch schon Paralleladdierer verwendet worden, die eine wesentliche Herabsetzung der Additionszeit gestatten. Dabei vervielfacht sich jedoch der Schaltungsaufwand entsprechend, so daß diese Lösung in vielen Fällen unbefriedigend ist.

Die bekannten Multiplikationsanordnungen sind besonders dann unvorteilhaft, wenn es sich um Rechenvorgänge handelt, bei denen wiederholte Multiplikationen mit dem gleichen Multiplikator auszuführen sind, wie beispielsweise bei der Umrechnung einer Zahl aus einem Zahlensystem mit der Basis δι in ein anderes Zahlensystem mit der Basis δ 2, insbesondere bei der Umwandlung von Dezimal- in Binärzahlen.

Die geschilderten Nachteile werden nun in einer Speicher- und Rechenanordnung zur Multiplikation von in Schieberegister gespeicherten Binärzahlen mittels Stellenverschiebung dadurch vermieden, daß zur Multiplikation eines «-stelligen Multiplikanden mit einem konstanten Multiplikator V + 2^ (μ > ν) ein mindestens (n + μ) -stufiges Multiplikandenregister vorgesehen ist, dessen Stufen (n -\- v) und (n -\- μ) mit einem Binäraddierer verbunden sind, so daß am Ausgang dieses Addierers entsprechend den aufeinanderfolgenden Stellenverschiebungen des Multiplikanden die Ziffern des Produktes abgreifbar sind. Dabei ist der Ausgang des Addierers zweckmäßig mit einem weiteren Register als Produktspeicher oder mit dem Eingang des Multiplikandenregisters verbunden, so daß letzteres gleichzeitig als Produktregister dient.
Der besondere Vorteil einer solchen Anordnung nach der Erfindung beruht darauf, daß die stellenversetzte Addition während eines einzigen Umlaufs des ursprünglich gespeicherten Multiplikanden ausgeführt wird, während in den bekannten Anordnungen nach jeder Stellen Versetzung ein gesonderter Additionsgang durchgeführt werden muß. Im Falle des Multiplikators 2" +2" wird also nur die halbe Multiplikationszeit benötigt. Da sich ein besonderes Register für den Multiplikator erübrigt, vereinfacht sich weiterhin der Schaltungsaufwand, insbesondere im Hinblick auf die Steuerung.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind zur Bildung und Speicherung reiner Binärzahlen, die als Dezimalzahlen mit binär verschlüsselten Ziffern eingegeben werden, ein weiteres, vierstufiges Register für Zifferneingabe, sowie ein Addierer mit drei Eingängen zur Addition dreier Binärziffern vorgesehen und so geschaltet, daß dieser Addierer jeweils die in der letzten Stufe des weiteren Registers und in den Stufen (n ~\-1) und (n + 3) des Multiplikandenregisters gespeicherten Binärziffern summiert, die Ergebnisziffer dem Eingang des Multiplikandenregisters zuführt und die Übertragsziffer speichert.

Damit wird ohne Erhöhung der Rechenzeit die gleichzeitige Multiplikation einer Binärzahl mit einem konstanten Faktor und Addition einer weiteren Binärzahl ermöglicht.

Da in elektronischen Rechenanlagen zumeist Zahlenangaben und Programmanweisungen in binärer Verschlüsselung gemeinsam eingegeben werden, ist es vorteilhaft, in der Speicher- und Rechenanordnung nach der Erfindung hierfür eine Eingabeschaltung vorzusehen, in der Zahlenangabe und Programmanweisung getrennt werden. Zweckmäßig enthält diese Eingabeschaltung ein erstes Register zur gemeinsamen Speicherung von Zahlenangabe und Programmanweisung sowie ein zweites und drittes Register zur getrennten Speicherung von Zahlenangabe und Programmanweisung, die über eine Leitwegumschaltung so miteinander verbunden sind, daß diese Leitwegumschaltung unter der Steuerung durch einen Zähler nach einer fest eingestellten Anzahl von Fortschaltimpulsen die Verbindung vom ersten Register zum dritten Register auf das zweite Register umlegt.

Diese Leitwegumschaltung hat den Vorzug, daß sie auch zur Division einer Binärzahl durch einen festen Divisor 2" zu verwenden ist. Dabei werden die ersten ν Binärziffern im dritten Register als Rest und die nachfolgenden Binärziffern im zweiten Register als Quotient gespeichert. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden an Hand verschiedener Anwendungsbeispiele im folgenden beschrieben und durch die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. ι das Blockschaltbild einer Leitwegumschaltung,

Fig. 2 und 3 die Schaltungseinzelheiten und ein Impulsdiagramm zum Blockschaltbild nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Addition und Subtraktion,

Fig. 5 einen auf Addition bzw. Subtraktion umschaltbaren Addierer,

Fig. 6 und 7 die Arbeitsweise des Addierers, Fig. 8 eine Rechenanordnung zur Multiplikation nach der Erfindung,

Fig. 9 die verschiedenen Schaltschritte für ein Multiplikationsbeispiel,

Fig. 10 eine Speicher- und Rechenanordnung zur Bildung von Binärzahlen aus Dezimalzahlen, deren Ziffern binär verschlüsselt eingegeben werden, und

Fig. 11A und 11B die Schaltungseinzelheiten zur Anordnung nach Fig. 10.

In der vorliegenden Beschreibung wird als ruhender elektrischer Schalter ein Gerät mit einem ständig festliegenden elektrischen Stromweg bezeichnet, dessen wirksamer Scheinwiderstand einen von zwei verschiedenen Werten haben kann, wobei der Übergang vom einen zum anderen Wert durch entsprechende Änderung eines steuernden elektrischen oder magnetischen Feldes von einem stabilen Zustand zu einem anderen bewirkt wird. Insbesondere seien im folgenden z. B. Auslöseschaltungen mit Thermistoren, gasgefüllten Glüh- und Kaltkathodenröhren, Hochvakuumröhren sowie Auslöseeinrichtungen mit Transistoren oder auf magnetischer Grundlage arbeitende Speicher- und Auslöseschaltungen als ruhende elektrische Schalter verstanden.

Es wurden bereits Speicherschaltungen beschrieben, in denen betätigte bzw. nichtbetätigte Schalter die Binärzahlen ι und ο darstellen und in denen eine Binärzahl als Ganzes längs einer Kette von unter sich verbundenen Schaltern verschoben werden kann. Betrachtet man nun einen dieser Schalter als Empfangspunkt, so können die einzelnen Ziffern der Binärzahl nacheinander abgefragt werden, während sie an diesem Empfangspunkt vorbeigeschoben werden. Je

ίο nach dem Ergebnis dieser Abtastung lassen sich an der gespeicherten Zahl Abwandlungen vornehmen, in dem beispielsweise die ursprüngliche Zahl mit einer anderen größeren multipliziert wird, wobei das Schema im Weiterrücken über den Empfangspunkt hinaus somit das Produkt darstellt. Im folgenden werden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung betrachtet.

Fig. ι zeigt zunächst schematisch wie der Ausgang einer Kette von unter sich verbundenen Schaltern, in denen sich ein Angabenschema bewegt, einer Hilfsschaltung übermittelt werden kann, die so arbeitet, daß sie bestimmte Stellen einer gespeicherten Binärzahl in bestimmte Wege einweist. Beispielsweise läßt sich die Anordnung so treffen, daß bei jeder Zahl ihre erste oder niedrigste Stelle in die Strecke R geschickt wird, während die nachfolgenden Stellen in die Strecke Q gelangen. Dieser Vorgang läßt sich nun so deuten, daß die neu in der Strecke Q erhaltene Angabe das Ergebnis einer Division der Ausgangszahl mit dem Devisor zwei und die Strecke R den nach einer derartigen Division verbleibenden Rest enthält. Um eine eindeutige Auswertung des so gewonnenen Ergebnisses zu erreichen, ist es erforderlich, die Anzahl Schritte zu kennen, die jedes Angabenschema ausgeführt hat, damit Quotient und der Rest an erkennbaren Stellen ihrer jeweiligen Wege erscheinen.

Um eine entsprechende Betriebsform der Anordnung nach Fig. 1 zu verwirklichen, sei angenommen, daß eine Zahl als Schema betätigter und nicht betätigter Schalter in der Kette P eingestellt ist, und zwar mit ihrer niedrigstwertigen Stelle rechts. Nach Eingang eines Startsignals beginnt ein Impulserzeuger Fortschalteimpulse allen drei Angabenwanderketten P, Q und R zu übermitteln, und ebenso auch einer Schaltung, die die Impulse zählt, wie sie erzeugt werden. Die Impulse werden über die Zählleitungen »X« und » Y« übermittelt, um den vorerwähnten Hilfsstromkreis zu schalten; wenn genügend Zählimpulse vorhanden sind, um den Vorgang zu beendigen, wird ein Stopimpuls zurückgesandt, der den Impulserzeuger abstellt. Fig. 2 zeigt eine Anordnung der Hilfsschaltung und des Zählers, die gasgefüllte Kaltkathodenglimmentladungsröhren benutzt, und Fig. 3 zeigt die Kurvenformen, die dabei an den verschiedenen Stellen der Schaltung auftreten. In Fig. 2 sind die Röhren Vi und V¹Z die beiden letzten Röhren der Angaben wanderkette P, während die Röhren V3 bis V6 mit ihren zugehörigen Schaltungsteilen die Hilfsschaltung der Fig. ι bilden und die Röhren Vy und V8 die beiden ersten Röhren der Angabenwanderkette R und die Röhren Vg und Fio die entsprechenden Röhren bei der Kette Q sind. Wenn ein Angabenschema, das eine Binärzahl darstellt, der Kette P entlang vorwärts geschoben wird, werden die einzelnen Stellen nacheinander an der Röhre V2 dargestellt. Diese ist so eingerichtet, daß sie zündet, wenn diese Stelle eine Eins ist, und daß sie in Ruhe bleibt, wenn es sich um eine Null handelt, Unmittelbar nach dem Fortschalteimpuls, der der Röhre V 2 eine Ziffer 1 zuführt und sie veranlaßt, Strom zu führen, entsteht ein Spannungsfall am „₀ Anodenwiderstand R1 der Röhre Vz. Zwischen aufeinanderfolgenden Fortschalteimpulsen läßt sich daher ein ins Negative gehender Impuls direkt an der Anode der Röhre V2 abnehmen, um jede durch diese Röhre empfangene Binärzahl 1 darzustellen. Die Kurvenform an der Anode von V 2, wie sie beim Empfang der Binärzahl in erhalten wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Diese ins Negative gehenden Impulse werden differenziert, indem sie über Kondensatoren Ci und Cz geschickt und an die Auslöseelektroden der Röhren V3 bzw. V4 angelegt werden. Bei letzteren Röhren haben die Auslöseelektroden Vorspannungen, die von den Kathoden von V 5 bzw. V 6 abgenommen werden. Besondere Impulse sind so eingerichtet, daß sie abwechselnd der Leitung X oder Y zugeführt werden, wobei die Anzahl Fortschalteimpulse zwischen diesen Impulsen auf der Leitung X und Y veränderlich ist. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel folgen diese Impulse unmittelbar aufeinander, nur mit der Breite eines Fortschalteimpulses dazwischen. Die Impulse auf der Leitung X und Y sind so eingerichtet, daß sie die Röhren V 5 bzw. V 6 zünden, wobei angenommen wird, daß keine dieser Röhren bereits gezündet war. Von den Kathoden von F 5 und V 6 erhält man, wenn diese Röhren Strom führen, Vorspannung für die Auslöseelektroden der Röhren F3 bzw. F4. Ein über den Kondensator Ci gelangender differenzierter Impuls ergibt zusammen mit der Vorspannung, die von der Kathode von F5 her kommt, eine Spannung zwischen Auslöseelektrode und Kathode der Röhre V5, die ausreicht, um diese Strecke zu zünden. Ein positiver Spannungsimpuls vom Impulserzeuger, der durch den Kondensator C 3 differenziert ist, veranlaßt, daß sich die Entladung an der Auslösestrecke auf die Hauptentladungsstrecke der Röhre F3 ausbreitet. V4 läßt sich ähnlich zünden, wenn Vorspannung von der Kathode V6 erhalten wird. Die Röhren F3 und V4 leiten nur auf die Dauer der positiven vom Impulserzeuger angelegten Impulse; sie arbeiten als Kathodenverstärker und liefern Ausgänge für die Angabenwanderketten R bzw. Q.

Der in Fig. 2 gezeigte Zähler ist einfacher Art. Er macht Gebrauch von einer gasgefüllten Kaltkathodenglimmentladungsröhre MCTi mit mehreren Arbeitsstrecken. Die Art, wie solche Röhren bei Beauf- schlagung mit negativen Impulsen arbeiten, kann als bekannt vorausgesetzt werden. Sowohl die Röhre MCTi wie der Impulserzeuger werden durch kurzzeitiges Anlegen von negativer Spannung an die Startimpulsleitung angelassen. Der Impulserzeuger beginnt, an die Ketten P, Q und R, die Röhren F3 und V4 und die Röhre MCTi positive und negative Impulse zu übermitteln. Letztere Röhre wird veranlaßt, sich über ihre Arbeitsstrecke zwischen der Anode und der mit ο bezeichneten Kathode zu entladen. Negative, an die Übertragungselektroden gemeinsam angelegte

Impulse veranlassen den Entladungszustand, nacheinander "von einer zur anderen Kathode weiterzu wandern. Der erste Schritt läßt die Entladung für einen Augenblick auf Kathode ι verweilen. Ein Spannungsfall entwickelt sich an dem zugehörigen Kathodenwiderstand, und da diese Kathode mit der Leitung X verbunden ist, wirkt sich die vorübergehende Spannungsänderung als Impuls auf dieser Leitung aus. Das Ende des Impulses wird dadurch ίο veranlaßt, daß der Entladungszustand von Kathode ι wegwandett. Der Impuls auf Leitung X wird durch Kondensator C 4 differenziert. Seine Vorderfront läßt Röhre F 5 zünden, wobei sie Vorspannung für Röhre F 3 liefert (in Fig. 3 als »Kathode V5«eingezeichnet). Der zweite Impuls vom Impulserzeuger veranlaßt den Entladezustand in Röhre MCTi, nach Kathode 2 zu wandern; während der Zeit, in der er dort bleibt, wird über S1 eine Spannung zurück nach Leitung Y geliefert. Demzufolge liefert Kondensator C 5 differenzierte Impulse zur Zündung von Röhre F6. Beim Zünden läßt diese Röhre die Röhre F 5 erlöschen, und eine von ihrer Kathode kommende Spannung spannt die Röhre V4 vor. Das Erlöschen von F5 verhindert erneutes Zünden von Röhre F3. Die abzuwandelnde Zahl (nämlich in) ist ursprünglich als Angabenschema auf der Kette P gespeichert, wobei die niedrigstwertige Stelle durch Röhre Fi registriert ist. Der erste positive Impuls vom Impulsgenerator veranlaßt die letztgenannte Ziffer, nach Röhre Fz zu wandern. Daher nimmt die Anodenspannung von V 2 ab und steigt erst wieder an, wenn die Röhre durch den nächsten Fortschalteimpuls erlischt. Diese Wiederherstellung des Anodenpotentials gibt infolge der Differenzierwirkung der Kondensatoren Cx und Cz Veranlassung zu einem positiven Impuls. In diesem Zeitpunkt ist nur Röhre F3 vorgespannt, so daß F3 zündet und nicht V4. Wenn die beiden anderen Stellen nach V2 gegeben werden, ist V4 vorgespannt, und diese Röhre spricht daher auf die beiden letzten Stellen an. F 3 gibt die erste Stelle an Kette R und V4 die beiden anderen an Kette Q weiter.

Eine Betrachtung von Fig. 3 zeigt, daß beim Empfang des zweiten Impulses vom Impulserzeuger ein eine Stelle darstellender Impuls der Kette R übermittelt wird und daß beim Erhalt des dritten und vierten Impulses zwei aufeinanderfolgende Impulse der Kette Q übermittelt werden. Beim vierten Impuls vom Impulserzeuger wird der Entladungszustand in Röhre MCTx zu Kathode 4 weitergeschaltet. Demzufolge wird positives Potential über 52 zum Impulserzeuger zurück übermittelt, und dieser ist so eingerichtet, daß er den Erzeuger stillsetzt.

Der Schalter S 2 ist so eingestellt,, daß die Stopleitung durch Stop-Potential nur dann markiert wird, wenn alle Stellen der ursprünglichen Zahl in der Kette P durchbehandelt worden sind. Diese Einstellung kann man von Hand oder durch Fernsteuerung vornehmen. Wie in der Fig. 2 gezeigt, kann die Anzahl behandelter Stellen je nach Stellung des Umschaltekontakts S 2 entweder drei oder sieben sein, doch kann natürlich das Stop-Potential irgendeiner Röhrenkathode von mehreren entnommen werden, die jeweils der Behandlung einer verschiedenen Anzahl Stellen entsprechen. In dem oben gewählten Beispiel ist nur die erste Stelle der Binärzahl der Kette R übermittelt worden. Das resultierende, in Kette Q gespeicherte Angabenschema läßt sich als Quotient der ursprünglichen Zahl in Kette P geteilt durch zwei ansehen. Jede beliebige Anzahl Vielfache von zwei ließe sich als Divisor wählen. In Fig. 2 ist diese Möglichkeit durch Hinzufügung des Schalters Sx dargestellt. Wenn Sl so steht, daß Leitung Y nach Kathode 3 anstatt Kathode 2 führt, würden zwei Stellen nach Kette R übertragen, was somit einer Division durch vier entspricht. Falls gewünscht, kann das Angabenschema auf Kette Q nach Kette P übertragen werden, wenn sie in Reihe angeordnet sind, so daß ein iterativer Divisionsprozeß ermöglicht wird. Das Stop-Potential wird nicht allein dem Impulserzeuger zugeführt, sondern auch Leitung X, so daß der Zustand der Röhren F5 und F 6 wechselt (Kippen) und die Schaltung für jede weitere Betätigung der Hilfsschaltung bereit ist.

Diese Anordnung wurde zwar oben im Zusammenhang mit einer Division beschrieben, sie läßt sich aber auch verwenden, um aufeinanderfolgende Stellenreihen oder Einzelangaben auseinanderzuhalten, die in den Eingang von Kette P eingespeist werden. Dies läßt sich verwenden, wo beispielsweise in einer elektronischen Rechenmaschine »Programmanweisungen«· in binärer Schreibweise festgehalten sind.

In Fig. 4 ist eine Anordnung gezeigt, in der zwei Binärzahlen addiert oder subtrahiert werden können. Die beiden Zahlen werden als Angabenschemata von betätigten und unbetätigten Röhren auf den Ketten I bzw. II von gasgefüllten Kaltkathodenglimmentladungsröhren eingestellt. Die niedrigstwertigen Stellen der Zahlen sind so angeordnet, daß sie auf entsprechenden Röhren in beiden Ketten so gespeichert sind, daß die beiden niedrigstwertigen Stellen gleichzeitig an den letzten Röhren in den Ketten erscheinen, während die Zahlen darstellenden Schemata durch das Anlegen von Treibimpulsen an die gemeinsame Kathodenleitung die Kette entlang fortgeschaltet werden. Diese Röhren haben in ihren jeweiligen Anodenkreisen Relais A und B liegen, so daß beide Relais durch die Anodenströme betätigt werden, die fließen, wenn beide Ziffern eine »Eins« sind (dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren gezündet sind). In dem Maß, wie aufeinanderfolgende Ziffern der beiden Zahlen in diesen Röhren erscheinen, während weitere Fortschalteimpulse an die Ketten angelegt werden, sprechen jeweils die Relais A und B an, wenn eine Eins durchkommt, und sie verbleiben in Ruhe, wenn es sich um die Ziffer Null handelt. Kontakte dieser Relais sind in einer Umrechnungsschaltung zusammen mit Kontakten von Relais C so verdrahtet, daß sie in einer dritten ähnlichen Kette von Entladungsröhren für Angabenschemabewegung ein Schema aus Röhrenzuständen herstellen, das der Summe oder Differenz der die Relais A und B steuernden Stellen entspricht. Das dritte Relais wandelt den Ausgang der Umrechenschaltung in einer Weise ab, die von dem Ergebnis der Addition oder Subtraktion des vorangehenden Zifferpaares abhängt. Dies entspricht dem Rechen Vorgang des »Behalt-ich-Eins« oder »Borg-ich-Eins«-. Vor

jedem Impuls zum Zähler kommt ein an die Umrechenschaltung angelegter Auslöseimpuls. Die Beziehung zwischen diesen Impulsen ist auf dem nebenstehenden Diagramm angedeutet. Die Verbindung der Relaiskontakte in der sogenannten Umrechenschaltung ist in Fig. 5 gezeigt, und Fig. 6 veranschaulicht die durchgeführte Umrechnung.

Die Frage ob Addition oder Subtraktion wird einfach durch die Stellung des Umschalters 33 entschieden. In der in Fig. 4 gezeigten Stellung wird eine Addition durchgeführt. Auslöseimpulse werden der Umrechnungsschaltung übermittelt und von dort an eine oder mehrere der drei abgehenden Leitungen weitergegeben, die die Bezeichnungen »Schreiben«,

»Übertrag« und »Borgen« tragen. Ein Impuls auf der Schreibleitung veranlaßt, daß eine Binärzahl von der Ergebnisse anzeigenden Kette III festgehalten wird. Sie wird durch Impulse weitergeschaltet, die den Kathoden ihrer Röhren im Synchronismus mit den an die Ketten I und II angelegten Impulsen übermittelt werden. Impulse auf der Übertrag- oder Borgleitung werden einer Hilfskette für Schemabewegung zugeführt, die aus zwei Röhren Fn und V12 besteht, wobei über den Schalter S3 jeweils nur eine Leitung mit dieser Kette verbunden ist. Relais C liegt im Anodenkreis der Röhre F12.

Die Umrechenschaltung ist in Fig. 5 im Ruhezustand gezeigt, d. h. während die Relais A, B und C abgefallen sind. Es ist ersichtlich, daß ein an Kontakt ατ angelegter Auslöseimpuls keinen Ausweg nach irgendeiner der drei Leitungen findet. Es wird nunmehr der Fall betrachtet, in dem Relais A angezogen und Relais B und C im Ruhezustand ist. Ein dann angelegter Impuls wird über die Arbeitskontakte a 1 und «2 und die Ruhekontakte 53 und c 4 auf die Schreibleitung gegeben und über den Arbeitskontakt ατ und die Ruhekontakte c2 und δι zur Borgeleitung. Um ein anderes Beispiel zu nehmen, wollen wir annehmen, daß Relais A und C angezogen sind. Ein dann angelegter Impuls wird über die Arbeitskontakte ατ und ei an die Borgeleitung und über az und 03 an die Übertragleitung angelegt. Wie bereits bemerkt, wird über den Schalter S3 nur eine der beiden Leitungen für Borgen und Übertrag nach der Hilfskette durchgeschaltet. Eine ausführliche Tabelle der bei jeder Kombination angezogenen Relais A, B und C vorliegenden Möglich' keiten ist in Fig. 6 gegeben. Bei einem Subtraktionsvorgang wird die kleinere auf Kette I gespeicherte Zahl von der größeren Zahl auf Kette II abgezogen.

Fig. 7 gibt eine schrittweise Darstellung, wie sich

ein bestimmtes Additionsbeispiel vollzieht, nämlich der Vorgang einer Addition der Binärzahl 1001 zu der Binärzahl 1101. Jede Phase stellt die jeweilige Schemaanordnung dar, wie sie gerade unmittelbar nach dem Anlegen eines Auslöseimpulses besteht. Wenn es in der Ausgangskette »n« Speicherstellungen gibt, dann sind »n« Auslöse- und »n« Fortschalteimpulse erforderlich, um Mehrdeutigkeit zu beseitigen und sicherzustellen, daß die resultierende Zahl in eine ganz bestimmte Lage in der abgehenden Speicherkette kommt. In Fig. 7 sind diejenigen Vierecke, die gezündete Röhren kennzeichnen, durch X, und solche, die ungezündete Röhren darstellen, durch O angedeutet. Solche Röhren, die im gegebenen Augenblick mit dem im Gang befindlichen Prozeß nichts zu tun haben, werden gar nicht gekennzeichnet. In Phase 1 sieht man den Zustand, wenn die Fortschalteimpulse die beiden Zahlen an das Ende ihrer zugehörigen Speicherketten I und II vorgeschoben haben. Die Relais A und B sind angezogen, und an die Umrechenschaltung ist ein Auslöseimpuls angelegt worden. In Fig. 6 ist zu sehen, daß diese Kombination von angezogenen Relais bewirkt, daß der Auslöseimpuls auf die Übertragleitung gegeben wird, während auf keiner der anderen Leitungen ein Ausgang vorhanden ist. Daher wird der ersten Röhre Fn (Fig. 4) eine Ziffer 1 übermittelt, da S3, wie in Fig. 4 gezeigt, steht, während die resultierende Stelle dadurch angedeutet wird, daß auf der Schreibeleitung kein Ausgang vorhanden ist.

Der nächste Fortschalteimpuls gibt Veranlassung zu dem in Fig. 7, Phase 2, gezeigten Zustand. Die Zahlen sind alle um eine Stellenbreite vorgerückt, und die Stelle 1 in der Hilfskette ist auf Röhre F12 ebenfalls erneut festgehalten worden. Die Relais A und B sind abgefallen, C ist angezogen. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß ein unter diesen Umständen an die Umrechenschaltung angelegter Auslöseimpuls veranlaßt, daß er an die Schreib- und Borgleitungen angelegt wird. Wegen der Lage des Schalters S3 während eines Additionsvorgangs ist der Impulsausgang ohne Wirkung auf die Borgleitung. Der Impuls auf der Schreibleitung veranlaßt, daß durch das Zünden der ersten Röhre in der Ausgangsspeicherkette eine Ziffer 1 festgehalten wird.

Die weiteren Fortschalte- und Auslöseimpulse veranlassen, daß der Vorgang fortschreitet, wie in Fig. 7 gezeigt. Schließlich sind die beiden Speicherketten, die die ursprünglichen Zahlen (1101 und 1001) gespeichert hatten, frei, und das Ergebnis ist in ganz bestimmter Weise in der Ausgangsspeicherkette fest-* gehalten. Obgleich ein Subtraktionsvorgang nicht gezeigt worden ist, läßt er sich in ähnlicher Weise durchverfolgen, wenn Schalter S3 entsprechend gestellt ist. Es ist nicht wichtig, daß die beiden Speicherketten I und II vorhanden sind; was erforderlich ist, ist lediglich, daß Mittel vorhanden sein müssen, die gleichzeitig auf die entsprechenden Stellen der beiden Zahlen ansprechen und das Umlegen der entsprechenden Kontakte in der Umrechenschaltung veranlassen können. Ferner ist auch eine Ausgangsspeicherkette nicht unbedingt notwendig, denn die über die Schreibleitung gegebenen Auslöseimpulse geben auch so das binäre Ergebnis in der Form zeitlich definierter Impulse, wobei die Anwesenheit eines Impulses in einem bestimmten Zeitabschnitt die Ziffer 1 und sein Fehlen die Ziffer ο bedeutet.

Durch einen sich wiederholenden Subtraktionsprozeß läßt sich eine Divisionssumme erreichen. Wenn der Divisor mehrere Male erst vom Dividenden und dann in jedem Stadium vom Ergebnis abgezogen und dabei festgehalten wird, sowie dies mehrmals geschieht, kommt schließlich ein Zeitpunkt, wo das Ergebnis kleiner als der Divisor ist. Dies läßt sich feststellen, denn der Versuch weitere Subtraktionen vorzunehmen, bringt ein unbestimmtes Ergebnis. Die

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Schaltung gibt dann mehrere Male die Binärzahl ι am Ausgang.

Die Zahl der Subtraktionen, die bis dahin vollendet werden konnten, ergibt denQuotienten.und das letzte verbleibende Ergebnis ist der Rest.

Multiplikation läßt sich ebenfalls mit derselben Umrechenschaltung durchführen; Fig. 8 zeigt eine Anordnung aus gasgefüllten Kaltkathodenentladungsröhren, um eine Zahl entweder mit drei oder fünf zu

ίο multiplizieren. Um mit fünf zu multiplizieren, wird eine Zahl viermal zu sich selbst addiert, und um mit drei zu multiplizieren, wird entweder eine Zahl zweimal zu sich selbst addiert, oder eine Zahl wird vom Vierfachen ihres Wertes einmal abgezogen.

Wenn man eine Multiplikation mit fünf betrachtet, so wird der Multiplikand an der Zählkette (Fig. 8) eingestellt, wobei seine niedrigstwertige Stelle durch die Entladungsröhre »n« angedeutet ist. Das Relais C wird so geschaltet, daß es durch entsprechende Stellung des Schalters S3 von der Übertragleitung gesteuert wird, und die Auslöse- und Fortschalteimpulse werden wieder angelegt wie zuvor. Das Produkt erscheint auf der Schreibleitung und läßt sich einer Produktzählkette zuführen, oder aber es läßt sich entweder direkt oder über eine Produktzählkette zurück in eine Multiplikandenkette verbringen.

In Fig. 9 zeigen wie in Fig. 7 die verschiedenen Phasen die Zustände, wie sie unmittelbar nach dem Anlegen aufeinanderfolgender Auslöseimpulse vorliegen. Die Durchführung des Multiplikationsvorgangs ist im einzelnen dargestellt, wobei das betrachtete Problem das bereits erwähnte ist, nämlich die Multiplikation einer Zahl, in diesem Fall ion in binärer Schreibweise (oder 11 im Dezimalsystem) mit fünf (d.h. 101). In derselben Beziehung wie bei der Addition werden Auslöseimpulse der Umrechenschaltung zugeführt. Die aufeinanderfolgenden Abwandlungen, •die in den folgenden Phasen stattfinden, sind in Fig. 9 gezeigt. Man bemerkt, daß endlich in der Ausgangsspeicherkette die Binärzahl 110111 (Dezimaläquivalent 55) erhalten wird. Wie in Fig. 7 sind die an dem Vorgang nicht direkt beteiligten, nicht gezündeten Röhren nicht durch »0« gekennzeichnet, und zwar damit sich der eigentliche Vorgang klar abhebt.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, verlangt Multiplikation mit fünf die Einschaltung von Relais A und B in die Anodenkreise der Röhren η und η + ι. Der Multiplikand wird als Binärschema von gezündeten und nichtgezündeten Röhren entlang der Multiplikandenkette durch Fortschalteimpulse weitergeschaltet, die gemeinsam an die Röhrenkathoden angelegt werden. Dieselben Fortschalteimpulse werden auch an die Produktspeicherkette und an die aus den Röhren Fn und F12 bestehende Hilfskette angelegt, während Relais C nach wie vor im Anodenkreis von F12 liegt. Der Multiplikationsprozeß, wie er in Fig. 9 dargestellt ist, läßt sich im einzelnen mit Hilfe von Fig. 6 in ähnlicher Weise durchverfolgen, wie es bereits für den Additionsvorgang beschrieben wurde. Wenn die Hilfskette über Schalter S3 von der Borgleitung her gespeist worden wäre, so hätte man Multiplikation mit 3 erreicht, wobei sich mit demselben Multiplikanden das Ergebnis 100001 ergeben würde.

Wenn der Multiplikand in der Speicherkette gespeichert ist, so daß seine niedrigstwertige Stelle wie zuvor durch den Zustand der «-ten Röhre dargestellt wird, der Schalter S3 in der Übertragstellung ist und die Relais A und B in den Anodenkreisen der Röhren η und « + 3 liegen, so erhält man eine Multiplikation mit neun. Wenn S3 die Borgleitung mit den Röhren Fn und F12 verbindet, würde der Vervielfachungsfaktor sieben betragen. Andere Faktoren lassen sich durch andere Abstände zwischen den Relais A und B in der Schaltung zusammen mit entsprechenden Stellungen von Schalter S3 nachbilden. Anstatt den Ausgang einer getrennten Produktspeicherkette zuzuführen, kann man ihn wieder in die Multiplikandenkette einführen und mit ihm weitere Multiplikationen durchführen.

InFig. ioundiiisteineAnordnunggezeig^umgleichzeitig binäre Multiplikation und Addition auszuführen. Bei dieser Art der Anwendung der Erfindung gibt es keine beweglichen Teile wie Relaiskontakte, sondern der Betrieb wird ausschließlich durch gasgefüllte KaItkathodenglimmentladungsröhren wahrgenommen.

Zunächst wird an Hand von Fig. 10 dieses Anwendungsbeispiel allgemein umrissen.

Fig. 10 zeigt lediglich ein grundsätzliches Schaltbild des Gerätes. Außer gasgefüllten Kaltkathodenglimmentladungsröhren und einem oder zwei Kondensatoren sind keine Schaltelemente eingezeichnet. An den Leitungen sind aber verschiedene Stellungen durch Kreuze markiert. Diese bezeichnen Ventileinrichtungen, die lediglich zu den durch die daneben angebrachte Beschriftung angegebenen Zeiten durchlässig sind.

Die Schaltung enthält eine laufende Gesamtsummenkette mit 35 als Schieberegister geschalteten Kaltkathodenröhren, drei an einem Ende angefügte Multiplikationsröhren, die eine Fortsetzung der laufenden Gesamtsummenkette bilden und vier Ziffern markierende Röhren als weiteres Register für die Zifferneingabe. Weiterhin sind gemäß Fig. 10 drei Paare als Flip-Flop geschaltete Kaltkathodenröhren vorgesehen, die die tatsächliche Multiplikation und Addition durchführen. Zu diesen gehören die Röhren OA... RC sowie die als Ausgangsröhre nachgeschaltete Röhre OT.

Gemäß der Erfindung wird Multiplikation und Addition gleichzeitig unter Verwendung eines Addierers mit drei Eingängen ausgeführt. Die drei Eingänge des Addierers sind über Ventilschaltungen ti, £2 und £3 mit den Speicherketten verbunden. Wie Fig. 10 zeigt, ergibt· sich ein besonders günstiger Aufbau dieses Addierers dadurch, daß er als Binärzähler aus drei Flip-Flop ΟΑ-τΑ, OC-xC, RC-2C aufgebaut ist und die einzelnen Stufen dieser Flip-Flop untereinander und mit den Eingängen des Addierers über durch Taktimpulse entsperrbare Ventilschaltungen so verbunden sind, daß der Addierer während jedes Addierganges unter der Steuerung durch fünf jeweils zu den Zeiten ti, t2... t$ aufeinanderfolgende Taktimpulse mit den ersten drei dieser Taktimpulse die drei Registerstufen Di, X 2, X 8 abtastet und entsprechend der Anzahl der in diesen Stufen gespeicherten Binärziffern 1 weitergeschaltet wird, daß in ihm mit dem vierten Taktimpuls £4 die Stellung des

zweiten Flip-Flop OC-iC auf den ersten Flip-Flop OA-IA und mit dem fünften Taktimpuls i5 die Stellung des dritten Flip-Flop RC-2C auf den zweiten Flip-Flop OC-iC übertragen wird und daß weiterhin durch den ersten Taktimpuls ti der dritte Flip-Flop RC-2C in seine Lage RC gekippt wird, durch den vierten Taktimpuls £4 die Ausgabe einer Ergebnisziffer 1 ausgelöst wird, während der erste Flip-Flop ΟΑ-τΑ gekippt ist und durch den fünften Taktimpuls t*, gleichzeitig das Multiplikandenregister und das Register für Zifferneingabe weitergeschaltet wird.

Die Röhren der laufenden Gesamtsummenkette sind mit den Nummern S 35... Si bezeichnet; in ihnen ist der Multiplikand in binärer Schreibweise gespeichert. Der Multiplikand ist eine Binärzahl, die durch ein Schema aus gezündeten und nichtgezündeten Röhren dargestellt wird. Dieses Schema wird als Ganzes die Kette entlang fortgeschaltet. Wenn die niedrigstwertige Stelle die Röhre Si erreicht hat, bringen die drei nächsten Schritte sie nacheinander zu den Multiplikationsröhren X1, X4 und X8. In der gezeigten Anordnung findet Multiplikation durch den Faktor 10 statt, d.h. 1010 in binärer Schreibweise.

Diese Schaltung kann nicht allein eine Multiplikation durchführen, sondern gleichzeitig noch eine weitere Zahl hinzuaddieren. Das Ergebnis dieses Vorganges wird über die Röhre OT der fortlaufenden Endsummenkette zugeführt.

Die Arbeitsweise der Schaltung verlangt einen Zyklus aus zeitlich versetzten Impulsen, und zwar je fünf pro Zyklus; diese Impulse sind so eingerichtet, daß sie an verschiedenen Stellen in der Schaltung Ventileinrichtungen öffnen. Die mathematische Schaltung, das eigentliche Gerät, das die Rechnung durchführt und aus den Röhren OA, iA, iC, OC, 2C und RC besteht, ist so eingerichtet, daß sie den Zustand der Vervielfachungsröhren und den der Ziffermarkierkette während eines Zyklus untersucht und abtastet, um entsprechend darauf zu reagieren. Wenn das Ergebnis dieses Vorganges derart ist, daß die Binärzahl ι der Ausgangsröhre übermittelt werden soll, so wird Röhre iA betätigt. Wenn das Ergebnis des Absuchens verlangt, daß eine Binärzahl 1 als Stellenübertrag hergestellt werden soll, dann wird die Röhre ι C betätigt, und wenn zwei Ziffern für einen Stellenübertrag hergestellt werden sollen, so wird die Röhre 2C betätigt. In jedem Zyklus wird der Zustand der Röhre iA einmal untersucht; wenn sie in dem betreffenden Augenblick leitend ist, so spricht die Ausgangsröhre O T an, und als Ergebnis wird der laufenden Endsummenkette eine Binärzahl 1 übermittelt. Wenn während eines Zyklus die Röhren 1C oder 2 C gezündet sind, so wirken sie auf den Zustand von iA im nächstfolgenden Zyklus ein. Eine Anzahl Zyklen aus fünf Zeitabschnitten ist erforderlich, um nacheinander die Stellen des Multiplikanden und die Stellen der zu addierenden Zahl auf der Ziffernmarkierkette gleichfalls nacheinander zu berücksichtigen. Der fünfte Impuls jedes Zyklus läßt jede der Ketten um Eins weiterrücken, und weiter wird ein Rückstellkriterium den Röhren 1C und OC übermittelt. Da die Fortschalteimpulse in £5 sowohl an die Stellenmarkierkette wie an die laufende Endsummenkette angelegt werden, schalten sie sich synchron vorwärts, und die niedrigstwertige Stelle des Multiplikanden erreicht die Röhre X 8 zur selben Zeit, wie die höchstwertige Stelle der zu addierenden Zahl (auf Z) 8.. .Di) die Röhre Di erreicht hat. Dies erfordert drei vollständige Zyklen. Die Stellen des Multiplikanden werden berücksichtigt wie sie an den Röhren X 2 und X 8 nach einem bzw. drei Schritten des Angabenschemas auftreten. Dies ist so, daß Faktoren von 2 bzw. 8 hereingebracht werden können, so daß das Endergebnis Multiplikation mit 10 ist. Es ist ja klar, daß ein Verschieben eines Binärschemas um ein oder drei Stellen einer Vervielfachung mit 2 und 8 entspricht.

Es wird nun der Fall betrachtet, daß dadurch, daß die Röhre S1 leitet, die Binärzahl 1 festgehalten ist und daß ebenfalls eine Binärzahl 1 dadurch festgehalten ist, daß Röhre Di leitet. Die Röhren X 2, X 4 und X 8 wie auch die anderen Röhren D sind alle nichtleitend. In der mathematischen Schaltung sind normalerweise die Röhren OA und OC leitend, und zu Beginn des Vorgangs ist die Röhre 2 C leitend. Ein Zyklus von fünf Impulsen bringt folgendes Ergebnis: Im Zeitabschnitt ti wird der Zustand der Röhre X2 überprüft; da diese Röhre nichtleitend ist, wird weder an die Auslöseelektroden von OA noch an die von 1A Potential angelegt. Ähnlich ist zum Zeitpunkt t2 die Röhre X8 nichtleitend, und OA und iA bleiben wiederum unverändert. Im Zeitpunkt tj, stellt sich indessen Röhre Di als leitend heraus; dies veranlaßt die Röhren OA und iA zu kippen, so daß nunmehr iA leitend wird. Im nächsten Zeitabschnitt £4 liefert die Kathode der Röhre τ A ein Potential zur Auslösung von Röhre OT. Das Kathodenpotential der Röhre OC liefert zusammen mit dem zeitlichen Impuls £4 ein Auslösepotential für die Röhre OA, die zündet und die Röhren OA und iA wieder zurückkippen läßt. Wenn die Röhre OA zündet, wird Röhre iC von der Kathode der Röhre OA her ausgelöst. Da die Röhre RC dadurch gezündet worden ist, daß der erste Zeitimpuls ii an ihre Auslöseelektrode angelegt worden ist, veranlaßt der zum Zeitpunkt t$ auftretende Impuls im Zusammenwirken mit dem Kathodenpotential der Röhre RC die Röhre OC zu zünden. Röhre 1C erlischt daher. Beim Zünden der Röhre OC wird die Röhre 2 C von deren Kathodenpotential her gezündet, und Röhre RC erlischt. Der zum Zeitpunkt £5 auftretende Impuls ist gleichzeitig der Fortschalteimpuls der laufenden Endsummen- und Ziffermarkierkette und ebenso für die Multiplikationsröhren. Der Vorgang macht in diesem Augenblick einen Schritt nach vorwärts. Die niedrigstwertige Ziffer des Ergebnisses des Absuchens zwischen ti und £3 ist eine Binärzahl. Zum Zeitpunkt t\ war dieser Wert durch das Zünden der Röhre OT festgehalten worden. Er wird nunmehr an Röhre S35 weitergegeben. Die Stelle 1 in der Zifferkettenröhre D1 wird durch den Fortschalteimpuls im Zeitpunkt £5 gelöscht. Die vordem durch Zünden der Röhre S 2 festgehaltene Ziffer 1 wird nunmehr durch den leitenden Zustand von X 2 festgehalten.

Beim nächsten Zyklus zündet im Zeitpunkt ti die Röhre RC erneut, während 2 C erlischt und der Zu-

stand von Röhre X 2 untersucht wird. Wiederum kippen die Röhren OA /1A, und wiederum wird in diesem Zyklus eine Ziffer 1 an die Ausgangsröhre OT weitergeleitet. Im Zeitabschnitt t$ ist der Zyklus zu Ende, und die Röhren S 35 und S 34 der laufenden Endsummenkette werden nunmehr gezündet, und die Multiplikandenstelle gelangt zu Röhre X 4. Im nächsten Zyklus stellt sich beim Absuchen in den Zeitpunkten ti, ti und £3 keine Ziffer heraus, so daß der Zustand der Röhren wie am Ende des vorangegangenen Zyklus verbleibt. Die Röhre τ Α zündet während des Zyklus nicht, daher wird Röhre OT nicht gezündet, und am Ende des Zyklus werden die Röhren S 34 und 533 der laufenden Endsummenkette gezündet haben, während S 35 nicht gezündet ist und dadurch als Ergebnis die Binärzahl ο anzeigt. Im nächsten Zyklus findet man im Zeitabschnitt tz, daß die Multiplikationsröhre X 8 angesprochen hat, aber es entsteht kein Eingang in die mathematische Schaltung weder von X 2 noch von Di her, so daß auch in diesem Zyklus nochmals eine Binärzahl 1 der Ausgangsröhre übermittelt wird. Am Ende des Zyklus wird diese Stelle der Röhre S 35 übermittelt, und die Schaltung wird in den Ruhestand gebracht. Dieses einfache Beispiel hat das Ergebnis einer Multiplikation einer Binärzahl 1, die der Multiplikand war, mit dem Faktor 10 gegeben und dazu die Addition der Binärzahl ι (von der Röhre Di her). Das Ergebnis in der laufenden Endsummenkette ist, daß die Röhren S 35, S33, und 532 in gezündetem Zustand sind, während S 34 nicht gezündet ist. Dies ist das binäre Ergebnis ion, was in Dezimalschreibweise 11 lautet.

Nachdem das Grundsätzliche der Schaltung aus dem oben gegebenen einfachen Beispiel erkannt ist, kann man nunmehr die Aufmerksamkeit der Fig. 11 a und 11 b zuwenden, die sich zu Fig. 11 ergänzen und die Gesamtschaltung dieses Apparates zeigen. Die laufende Endsummenkette besteht aus den Röhren S35.. .Si und ist in Reihe geschaltet mit den Multiplikationsröhren Xz, X4 und K8, sämtliche als Schema-Wanderkette. Diese Kette ist den in früheren Anwendungsbeispielen der vorhandenen Kette beschriebenen ähnlich, wobei das Angabenschema als Ganzes dadurch weitergeschaltet wird, daß positive Impulse an die gemeinsame Kathodenleitung angelegt werden. Wie oben bemerkt, werden in den verschiedenen Zeitpunkten die Impulse an die Stromkreise in regelmäßigen Abständen innerhalb des Fünfimpulszyklus an die in den Schaltbildern bezeichneten Punkte angelegt. Beispielsweise wird im Zeitpunkt ii an den mit der Kathode der Röhre X2 verbundenen Ventilkreis angelegt. Der an dem Widerstand Fz und der Kathodenleitung der Röhre X 2 entstehende Spannungsfall wird benutzt, um den Gleichrichter MR1 zu sperren, und wenn ein Impuls zum Zeitpunkt ti den blockierenden Gleichrichter MR 2 frei macht, wird ein Impuls über den Gleichrichter Mi? 3 der Auslöseelektrode von Röhre OA zugeleitet. Eine solche Ventilschaltung ist bekannt, und ihre Wirkungsweise wird dadurch verbessert, daß ihr, wie oben beschrieben, Anodenbatteriespannung über einen hohen Widerstand A3 zugeleitet wird. Der zum Zeitpunkt ti ankommende Impuls wird durch den Kondensator Cb geformt, und zusammen mit der bereits an die Auslöseelektrode der Röhre OA angelegten Vorspannung + B gelangt Zündpotential an die Röhre. Ein genau identischer Ventilkreis ist für die Röhren X 8 und iA gegeben, wobei dieser im Zeitpunkt tz betätigt werden kann. Die Röhrenpaare wie z.B. OA und iA sind Kipp-Paare von bekannter Schaltung. Wenn OA gezündet hat, entsteht Spannung am Kathodenwiderstand R 4. Diese zündet zusammen mit der ohnehin an den Auslöserelektroden der Röhren ι C und OC vorhandenen Vorspannung diejenige der beiden Röhren, die bis dahin nichtleitend gewesen war. Wenn Röhre OC gezündet wird, so wird eine an ihrem Kathodenwiderstand i?5 entstehende Spannung an die Auslöseelektrode von Röhre 2 C angelegt. Dies ist zusammen mit der bereits dort vorhandenen Vorspannung hinreichend, um die Röhre zünden zu lassen. Wenn Röhre iA gezündet ist, blockiert ihre Kathodenspannung den Gleichrichter MR 4, so daß im Augenblick 14 ein Impuls entsteht, um Röhre OT zu zünden. Wenn im Zeitpunkt 14 die Röhre CC gezündet wird, so wird der Gleichrichter MR 5 blockiert. Daher ist es möglich, daß dann ein Auslöseimpuls der Auslöseelektrode der Röhre OA übermittelt wird. Wenn diese nicht bereits gezündet ist, so zündet sie jetzt. Wenn indessen im Zeitpunkt £4 die Röhre 1C gezündet worden ist, dann ist der Gleichrichter Mi? 6 blockiert, und das Auslösepotential wird Röhre iA zugeleitet und nicht Röhre OA. Der Impuls im Zeitpunktes wird benutzt, um, wie bereits oben bemerkt, die Ziffern- und die laufende Endsummenkette weiterzuschalten. Auch kann im Zeitpunkt £5 Röhre RC leitend sein; in diesem Fall ist der Gleichrichter MR7 gesperrt, und ein Auslösepotential kann der Röhre OC übermittelt werden. Wenn diese nicht bereits gezündet war, wird sie durch diesen Auslöseimpuls gezündet. Wenn aber im Zeitpunkt £5 die Röhre 2 C und nicht die Röhre RC gezündet wurde, dann ist der Gleichrichter Mi? 8 gesperrt, und der Auslöseimpuls wird Röhre iC übermittelt und nicht Röhre OC. Wenn diese nicht bereits gezündet war, so wird sie jetzt gezündet, und die Röhre OC erlischt. Für jeden der verschiedenen Ventilkreise sind hohe Widerstände, wie z.B. der bereits für den Ventilkreis der Röhre X2 angedeutete, vorgesehen. Einer von diesen ist bei i?4 für den Ventilkreis der Röhre X8 vorhanden.

Die Arbeitsweise dieser Schaltung für bestimmte spezielle Beispiele ist im einzelnen ausführlich in den nachstehenden Tabellen I bis IV dargestellt. In diesen Tabellen sind nur solche Zeitpunkte aufgenommen, wo in der Schaltung Änderungen auftreten. Weiter sind die gezeigten Zustände diejenigen, wie sie vorliegen, nachdem jeweils alle Änderungen, die durch das Fälligwerden des betreffenden Impulses veranlaßt worden sind, eingetroffen sind. In jedem Fall ist angenommen worden, daß in der laufenden Endsummenkette bereits ine Zahl vorhanden ist, und in drei der Tabellen ist auch eine Zahl an die Zifferkette über die Ziffermarkierleitungen angelegt worden. Es ist ersichtlich, daß an diese Leitungen angelegte Potentiale das Auslösen der Röhren Di bis D 8 in den entsprechenden Kombinationen veranlassen.

Gleichzeitige Multiplikation von 7 χ ίο und Addition von 15 in binärer Schreibweise

Ergebnis = 1010101 (85)

Zeit

53 S2 Si X2 X4 X8 Di Bz £4 D8 OA iA iC OC

RC OT

10

20

35

40

45

55

6ο

ti

£5

*3

tz

H tS ti

tZ

ti

ti *3

*5 ti

ti

H ts

ti tz

ti tz H

ti

tz H

I	O	O	I	O	I	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	I
I	O	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	O	I	I	O	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	I
O	I	O	I	I	O	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
I	O	O	I	I	O	O
I	O	O	I	I	O	O
I	O	I	O	I	O	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	I
O	I	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	I
I	O	O	I	I	O	O

Gleichzeitige Multiplikation von 7 χ 10 und Addition von 9 in binärer Schreibweise

Ergebnis = 1001111 (70)

Zeit S3 S2 Si X2 X4: X8 Di D2 D4 B8 OA iA iC OC %C RC OT

I O I I O I I O I I O I

I O O I O O
I
O O I O I I I I O I I I O I I I O O

O O

I O O I O O I O O I I I O O I I O O I I O O I O

I I O I I O I I O I I

O O O

I O O I O O I O O O O I O O O I O O O I O O I

O O

809 545/49

Zeit

Gleichzeitige Multiplikation von 3 X 10 und Addition von 7 in binärer Schreibweise

Ergebnis = 100101 (37)

St.

Si Xq. Xi, X8 Di Z>2 D4 D8 OA xA iC OC iC RC OT

ti

H *5 ti *3

ti

O O I I

I O I O O

I I O O O

I O O O

00000

O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	O	I	I	O	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	I
O	I	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	I	O	O	I	O
O	I	I	O	O	I	O
O	I	O	I	I	O	O
O	I	O	I	O	I	O
I	O	O	I	O	I	I
I	O	O	I	I	O	O

Multiplikation von 3 χ 10 in binärer Schreibweise Ergebnis = 11110 (30)

Zeit

S2 Si Xz X4 X8 OA lA iC OC zC RC OT

ti

ts ti H

ti H <5 ti tz <4

ti H

I	O	O	O	I	O	O	I	O	I	O
				I	O	O	I	O	I	O
I	I	O	O	I	O	O	I	Ι	O	O
				O	I	O	I	Ο	I	O
				I	O	I	O	O	I	I
	I	I	O	I	O	O	I	I	O	O
				O	I	O	I	O	I	O
				I	O	I	O	O	I	I
		I	I	I	O	O	I	I	O	O
				I	O	O	I	O	I	O
				O	I	O	I	O	I	O
				I	O	I	O	O	I	I
			I	I	O	O	I	I	O	O
				I	O	O	I	O	I	O
				O	I	O	I	O	I	O
				I	O	I	O	O	I	I
				I	O	O	I	I	O	O

Eine Anwendungsmöglichkeit, für die diese Schaltung offensichtlich sehr geeignet ist, ist die folgende: Die Stellen einer DezimaJzahl werden in binäre Schreibweise umgeformt und nacheinander an die Ziffermarkierleitungen der Ziffernkette angelegt. Wenn die höchstwertige Stelle zuerst an die Ziffermarkierleitungen angelegt wird und keine Zahl irgendwie in die laufende Endsummenkette eingeführt ist, dann veranlaßt ein Arbeitszyklus, d. h. von ti bis t$, daß die Stelle ohne irgendwelche Änderung von der Ziffemkette in die laufende Endsummenkette eingespeist
wird. Man kann nun den Fall betrachten, daß die 120 Ziffer die laufende Endsummenkette entlang gegeben
wird, bis die niedrigstwertige Binärzahl an der Röhre Si
erscheint. Nunmehr läßt sich die nächsthöchste
Dezimalzahl in binäre Schreibweise umwandeln und an
die Ziffernkette anlegen. Wenn Multiplikation mit 10 125 stattfindet, wie bereits beschrieben, dann wird die

ursprüngliche Dezimalzahl mit io vervielfacht und die zweite Dezimalzahl dazuaddiert, wobei das binäre Ergebnis der laufenden Gesamtwertkette übermittelt wird. Dieses Ergebnis kann die Kette entlang gegeben werden, bis seine niedrigstwertige Binärstelle die Röhre Si erreicht, wenn die nächste Dezimalzahl der Stellenkette als Binärzahl aufgegeben werden kann. In dieser Weise lassen sich aufeinanderfolgende Dezimalstellen hineinaddieren, und für jede hinzugefügte Zahl läßt sich automatisch eine Multiplikation mit zehn erreichen, während die letzte Dezimalstelle in binärer Form dem Gesamtergebnis ohne Änderung hinzuaddiert wird. Es sind Schaltungen bekannt, um Dezimalzahlen in binäre Form umzuwandeln. Man kann sie verwenden, um die Ziffern der Reihe nach an die Ziffermarkierleitungen anzulegen. Daher erhält man so eine einfache Methode, um eine Dezimalzahl in die entsprechende Binärzahl zu verwandeln, wenn es sich um eine Anzahl von Dezimalstellen handelt. Die Schaltung ist natürlich nicht darauf beschränkt, daß die Multiplikation mit dem Faktor 10 vorgenommen werden muß. In den Zeitabschnitten ti und tz könnte man auch die Röhren X2 und X4 absuchen statt der Röhren X2 und X8. Dies würde eine Multiplikation mit 6 anstatt mit 10 bedeuten. Wenn eine Leitung am Kathodenwiderstand der Röhre Si abgenommen wird, kann man Multiplikation mit ungeraden Zahlen erreichen. Wenn beispielsweise die Röhre Si im Zeitpunkt ti und die Röhre X4 im Zeitpunkt i2 untersucht wird, dann erhält man Multiplikation mit fünf. Man hat hier somit eine Schaltung, die nur wenig Teile benötigt und in der Lage ist, eine in binärer Form gegebene Zahl mit einer Anzahl verschiedener Faktoren zu vervielfachen, und die auch in der Lage ist, gleichzeitig noch eine andere Zahl in binärer Form hinzuzuaddieren. All dies läßt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit durchführen. Man kann bekannte Impulserzeuger verwenden, um die Zyklen zu fünf Impulsen herzustellen. So kann beispielsweise eine Impulsfolge, mit der eine gasgefüllte Kaltkathodenglimmentladungsröhre mit mehreren Arbeitsstrekken gespeist wird, wie bei MCTt in Fig. 2 gezeigt, veranlaßt werden, den erforderlichen Ausgang zu liefern. Die Kathoden 0 und 5, 1 und 6 ... 4 und 9 sind paarweise mit gemeinsamen i?C-Gliedern nach Erde hin versehen. An den fünf Gliedern entstehen nacheinander die Ausgangsimpulse, während sich die Glimmentladung unter dem Einfluß negativer Impulse von der Quelle die Kathoden entlang herumbewegt, wobei die Impulse den gemeinsam geschalteten Übertragungselektroden zugeführt werden.

Obgleich bei den vorstehenden Anwendungsbeispielen das Ergebnis in jedem Fall von dem die Rechnung ausführenden Gerät einer Schemabewegungskette zugeführt wird, ist kein Grund vorhanden, warum der Impulsausgang nicht direkt auf die Leitung gegeben werden sollte (z. B. von der Ventilschaltung im Kathodenkreis der Röhre xA).

Schemabewegungsketten aus ruhenden elektrischen Schaltern, die keine Kaltkathodenröhren, sondern andere Schalter verwenden, gibt es auch. Beispielsweise hat man magnetische Auslösegeräte so eingerichtet, daß sie Angabenspeicherschaltungen ergeben, wo der magnetische Flußzustand in bestimmten Kernen die gespeicherten Angaben darstellt. Das Schema der Kernzustände läßt sich als Ganzes durch an die Kerne angelegte Treibimpulse die Kette entlang schieben. Solche Schaltungen sind beschrieben worden, und man kann sie bei Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung benutzen.

Obwohl die oben beschriebenen Anwendungsbeispiele der Erfindung sich im besonderen auf Schaltungen zur Ausführung von Rechnungen in binärer Schreibweise bezogen haben, ist es klar, daß die Erfindung viel weitere Anwendungsmöglichkeiten hat.

Während die Grundsätze der Erfindung oben im Zusammenhang mit speziellen Anwendungsbeispielen und speziellen Abwandlungen davon beschrieben worden sind, muß man sich darüber klar sein, daß diese Beschreibung nur des Beispieles halber und nicht als Einschränkung hinsichtlich des Umfangs der Erfindung gegeben worden ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung zur Multiplikation von in Schieberegistern gespeicherten Binärzahlen mittels Stellenverschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Multiplikation eines «-stelligen Multiplikanden mit einem konstanten Multiplikator 2" + 2^μ (μ > ν) ein mindestens (η + /^-stufiges Multiplikandenregister vorgesehen ist, dessen Stufen (n + v) und (η + μ) mit einem Binäraddierer verbunden sind, so daß am Ausgang dieses Addierers entsprechend den aufeinanderfolgenden Stellenverschiebungen des Multiplikanden die Ziffern des Produktes abgreifbar sind.

2. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Addierers mit einem weiteren Schieberegister als Produktspeicher verbunden ist.

3. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Addierers mit dem Eingang des Multiplikandenregisters verbunden ist, so daß dieses gleichzeitig als Produktregister dient.

4. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 1 oder 3 zur Multiplikation mit dem Faktor 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein mindestens (n + 3)-stufiges Multiplikandenregister vorgesehen ist, dessen Stufen (w + 1) und (n + 3) mit dem Addierer verbunden sind.

5. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 1 oder 4 zur Bildung und Speicherung reiner Binärzahlen, die als Dezimalzahlen mit binär verschlüsselten Ziffern eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres, 4stu.figes Register für Zifferneingabe sowie ein Addierer mit drei Eingängen zur Addition dreier Binärziffern vorgesehen und so geschaltet sind, daß dieser Addierer jeweils die in der letzten Stufe

(z. B. D1) des weiteren Registers und in den Stufen (w + 1) und (n + 3) (z. B. X2, X8) des Multiplikandenregisters gespeicherten Binärziffern sum-

¹¹¹INIf

miert, die Ergebnisziffer dem Eingang des Multiplikandenregisters zuführt und die Ubertragsziffern speichert.

6. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Register gleichzeitig mit dem Multiplikandenregister fortschaltbar ist.

7. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer als Binärzähler aus drei Flip-Flop (OA-IA, OC-1C, RC-2C) aufgebaut ist und die einzelnen Stufen dieser Flip-Flop untereinander und mit den Eingängen des Addierers über durch Taktimpulse entsperrbare Ventilschaltungen so verbunden sind, daß der Addierer während jedes Addierganges unter der Steuerung durch fünf jeweils zu den Zeiten {ti, t%, ... t$) aufeinanderfolgende Taktimpulse mit den ersten drei dieser Taktimpulse die drei Registerstufen (Di, Xz, X 8) abtastet und entsprechend der Anzahl der in diesen Stufen gespeicherten Binärziffern »τ« weitergeschaltet wird, daß in ihm mit dem vierten Taktimpuls (i4) die Stellung des zweiten Flip-Flop (OC-I C) auf den ersten Flip-Flop {OA-xA) und mit dem fünften Taktimpuls (i 5) die Stellung des dritten Flip-Flop {RC-2C) auf den zweiten Flip-Flop (OC-I C) übertragen wird, und daß weiterhin durch den ersten Taktimpuls {ti) der dritte Flip-Flop {RC-2 C) in seine Lage {RC) gekippt wird, durch den vierten Taktimpuls (£4) die Ausgabe einer Ergebnisziffer »1« ausgelöst wird, wenn der erste Flip-Flop {0 A-I A) in seine Lage {τ A) gekippt ist, und durch den fünften Taktimpuls (£5) gleichzeitig das Multiplikandenregister und das Register für Zifferneingabe weitergeschaltet wird.

8. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingab eschaltung vorgesehen ist, die ein erstes Register (P) zur gemeinsamen Speicherung einer Zahlenangabe und einer Programmanweisung sowie ein zweites und drittes Register {Q und R) zur getrennten Speicherung von Zahlenangabe und Programmanweisung enthält und in der das erste Register mit dem zweiten und dritten über eine Leitwegumschaltung verbunden ist, die unter der Steuerung durch einen Zähler nach Ablauf einer fest eingestellten Anzahl von Fortschalteimpulsen die Verbindung vom dritten auf das zweite Register umlegt.

9. Elektrische Speicher- und Rechenanordnung nach Anspruch 8, daß die Leitwegumschaltung zur Division einer im ersten Register gespeicherten Binärzahl durch einen festen Devisor 2" verwendet wird und daß dabei die ersten ν Binärziffern im dritten Register (Ä) als Rest und die nachfolgenden Binärziffern im zweiten Register (0.) als Quotient gespeichert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 745 991;
USA.-Patentschrift Nr. 2 373 134;
britische Patentschriften Nr. 600 503, 577 893;
»Proceedings of the I. R. Ε.«, 1948. Heft Dezember, S. 1452 bis 1460;
»Electronicsif, 1948, Heft September, S. 110 bis 118.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen