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Binäre logische Wippe mit vier stabilen Zuständen Bekanntlich ist
eine binäre logische Wippe gewöhnlich eine Schaltung, die zwei stabile Zustände
einnehmen kann und bei welcher der Übergang von dem einen zum anderen Zustand durch
einen ihrer Eingangsseite zugeleiteten Impuls herbeigeführt wird.
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Die üblichen mit Transistoren. arbeitenden binären Wippen benutzen
zwei Transistoren, die derart geschaltet sind, daß der eine bei Verblockung des
anderen wirksam ist und umgekehrt, während der Übergang von dem einen zum anderen
Zustand der Wippe mit Hilfe von Dioden, Widerständen und Kapazitäten herbeigeführt
wird. Diese Schaltanordnung ermöglicht die Erzielung zweier rechtwinkliger, in der
Polarität gegensinniger Zeichen und wird bei binären Zählern und ähnlichen elektrischen
Geräten mit Vorteil benutzt.
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Bei Binärzählern und dergleichen Geräten isst es jedoch von Bedeutung,
die aufeinanderfolgenden Betriebsfolgen. beobachten zu können und durch Verriegelung
zwischen den Ausgangszeichen eine große Betriebssicherheit zu schaffen. Ferner ergibt
sich bei verwickelteren Schaltungen mit logischen Funktionen wie solchen, welche
die Selbstregelung von Zählwerken, die Dezimalzählung, die Steuerung von Gleit-
und Stapelregistern bewirken, häufig das Bedürfnis nach einer Grundschaltanordnung,
welche das Prinzip der Selbststeuerung zu verwirklichen gestattet und Stromkreise
zur unmittelbaren Verbindung mit den die :gemeinsam angewendeten logischen Funktionen
verwirklichenden Einzelgeräten aufweist. Eine Schaltanordnung dieser Art wird nach
der Erfindung durch eine Verbindung von lediglich durch Verstärkerstromkreise mit
Transistoren und Widerständen gebildeten logischen Elementen NI erhalten, bei der
jeder der diese Elemente darstellenden elektrischen Stromkreise ein Ausgangszeichen
nur dann erzeugt, wenn kein Zeichen seinen verschiedenen Eingangsseiten zugeführt
wird.
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Im einzelnen besteht die binäre, logische Wippe erfindungsgemäß aus
sechs logischen Elementen NI, die elektrisch derart miteinander verbunden sind,
d@aß die Eingangsseite der Wippe an die Eingangsseiten des ersten und des dritten
Elements, die Ausgangsseste des ersten an die Eingangsseite des zweiten und des
dritten sowie des fünften Elements, die Ausgangsseite des zweiten an die Eingangsseite
des ersten Elements, die Ausgangsseite des dritten an die Eingangsseiten des vierten
und des sechsten Elements, die Ausgangsseite des vierten Elements an die Eingangsseiten
des fünften und des sechsten Elements, die Ausgangsseite des fünften an die Eingangsseite
des vierten Elements und die Ausgangsseite des sechsten Elements .an die Eingangsseite
des zweiten und des dritten Elements angeschlossen ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht die binäre logische Wippe nach der Erfindung
bespielsweise in einer Ausführungsform.
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Fig. 1 gibt die Schaltanordnung eines einzelnen logischen Elements
NI wieder, und Fig. 2 zeigt die aus sechs derartigen logischen Elementen NI erfindungsgemäß
zusammengesetzte binäre logische Wippe; Fig. 3 läßt im Kurvenbild die an den Ausgangsseiten
der Schaltanordnung nach Fig. 2 nacheinander entnommenen logischen Werte erkennen,
und Fig.4 veranschaulicht deren Aufeinanderfolge in einem Diagramm.
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Fig. 5 zeigt die Verwendung einer binären logischen Wippe nach Fig.
2 bei einer verschlüsselte Nachrichten stapelnden Speicherschaltanordnung; Fig.
6, 7 und 8 lassen in Form von drei Tabellen das Fortschreiten der aus der Speieherschakanordnung
nach Fig.5 über einen Kanal entnommenen Nachrichten nach der Ausgangsselte der Schaltanordnung
erkennen, und
Fig. 9 zeigt eine ähnliche Tabelle für eine statt
eines Nachrichtenkanals deren mehrere aufweisende Abänderung der Speicherschaltanordnung
nach Fig. 5.
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Beim Fehlen jedes Zeichens, d. h. bei einen den Wert 0 aufweisenden
Zeichen, an den über die 11 an °die Büsis 7 des Trah&i&tors angeschlossenen
Eingängen des : logischen Elements NI ist der Transistor verblockt, und ein Zeichen,
z. B. mit dem Wert 1, trifft an der Ausgansseite 12 auf, die sich auf dem negativen
Potential des Pols 4 befindet. Sobald dagegen, ein Ze'i'chen vo-n @ -genügendem
negativen Potential, z. B. mit :dem Wert 1, an einer der Eingänge 10 des
Transistors eimtriffft, wird dieser entblockt, und kein Zeichen, d: h. ein Zeichen
mit dem Wert 0, tritt an der Ausgangsseite 12 auf, die auf das Bezugspotential gebracht
ist.
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Gemäß Fig. 2 ist eine binäre logische Wippe unter Verwendung von logischen.
Elementen NI nach Fig. 1 dadurch geschaffen; daß sechs derartige Elemente L1 bis
L6 elektrisch dierart miteinander verbunden sind, daß die Eingangsseite A der Wippe
an die Eingamgsseke der Elemente L1 und L., die Ausgangsseite B des Elements L1
an die Eingangsseite der Elemeixe L2, L3 und L5, die Ausgangsseite C des Elements
L2 am die Eingangsseite des Elements L1, die Ausgangsseite D des. Elements L3 an
die Eingangsseite der Elemente L4 und L5, die Ausgangsseite E des Elements L4 an
die Eingangsseite der Elemente L5 und L8, die Awsgangsselte F des Elements L5 an
die Eingangsseite des Elements L4 und die Ausgangsseite G des Elements L6 an die
Eingangsseite der Elemente L2 und L3 angeschlossen ist. Ferner kann die Wipp in
einen Anfangszusitand in irgendeinem Zeitpunkt mittels des Wiederherstellungsstromkreises
R zurückgebracht werden, welcher mit der Eingangsseite des Elements L2 über eine
Diode 13 in Verbindung steht und durch eine Diode 14 an einer unmittelbare. Einwirkung
auf die anderen Elemente verhindert ist. Eine nach Fig.2 ausgebildete binäm logische
Wippe bietet den Vorteil, daß sie eine Vielzahl von Ausgangszeichen aufweist. Außerdem
besitzt sie den Vorzug, da.ß sie aus Elementen besteht, die homogen mit den. Elementen
sind; die in den Schaltanordnungen enthalten sind, in welche die Wippe häufig einzuffügen
isst: Ferner führt sie auf Grund des bei ihren Elementen NI eingehakenen Folgeprinzips
zwischen die Ausgangszeichen Verriegelungen ein, welche eine große Sicherheit des
Betriebes gewährleigten.
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Die Wippe nach Fig. 2 arbeitet wie folgt: Geht man von einem durch
das Fehlen eines jedem äußeren Zeichens .an der Eingangsseite A bestimmten Zustand
der Wippe aus, so kann dieser beispielsweise durch die folgenden Weite der durch
die einzelnen Ausgänge B bis G der Wippe abgegebenen Zeichen und des Fehlzeichens
am Eingang A gekennzeichnet nein.: A=0: B=1; C '=0; D=0; E=1; F=0;
G=0.
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Wenn man dann ein Zeichen der Eingangsseite A der Wippe zuführt, wird
das Element L1 entblockt, was -auch die Entnegelung des Elements L2 zur Folge halt,
während der Zustand der anderen Elemente unverändert bleibt. Es ergeben sich dann
die Werte: A=1; B=0; C=1; D=0; E=1; F=0; G=0.
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Wenn man das Zeichen an der Eingangsseite A der Wippe unterbricht,
wird das Element L3 gesperrt und. das Element L4 entriegelt und das Element L5 verblockt,
was Werte ergibt: A=0; B=0; C=1; D=1; E=0; F=1; G=0.
Die Wippe hat
ihren Zustand geändert, und wenn man nun neuerdings ein Zeichen der- Eingangsseite
A der Wippe zuführt, wird das Element L, entriegelt und das Element L, ..gesperrt,
was die Entblockung des Elements L2 zur Folge hat. Das Element La wirkt dabei im
Sinne einer Aufrechterhaltung des entblockten Zustandes des Elements L3. Man hat
dann die Werte: A=1; B=0; C=0; D=0; E=0; F=1; G=1. Beim Verschwinden des
Zeichens an der Eingangsseite A der Wippe wird das Element L1 verblockt und das
Element L5 entriegelt sowie das Element L4 gesperrt, was die Entriegelung des Elements
L8 herbeiführt, das seinerseits das Element L3 entriegeh. Es ergeben sich dann die
Werte: A=0: B=1; C=0; D=0; E=1; F=0; G=0. Es ist damit wieder der Ausgangszustand
der Wippe erreicht, nachdem man zwei Steuerimpulse an die Eingangsseite A der Wippe
gelegt hat.
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Fig. 3 zeigt das Kurvenbild der logischen. Werte, die nacheinander
an den Ausgangsseiten B bis G der Wippe nach Fig. 2 entnommen werden, wenn man an
die Eingangsseite A der Wippe Steuerimpulse in einem Arbeitsspiel der beschriebenen
Art anlegt, und Fig. 4 veranschaulicht die Aufeinanderfolge der Arbeitsvorgänge
in einem D.iagramin, in welchem nur die den Werten 1 der einzelnen Ausgangsseiten
der Wippe entsprechenden Schaltzustände wiedergegeben sind. Die an den verschiedenen
Ausgangsseiten B bis G der Wippe empfangenen Zeichen haben eine Frequenz, die gleich
der Hälfte der Frequenz des an der Eingangsseite A zugeführten Steuerzeichens ist.
Diese Frequenz braucht nicht konstant zu sein. Die kleinste Dauer der Zeichen 0
und 1, welche an die Eingangsseife A gesendet werden, ist nur durch die Ansprechzeit
des Transistors begrenzt.
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Im übrigen haben die verschiedenen Ausgangszeichen genau bestimmte
relative Zeitdauern, welche andere Anwendungen wie bei der üblichen Ausführungsform
von binären Wippen gestatten. Die von den Ausgangsseiten B und
D abgegebenen Zeichen können beispielsweise zur Steuerung von Teileinheiten
von Zählern, Registrservorrichtungen oder umkehrbaren Zählsystemen dienen.
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Hinsichtlich der Wirkungsweise des Wiederherstellungsstromkreises
R, der in jedem beliebigen Zeitpunkt wieder den Ausgangszustand der Wippe herbeizuführen
gestattet, sind zwei Fälle zu unterscheiden. Wenn die Wippe sich anfangs beispielsweise
in dem Zustand befindet, der für die Werte A=0; B=1; C=0; D=0; E=1; F=0;G=0
gegeben ist, hat man bei dem Element L2 dien vorherigen Zustand, und es tritt keinerlei
Änderung auf. Wenn dagegen die Wippe den Zustand angenommen hat, der für die Werte
A=0; B=0; C=1; D=1; E=0; F=1;G=0 bestimmt ist, so wird das Element L2 entblockt,
das Element L1 verriegelt, jedes der beiden Elemente L3 und L5 entblockt und das
Element L4 gesperrt. Man
kommt daher zurück auf den vorbestimrrnten
Ausgangszustand mit den Werten A=0: B=1; C=0; D=0; E=1; F=0; G=0. Die binäre
logische Wippe nach der Erfindung bildet ihrem Wesen nach eine Speichervorrichtung,
welche man auch getrennt benutzen kann. Man kann auch durch die einfache Verbindung
von mehreren Wippen .in Reihenschaltung Zähler mit reinem oder anderem binären Code
erzielen. Ausgehend von dieser Schaltanordnung, lassen sich umkehrbare Dezimal-
oder Binärzähler, die für numerische Zwecke und für chronometrische Steuerung verwendbar
sind, sowie auch funktionelle Gruppen von binären Wippen zur Benutzung für Programmgebung
verwirklichen. Praktisch besonders wertvoll ist auch die Eignung einer erfindungsgemäß
ausgebildeten binären logischen Wippe für den Bau von stapelnden Nachrichtenspeichern.
In Fig.5 ist die Schaltanordnung für einen derartigen Nachrichtenstapelspeicher,
der auf der Verwendung von binären logischen Wippen nach der Erfindung beruht, in
einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Ein Nachrichtenstapelspeicher ist bekanntlich
eine Vorrichtung, die eine bestimmte Zahl von verschlüsselten Nachrichten aufzuzeichnen
und sie in der zeitlichen Ordnung ihres Eintreffens wiederzugeben gestattet und
zu diesem Zweck aus mehreren Speächerstationen mit einer Steuerstufe und mit für
die Kennzeichnung der Nachricht vorgesehenen Stufen besteht und bei der auf der
funktionellen Ebene die Stufengleicher Art in einem Steuerkanal P und in einem oder
mehreren Nachrichtenkanälen hintereinander angeordnet sind und die Zahl der Stationen
und der Kanäle das Fassungsvermögen der ganzen Schaltanordnung bestimmt.
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Bei dem in Fig. 5 wiedergegebenen Nachrichtenstapelspeicher ist der
Steuerkanal P im wesentlichen durch mehrere, z. B. vier, erfindungsgemäß ausgeführte
binäre logische Wippen Mt, M" M3, M4 gebildet, bei dendn der Ausgangskreis
G der einen Wippe mit dem Eingangskreis A der nächsten Wippe verbunden ist und die
einer gleichen Zahl von Speicherstationen, z. B. vier Stationen S1 bis S4, entsprechen.
Jede Wippe kann zwei verschiedene, als frei und als besetzt bezeichnete Zustände
je nach den an seinem Eintrittskreis empfangenen Zeichen einnehmen. Zwischen den
Wippen besteht eine gegenseitige Abhängigkeit durch die von den Ausgangskreisen
C und G ausgesendeten Zeichen, welche eine Wippe auf die vorhergehende Wippe mittels
der logischen NI-Elemente Ni, N.2, N3 überträgt, und außerdem empfängt jede Wippe
an ihrer Eingangs-Seite das Zeichen, das die Ausgangsseite E der vorhergehenden
Wippe abgibt. Dioden gewährleisten eine richtige Übertragung der Zeichen.
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Wenn man ein Zeichen nach der Eingangsseite A der Wippe M1 schickt,
geht diese in den besetzten Zustand über, und beim Verschwinden dieses Zeichens
an der Eingangsseite A der Wippe M1 nimmt deren Ausgangsseite E den Wert 0 an. Die
Fortpflanzung der Nachricht der Wippe M2 findet nur statt, wenn bei dieser die Ausgangsseiten
G und C auf dem Wert 0 sind, d. h. wenn die Station S2 nicht besetzt ist. In diesem
Fall gestattet die Wippe M2 die Absendung eines zweiten Zeichens nach der Eingangsseite
A der Wippe M1 über das Element Ni. Dieses Zeichen wird an der Eintrittsseite A
der Wippe M1 durch die Ausgangsseite C der Wippe M2 auf 0 gebracht, nachdem es durch
die Ausgangsseite G der Wippe M1 nach der Eingangsseite der Wippe M2 übertragen
worden ist. In diesem Zeitpunkt hat die Wippe M1 zwei Impulse empfangen und ist
daher in den freien Zustand zurückgekehrt. Anderseits hat die Wippe M2 keinen Impuls
erhalten und befindet sich. daher im besetzten Zustand.
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Die Fortpflanzung des Zeichens in der Wippe M3 erfolgt in der gleichen
Weise wie in der Wippe MP wenn die Wippe M3 im freien Zustand ist. Die Wippe M3
kommt dann in den besetzten Zustand, und die Wippe M2 wird wieder frei. Wenn dagegen
die Wippe M3 schon im besetzten Zustand ist, kann das Element N2 kein zweites Zeichen
nach der Eingangsseite A der Wippe M., senden, die somit besetzt bleibt.
Dieses Verfahren wiederholt sich nach der Ausgangsseite der ganzen Schaltanordnung
des Nachrichtenstapelspei.chers hin bei den weiteren Wippen, bis man auf eine besetzte
Wippe trifft. Jedes nach der Eingangsseite A der Wippe M1 gesendete Zeichen hat
somit zur Folge, daß die erste noch freie Wippe, auf die man von der Ausgangsseite
der Schabanordnung aus trifft, in den besetzten Zustand übergeführt wird.
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Der Kanal Q für die Nachrichten setzt sich aus einer bestimmten Zahl
von logischen Elementen NI zusammen, und in jeder Station sind ein Eingangselement
15 und ein Element 16 miteinander in der gleichen Weise wie die Elemente L, und
L2 in Fig. 2 verbunden. Die Ausgangsseite des Elements 15 ist an die Eingangsseite
des Ausgangselements 17 der Station angeschlossen. An jeder Station wird die Bewegung
der Nachrichten durch die Zeichen der Ausgangsseiten B, D und E der entsprechenden
Wippe gesteuert, und die beiden Ausgangsseiten D und E sind mit der Eingangsseite
des Elements 17 verbunden. Wenn eine Wippe im besetzten Zustand ist, verblocktsie
die Nachrichten in ihrer Station durch die Abgabe des Zeichens 1, das von ihrer
Ausgangsseite D aus nach dem Element 17 gesendet wird, welches die Aufgabe hat,
die übertragung der Nachrichten nach der folgenden Startion zu gewährleisten. Ist
dagegen die Wippe im freien Zustand, so hat das von .ihrer Ausgangsseite D abgegebene
Zeichen den Wert 0, und die Nachricht wird nach der folgenden Station weitergeleitet.
Beim Wiederfreiwerden hebt die Station die Nachrichten auf, welche sie empfangen
hat, was durch die. Rückführung der Einzelspeicher auf Null mittels des Zeichens
1 erfolgt, dias durch die Ausgangsseite ihrer Wippe ausgesendet und nach der Eingangsseite
.des Elements 16 übertragen wird.
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DieNachrichten werden in die inFig. 5veranschaulichte Schaltanordnung
mit Hilfe von Druckknöpfen 18 und 19 eingeführt, von denen der Druckknopf 18 ein
Zeichen nur dem Steuerkanal P und der Druckknopf 19 ein Zeichen gleichzeitig dem
Steuerkanal P und dem Nachrichtenkanal Q zuleitet. Diese Nachrichten werden an dem
Entschlüsselungsausgang 20 über die logischen NI-Elemente 22 und 23 bzw. am Entschlüsselungs.ausgang
21 unmittelbar entnommen. Zur Entnahme einer Nachricht braucht man nur auf den Knopf
24 zu drücken, was über die logischen NI-Elemente 25 und N4 die Absendung eines
zweiten Zeichens nach der Eingangsseite der letzten Wippe M4 der Schaltanordnung
zur Folge hat. Diese Wippe wird dann den freien Zustand einnehmen und
die
Entnahme der Nachricht an dem einen oder dem anderen der beiden Entschlüsselungsaus,gänge
je nach den Erfordernissen des Einzelfalles ermöglichen.
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Wenn die letzte Station frei wird; so wird sie selbsttätig durch die
folgende Nachricht besetzt, die in der vorhergehenden Stelle verblockt ist. Dieser
Vorgang wiederholt sich in gleicher Weise bei den vorhergehenden Stationen: Die
Steuerung dieses Fortschreitens der Nachrichten wird durch den Steuerkanal P gewährleistet,
welcher in jedem Augenblick den Füllungszustand des Nachrichtsnstapelspeiehers anzeigt.
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Die in Fig: 6, 7 und 8 wiedergegebenen Tabellen lassen erkennen, wie
die Nachrichten nach der Ausgangsseite eines nach dem Prinzip der Schaltanordnung
nach Fig. 5 mit acht Stationen S1 bis S$ versehenen Nachri,chtenstapelspeichers
hin bei ihrer Entnahme fortschreiten. Fig. 6 zeigt den Zustand des Speichers nach
der Stapelung der aufeinanderfolgenden Nachrichten 0, 1, 0; 1, 1, 0 und Fig. 7 den
Zustand des Speichers nach der Entnahme der ersten gespeicherten Nachricht. Die
Nachrichten erfahren alle eine Versetzung um eine Station nach der Ausgangsseite
des Speichers hin, und die Station S3, die vorher besetzt war, wird frei. Aus Fig.
8 ist der vom Speicher nach der Entnahme der zweiten gespeicherten Nachricht eingenommene
Zustand ersichtlich, bei dem eine weitere 'Versdung der Nachrichten nach der Ausgangsseite
des Speichers hin stattgefunden hat und die StationS4 frei geworden ist.
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Die in Fig. 9 wiedergegebene Tabelle veranschaulicht den Zustand,
den ein Nachrichtenstapelspeicher einnehmen kann., in: welchem dem Steuerkanal P
statt des in Fig. 5 vorgesehenen einzigen Nachrichtenkanals Q mehrere, z. B. drei
Nachrichtenkanäle Q1; Q2 und Q3 zugeordnet sind.