DE1100344B - Matrixanordnung zum Addieren zweier Ziffern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In elektronischen Rechenmaschinen und anderen Geräten zur automatischen Informationsverarbeitung und insbesondere in Geräten, in denen die Verarbeitung der einzelnen Stellen der Information serienmäßig erfolgt, werden häufig zum Addieren zweier 0-L codierter Dezimalziffern sogenannte Addiermatrizen verwendet, in denen die Summe der beiden Ziffern direkt und in einem Schritt gebildet wird. Eine solche Addiermatrix ist eine Anordnung von bistabilen Schaltelementen, ζ. B. Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife, in Zeilen und Spalten, in welcher die je eine der beiden Ziffern darstellenden Impulse den Zeilen bzw. Spaltenleitungen der Matrix derart zugeführt werden, daß abhängig vom Wert der beiden Ziffern eine Zeile und eine Spalte ausgewählt und dadurch das Schaltelement im Schnittpunkt dieser beiden Reihen zur Übertragung von Impulsen an eine Anzahl von Ausgängen erregt wird.

Die bisher bekannten Matrixanordnungen zum Addieren zweier Dezimalziffern haben den Nachteil, daß sie zur Berücksichtigung eines Übertrages von der letzten Ziffernstelle eine zweite gleichartige Anordnung benötigen, die dann beim Auftreten eines Übertrages die Ausgangsimpulse liefert. Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil in einer Matrixanordnung der beschriebenen Art dadurch vermieden, daß die Anzahl der Spalten der Matrix um Eins größer ist als diejenige der Zeilen, daß die rechteckige Matrix in zwei jeweils um eine Spalte gegeneinander verschobene quadratische Matrizen aufgeteilt ist, daß die die zweite Ziffer darstellenden Impulse den Spaltenleitungen jeweils einer der beiden quadratischen Matrizen wahlweise zuführbar sind und daß die dabei nicht verwendete letzte oder erste Spalte der Matrix gegen eine Übertragung von Impulsen gesperrt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die je eine der beiden Ziffern darstellenden Impulse den Zeilen- bzw. Spaltenleitungen der Matrix derart zugeführt, daß alle bis auf die beiden ausgewählten Reihen durch mindestens einen Impuls gegen eine Übertragung von Impulsen gesperrt werden. Dann wird durch Anlegen eines Impulses umgekehrter Polarität an alle Schaltelemente nur das Schaltelement im Schnittpunkt der beiden ausgewählten Reihen zum Übertragen der Impulse an die Ausgänge erregt. Durch diese Maßnahme können größere Toleranzen bei den Schaltelementen und größere Schwankungen in der Impulsamplitude und -dauer gegenüber den bisher bekannten derartigen Matrixanordnungen zügelassen werden.

Im folgenden wird die Erfindung, die jedoch nicht auf die Addition von Dezimalziffern beschränkt ist, an Hand eines Ausführungsbeispiels einer (2 aus S) Matrixanordnung zum Addieren
zweier Ziffern

Anmelder:

International

Business Machines Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. jur. E. Eisenbraun, Rechtsanwalt,
Böblingen (Württ), Poststr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Oktober 1958

Arthur Fredrick Collins, Vestal, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

codierte Dezimalziffer verarbeitenden Magnetkernmatrix näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Rechenwerks mit der Matrix nach der Erfindung,

Fig. 2 und 2 a bis 2 e die Hystereseschleife des verwendeten Magnetmaterials mit den interessierenden Magnetisierungszuständen,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der erforderlichen Steuerimpulse,

Fig. 4 bis 8 die einzelnen Wicklungen der Matrix,

Fig. 9 eine tabellarische Zusammenstellung der Bitwerte für die einzelnen Dezimalwerte und

Fig. 10 die Anordnung der Wicklungen auf einem Einzelkern.

Bevor nun die Erfindung im einzelnen erklärt wird, seien zunächst die Kerne und ihre Merkmale an Hand von Fig. 2, 2 a bis 2e und des Zeitdiagramms von Fig. 3 beschrieben, welches den in vier gleiche Zeitabschnitte A, B, C, D eingeteilten Operationsumlauf darstellt. Innerhalb dieses Zeitumlaufs sind die Grundzeiten für ein Zustandstor, ein Informationstor, einen ausgewählten Treiber, alle anderen torgesteuerten Treiber und den Entnahmeprobetreiber dargestellt. Die Kerne haben eine etwa rechteckige Hystereseschleife, so daß der Kern den einen oder den anderen von zwei Zuständen annehmen kann. In Fig. 2 ist z. B. die Hystereseschleife durch die Kurve α & cd α gegenüber den Achsen X-X und Y-Y definiert. Die Punkte b und d stellen entspannte Remanenzzustände dar, die den Zuständen »1« bzw, »0« entsprechen. Ein

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Punkt A₁ zeigt den maximalen Remanenz-oder S&tti= '~ 'Erfordernissen eines Systems verschieden sein. Außergungsgrad eines Kerns an, der unter dem Miifhiß dem kann die Matrix jede beliebige Zahl von Spalten einer maximalen Treiberkraft steht. Bei Aufhören von nur zwei bis· zu einer beliebigen verwendbaren dieser maximalen Treiberkraft entspannt sich der Zahl uiiifassen. Die Wicklungen selbst können aus nur Kern zu einem durch die Lage des Punktes A_{1 r} in 5 einer Schleife bestehen. Alle Schleifen sind so ver-Fig. 2 a angezeigten Zustand. In Fig. 2 b bezeichnen bunden, daß sie einen einzigen ununterbrochenen Pfad die Positionen A₃, A₂ und A₁ von drei Punkten die bilden, der dann an eine Treiberleitung angeschlossen drei verschiedenen Sättigungsgrade, die von Kernen ist, während das andere Ende der Wicklung mit einer angenommen werden, welche von drei verschiedenen entsprechenden Potentialquelle verbunden ist.
großen Treiberkräften beeinflußt werden. Fig. 2 c und io Die vier Hauptebenen von Wicklungen, nämlich 2d entsprechen Fig. 2 a und 2 b und veranschaulichen Komplement, Regulär, Übertrag und Kein Übertrag, die Ergebnisse, die man erhält, wenn eine Gegen- seien nun nachstehend beschrieben. Fig. 4 zeigt eine treiberkraft einer gegebenen Größe an einen Kern, der Komplementwicklungsebene. Dort sind die Wickden in Fig. 2 a gezeigten Zustand hat, oder an Kerne lungen durch elf Spalten von Kernen geführt, die von mit den in Fig. 2b gezeigten Zuständen angelegt wird. 15 links nach rechts mit 1 bis 10 numeriert sind, sowie Das Ergebnis dieser artgelegten Gegentreiberkraft durch zehn Reihen von Kernen, die von oben nach geht aus der Lage des Punktes A₀ in Fig. 2 c hervor, unten mit 0 bis 9 bezeichnet sind. Der Schnittpunkt und zwar stellt diese Lage einen »O«-Zustand mit einer bestimmten Spalte und Reihe ist ein ausgewählmaximaler Sättigung dar. Bei Aufhören dieser Gegen- tef Kern, der im Dezimalsystem die Summe der Werte treiberkraft geht der ausgewählte Kern in einen ent- 20 der betreffenden Spalte und Reihe darstellt. Zum Beispannten »O«-Zustand über, der durch die L·&geA_ljr spiel bildet den Schnittpunkt von Spalte 3 und Reihe 3 des Punktes in Fig. 2e gekennzeichnet ist. Die. Wir- ein Kern mit dem Dezimalwert 6. Die durch diese kung dieser Gegentreiberkraft auf die in Verbindung dezimal gekennzeichneten Kerne verlaufenden Kommit Fig. 2b betrachteten Kerne besteht darin, daß die plementwicklungen sind gemäß Fig. 4 geführt. Durch Kerne in einen gefingeren Remanenzzustand gelangen, 25 jeden Kern gehen zwei Wicklungen hindurch, und wie er durch die Position der Punkte A_z', Αζ und A₁ jede Wicklung ist an eine von fünf Treiberleitungen in Fig. 2 d dargestellt wird. ' 70, 71, 72, 73 und 76 angeschlossen, welche ihrerseits

In Verbindung mit dem Diagramm von Fig. 3 wird von einem der fünf Bittreiber 10 c angetrieben werden,

der fragliche ausgewählte Kern zu Beginn der Zeit C von denen je einer für jeden der den 5-Bit-Code

des Umlaufs unter der Steuerung des Treibers für 30 bildenden Bitwerte 0, l_r 2, 3, 6 vorgesehen ist. Die

den Tastimpuls umgeschaltet. Dieser selbe Kern wird Komplement-Bitzusammenstellung für die Dezimal-

zur Zeit B unter der Steuerung der Abwesenheit von werte Ö bis 9 ist in Fig. 9 dargestellt.

Strom ausgewählt, was durch den Ab war tsver lauf der Fig. 5 zeigt die Regulärebene von Wicklungen, die

Informationslinie angedeutet wird. durch dieselben Sätze von Kernen geführt sind, welche

Bevor nun die vier Hauptebenen von Wicklungen 35 Fig. 4 zeigt. In Fig. 5 sind die Spalten und Reihen beschrieben werden, die durch die Kerne der Matrix von Kernen ebenso wie in Fig. 4 gekennzeichnet. Jeder geführt sind, sei kurz darauf hingewiesen, wie Kern wird durch zwei Sätze von Wicklungen gediese Wicklungen gemäß Fig. 10 durch einen trieben. Diese Regulärwicklungsebene ist an fünf Einzelkern hindurchgehen. Gemäß dieser Darstellung Treiberfeitungen 80, 81, 82, 83 und 86 angeschlossen, besitzt der Kern 30 zwei Regulärwicklungen 31, 32, 40 weiche ihrerseits durch einen Satz von fünf Bitzwei Komplementwicklungen 33, 34, zwei Übertrags- treibern 10 & angetrieben werden. Außerdem zeigt wicklungen 35, 36 und zwei Kein-Übertrag-Wick- Fig. 5 eine Entnahmewicklung 45, die hier nicht belungen 38, 39. Gemäß Fig. 10 sind eine dritte Wick- schrieben zu werden braucht, da ihr Zweck und ihre lung 37 und eine dritte Wicklung 40 gestrichelt dar- Funktion später noch genau erklärt werden. Fig. 9 gestellt. Diese Leitungen 37 und 40 werden nur in den 45 zeigt die Komposition von 2 aus 5 Bits für die Deziäußersten linken und rechten Spalten der Matrix ver- malwerte 0 bis 9, die für die Regulärwicklungsebene wendet, wie aus Fig. 6 und 7 hervorgeht. In Fig. 6 zutreffen.

hat die letzte Spalte drei Kein-Übertrag-Wicklungen Fig. 6 bzw. 7 zeigen die Kein-Übertrag- bzw. die an Stelle der sonst üblichen zwei, die durch die Kerne Übertrag-Ebene von Wicklungen, die durch dieselbe in den übrigen Spalten hindurchgehen, während in 50 Kernebene geführt sind, wie sie Fig. 4 und 5 zeigen. Fig. 7 jeder der Kerne in der ersten Spalte drei Über- Die Kein-Übertrag-Wicklungsebene ist an fünf tragwicklungen hat. Die dritte Wicklung fß jeder Treiberleitungen 90, 91, 92, 93 und 96 angeschlossen, dieser Spalten ermöglicht die Auswahl nur eines ein- welche ihrerseits durch einen Satz von fünf Bitzigen Kerns in der ganzen Matrix in jeder beliebigen treibern 10a angetrieben werden, von denen je einer Operation, in der entweder Übertrag- oder Kein- 55 für jedes der fünf Bits des Codes vorgesehen ist. In Übertrag-Ebenen verwendet werden. Wie vorteilhaft Fig. 7 ist die Übertrag-Ebene von Wicklungen an diese Anordnung ist, geht daraus hervor, daß es sonst fünf Treiberleitungen 100", 101, 102, 1Ö3 und 106 annötig wäre, entweder zwei getrennte Matrizen von je- geschlossen, welche ihrerseits von fünf Bittreibern 10 weils der Größe 10 · 10 für die Einbeziehung der für jedes der fünf Bits des Codes angetrieben werden. Übertrag- und Kein-Übertrag-Funktronen einer Dezi- 60 Äußer den vier oben beschriebenen Wicklungen ist maladdierschaltung zu verwenden oder eine einzige durch jeden Kern die Tastimpulswicklung 45 hin-Ebene, die komplizierte Übersetzüngseinrichtungefr durchgeführt, die schon in Verbindung mit Fig. 5 ererfordert. wähnt worden ist. Diese Wicklung 45 wird durch eine

Die beschriebenen Wicklungspaare werden ver- in Blockform dargestellte Treibersteuereinrichtung 44

wendet, um zwei Bits von den fünf möglichen Bits 65 angetrieben. Die Einrichtung 44 ist wirksam zu· den

eines 5-Bit-Codes zu verarbeiten. Die Erfindung kann Zeiten C und D des Umlaufs (Fig. 3) und treibt dann

auch andere Formen haben. Zum Beispiel kann afl einen Kern aus einem entspannten »!«-Zustand in

Stelle von Wicklungspaaren eine einzige Wicklung einen »0«-Zusfand. Außerdem ist jeder Kern (Fig. 10

jeder Steuerwicklung verwendet werden,, und die Zahl und 8) mit zwei Äbfühlausgangswicklungen 46, 47

der Steuerwicklungen kann je nach den jeweiligen 70 versehen, weiche Entnahmesignale liefern, die eine

Summe im »2-von-5«-Code darstellen. Der in Fig. 10 gezeigte Kern hat außerdem eine Wicklung 48/48'. Dies bedeutet, daß bestimmte Kerne der Matrix eine Übertrag-Steuerwicklung und die übrigen Kerne eine Kein-Übertrag-S teuer wicklung haben. Gemäß Fig. 8 ist die Übertrag-Steuerwicklung für jeden Kern an eine Leitung 49 angeschlossen, die mit dem in Blockform dargestellten Verstärker 49' verbunden ist, von wo aus ein verstärktes Übertrag-Signal über eine Leitung 9 b gesendet wird, um die Operationen einer in Fig. 1 gezeigten Übertrag-Verriegelung 9 c zu steuern. Gemäß Fig. 8 ist die Kein-Übertrag-S teuerwicklung 48' an eine Leitung 50 angeschlossen, die mit einem Verstärker 50' ähnlich dem Verstärker 49' verbunden ist. Dieser sendet einen Ausgang über eine Leitung 14 b, die an eine Kein-Übertrag-Verriegelung 14 a (Fig. 1) angeschlossen ist. Die Leitungen 49 und 50 enden beide an einer gemeinsamen Erdleitung 51. Die Abfühlwicklungen sind an fünf Ausgangsleitungen 56 bis 60 angeschlossen, von denen jede mit einem von fünf Ausgabemitteln 61 bis 65 verbunden ist. Die anderen Enden der Leitungen 56 bis 60 führen zu einer Erdleitung 51.

Ein Beispiel für die Art und Weise, in der die Addierschaltung mit einem Datenverarbeitungssystem zusammenwirkt, kann in Verbindung mit Fig. 1 erklärt werden, welche das System schematisch darstellt. Das System umfaßt im wesentlichen einen schnell arbeitenden Speicher 1 mit Datenverteilungskanälen 2 und 3, welche Schieberegister 4 und 5 verbinden, denen Informationen parallel zugeleitet werden. Die Informationen werden aus den Registern 4 und 5 serienweise-parallel ausgegeben, d. h., die Zeichen serienweise und die Bits parallel. Die Informationen sind im »2-aus-5«-Code dargestellt und durchlaufen die Datenkanäle 6 und 7, die hier zwar als einzelne Leitungen gezeigt sind, jedoch jeweils fünf Leitungen entsprechend der »2-von-5«-Codeform umfassen. Diese Kanäle 6 und 7 übertragen die verschlüsselten Informationen zu dem hier als Block 12 dargestellten Addierwerk. Die Addierschaltung 12 besteht, wie schon erklärt, aus einer Matrix von Kernen, die in einer einzigen Ebene angeordnet und von vier Ebenen von Steuerwicklungen durchsetzt sind. Jede dieser Wicklungen wird wahlweise so gesteuert, daß sie die über die Kanäle 6 und 7 übertragenen Informationen empfängt. Diese Steuerung erfolgt durch die nachstehend beschriebenen Steuerungen, Schalter und Treiber. Der Kanal 6 speist einen Verbindungskanal 6, der seinerseits an einen Schalter 8 ange- schlossen ist.

Dieser wird außerdem durch eine Leitung 9 gesteuert, über die ein Übertragsignal geschickt wird. Dieses Übertragsignal entsteht anfangs als Ergebnis eines Übertrags, der aus der von der Addierschaltung gebildeten Summe erzeugt wird. Wenn Signale am Schalter 8 koinzidieren, wird ein Ausgang einem Treiber 10 zugeleitet, um zwei von fünf Leitungen 100 bis 103 und 106 zu treiben, die an die Übertrag-Wicklungsebene angeschlossen sind. Es sei hier darauf hingewiesen, daß der Schalter 8 und der Treiber 10 sowie die den anderen Wicklungsebenen zugeordneten Schalter und Treiber als Einzelelemente dargestellt sind. Tatsächlich sind fünf Schalter und fünf Treiber vorhanden, je einer für jede der den Kanal 6a bildenden fünf Leitungen. In ähnlicher Weise wird die Kein-Übertrag-Wicklungsebene durch Kanal 6 unter der Steuerung des Schalters 8 a und des Treibers 10 angetrieben, und auch hier sind die Schalter unc Treiber symbolisch durch Einzeldarstellungen veranschaulicht. Die Komplement- und Regulärwicklunger werden unter der Steuerung von fünf Schaltern und fünf Treibern angetrieben, die durch Schalter 8 c und Treiber 10 c bzw. Schalter 8 b und Treiber 10 d dargestellt sind. Die Schalter Sb und 8c werden durch entsprechende Minus- und Plus-Tore gesteuert, die über Leitungen 16 und 17 gesendet werden, welche an eine Steuereinheit 18 angeschlossen sind. Diese liefert neben anderen Signalen ein Minus- und ein Plus-Signal, die unter der Steuerung eines Addier- bzw. Subtrahier-Rechenbefehls ausgewählt werden. Außerdem steuert die Steuereinheit 18 die Operation der Schieberegister 4 und 5 durch entsprechend zeitlich gesteuerte Signale, welche über die Leitungen 18 und 19 übertragen werden, wodurch diese Register veranlaßt werden, Daten zur angemessenen Zeit in jedem Umlauf über die Kanäle 6 und 7 zu übertragen. Die Torsteuerung der Schalter 8 und 8 a wird durch Übertrag- und Kein-Übertrag-Signale bewirkt, die von der über eine Leitung 9fr an die Addierschaltung angeschlossenen Übertrag-Verriegelung 9 a bzw. von der über Leitung 14 δ an die Addierschaltung angeschlossenen Kein-Übertrag-Verriegelung 14 α gesendet werden. Außerdem ist der Steuereinheit 18 eine Taktgebereinheit 19 zugeordnet, durch die der Betrieb der Steuereinheit mit dem System koordiniert wird, sowie ein Impulstaktgeber 22 für die Lieferung von A-, B-, C-, D-Impulsen und Tortaktgeber 23, 24 und 25 für die Lieferung von Ziffern- und Worttorimpulsen und Taktimpulsen, welch letztgenannte der Addierschaltung über eine Leitung 26 zugeführt werden.

Der Ausgang der Addiermatrix kann unter der Steuerung eines entsprechend zeitlich gesteuerten Eingabesignals einem beliebigen Empfangsregister, z. B. dem Register 5, zugeleitet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Matrixanordnung von bistabilen Schaltelementen, z. B. Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife, zum Addieren zweier Q-L codierter Ziffern, in welcher die je eine der beiden Ziffern darstellenden Impulse den Zeilen- bzw. Spaltenleitungen der Matrix derart zugeführt werden, daß abhängig vom Wert der beiden Ziffern eine Zeile und eine Spalte ausgewählt und dadurch das Schaltelement im Schnittpunkt dieser beiden Reihen zur Übertragung von Impulsen an eine Anzahl von Ausgängen erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (11) der Spalten der Matrix (12) um Eins größer ist als diejenige (10) der Zeilen, daß die rechteckige Matrix (12) in zwei jeweils um eine Spalte gegeneinander verschobene Matrizen (Fig. 6 und 7) aufgeteilt ist, daß die die zweite Ziffer darstellenden Impulse den Spaltenleitungen jeweils einer der beiden quadratischen Matrizen wahlweise zuführbar sind und daß die dabei nicht verwendete letzte oder erste Spalte der Matrix gegen eine Übertragung von Impulsen gesperrt werden kann.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die je eine der beiden Ziffern darstellenden Impulse den Zeilen- bzw. Spaltenleitungen der Matrix derart zugeführt werden, daß alle bis auf die beiden ausgewählten Reihen durch mindestens einen Impuls gegen eine Übertragung von Impulsen gesperrt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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