Funktioneller Aufbau digitaler Rechenanlagen

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1 Heinz Sehe eher Funktioneller Aufbau digitaler Rechenanlagen Mit 178 Abbildungen Technische Hochschule Darrrssindt FACHBEREICH (NPORMATiK BJ_B_L I O T M E K Inventur-Nr.:_ Sachgebiete:.. Standort: Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1973

2 Inhaltsverzeichnis Einführung 1 Digitale Verknüpfungsglieder Entwicklung der digitalen Verknüpfungsglieder Digitale Verknüpfungsglieder mit Halbleitern Und-Oder-Schaltungen Negation Schaltkreisfamilien Die Dioden-Transistor-Logik-Familie (DTL) Die Transistor-Transistor-Logik-Familie (TTL) Die Emitter-Coupled-Logik-Familie (ECL) Integrierte Schaltkreise mit Feldeffekttransistoren (MOS-FET-Technik) Schaltsymbole für die digitalen Verknüpfungsschal-/ tungen 9 2 Aufbau einfacher Baugruppen aus den digitalen Verknüpf ungs<"liedern Einbit-Speicher - Flip-Flop RS-Flip-Flop (RS-FF) Komplementierendes-Flip-Flop (T-FF) JK-Flip-Flop (JK-FF) JK-Flip-Flop mit Takteingang (JK-FF) D-Flip-Flop (D-FF) Master-Slave-Flip-Flop (MS-FF) (Herren- Sklaven-FF) Monostabile Flip-Flop Impulserzeuger Astabile Flip-Flop Schmitt-Trigger Binäre und dezimale Zähler 16

3 VIII Inhaltsverzeichnis Binäre Zähler mit RS-MS-Flip-Flop (synchron) Binäre Zähler mit RS-MS-Flip-Flop (asynchron) Binäre Zähler mit JK-MS-Flip-Flop Dezimale Zähler Schieberegister Allgemeines Schieberegister mit Flip-Flop-Ketten Schieberegister mit Ferritkernen Schieberegister mit MOS-FET-Schaltungen Funktioneller Aufbau des Rechenwerkes Allgemeines Rechenwerke für das binäre und für das hexadezimale Zahlensystem Darstellung negativer Zahlen Serienaddierwerke Paralleladdierwerke Addierwerke für das hexadezimale Zahlensystem Multiplizierwerke Dividierwerke Rechenwerke für das dezimale Zahlensystem Die wichtigsten in der Praxis verwendeten Codes Dezimales Addier- und Korrekturwerk für den binären Code Addier- und Subtrahierwerk mit Zählern Addierwerke mit Additionstafeln Multiplizierwerke mit Zählersteuerung Multiplizierwerke mit Einmaleinskörpern Multiplizierwerk, bei dem gewisse Vielfache des Multiplikanden verwendet werden Dezimale Dividierwerke Einrichtungen für die Gleitpunktarithmetik und für die korrekte Rundung Die mathematisch korrekte Rundung Gleitpunktarithmetik bei der Addition und Subtraktion Gleitpunktarithmetik bei der Multiplikation Gleitpunktarithmetik bei der Division... 61

4 Inhaltsverzeichnis IX 4 Die Steuerung der arithmetischen Operationsabläufe, Mikroprogramme Allgemeines Verzweigtes Schieberegister als Mikroprogrammspeicher Umstellbare Binärzähler als Mikroprogrammspeicher Die Fixierung des Mikroprogramms in einem besonderen Speicherwerk Magnetkern-Fädelspeicher als Mikroprogrammspeicher Halbleitermatrix als Mikroprogrammspeicher 70 5 Befehlswerke Aufgaben der Befehlswerke Aufbau des Befehlswerks einer einfachen Maschine ohne Adressenmodifikation Ablauf einiger typischer nicht arithmetischer Befehle Transportbefehle Sprungbefehle unbedingt und bedingt Einrichtungen zum Modifizieren des Adreßteils eines im Befehlsregister stehenden Befehls Modifikation durch Addition eines Wertes auf den Adreßteil Modifizierung eines Befehls durch Veränderung der Referenzstufe Zusätzliche Register im Befehlswerk Speicherwerke^vorzugsweise Arbeitsspeicher Einteilung der Speicherwerke Selektion; Adressierung, Zugriff Datensicherungsmaßnahmen beim Speicherwerk Datensicherung bei Dezimalmaschinen Datensicherung bei binären und hexadezimalen Maschinen Magnetkernspeicher Physikalische Eigenschaften der Magnetkerne Selektion eines Kerns bzw. einer Kerngruppe Die Anordnung der Lese- und Sperrwicklungen Probleme, die infolge der nicht rechteckigen Hystereseschleifen entstehen 102

5 X Inhaltsverzeichnis Das Impulsprogramm für den Lese-Schreib- Zyklus Treiberverstärker für Kernspeicher Auswahlschaltungen für die Treiberdrähte eines Kernspeichers Gesamtschaltung eines Kernspeichers Parallelarbeit einzelner Teilwerke der Anlage Allgemeine Gesichtspunkte Parallelarbeit abhängiger Werke Parallelarbeit nicht abhängiger Werke Parallelarbeit bei einem aus mehreren Moduln aufgebauten Speicherwerk Adressenverschränkung Aufbau eines Kernspeichers für Parallelarbeit Einrichtungen, die die Parallelarbeit mit den Ein- Ausgabegeräten ermöglichen (Kanalwerke) Allgemeines Aufgaben eines Kanalwerks Standard- und Schnellkanäle Aufbau eines Kanalwerks Das Ein-Ausgabe-Befehlswerk Das Vorrangwerk Automatischer Verkehr zwischen Arbeitsspeicher und den Hintergrundspeichern Grundsätzliche Überlegungen Lageinvariante und eingriffsinvariante Programme Identische Abbildung des Inhalts eines zusammenhängenden Teils des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher Einrichtungen zur Beschleunigung des Wechselvorgangs Das Master-Slave-Prinzip bei Speichern Nichtidentische Abbildung des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher Allgemeines Seitenweise-identische Abbildung des Hintergrundspeichers auf den Arbeitsspeicher (paging) Segmentierung Schlußbetrachtungen zum Kapitel 8 196

6 Inhaltsverzeichnis XI 9 Die peripheren Geräte Gemeinsame Gesichtspunkte Massenkernspeicher Bewegte magnetische Schichten als Datenträger (Magnetomotorische Speicher) Allgemeines Trommelspeicher Plattenspeicher Magnetbandspeicher Magnetkartenspeicher Lochkartengeräte und Lochstreifengeräte Allgemeine Gesichtspunkte Lochstreifengeräte Lochkartengeräte Druckwerke Allgemeines Mechanische Zeilendrucker Nichtmechanische Zeilendrucker Plotter (X-Y-Schreiber) Analog arbeitende Plotter Digital arbeitende Plotter Analog-Digital-Wandler Analog-Digital-Wandler für geometrische (Zwischen-) Größen Analog-Digital-Wandler für zeitliche (Zwischen-) Größen Analog-Digital-Wandler für Frequenz-(Zwischen-) Größen Analog-Digital-Wandler nach dem Stufenkompensationsverfahren Digital-Analog-Wandler Digital-Analog-Wandler für geometrische Größen Digital-Analog-Wandler für elektrische Größen Konsolen, Bildschirmgeräte, Satellitenrechner, Datenstation Konsolen Bildschirmgeräte Satellitenrechner, Datenstation Automatische Zeichenerkennung Allgemeines 243

7 XII Inhaltsverzeichnis Allgemeiner Aufbau technischer Erkennungsgeräte Verfahren zur Abtastung der Zeichen Aussondern der Merkmale Klassifikation 249 Literaturverzeichnis 253 Namen- und Sachverzeichnis 255