DE1114050B - Elektronischer Gleitkomma-Rechner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Gleitkomma-Rechner. In derartigen Rechnern, in denen die Zahlen in der sogenannten halblogarithmischen Form dargestellt werden, ist jede Zahl durch ein Zahlenpaar ρ und q vertreten. Die eine dieser Zahlen p, die als Mantisse bezeichnet wird, ist dabei kleiner als Eins und ergibt multipliziert mit der mit der anderen Zahl q potenzierten Basis des Zahlensystems die darzustellende Zahl. Häufig ist es erwünscht, daß die höchststellige von Null verschiedene Ziffer der Mantisse gleich hinter dem Komma steht. Das läßt sich durch entsprechend vorgenommene Stellenverschiebungen der Mantissenziffern nach links erreichen. Um den Wert der dargestellten Zahl durch die Stellenverschiebungen nicht zu verändern, muß der Exponent entsprechend der Anzahl der Stellenverschiebungen korrigiert werden.

Es ist bekannt, diese Korrektur des Exponenten nach jeder Verschiebung der Mantisse um eine Stelle vorzunehmen, so daß Mantisse und Exponent während des gesamten Verschiebungsvorganges stets den wahren Wert der betreffenden Zahl darstellen.

Nachteilig ist jedoch bei diesem Verfahren, daß die hohe Geschwindigkeit, mit der die Stellenverschiebungen vorgenommen werden können, nicht ausgenutzt werden kann, da nach jedem Verschiebeschritt eine Operation zur Korrektur des Exponenten erfolgt. Der Vorgang der Stellenverschiebungen wird daher bei einer Verschiebung um «Stellen durch η arithmetische Operationen zur Durchführung der Korrektur des Exponenten, bei der auch die Ubertragszeiten zu berücksichtigen sind, unterbrochen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil bei einem elektronischen Gleitkomma-Rechner, bei dem eine Ausrichtung einer durch eine beliebige Mantisse kleiner als Eins und einen beliebigen Exponenten der Systembasis gegebenen Zahl durch schrittweise Stellenverschiebung der Mantisse nach links erfolgt, bis ihre höchststellige von Null verschiedene Ziffer im Mantissenspeicher hinter dem Komma steht (Normalisierung), dadurch vermieden, daß zur Beschleunigung der Normalisierung während der Stellenverschiebungen der Mantisse nur eine Zählung derselben in einem Zählwerk, jedoch die Korrektur des Exponenten erst nach deren Beendigung durch Vereinigen des Zählerinhaltes mit dem bisherigen Exponenten in einem Addierwerk erfolgt.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie den nachstehend aufgeführten Zeichnungen:

Fig. 1 stellt in Blockform das Datenverarbeitungssystem nach der Erfindung dar;

Anmelder:

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

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. September 1959

J. L. Brown, Poughkeepsie, N. Y.,

E. C. Layden, Hopewell Junction, N. Y.,

J. M. Taylor, Wappingers Falls, N. Y.,

und D. H. Weiss, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Operationen, die bei Gleitkomma-Operationen mit Normalisierung ablaufen;

Fig. 3 a, 3 b und 3 c sind logische Blockdarstellungen der Steuerkreise für das Addierwerk und die Eingabe von wahren und komplementierten Werten;

Fig. 4 ist ein logisches Blockschema der Akkumulatorregisterspalten 9 bis 34;

Fig. 5 (zwei Blatt) stellt ein logisches Blockschema des Befehlsregisters (Schiebezählers) dar;

Fig. 6 (zwei Blatt) ist eine logische Blockdarstellung der Steuerkreise für das Ausführen der Addition und Subtraktion;

Fig. 7 (zwei Blatt) stellt in Form eines logischen Blockschemas weitere Steuerkreise für Addition bzw. Subtraktion dar;

Fig. 8 ist ein logisches Blockdiagramm der Steuerkreise des Triggers für die Multiplikation und die Verschiebeschritte;

Fig. 9 ist ein logisches Diagramm des Invertertriggers Γ2 und der zugeordneten Stromkreise;

Fig. 10 (zwei Blatt) zeigt in logischer Blockdarstellung die Schaltung zur Übertragung des Inhalts der Akkumulatorstellen Q, R, 1 bis 8 und 3 bis 35 in das Addierwerk;

Fig. 11 ist ein logisches Blockdiagramm der Schaltung zum Übertragen des Inhaltes der Stellen Q, P, 1 bis 8 und 9 bis 35 des Addierwerkes zum Akkumulator;

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Fig. 12 stellt die Schaltung zur Durchführung einer schaltungen, ein Anzeige-Triggerregister 1.12 von

Linksverschiebung des Akkumulatorinhaltes dar; sechsunddreißig Stellen 0 bis 35, den Speicher-Haupt-

Fig. 13 stellt die Schaltung zum Übertragen des In- leistungsschalter 1.14 für sechsunddreißig Stellen,

haltes der Stellen S, 1 oder 9 des Multiplikator-Quo- der an eine Speicher-Hauptleitung für sechsund-

tient-Registers in die Stelle 35 des Akkumulators dar; 5 dreißig Stellen angeschlossen ist, die mit dem Magnet-

Fig. 14 stellt die Schaltung zur Durchführung kernspeicher 1.01 verbunden ist, sowie die von der

einer Linksverschiebung des Multiplikator-Quotient- Bedienungsperson zu betätigenden Eingabetasten 1.18

Registers dar; mit sechsunddreißig Stellen. Weiter ist ein Befehls-

Fig. 15 stellt die Schaltung zum Übertragen des register 1.20 mit achtzehn Stellen S, 1 bis 17 vorhan-

Inhaltes der Stelle 35 zum Schiebezähler dar; io den, dessen Stellen 10 bis 17 wahlweise als Schiebe-

Fig. 16 stellt die Schaltung zum Übertragen von zähler 1.20,4 benutzt werden, sowie ein Adressen-Einsen zu den Stellen Q, P, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 register 1.22, ein Befehlszähler 1.24 mit entsprechendes Addierwerks dar; den Steuerkreisen 1.26 für die Speicheradressen und

Fig. 17 stellt die Schaltung für das Einführen eines ein Speicheradressenregister 1.28 mit Kreisen. Infor-

Übertragsimpulses in die Stelle 8 des Addierwerks dar; 15 mationen können in den Kernspeicher entweder aus

Fig. 18 stellt den Gleitkommazähler dar; dem Akkumulatorregister 1.05, aus dem Multipli-

Fig. 19 stellt den Impulsgenerator für den Ver- kator-Quotient-Register 1.07 oder aus dem Anzeigeschiebezähler dar; register 1.12 eingeführt werden. Die Speicher-Haupt-

Fig.20stelltdenImpulsgeneratorfürTorimpulsedar; leitungsschalter 1.14 haben die Aufgabe, zur Ausfüh-

Fig. 21 stellt ebenfalls den Impulsgenerator für 20 rung bestimmter Befehle, die das Einbringen von

Torimpulse dar; Informationen in den Speicher erfordern, den Inhalt

Fig. 22 stellt in anderer Form den Impulsgenerator des Akkumulatorregisters des MQ-Registers oder des

für Torimpulse dar; Anzeigeregisters auf die Speicher-Hauptleitungen 1.16

Fig. 23 stellt die Trigger für einen Übertrag in zu schalten.

Spalte 9 und für den Überlauf dar; 25 Zur Erleichterung der Beschreibung wird häufig

Fig. 24 stellt die Prüfschaltung zum Feststellen Bezug genommen auf Zahlen, die im Oktalsystem

einer Zeichendifferenz bei einer Addition oder Sub- ausgedrückt sind, was durch den tiefgestellten Index 8

traktion dar. ausgedrückt wird im Gegensatz zum Dezimalsystem,

In Fig. 1 ist ein Blockschema eines mit hoher Ge- das durch den tiefgestellten Index 10 gekennzeichnet schwindigkeit arbeitenden Datenverarbeitungssystems 30 wird. Zum Beispiel ist (206)_g ebenso wie (134)₁₀ gezeigt, das durch ein intern gespeichertes Programm gleich der binären Zahl 010000110. Das Oktalsystem von Einadreßbefehlen gesteuert wird. Die Funktion ist zweckmäßig, weil die Umwandlung einer binären des Übertragens von Daten zwischen dem Rechen- Zahl dadurch erfolgt, daß jede Gruppe von drei werk und dem Magnetkernspeicher wird ebenfalls binären Bits eine Dezimalzahl darstellt:
durch das gespeicherte Programm gesteuert. Das 35 2 0 6
Datenverarbeitungssystem arbeitet im binären Zahlen- ^)IO OOO ΪΪ0~
system, und viele der Grundelemente haben zwei _^ , , ^ . , , .. ,. , stabile Zustände, so daß sich solche Elemente gut für ^Der entsprechende Dezimalwert ist dann natürlich das binäre System eignen, bei dem ein bestimmter — 2⁷ + 2² + 2¹
Zustand eine binäre »Eins« und der andere Zustand 40 (134)₁₀
eine binäre »Null« darstellen. Die Grundeinheit der ⁼ 128 + 4+2.
Information, das Wort, besteht aus sechsunddreißig In der Rechenmaschine wird eine ganze Zahl als binären Ziffern S, 1, 2 bis 35, wobei S die Vor- binäre Mantisse und eine Potenz von 2 dargestellt, zeichenstelle, 1 die Bitstelle 1, 2 die Bitstelle 2 be- Die Potenz oder der Exponent kann ebenso wie das zeichnet usw. Die Stelle S hat nur dann eine rechne- 45 Vorzeichen plus oder minus sein, und da die Rechenrische Bedeutung, wenn ein Wort als numerische maschine nur eine Vorzeichen-Steuerschaltung entAngabe interpretiert wird. Wenn dann die Stelle S hält, ist eines der Vorzeichen darin einbegriffen. Zu eine »Null« enthält, gilt das Wort als positiv, und diesem Zweck wird 128₁₀ oder 20O₈ zu dem Expowenn die Stelle S eine »Eins« enthält, gilt das Wort nenten von 2 addiert. Die Summe wird als Charakteals negativ. Wenn das Wort das Ausführen einer 50 ristik bezeichnet, um sie vom Exponenten zu unterlogischen Operation veranlaßt, wird es als Zahl mit scheiden, und steht in den Stellen 1 bis 8 des 36-Bitsechsunddreißig Bits ohne Vorzeichen behandelt. Wortes (S, 1 bis 35). Die Stellen 9 bis 35 enthalten

Die einzelnen Speicherorte im Magnetkernspeicher die binäre Mantisse, und die Stelle S gibt das Vor- 1.01 werden durch ein System von numerischen zeichen der Mantisse an. Die Verwendung der Kon-Adressen identifiziert. Durch eine binär ausgedrückte 55 stante 20O₈ gestattet es, daß der Exponent zwischen Zahl im Adressenteil des Befehls ist ein Bezug auf -20O₈ und +177₈ und die Charakteristik zwischen die in jedem beliebigen Speicherort im Magnetkern- 0 und 377₈ schwanken können. Die Rechenmaschine speicher stehenden Informationen möglich. kann dann Gleitkomma-Zahlen bearbeiten, die die

Gemäß Fig. 1 enthält das Rechenwerk ein 36stel- Dezimalzahlen von 1O⁺³⁵ bis 10~³⁸ darstellen, ohne

liges Speicherregister 1.02 mit fünfunddreißig Stellen 60 die Grenzen der Charakteristik zu überschreiten,

und einer Vorzeichenstelle ein 36stelliges Addierwerk _{Bd ide für} Gleitkomma-Zahlen

1.03 plus einer Überlauf stelle, ein Akkumulatorregister _D . ...

1.05 mit fünfunddreißig Stellen plus zwei Überlauf- Beispiel 1

stellen P und Q und einer Vorzeichenstelle S, ein ~ 1 kann in der Form -1/2-2+1 geschrieben

Multiplikator-Quotient-Register 1.07, das fünfund- 65 werden und lautet als 36-Bit-Wort so:

dreißig Stellen und eine Vorzeichenstelle hat, drei Charakteristik Mantisse

Indexregister 1.09 A, 1.09 B und 1.09 C von fünf- S, 1 8 9 35

zehn Stellen mit zugeordneten Indexregister-Steuer- — 10000001 10000 0

Beispiel 2

+ 1/8 kann in der Form +1/2 · 2-² geschrieben werden und lautet als 36-Bit-Wort so:

Charakteristik Mantisse

S, 1 8 9 35

+ 01111110 10000 00

Beispiel 3

+1/8 kann auch in der Form +1/8 · 2° schrieben werden und lautet als 36-Bit-Wort so:

Charakteristik Mantisse

S, 1 8 9,10,11

+ 10000000 0 0 1000

Beispiel 1 veranschaulicht die Gleitkomma-Darstellung einer Zahl mit einer negativen Mantisse und einem positiven Exponenten. Beispiel 2 zeigt, wie die Gleitkomma-Darstellung einer Zahl mit negativem

denen Normalisierung erforderlich ist, zu zählen. Außerdem werden die Kommandoschaltungen mit Torimpulsen beliefert, welche auf die Ausgangsbefehlsleitungen oder Steuerleitungen gelangen, wenn die Schaltungen durch das Ausgangssignal der Ausführungssteuerkreise vorbereitet werden.

Das Speicherregister 1.02 hat Eingänge 1.32 zu jeder seiner Stellen S, 1 bis 35 aus den betreffenden Stellen 5, 1 bis 35 der Eingabetasten 1.18. Außerdem ge- ίο besitzt das Speicherregister Eingänge 1.34 zu den Stellen 1 bis 35 aus entsprechenden Ausgängen der Stellen 1 bis 35 der Speicher-Hauptleitungsschalter 1.14. Ein weiterer Satz von Eingängen 1.36 zu den Speicherregisterstellen S, 1 bis 35 kommt von den Ausgängen der Stellen 0, 1 bis 35 des Anzeigeregisters 1.12. Ausgangsleitungen 1.38 aus den Speicherregisterstellen S, 1 bis 35 führen zu den Eingängen der Stellen 0, 1 bis 35 des Anzeigeregisters.

Ausgangsleitungen 1.40 aus den Stellen 3 bis 11 des

Exponenten das Vorzeichen berücksichtigt, indem 20 Speicherregisters führen zu den Stellen 1 bis 9 des

der Exponent von 20O₈ subtrahiert wird, um die Cha- Befehlsregisters. Außerdem führt ein weiteres Aus-

rakteristik zu bilden. Beispiel 3 ist eine andere Gleit- gangsleitungspaar 1.42 von den Stellen 1 und 2 des

komma-Darstellungsart. Speicherregisters zu den Eingängen der Stellen 8

Normalisierte Mantissen wie die Beispiele 1 und 2 und 9 des Befehlsregisters. Ausgangsleitungen 1.44

enthalten ein »1«-Bit in Stelle 9 des Wortes; daher 25 aus den Stellend und 1 bis 35 des Speicherregisters

ist ihr Oktalwert stets größer als oder gleich 0,4 und führen zu den Stellen S, 1 bis 35 des MQ-Registers.

ihr Dezimalweit größer als oder gleich 0,5. Eine Aus den Stellen 1 bis 35 des Speicherregisters führen

Mantisse wie die von Beispiel 3 wird nicht normali- Ausgangsleitungen 1.46 zu den Eingängen 1 bis 35

siert genannt. Sie kann normalisiert werden durch des Addierwerks. Ausgangsleitungen 1.48 von den

Linksverschiebung der Mantisse, bis das erste »!«-Bit 30 Stellend, 1 bis 5 des Speicherregisters führen zu den

in Stelle 9 steht. Für jede Verschiebung muß die Cha- Eingängen der Stellen 30 bis 35 des MQ-Registers

rakteristik um Eins verringert werden, wie oben erklärt, damit der Endwert der Darstellung unverändert bleibt.

1.07. Ausgangsleitungen 1.50 aus den Stellen 20 bis 35 des Speicherregisters sind zu den Eingängen der Stellen 1 bis 17 des Addierwerks vorgesehen.

Das Addierwerk 1.03 hat Stellen Q, P und 1 bis 35, wie oben beschrieben. Die Stellen Q, P und 1 bis 35 des Addierwerks sind mit den Stellen Q, P und 1 bis 35 des Akkumulatorregisters verbunden. Die Stellen 3 bis 17 des Addierwerkes sind über Leitung 1.54 mit

Programmschaltungen

Die Informationen, die das Rechenwerk aus dem Kernspeicher 1.01 empfängt, werden zunächst in das Speicherregister 1.02 eingegeben, bevor sie von den

Programm- und Rechenschaltungen bearbeitet wer- 4° den Stellen 3 bis 17 des Indexregisters verbunden,

den. Für das Empfangen und Entschlüsseln der Leitungen 1.56 führen von den Stellen 30 bis 35 des

Befehle werden das Befehlsregister 1.20, der Befehls- Akkumulatorregisters zu den Stellen 12 bis 17 des

zähler 1.24 und die zugeordneten Steuerkreise ver- Addierwerkes, und zu den Stellen 12 bis 17 des

wendet. Das Speicheradressenregister 1.28 enthält die Addierwerks führen die Leitungen 1.58 von den

Adresse, auf die im Kernspeicher zurückgegriffen 45 Stellen 1 bis 35 des MQ-Registers. Ausgangsleitungen

wird. Die Register und Zähler werden einzeln in 1.60 führen vom Addierwerk zu den Eingängen der

bezug auf ihre Funktion im Gesamtfluß der Infor- Stellen Q, P und 1 bis 35 des Akkumulatorregisters,

mationen besprochen. Ausgangsleitungen 1.62 führen von den Addierwerk-

Zur Steuerung einer auszuführenden Operation stellen 1 bis 8 zu den Eingängen der Stellen 1 bis 8 dient in erster Linie der Ausgang des Befehlsregisters 50 des MQ-Registers. Ausgangsleitungen 1.64 führen 1.20, das einen Operationsentschlüßler enthält. Das von den Addierwerkstellen 3 bis 17 zu den Ein-Ausgangssignal des Entschlüßlers wird häufig mit gangen jedes der Indexregister 1.09, und von den einer der folgenden Bedingungen gemischt, um eine Addierwerkstellen 3 bis 17 führen außerdem Ausbedingte Operation zu erhalten: gangsleitungen 1.66 zu den Eingängen des Speicher-

1. ob ein Überlauf im Akkumulator eingetreten ist, ⁵⁵ adressenregisters 1.28 über die Speicheradressen-

2. ob das Übertrags-Ausgangssignal aus Spalte Q »teuerkreise 1.26.

des Addierwerks vorhanden ist, Em Ubertragsausgang ist ausjeder niedrigeren

3. ob ein Übertrags-Ausgangssignal aus Spalte 6 ^SteU^ des Addierwerks zu jeder Roheren Stelle vordes Addierwerks vorhanden ist, fsäizn. Zum Beispiel ist der Ubertragsausgang der

4. ob der Inhalt der Vorzeichenstelle des Akku- ^5o Stelle 34 des Addierwerks an den Eingang der Stelle mulatorregisters, des Speicherregisters und des ³³ angeschlossen, deren Ubertragsausgang wiederum

Quotientenregisters negativ ist oder 5. ob der Schiebezähler auf »0« steht oder nicht.

Der Schiebezähler dient zum Zählen von Umläufen für Multiplikations- oder Divisionsbefehle und wird außerdem verwendet, um die Zahl von Verschiebungen in Schiebebefehlen, wie z. B. in denen, bei

an den Eingang der Stelle 32 des Addierwerks führt, und in ähnlicher Weise sind Übertragsleitungen bis zur Stelle Q angeschlossen.

Ausgangsleitungen 1.70 führen von den Stellen 3 bis 17 der Speicheradressen-Steuerkreise 1.26 an die Eingänge der Stellen 3 bis 17 der Speicher-Hauptleitungsschalter.

Leitungen 1.72 führen von den Ausgängen der Stellen S, 1 bis 35 des MQ-Registers zu den Stellen 5,1 bis 35 des Speicher-Hauptleitungsschalters, und von den Ausgängen des Anzeigeregisters führen Leitungen 1.74 zu den Stellen 5, 1 bis 35 des Speicher-Hauptleitungsschalters. Von dem Ausgang der Stelle P des Akkumulatorregisters führt eine Leitung 1.76 zur Stelle S der Speicher-Hauptleitungsschalter. Leitungen 1.78 führen von den Stellen 1 bis 35 des Akkumulatorregisters zu den Stellen 1 bis 35 des Speicher-Hauptleitungsschalters, und eine Verbindung 1.80 besteht zwischen dem Ausgang der Stelle P des Akkumulatorregisters und dem Eingang der Stelle 5 des Speicher-Hauptleitungsschalters.

Ausgangsleitungen 1.82 führen von den Stellen S, 1 bis 5 des Speicher-Hauptleitungsschalters zu den Stellen P, 1 bis 5 des Akkumulatorregisters. Jede der Stellen P, 1 bis 35 des Akkumulatorregisters besitzt zur Durchführung von Linksverschiebung eine Ausgangsleitung, die zu der jeweils nächsthöheren Stelle führt, endend am Eingang der Stelle P. Aus den Stellen Q, P, 1 bis 34 des Addierwerkes führen, um Rechtsverschiebungen zu ermöglichen, Ausgangsleitungen zu den Eingängen der jeweils nächstniedrigen Stelle, endend bei der Ausgangsleitung der Stelle 34. die an den Eingang der Stelle 35 führt. Die Stelle 9 des Akkumulatorregisters hat zwei Ausgangsleitungen zu einem Übertrags- und Überlauftrigger für Spalte 9 und zu den Steuerkreisen für das Ausführen einer Addition bzw. Subtraktion. Eine Ausgangsleitung 1.84 der Stelle 35 des Akkumulatorregisters führt an den Eingang der Stelle S des Multiplikatorregisters, und eine weitere Ausgangsleitung 1.86 ist mit Stelle 1 des MQ-Registers verbunden.

Die Stelle S des MQ-Registers besitzt eine Ausgangsleitung zu den Steuerkreisen für das Addierwerk und die Eingabe wahrer und komplementierter Werte und eine Ausgangsleitung zum Gleitkomma-Schiebezähler und eine weitere Ausgangsleitung zur Vorzeichen-Mischschaltung. Die Stelle 1 des MQ-Registers besitzt eine Ausgangsleitung, die an die Steuerkreise zur Gleitkomma-Verschiebung führt, eine Ausgangsleitung zu den Steuerkreisen für die Ausführung einer Multiplikation und eine zum Abfühlkreis für die Adressen der Bandeinheiten führende Ausgangsleitung. Die Stelle 8 des MQ-Registers besitzt eine an die Steuerkreise zur Gleitkomma-Verschiebung führende Ausgangsleitung und die Stelle 9 eine an die Steuerkreise zur Gleitkomma-Verschiebung führende Ausgangsleitung sowie eine weitere zur Gleitkomma-Abrundungsschaltung führende Leitung. Der Ausgang jeder Stelle des MQ-Registers ist an den Eingang der jeweils nächsthöheren Stelle angeschlossen. Zum Beispiel ist der Ausgang der Stelle 35 an den Eingang der Stelle 34 angeschlossen usf. in derselben Weise, bis die letzte Verbindung 1.90 zwischen dem Ausgang der Stelle 35 und dem Eingang der Stelle S des MQ-Registers für die Durchführung einer Linksverschiebung hergestellt ist. Außerdem sind Ausgänge jeder Stelle des MQ-Registers mit der jeweils nächstniedrigeren Stelle verbunden, beginnend mit der Verbindung das Ausgangs der Stelle S mit dem Eingang der Stelle 1 und endend mit Verbindungen vom letzten Ausgang zum Eingang der Stelle 35. Eine Leitung führt zur Stelle 35 des MQ-Registers von der Schaltung »Eins« zum MQ-Register.

Ausgangsleitungen 1.92 führen von den Stellen 3 bis 17 des Adressenregisters aus zu den Stellen 3 bis 17 des Befehlszählers, und Ausgangsleitungen 1.94 führen von den Stellen 3 bis 17 des Befehlszählers aus zu den Stellen 3 bis 17 des Adressenregisters. Die Stellen 10 bis 17 des Schiebezählers 1.20^4 sind durch die Leitung 1.96 mit den Stellen 1 bis 8 des Addierwerks verbunden.

Zeitliche Steuerung der Maschine

Der Grund-Maschinenumlauf des Datenverarbeitungssystems beträgt 12 Mikrosekunden. Ein Umlauf ist die Dauer der Kernspeicher-Zugriffszeit, das ist die Zeit, die das Rechenwerk benötigt, um ein Informationswort aus dem Kernspeicher zu empfangen oder zum Kernspeicher zu übertragen. Die Grund-Maschinenumläufe können sogenannte /-Umläufe, Ε-Umläufe, EAR-Umläufe und .B-Umläufe von je 12 Mikrosekunden Dauer sein. /-Umläufe sind nötig, um Zugriffe zum Hauptspeicher vorzunehmen, um Befehle aus dem Kernspeicher zu entnehmen und Befehlswörter von Datenwörtern zu unterscheiden. ZT-Umläufe sind nötig, damit das Rechenwerk Zugriff zum Speicher erhält, um Wörter aus ihm zu entnehmen oder Wörter in ihn einzugeben. £//?-Umläufe sind für Operationen bestimmt, zu deren Durchführung das Rechenwerk keinen Zugriff zum Speicher benötigt.

Die Zeitsteuer- oder Taktgeberschaltungen umfassen einen Oszillator, der mit einer Frequenz von 1 Megahertz schwingt und einem Generator für Synchronisierimpulse Signale zuführt. Dieser Generator liefert invertierte Synchronimpulse an seinem einen Ausgang und Impulse an einem anderen Ausgang zu einem Generator für invertierte Klemm- und Taktimpulse; letzterer hat zwei Ausgangsleitungen, eine Leitung für invertierte Klemmimpulse und eine Treiberleitung, die zum Taktgeber führt. Der Taktgeber liefert die Haupt-Taktimpulse A 0 bis A 11, indem er die Periode des 1-Megahertz-Oszillators unter Verwendung eines Ringes von zwölf Triggern in bekannter Weise durch 12 teilt.

Die Signale auf der Klemmimpulsleitung und der Leitung für die invertierten Synchronimpulse sind Sondersignale, die von den Mikrosekunden-Verzögerungseinheiten im Speicherregister, im Akkumulatorregister und im MQ-Register benötigt werden. Der invertierte Synchronimpuls ist ein positiver Impuls mit einer Dauer von etwa 0,3 Mikrosekunden, und der Klemmimpuls ist ein negativer Impuls mit einer Dauer von etwa 0,02 Mikrosekunden. Beide Impulse treten mit der Megahertzfrequenz des Oszillators auf und sind miteinander in Phase, was erforderlich ist, damit die Mikrosekunden-Verzögerungseinheiten richtig arbeiten können. Umlauftaktgeber-Ausgangskreise liefern Ausgangssignale, die die Art des Umlaufes, den die Maschine ausführen soll, anzeigen, d. h., ob ein /-Umlauf, ein E-Umlauf oder ein £//?-Umlauf ausgeführt werden soll, und zwar weist jeweils nur einer der die /-, E- oder /?//?-Zeit anzeigenden Ausgänge positives Potential auf. Jeder Ausgang hat für die Dauer von mindestens einem 12-Mikrosekunden-Umlauf positives Potential. Umlauftaktgeber-Steuerkreise liefern Befehle zu den Umlauftaktgeber-Ausgangskreisen zum Übergehen zur Z?-Zeit, zur E/R-Z&it und zur /-Zeit.

Der Umlauftaktgeber hält diese Reihenfolge ein: Während des letzten sich auf einen vorhergehenden Befehl beziehenden Maschinenumlaufs wird ein Signal zum Umlaufzeitgeber gesendet, welches anzeigt, daß

der Befehl ausgeführt ist und daß das Rechenwerk zur /-Zeit übergehen soll, um aus dem Kernspeicher den nächsten Befehl gemäß den bei speicherprogrammierten Anlagen üblichen Verfahren zu holen. Wenn dies geschehen ist, nämlich etwa zum Zeitpunkt 10 in der /-Zeit, wird ein neuer Befehl entschlüsselt. Sofort nach der Entschlüsselung dieses Befehls ist der Befehlstyp bekannt sowie die Tatsache, ob ein weiterer Zugriff zum Kernspeicher nötig ist oder nicht. Wenn der Befehl z. B. »Addition« lautet, ist ein weiterer Zugriff zum Speicher nötig, um die Daten für die Addition zu erlangen. Daher wird dem Rechenwerk befohlen, als nächstes einen E-Umlauf auszuführen, der einen Zugriff zum Speicher vorsieht. Im Falle eines Befehls »Speichern« trifft dasselbe zu, nur bewirkt diesmal der Zugriff zum Speicher die Übertragung von Informationen aus einem Register im Rechenwerk zum Kernspeicher. Während der Ausführung mancher Befehle sind keine Zugriffe zum Speicher nötig. Beim Multiplizieren, für das nicht mehr als ein einleitender Zugriff zum Speicher nötig ist, um den Multiplikanden zu erhalten, sind danach mehrere £7/?-Umläufe nötig, um tatsächlich die wiederholte Addition und Verschiebung auszuführen, die für die Multiplikation erforderlich ist.

Befehlszähler

Der Befehlszähler 1.24 bestimmt die Adresse, zu der während eines /-Umlaufs ein Zugriff erfolgt. Im normalen Ablauf des Programms werden aufeinanderfolgende Speicheradressen während aufeinanderfolgender /-Zeiten abgefragt, weil der Zähler normalerweise am Ende jeder Operation einen Impuls empfängt, um einen Schritt weiterzurücken, so daß im nächsten Befehlsumlauf ein Zugriff zu einer Adresse mit der nächsthöheren Nummer erfolgt. Das Laden des Befehlszählers erfolgt zu Beginn jedes Befehlsumlaufs und bestimmt die Adresse des Wortes, das als nächster Befehl zu verwenden ist, mit Ausnahme derjenigen /-Zeiten, die auf einen Stopp oder eine Verzweigung folgen, und bei bestimmten Operationen, wie z. B. Springen, bei denen der Befehlszähler um mehr als 1 weitergeschaltet wird, um Befehle zu überspringen.

Befehlsregister

Das Befehlsregister speichert und bearbeitet die Informationen, welche normalerweise aus dem Magnetkernspeicher als Ergebnis eines /-Umlaufs empfangen werden, bis der Befehl vollständig ausgeführt ist. Dann wird es während des ersten Teils des nächsten /-Umlaufs vor Empfang eines neuen Befehls gelöscht. Jeweils zur Zeit 18 des /-Umlaufs bewirkt ein Impuls von einer Mikrosekunde Dauer (abgekürzt D T) die Rückstellung der Stellen 5, 1 bis 9 des Befehlsregisters auf 0, und gleichzeitig werden die Stellen 10 bis 17, der Schiebezähler des Befehlsregisters, auf 1 zurückgestellt. Das Befehlsregister ist wie folgt angeordnet: Vorzeichenstelle S, primäre Operation; Stellen 1 bis 5; sekundäre Operation; Stellen 6 bis 9; Schiebezählerdaten, Stellen 10 bis 17. Die aus dem Speicherregister in das Befehlsregister übertragenen Informationen bestehen aus dem Vorzeichen, dem primären Operationsteil des Steuer-Wortes, und die Stellen 10 bis 17 des Befehlsregisters können Informationen aus dem Adressenregister über eine Leitung 1.98 empfangen.

Adressenteil des Befehlsregisters (Schiebezähler)

Die acht Stellen 10 bis 17 des Befehlsregisters bilden einen Abwärtszähler von acht Triggern mit einer Kapazität von 255 Stellen. Dieser Zahler wird jeweils zum Zeitpunkt/8 (D 3) auf Einsen zurückgestellt, und bei einem Schiebebefehl wird die Zahl von zu verschiebenden Stellen dadurch in den Sehiebezähler eingegeben, daß die entsprechenden Trigger zur Zeit/12 AUS-geschaltet werden. Dann wird der Sehiebezähler während jeder Mikrosekunde mit einem Impuls beaufschlagt, und wenn der Zähler die 0 erreicht, signalisiert er das Ende der Schiebeoperation.

Einzelschaltungen

Das Speicherregister, das Akkumulatorregister und das Multiplikator-Quotient-Register bestehen aus Mikrosekunden-Verzögerungseinheiten, bei denen es sich um Speichereinheiten mit einer solchen Kapazität handelt, daß sie gleichzeitig Informationen aufnehmen und Informationen abgeben können. Das Addierwerk und die Steuerkreise für die Eingabe wahrer und komplementierter Werte umfassen fünfunddreißig Volladdierer und zwei Halbaddierer. Die Steuerkreise für die Eingabe wahrer und komplementierter Werte sind diejenigen Schaltungen, welche die Eingabe in das Addierwerk steuern, und bestehen aus Schaltkreisen und Invertern. Die Schaltkreise steuern den Zeitpunkt der Eingabe eines Wortes in das Addierwerk und bestimmen außerdem, ob die Ziffern den Inverter durchlaufen oder nicht. Ein in das Addierwerk eingegebenes Wort kann also entweder die wahre oder die komplementäre Form haben. Das Anzeigeregister besteht aus Triggern vom bistabilen Multivibratortyp, die in dem einen oder in dem anderen ihrer beiden stabilen Zustände bleiben, bis sie durch von außen angelegte Signale zum Übergang in den anderen Zustand gezwungen werden. Der Trigger gilt als EIN, wenn seine linke Seite leitend ist, und daher wird seine linke Seite die »EIN-Seite« und seine rechte Seite die »Aus-Seite« genannt. Im EIN-Zustand speichert dann der Trigger eine »1« und im AUS-Zustand eine »0«. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Schaltungen so angeordnet, daß sie bei Spannungen von —30 und -1-10 Volt arbeiten. Wenn von einer Leitung gesagt wird, daß sie niedriges Potential hat, so beträgt es — 30 Volt, und wenn von ihr gesagt wird, daß sie hohes Potential führt, so beträgt es +10 Volt.

Gleitkomma-Operation

Es sei ein Programm von zwei Befehlen angenommen, und zwar »Löschen und Addieren (LÖA)« und »Gleitende Addition (GAD) Y + 1«. LÖA sieht vor, daß der Inhalt des Akkumulators durch den Inhalt der Adresse Y im Kernspeicher 1.01 ersetzt wird. Dieser Befehl benötigt einen /-Umlauf und einen Ε-Umlauf, und zwar wird während des E-Umlaufs der Inhalt des Speicherplatzes Y zunächst in das Speicherregister 1.02 eingeführt. Dann werden die Daten in den Stellen 1 bis 35 des Speicherregisters in entsprechende Stellen des Akkumulators 1.05 über die Addierwerke 1.03 übertragen. Der Inhalt der Stellei des Speicherregisters wird zur StelleS des Akkumulators übertragen. Der Befehl GAD bewirkt die Addition der Zahlen im Akkumulator und im Speicherort Γ+1.

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Genauer ist die Operation »Gleitende Addition« im Blockdiagramm von Fig. 2 dargestellt, und zwar läuft sie wie folgt ab:

1. Das MQ-Register wird gelöscht.

2. Der Inhalt der Adresse wird in das Speicherregister eingegeben.

3. Wenn die Charakteristik im Speicherregister kleiner ist als die im Akkumulator, werden die Inhalte der beiden Register ausgetauscht, da die Zahl mit der kleineren Charakteristik im Akkumulator erscheinen muß, bevor die Addition stattfinden kann.

4. Das MQ-Register erhält dasselbe Vorzeichen wie der Akkumulator.

5. Wenn die Differenz der Charakteristik größer als 63 ist, wird der Inhalt des Akkumulators gelöscht. Wenn die Differenz der Charakteristiken eine Zahl N kleiner als oder gleich 63 ist, wird der Inhalt der Stellen 9 bis 35 des Akkumulators um N Stellen nach rechts verschoben. Die aus Stelle 35 des Akkumulators hinausgeschobenen Bits gehen in Stelle 9 des MQ-Registers. Die aus Stelle 35 des MQ-Registers hinausgeschobenen Bits gehen verloren.

6. Die Charakteristik im Speicherregister tritt an die Stelle des Inhalts der Stellen 1 bis 8 des Akkumulators.

7. Der Inhalt der Stellen 9 bis 35 des Speicherregisters wird zum Inhalt der entsprechenden Stellen des Akkumulators addiert, und diese Summe tritt an die Stelle des Inhalts der Stellen 9 bis 35 des Akkumulators. Wenn die Vorzeichen des Inhalts von Akkumulator und Speicherregister ungleich sind, wird der Inhalt der Speicherregisterstellen 9 bis 35 zum Einerkomplement des Inhalts der Stellen 9 bis 35 des Akkumulators addiert. Da der Inhalt der Akkumulatorstellen 9 bis 35 eine reine Mantisse darstellt, ist die Größe ihres Einerkomplements gleich (1—2-27).

8. Ohne Rücksicht auf das Vorzeichen oder die relativen Größen des Speicherregister- und Akkumulatorinhaltes erscheint das Ergebnis mit doppelter Genauigkeit und mit gleichen Vorzeichen sowohl im Akkumulator als auch im MQ-Register. Wenn die Vorzeichen des Akkumulators und des Speicherregisters gleich sind und die Summe der Mantissen größer als oder gleich 1 ist, erfolgt ein Übertrag aus Stelle 9 in Stelle 8 des Akkumulatorregisters. Die Charakteristik des Akkumulators wird also um 1 erhöht. In diesem Falle werden die Mantissen des Akkumulators und des MQ-Registers eine Stelle nach rechts verschoben, und eine 1 wird in Stelle 9 des Akkumulators eingeführt. Wenn die Vorzeichen des Akkumulators und des Speicherregisters verschieden sind, gibt es zwei Möglichkeiten, die beide von der Differenz zwischen den Mantissen des Speicherregisters und des Akkumulators abhängig sind.

Fall 1:

Wenn die Mantisse im Speicherregister größer ist als die im Akkumulator, werden die Vorzeichen des Akkumulators und des MQ-Registers beide dem Vorzeichen des Speicherregisters angeglichen. Wenn die Mantisse des MQ-Registers gleich Null ist, wird die Differenz zwischen den Mantissen des Speicherregisters und des Akkumulators in den Akkumulator eingegeben. Wenn die Mantisse des MQ-Registers nicht gleich Null ist, wird die um 1 verminderte Differenz zwischen den Mantissen des Speicherregisters und des Akkumulators in den Akkumulator eingeführt; das Zweierkomplement der MQ-Mantisse tritt an die Stelle der Mantisse im MQ-Register.

FaU 2:

Wenn die Mantisse des Speicherregisters kleiner ist als die Mantisse im Akkumulator, tritt die Differenz der beiden Mantissen an die Stelle der Mantisse im Akkumulator.
Das Vorzeichen des Akkumulators und der ganze Inhalt des MQ-Registers bleiben unverändert.

a. Wenn die resultierenden Mantissen sowohl im Akkumulator als auch im MQ-Register gleich Null sind, wird der Akkumulator gelöscht und ergibt eine normale Null. Wenn die Mantissen die normalisierte Form haben, bevor der Befehl »Gleitende Addition« gegeben wird, kann dieses Resultat nur dann eintreten, wenn die Vorzeichen verschieden und der Inhalt der Stellen 1 bis 35 des Speicherplatzes Y gleich dem Inhalt der Stellen 1 bis 35 des Akkumulators ist. Die Vorzeichen des Akkumulators und des MQ-Registers sind dann gleich dem Vorzeichen der ursprünglich im Akkumulator gespeicherten Zahl. Wenn die resultierende Mantisse im Akkumulator gleich Null ist und die beiden Zahlen vor der Addition nicht normalisiert waren, sind die Vorzeichen des Akkumulators und des MQ-Registers gleich dem Vorzeichen der ursprünglichen Zahl mit der kleineren Charakteristik.
b. Wenn die resultierenden Mantissen im Akkumulator und im MQ-Register nicht gleich Null sind, werden die Mantissen des Akkumulators und des MQ-Registers nach links verschoben, bis eine 1 in Stelle 9 des Akkumulators steht. In die Stelle 35 des Akkumulators gelangen Bits aus Stelle 9 des MQ-Registers. Die Charakteristik im Akkumulator wird für jede Stellenverschiebung um 1 reduziert. Keine Verschiebung ist nötig, wenn die Mantisse im Akkumulator zu Beginn dieses Schrittes die normale Form hat.
10. Das MQ-Register erhält eine Charakteristik, die um 27 niedriger ist als die Charakteristik im Akkumulator, wenn der Akkumulator nicht eine normale Null enthält; dann bleiben Nullen in den Stellen 1 bis 8 des MQ-Registers stehen.
Wenn die Stellen P und/oder Q des Akkumulators vor Ausführung des Befehls »Gleitende Addition« nicht gleich Null sind, ist das Ergebnis gewöhnlich falsch. Nicht-Null-Bits in den Stellen P und/oder Q, die zunächst als Teil der Akkumulatorcharakteristik interpretiert werden, machen diese größer als die Charakteristik im Speicherregister, so daß der Austausch im Schritt 3 stets stattfindet. Während des Austausches wird eine 1 in die Stelle S des Speicherregisters eingegeben, wenn eine 1 entweder in Stelle S oder P des Akkumulators steht, so daß das Vorzeichen der Zahl verändert werden kann. Jedes Bit in Stelle Q geht während des Austausches verloren, und P und Q werden beide gelöscht, wenn der Inhalt des Speicherregisters an die Stelle des Inhalts des

Akkumulatorregisters tritt. Die Differenz zwischen den beiden Charakteristiken wird nach dem Austausch berechnet, so daß im fünften Schritt N nicht gleich der Differenz zwischen den ursprünglichen Charakteristiken ist. Im sechsten Schritt ersetzt die Charakteristik im Speicherregister mit fehlendem Q- und F-Bit die Charakteristik im Akkumulator. Als Beispiel sei die Addition von

22-0,1001 = (SR) +10000010,1001 2«-0,1001 = (AC) +10000101,1001

angenommen. Zunächst müssen die Exponenten einander angeglichen werden, und dann kann die Addition erfolgen. Die Charakteristiken werden geprüft und erweisen sich als ungleich, und zwar steht die größte im Akkumulator. Die Zahlen im Akkumulator und im Speicherregister werden dann ausgetauscht und ergeben:

SR +10000101,1001

AC +10000010,1001

Im MQ-Register stehen jetzt Nullen. Der Inhalt des Akkumulators wird dann um die Zahl von Stellen nach rechts verschoben, die nötig ist, um die Exponenten gleichzumachen.(Das binäre Komma steht bekanntlich zwischen den Stellen 8 und 9 aller Register.) Die Register sehen dann so aus: Jetzt können die Mantissen (Stellen 9 bis 35) addiert werden.

SR +10000101,1001 AC +10000101,1010 MQ +00000000,0010

Die Akkumulatorstelle 9 wird auf eine 1 hin geprüft, und es erfolgt keine Normalisierung. Jetzt wird die Charakteristik im MQ-Register eingestellt. Sie ist gleich der Akkumulatorcharakteristik minus der Zahl von Stellen der Akkumulatormantisse (27 in der Rechenmaschine, 4 im Beispiel):

SR +10000101,1001 AC +10000101,1010 MQ +10000001,0010

Wenn man nun die Ergebnisse entschlüsselt, stellt man folgendes fest:

25 · 0,1001 MQ = 2i ■ 0,0010 = 1* ■ 0,00000010 2⁵ · 0,0001001 AC = 25 · 0,1010

23 · 0,1010001

Endsumme = 2⁵ · 0,10100010

SR +10000101,1001 AC +10000101,0001 MQ +00000000,0010

Im binären System:

30 Als genaueres Beispiel betrachtet man nun die Addition von zwei Zahlen (6)₁₀ und (12)₁₀, deren Summe gleich (18)₁₀ ist.

A = (6)₁₀ = (203,6)₈ = (206,06)₈

B = (12)₁₀ = (204,6)₈ = (207,06)₈ und

C = (18)₁₀ = 205,44 (normalisiert).

	1	2	3	4	5	6	7	8	Charakteristik	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35
AO	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
BO	1	0	0	0	0	I	1	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
CO	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Mantisse ^ , v

Es sei nun angenommen, daß A im Speicherplatz 1000, B im Speicherplatz 1001, der Befehl Löschen und Addition 1000 im Speicherplatz 100, der Befehl Gleitende Addition 1001 im Speicherplatz 101 steht und das Datenverarbeitungssystem so ausgelegt ist, daß der Befehlszähler 1.24 veranlaßt, daß der Inhalt des Speicherplatzes 100 aus dem Kernspeicher 1.01 entnommen wird. Dieser Befehl wird durch das Befehlsregister 1.20 und die Entschlüsselerschaltungen während des /-Umlaufs entschlüsselt, um den Inhalt des Speicherplatzes 1000 zu entnehmen und (206,06)_s in den Akkumulator 1.05 einzugeben, wobei das imaginäre Komma zwischen der Charakteristik und der Mantisse zwischen den Stellen 8 und 9 des Akkumulators steht. Der Befehlszähler 1.24 ist auf 101 weitergeschaltet, und während des auf den Zs-Umlauf zur Ausführung des Befehls »Löschen und Addition« folgenden Befehlsumlaufs wird der Befehl »Gleitende Addition« aus dem Speicherplatz 101 entnommen und entschlüsselt. Dieser Befehl sieht vor, daß ein Ε-Umlauf ausgeführt und der Inhalt des Speicherplatzes 1001 entnommen wird, nämlich die Zahl (207,06)₈, die zunächst in das Speicherregister 1.02 eingeführt wird. Danach folgen fünf E/Ä-Umläufe, die fünf Schritten entsprechen. Das MQ-Register wird während des Ε-Umlaufs gelöscht, und es beginnt der erste Schritt (Ei? 1).

Während des ersten Schrittes findet eine Prüfung statt, um festzustellen, ob die Charakteristik im Speicherregister oder im Akkumulatorregister größer ist. In diesem Falle ist die Akkumulatorcharakteristik größer, und daher werden die beiden Zahlen ausgetauscht durch Übertragung der Zahl (207,06)₈ aus dem Speicherregister 1.02 in das Akkumulatorregister 1.05 über die Addierwerke 1.03 und durch Übertragung der Zahl (206,06)₈ aus dem Akkumulator in das Speicherregister über die Verbindung 1.34. Das Speicherregister enthält also jetzt (207,06)₈ und das . Akkumulatorregister (206,06)₈. Danach werden die Charakteristiken über die Leitungen 1.54 und 1.46 zum Addierwerk geschickt, und die Differenz wird berechnet. Die Differenz 1 wird in den Schiebezähler 1.20 A über die Verbindung 1.66, die Speicheradressen-Steuerkreise 1.26 und die Verbindung 1.98 übertragen. Damit ist der erste Schritt abgeschlossen.

Während des zweiten Schrittes wird die Akkumulatorcharakteristik gleich der Speicherregistercharakteristik gemacht, indem die Mantisse im Akku-

mulator um die im Schiebezähler angegebene Zahl nach rechts verschoben wird. In diesem Falle wird die Mantisse im Akkumulator eine Stelle nach rechts verschoben, so daß darin jetzt die Zahl (206,03)₈ steht; aber die Charakteristik ist nicht die wahre, da keine Angleichung erfolgt ist, um sie wegen der Rechtsverschiebung um eine Stelle zu korrigieren.

Die beiden Zahlen sind positiv, und sie werden während des dritten Schrittes einfach addiert. (06)_s und (03)₈ ergeben (H)₈. Da man weiß, daß die Mantisse im Akkumulator so angeglichen worden ist, daß sie eine Charakteristik mit dem Wert der Charakteristik im Speicherregister hat, wird die letztere durch die Addierschaltungen in den Akkumulator (Stellen 1 bis 8) übertragen, um den früheren Inhalt auszulöschen, der falsch war, wie schon erwähnt. Am Ende von Schritt 3 steht die Zahl 207.11 im Akkumulator, aber diese Mantisse ist nicht normalisiert, da (207,1I)₈ gleich 010000111,001001 ist.

Vor der Normalisierung der vorstehenden Zahl werden die in Operation 8 der Gleitenden Addition beschriebenen Vorgänge ausgeführt. In diesem Falle ist die resultierende Mantisse im Akkumulator und im MQ-Register nicht gleich Null. Wenn die Mantisse im Akkumulator bereits normalisiert ist (eine »1« in Stelle 9 steht), wird ein Trigger Γ 3 EIN-geschaltet. Da das nicht der Fall ist, bleibt Γ 3 AUS, und der fünfte Schritt wird ausgeführt, um die Zahl zu normalisieren. Der Schiebezähler wird auf »Einsen« zurückgestellt. Die Schaltungen sind so angeordnet, daß die Stelle 10 des Akkumulators ständig geprüft wird, da durch die Vorabfühlung gewährleistet ist, daß die Verschiebung nach einer weiteren Verschiebung aus Stelle 10 aufhört. Die erste »1« kommt also in die Stelle 9 des Akkumulatorregisters. Bei jeder Ausführung einer Linksverschiebung wird der Schiebezähler einen Schritt weitergeschaltet. In diesem Falle finden zwei Verschiebungen statt, und die Mantisse ändert sich von (H)₈ in (44)₈. Bei Rückstellung des Schiebezählers auf »Einsen« hatte er den Stand (377)₈, so daß er nach zwei Verschiebungen den Wert (375)₈ enthält.

Da der Schiebezähler nur achtstellig ist mit den den Addierwerkstellen 1 bis 8 entsprechenden Stellen 10 bis 17, werden »Einsen« in die Stellen Q und P des Addierwerks zwangläufig eingeführt. Würde der Schiebezähler so vergrößert, daß er Stellen 8 und 9 enthielte, wurden diese Stellen Einsen enthalten, und daher ist es durchaus zulässig, sogenannte »heiße Einsen« in die Addierwerkstellen Q und P einzuführen. Weil das Komplement der Zahl von Verschiebungen (375)₈ zu der Charakteristik (207)₈ addiert wird, muß eine »heiße Eins« in die Stelle 8 des Addierwerks eingeführt werden, um die Angleichung an das Zweierkomplement vorzunehmen. Daher werden folgende Zahlen addiert:

60

	jlus Q und P ..	Q	Addierwerkstellen	1	2	3	4	5	6	7	8
	zu Addier-	0	P	1	0	η	η	0	1	1	1
Akkumulator		T-I	0	1	1	1	1	1	1	0	1
Schiebezähler »Einsen« in		1								1
Heiße »Eins« werkstelle 8	0		1	0	0	0	0	1	0	1
	0

Das Ergebnis ist (205)₈, und die Zahl wird in den Akkumulator eingegeben an Stelle der Charakteristik (207)₈: Der Akkumulator enthält nun (205,44)₈.

Logische Schaltungen
für Gleitkomma-Operationen

In Fig. 3 a, 3 b und 3 c sind die Datenpfade aus den Schiebezählerstellen 10 bis 17 des Befehlsregisters und die Steuerleitungen der Torimpulse für die Aufnahme der Daten dargestellt. In Fig. 3 a ist eine Leitung 3 a.05 an die Stellen 11 und 13 für die Addierwerkstellen 2 bzw. 4 angeschlossen. Eine Leitung 3a.O6 leitet den binären Eingangsimpuls aus Leitung 3ö.O5 in das Addierwerk weiter. Summen- und Übertragungsausgänge sind vorgesehen, wie gezeigt. In Fig. 3 b ist eine Leitung 36.06 an die Schiebezählerstellen 12 und 14 für die Addierwerkstellen 3 bzw. 5 angeschlossen, und eine Leitung 3 &.07 leitet den binären Eingangsimpuls aus der Leitung 3 b.06 in das Addierwerk weiter. Ähnlich wird eine Leitung 3 c.07 durch eine Leitung 3 c.08 für die Schiebezählerstellen 15, 16 und 17 zu den Addierwerkstellen 6, 7 bzw. 8 gesteuert.

Fig. 4 zeigt eine typische Stelle des Mantissenteils des Akkumulatorregisters, einschließlich einer Leitung 4,8 nur für die Stelle 10, welche verwendet wird, um eine »1« in der Mikrosekunden-Verzögerungseinheit beim Normalisieren vorabzufühlen, wie oben beschrieben.

Fig. 5 zeigt den Schiebezähler 1.20/4 mit Ausgangsleitungen 5.1 bis 5.8, welche an die Stellen 1 bis 8 des Addierwerks 1.03 angeschlossen sind, um den Verbindungsweg 1.96 zu bilden.

Fig. 6 (Blatt 1) zeigt eine Ausgangsleitung 6.3, die dazu dient, den in Fig. 9 dargestellten Trigger EIN-zuschalten. Die Impulse einer von der in Fig. 7 dargestellten Schaltung gespeisten Leitung 6.1 und einer Leitung 6.02 »Minus bei A 7 (D 5)« sind auf der Leitung 6.3 kombiniert.

Die Leitung 7.1 (Fig. 7) führt an die Schaltung in Fig. 9, wo sie mit einem Impuls ER 11 (D 1) kombiniert wird, um den T2-Trigger während Schritt 4 AUS-zuschalten. Eine Leitung 7.2 verläuft zu Fig. 19 und wird dort mit einer Leitung 19.1 ER-Zeit und einer Leitung 19.2 (D 5) verwendet, um den Trigger EIN-zuschalten und den Schiebezähler auf »Einsen« zurückzustellen. Eine Leitung 6.1 erhält positives Potential durch positive Signale auf der Leitung 7.10 »Subtraktion und Addition« und der Leitung 7.11 »5. Schritt«, um ein Signal zu Fig. 6 zu senden, wie oben beschrieben. Eine Leitung 7.3 erhält positives Potential durch die Leitung 6.1 und eine Ausgangsleitung von der Stelle 9 des Akkumulators, um ein Signal zur Schaltung nach Fig. 11 zu senden, wo es mit dem Signal des EIN-geschalteten Triggers T 2 dazu dient, um den Inhalt der Stellen Q bis 8 des Addierwerks zum Akkumulator zum Angleichen der Charakteristik zu übertragen. Eine Leitung 7.6 führt zur Schaltung der Fig. 17 und dient dort zur Erzeugung einer »heißen Eins« in Stelle 8 des Addierwerks über die Leitung »Übertrag zum Addierwerk (8)«. Die Leitung 3ö.O6 verläuft zu Fig. 3 a und steuert den iV-Ausgang des Befehlsregisters, wie oben beschrieben. Die Leitung 3 £.07 führt zu Fig. 3 b und dient dort ebenfalls zur Steuerung des iV-Ausgangs des Befehlsregisters. Eine Leitung 3 c.08 geht zu Fig. 3 c und steuert dort das iV-Signal des Befehlsregisters auf der Leitung 3 c.07.

In Fig. 8 verläuft eine Ausgangsleitung 8.1 zu der Schaltung der Fig. 15 und zeigt an, daß der Trigger T 3 AUS ist. Eine Leitung 8.2 führt zur Schaltung der Fig. 18 und erregt dort die Leitungen 18.1, 18.2 und 18.3 »5. Schritt«. Eine Eingangsleitung 8.3 erhält durch einen ERO(D 4)-Impuls positives Potential und bewirkt in Verbindung mit Impulsen auf den Leitungen 8.1 »T3AUS« und 8.4 »Addition/Subtraktion«, daß die Leitung 8.2 positiv wird.

Eine Leitung 8.5 sorgt dafür, daß das Abfallen des Ausgangssignals eines Kathodenverstärkers 8.6 möglichst gut mit dem Abfallen des Taktimpulses koinzidiert. Eine Leitung 8.6 kommt von der Schaltung der Fig. 12, wo ihr während des fünften Schrittes der Impuls »Γ3 AUS« zugeführt wird, um die Normalisierung der Mantisse im Akkumulator einzuleiten. Die Leitung 4.8 »Akkumulatorstelle-10-Ausgang« kommt von der Schaltung nach Fig. 4, wie oben in Verbindung mit der Vorabfühlung einer »Eins« in Stelle 10 des Akkumulators erwähnt. Eine Leitung 8.7 geht von der Schaltung nach Fig. 7 aus und ist positiv, während einer Addier-Subtrahier-Operation während des fünften Schrittes. Die Leitungen 8.5, 8.6, 4.8 und 8.7 sind in einer UND-Schaltung zusammengefaßt und schalten den Trigger Γ 3 AUS, wenn die Stelle 10 des Akkumulators eine »1« enthält.

Eine Leitung 8.8 »Addieren/Subtrahieren, 4. Schritt« wird von der Schaltung der Fig. 7 gespeist, eine Leitung 8.9 wird von Stelle 9 des Akkumulators gespeist, wenn diese eine »1« enthält, und eine Leitung führt einen Zeitsteuerimpuls bei ERlO(Dl). Die Signale einer Leitung 8.11 »Addieren/Subtrahieren« und einer Leitung 8.12 werden kombiniert, um dem Kathodenverstärker 8.6 ein Signal zuzuführen. Eine Leitung 8.13 ist positiv für das Addieren/Subtrahieren während des vierten Schrittes und steuert einen ER8-(D2)-Impuls auf einer Leitung 8.14, um T 3 während des vierten Schrittes zur 8-Zeit des Umlaufs EIN-zuschalten.

In der Schaltung der Fig. 9 wird ein Signal auf der Leitung 7.1 mit einem ER 11 (D 1)-Impuls kombiniert, um den Trigger Γ 3 zum Zeitpunkt 11 des vierten Schrittes EIN-zuschalten und ein Signal auf einer Leitung 7.12 zu der Schaltung der Fig. 7 zu senden.

In der Schaltung nach Fig. 10 wird eine Leitung 6.1 von der Schaltung nach Fig. 7 gespeist, wo die Impulse »5. Schritt« und »Addieren/Subtrahieren« zur Bildung eines Signals kombiniert werden. Die Leitung 6.1 speist die Ausgangsleitung »Wahre Werte der Akkumulatorstellen Q, P, 1-8 zum Addierwerk«, um eine neue Charakteristik zu berechnen, die dann in der oben beschriebenen Weise normalisiert wird.

In der Schaltung nach Fig. 11 bedingen die positiven Signale auf den Leitungen 7.3, 7.2 und 11.1 ein positives Signal auf den Leitungen 11.1 bis 11.4 »Addierwerk (Q-8) zu Akkumulator«, und durch die letztgenannte Leitung wird die angeglichene Charakteristik in den Akkumulator eingeführt, nachdem sie zur Zeit 11 des fünften Schrittes normalisiert worden ist.

In der Schaltung nach Fig. 12 wird die Ausgangsleitung 8.06 über eine von der Schaltung nach Fig. 15 kommende Leitung 15.1 erregt, um die Linksverschiebung der Akkumulatorstellen 9 bis 35 zum Zwecke der Normalisierung im fünften Schritt einzuleiten, wobei der Trigger T 3 AUS-geschaltet ist. In der Schaltung nach Fig. 13 bedingt ein positiver Impuls auf Leitung 15.4 einen positiven Impuls auf der Ausgangsleitung 13.2, um den Inhalt der Stellen S, 1 oder 9 des MQ-Registers zur Stelle (35) des Akkumulators zu übertragen.

Gemäß der Schaltung nach Fig. 14 wird eine Leitung 14.1 von der Schaltung nach Fig. 15 vorbereitet, um die Ausgangsleitungen 14.2 bis 14.9 »MQ-Linksverschiebung« zu steuern. In der Schaltung nach Fig. 15 wird eine Leitung 15.2 durch den Impulsgenerator von Fig. 22 gespeist. Eine Leitung 18.2 »5. Schritt« wird durch den Gleitkomma-Zähler von Fig. 18 gespeist, und die Leitung 8.1 »Trigger Γ 3 AUS« wird von der Schaltung nach Fig. 8 gespeist. Eine Leitung 15.5 führt die Ausgangsimpulse der Leitungen 15.1, 14.1 und 15.4 zu einer Leitung 15.6 »Weiterschalten des Verschiebezählers«, die zu der Schaltung nach Fig. 19 führt, um das Weiterschalten des Schiebezählers bei der Normalisierung der Mantisse im Akkumulator zu steuern.

In der Schaltung nach Fig. 16 sendet die Leitung 6.1 »heiße Einsen« zu den Stellen Q und P des Addierwerks über die Leitungen 16.1 und 16.2. In der Schaltung nach Fig. 7 sendet die Leitung 7.5 ein Signal auf eine Leitung 17.1 »Übertrag zur Stelle 8 des Addierwerks«, um der Addierwerkstelle 8 für das Zweierkomplement eine »heiße Eins« zuzuleiten.

Fig. 18 zeigt den Gleitkommazähler zur Erzeugung der Signale, die die verschiedenen Schritte in der Gleitkomma-Operation voneinander unterscheiden. Die Leitung 8.2 versorgt die Leitung 18.1 »5. Schritt«, 18.2 und 18.3 mit positivem Potential, oder der Inverter 18.4 übernimmt das, wenn die Trigger »1. Schritt« bis »4. Schritt« AUS sind.

In der Schaltung nach Fig. 19 bereitet die Leitung 19.1 eine UND-Schaltung für die Weiterleitung der auf der Leitung 19.2 vorhandenen Treiberimpulse für den Schiebezähler vor. Die Taktimpulse stehen auf einer Ausgangsleitung 19.03 zur Verfügung, die zum Schiebezähler von Fig. 5 (Blatt 2) führt. Außerdem zeigt Fig. 19 den Trigger, der den Schiebezähler auf »Einsen« zurückstellt. Dieser Trigger wird EIN-geschaltet entweder während der /-Zeit bei y4 8(Dl) oder während des vierten Schrittes und zur Zeit ER bei AS(Dl). Der Trigger wird AUS-geschaltet mit einem A11 (D 1)-Impuls, um den Schiebezähler zur Zeit 11 des vierten Schrittes auf »Einsen« zurückzustellen.

In der Schaltung nach Fig. 21 liefert eine Leitung 19.1 ein Ei?-Zeitsignal zum Impulsgenerator für den Schiebezähler, und in der Schaltung nach Fig. 22 wird die Leitung 15.2 durch einen Impuls zum Zeitpunkt Ei? 5 oder 11 erregt, um ein Signal zur Schaltung nach Fig. 15 zu senden.

Während des vierten Schrittes wird der Trigger Γ 3 zur 8-Zeit EIN-geschaltet. Im Falle 1, in dem die Stelle 9 des Akkumulators vor oder zum Zeitpunkt 7 des Umlaufs beim vierten Schritt auf »1« steht, wird der Trigger Γ 3 zum Zeitpunkt 8 EIN- und zum Zeitpunkt 5 des fünften Schrittes AUS-geschaltet, wenn die Akkumulatorstelle 10 auf »1« steht. Die Akkumulatorstelle 9 wird eine Mikrosekunde, nachdem die Akkumulatorstelle 10 auf »1« steht, auf »1« eingestellt. Die Schaltung zur Linksverschiebung im MQ-Register und Akkumulator zum Weiterschalten des Schiebezählers hat positives Potential zum Zeitpunkt 0 des fünften Schrittes und negatives zum Zeitpunkt 5 des fünften Schrittes. Die Schaltung zum Übertragen des Inhalts der Stellen 10 bis 17 des Befehlsregisters in die Stellen 1 bis 8 des Addierwerks

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und von Einsen zu den Addierwerkstellen Q, P und eines Übertrags zur Addierwerkstelle 8 spricht an zur Zeit 6 des fünften Schrittes. Trigger Γ 2 wird AUS-geschaltet zur Zeit 0 des fünften Schrittes und EIN-geschaltet zur Zeit 7, um das Ende der Operation herbeizuführen. Die Schaltung zum Übertragen vom Addierwerk in die Stellen Q bis 8 des Akkumulators erhält positives Potential zur Zeit 11 des fünften Schrittes und negatives zur Zeit 0 unmittelbar danach. Die Schaltung zum Übertragen vom Akkumulator in die Stellen Q bis 8 des Addierwerks hat positives Potential zur ZeitO zu Beginn des fünften Schrittes und weist es bis zum Ende der Operation auf. Im Fall 2 steht die Akkumulatorstelle 9 nach der Zeit 7 auf »1«. Die Akkumulatorstelle 10 steht auf »1« zur Zeit 6 des ersten Umlaufs des fünften Schrittes, und der Trigger Γ 3 wird zur Zeit 6 AUS-geschaltet. Die Akkumulatorstelle 9 steht zur Zeit 7 auf »1«. In diesem Falle erhält die Schaltung zur Linksverschiebung und zum Weiterschalten des Schiebezählers zur Zeit 0 des fünften Schrittes positives Potential (wie zuvor), jedoch nur bis zur Zeit 6. Jetzt erhalten die Schaltungen zum Übertragen des Inhaltes des Befehlsregisters in das Addierwerk zum Übertragen von »Einsen« in die Stellen P und Q des Addierwerks und eines Übertrags in Addierwerkstelle 8 zur Zeit 7 positives Potential. Trigger Γ 2 wird EIN-geschaltet zur zweiten Zeit 0 des fünften Schrittes und leitet das Ende der Operation ein. Es wird jedoch ein weiterer Umlauf ausgeführt (Umlauf 2 des fünften Schrittes), und die Schaltung zum Übertragen des Inhaltes des Addierwerks in die Stellen Q bis 8 des Akkumulators zur Zeit 11 des zweiten Umlaufs erhält positives Potential. Die Schaltung zum Übertragen des Akkumulatorinhaltes in Stellen 0-8 des Addierwerkes erhält zur Zeit 0 des ersten Umlaufs positives Potential, das sie bis zum Abschluß der Operation aufweist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronischer Gleitkomma-Rechner mit Ausrichtung einer durch eine beliebige Mantisse kleiner als Eins und einen beliebigen Exponenten der Systembasis gegebenen Zahl durch schrittweise Stellenverschiebung der Mantisse nach links, bis ihre höchststellige von Null verschiedene Ziffer im Mantissenspeicher hinter dem Komma steht (Normalisierung), dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Normalisierung während der Stellenverschiebungen der Mantisse nur eine Zählung derselben in einem Zählwerk (Schiebezähler 1.20.4), jedoch die Korrektur des Exponenten erst nach deren Beendigung durch Vereinigen des Zählerinhaltes mit dem bisherigen Exponenten in einem Addierwerk (1.03) erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Exponent und zu verschiebende Mantisse vorzugsweise Binärzahlen sind und eine Einrichtung zur Feststellung einer Ziffer 1 in der höchsten Kommastelle (9) des Mantissenspeichers (Akkumulator 1.05) die Stellenverschiebungen beendet und die Korrektur des Exponenten einleitet.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

© 109 689,131 9.61