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TELEFUNKEN I

DIGITAL- RECH EN AN LAGE TR 4,

Inhaltsubersicht

Die TELEFUNKEN-Digital-Rechenanlage TR 4 . 1 Die Wortlange 3 Dos Rechenwerk . 5 Dos Speicherwerk 7 Dos Befehlswerk . 8 Dos Ein- und Ausgobewerk 9 Die Ein- und AusgobegerCite 10 Doten .12 Herausgegeben von

TELEFUNKEN

G · M · B · H GESCHJ(FTSBEREICH ANLAGEN WEITVERKEHR Werbung {14a} BACKNANG/Wurtt. GerberstraBe 34 Fernsprecher 8911 . Fernschre iber 0724415,

DI E TE LE FU N KE N - DIGIT AL-RECH EN AN LAGE TR 4

ist ein neuer Allzweck-Rechner besonders hoher Geschwindigkeit, groBer Zuverlossigkeit und guter Anpassungsfohigkeit. Er wurde konstruiert fUr die Losung umfangreicher und vielgestaltiger Aufgaben, die von Wissenschaft, Technik und Wirtschaft in zunehmendem MaBe gestellt werden. Die TR 4 ist mit modernen elektronischen Bauelementen aufgebaut. Die kurze Zugriffszeit der groBen Arbeitsspeicher, die schnellen Magnetbonder und Moglichkeiten weitgehender Simultanarbeit mehrerer Teile der Anlage sind der hohen Operationsgeschwindigkeit angemessen. Das inhaltsreiche Befehlssystem kann durch nachtroglich wohlbare Zusotze fUr spezielle Aufgabenbereiche wirksam ergonzt werden., Der Rechner besteht aus 4 Hauptteilen (Abb. 1): o Rechenwerk e Speicherwerk e Befehlswerk o Ein- und Ausgabewerk Rechenw erk Spl

RR

Sp2

MD AC

FSp us MQ cXp Spekhe,

VR

-_ .- - - -~ . -.- - .-_ .- Ein- und Ausgobewerk Sefehlswerk EAl EA2 EA3 MS ~-t===j-+-SR EA4 EA5 Abb. 1 Obersichtsschaltplan des Registers Diese 4 Werke konnen unabhCingig voneinander arbeiten und erlauben echte Simultanarbeit. Das Verteilerregister VR verbindet die" aufgefUhrten Teile des Rechners miteinander. Nach ErlCiuterung der Wortstruktur werden die 4 Hauptteile nCiher beschrieben.,

DIE WORTLANGE

im Rechen- und Befehlswerk betragt 48 bit (Abb. 2).

Zahlworte

enthalten 46 numerische Binarstellen und 2 bit Markierungsstellen. Die Markierung (Q-Zeichen) dient der Unterteilung der gespeicherten Zahlen in programm- technische Gruppen, z. B. der Unterteilung einer Matrix in Zeilen und Spalten. Befehlswort OP AS OP AS 00 ill II 81 161 81 161 Wortkennzeichen Zahlwort (Festkomma ) OL lililU 46 1 \ Markierung Zahlwort (Gleitkomma) LO III [I ! I 38 1 81 \ Prufstellen Mantisse Exponent Alphanumerisches Wort (8 Zeichen ) LL Ii I! 1 61 61 61 61 61 61 61 61 Abb. 2 Wortstruktur Sie dient Befehlen, deren AdreBteil nicht nur eine einzelne Speicherzelle, sondern eine Gruppe von Speicherzellen aufruft. Die letzte Zeile einer Gruppe ist dann mit einer Markierung versehen. Zum Beispiel bilden die Koefflzienten eines Polynoms eine Gruppe. Der Befehl "Polynomberechnung" veranlaBt die Bildung des Polynomwertes im Rechenwerk. Ein anderes Beispiel ist das Skalarprodukt, mit dessen Hilfe die Zeile einer Matrix mit der Spalte einer anderen Matrix multipliziert wird., Zahlworte mit festem Komma stellen 45stellige positive oder negative Binorzahlen dar. 45 Binarstellen entsprechen 13 Dezimalstellen. Zahlworte mit gleitendem Komma enthalten neben einer 37stelligen Binarzahl ("Mantisse") mit Vorzeichen emen 8stelligen binaren Exponenten. Der Exponent gibt die Kommastellung an, die automatisch wahrend der Rechnung verschoben wird, derart, daB fUhrende Nullen in der Zahl vermieden und dadurch moglichst viele wesentliche Ziffern durch die Rechnung mitgezogen werden. Der damit automatisch ohne Oberlauf erfaBte Zahlenbereich erstreckt sich von 2-128 bis 2+128, d. h. von 10-38 bis 10+38, und zwar mit binar 37stelliger, entsprechend dezimal 11 stelliger Genauigkeit. Befehlsworte enthalten 2 Befehle zu je 24 bit. Ein Befehl setzt sich aus einem Operationsteil von 8 bit und einem AdreBteil von 16 bit zusammen. Da beide im allgemeinen voll verschlusselt sind, handelt es sich um EinadreBbefehle im strengen Sinne des Wortes. Die Modiflzierung der Adresse durch einen Index geschieht mit Hilfe eines vorhergehenden Modiflzierbefehls. Alphaworte bestehen im allgemeinen aus 8 alphanumerischen Zeichen zu je 6 bit. In dieser Form erfolgt z. B. die erste Eingabe von Programmen, die in alphabetischer und dezimaler Schreibweise ohne Bindung an feste Wortlangen vorliegen und von der Maschine in die binare Form ubersetzt werden. NaturgemaB kann bei der Informationsverarbeitung auch jede andere Unterteilung der 48 Binarstellen in Gruppen selbstandiger Bedeutung programmtechnisch vorgenommen werden. Die Wortlange im Speicher betragt 52 bit. Zu den 48 bereits aufgefUhrten Binarstellen kommen hinzu: 2 binare Prufstellen, die der automatischen Rechen- und TransportLiberwachung dienen und vom Programm her nicht beeinfluBbar sind (Dreierprobe), 2 Binarstellen zur Typenkennung, die vorwiegend zu Konvertierungszwecken 4 verschiedene Worttypen (siehe oben) unterscheiden.,

DAS RECHENWERK

kann die Liblichen arithmetischen und logischen Operationen fUr festes und gleitendes Komma ausfUhren, akkumulierend multiplizieren, die Quadratwurzel ziehen und Teile auS verschiedenen Worten zu neuen Worten zusammensetzen. Es kann auch zum Beispiel direkt in den Speicher hinein addieren. Das Rechenwerk setzt sich aus 5 Registernzusammen, die praktisch direkte Verbindung zum Speicher haben : II01

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_ L_ - - xl x2 x3 Sn v xl X3X4 Sn

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~ _ &-Sd.altun gen LE Sn X1X2X3sn~ & X1X3X4 Sn SchaltwelletIIII: I I

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I Xl I x2 x3 1 x4

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I01010101IRE RE RE RE

I I

IIIIIIIIIIII_~_ ~ _ I ~ _ ~ _L__Elementartakt Abb.3 Schaltkrei stechnik Das Multiplikandenregister (MD) halt jeweils einen Operanden einer Rechenoperation bereit. Der Akkumulator (AC) ist das eigentlich rechenfahige Register. Das Multiplikatorregister (MQ) ist das zahlende Register bei Multiplikation und Division und dient gegebenenfalls als untere Verlangerung des Akkumulators., Das Obertragsregister (OB) hat maschineninterne Bedeutung. Es halt bei der Addition jeweils den Obertrag fest und ermoglicht dadurch eine sehr schnelle Multiplikation. Die logische Und-Verknupfung wird im Obertragsregister gebildet. Das Reserveregister (RR) dient als Schnellspeicherzelle und befahigt das Rechenwerk u. a. zur akkumulierenden Multiplikation und damit zur Berechnung des Skalarproduktes. Die hohe Rechengeschwindigkeit resultiert aus der parallelen Arbeitsweise der Register und aus der hohen Taktfrequenz, die die modernen UKW-Transistoren 1 aus eigener Fertigung gestatten. ] Die Register bestehen aus statischen Flip-Flops mit Kondensator-Vorspeichern ("Registerelemente"). Die fUr die Verknupfungen und die Steuerung verwendete Schaltkreistechnik (Abb. 3) arbeitet mit passiven Schaltelementen in zwei Stufen. Die erste Stufe besteht aus Und-Schaltungen, die zweite aus Oder- Schaltungen. Die Registerelemente fUr eine Binarstelle und das sie verk.nupfende Dioden-Netzwerk sind auf eine Rechenwerkplatte mit gedruckter Schaltung aufgebracht.,

DAS SPEICHERWERK

besteht im wesentlichen aus Ferritspeichern kurzer Zugriffszeit. lwei Arbeitsspeicher mit je 212 = 4096 Worten zu 52 bit bilden die Grundausrustung. Die Speicher arbeiten simultan unabhangig voneinander und mit einer Zykluszeit von 6 ftS. Ein Speicher kann erweitert werden. Die Maximalkapazitat der Arbeitsspeicher betragt7X4096 = 28672 Worte. Der Festspeicher tragt Informationen, die ausgelesen, aber nicht durch das Programm verandert werden k6nnen. Der Festspeicher enthalt 210 = 1024 Worte fUr Standard- programme, wie Ein- und Ausgabeprogramme (Konvertierung), Pru.fprogramme, hauflg gebrauchte Funktionen. Der Festspeicher ist erweiterbar auf 4096 Worte. Der Indexspeicher dient der Aufnahme von Adressen. Die Wortlange betragt demgemaB 16 bit und die KapaziWt 28 = 256 Worte. Auch der Indexspeicher arbeitet simultan zu den Aggregaten des Arbeitsspeichers. Er nimmt u. o. Indizes fUr Adressen- modiflkation, -substitution und Schleifenzohlung sowie die Rucksprungadressen fUr Unterprogramme auf. Anfangs-, Endwert und Schrittweite ernes Schleifenindex k6nnen zusammen rn einer Zelle des Arbeitsspeichers untergebracht werden ("Indexwort"), der das Programm dann eine Zelle im Indexspeicher zuordnet. Weitere spezielle Aufgaben des Indexspeichers sind durch die Vorrangsteuerung der Ein- und Ausgabe und ahnliches gegeben. Magnetbandgerate erweitern die Speicherkapazitat, die dc;rnk der speziellen Ein- und Ausgabe- organisation in vielen Fallen praktisch wartezeitlos ausgenutzt werden kann.,

DAS BEFEHLSWERK

steuert die verschiedenen Teile des Rechners und ihr Zusammenspiel. Es dienen dazu die folgenden 3 Register: Des Befehlsregish:!r (BR) nimmt 1 Wort, also 2 Befehle auf. Der Befehlszahler (BZ) gibt an, welchem Speicherplatz der nochste Befehl zu entnehmen ist. Bei Unterprogrammsprungen wird sein Inhalt im Indexspeicher abgespeichert. "I Des Addendenregister (AD) kann eine Adresse aus dem Indexspeicher aufnehmen und zur Adresse des auszufUhrenden Befehls addieren. Die Steuerung des Befehlsablaufs geschieht durch das Mikroprogrammsteuerwerk. Hier werden die Befehle aus einzelnen "Mikrooperationen" genauso zusammengesetzt, wie sich ein Programm aus einzelnen Befehlen zusammen- setzt. Der Unterschied ist nur der, daB die AusfUhrung einer Mikrooperation stets genau eine Taktzeit (O,5 ,us) dauert und daB mehrere Mikrooperationen gleichzeitig ausgefUhrt werden konnen. Mikrooperationen sind z. B. Transporte zwischen den einzelnen Registern, Elementarschifte und elementare Verknupfungen. Mikrooperationen konnen, eben so wie Befehle, bedingt ausgefUhrt werden; auch hier gibt es Sprunge und Schleifenzohlung. Technisch aufgerufen werden aile Mikrooperationen durch Schaltwellen, die von Leistungselementen erzeugt werden. Die Leistungselemente werden von einem kreuzschienenartigen Dioden-Netzwerk gesteuert. Auf leicht auswechselbaren, steckbaren Platten sind die Mikroprogramme verdrahtet. Zu den fast 250 Befehlen konnen nach den Erfahrungen und Bedurfnissen des Benutzers einige weitere nachtroglich hinzugefUgt werden.,

DAS EIN- UND AUSGABEWERK

stellt die Verbindung des schnellen Rechners mit langsameren Geraten her. Es bedient sich dazu der 5 EA-Register, die unabhangig voneinander simultan arbeiten konnen. Sie nehmen je ein voiles Wort auf und besitzen zum Verteilerregister hin wortweise parallele Verbindungswege. An 4 EA-Register konnen je bis zu 8 GerCite unter- schiedlicher Geschwindigkeit angeschlossen werden, das 5. EA-Register ist der Uberwachungsschreibmaschine am Kontrollpult vorbehalten. Die Steuerung der EA-Register besorgt selbsttatig das Fullen oder Entleeren der Register, z. B. das Umformen der parallelen Worte zu zeichenweise parallelen und umgekehrt, sowie die Angleichung der verschiedenen Geschwindigkeiten. Die von Magnetbandern aufgenommene Information wird im EA-Register selbstandig einer Fehlerprufung unterworfen. Der auf dem Band verwendete Code enthalt zusCitzliche Prufinformationen, die bei der Beschriftung von Magnetbandern im EA-Register selbstandig erzeugt werden. Die Steuerung lost ferner eine Fertigmeldung der EA-Register aus, die das Haupt- programm unterbricht und den parallelen Transport eines Wortes zwischen EA-Register und Arbeitsspeicher bewirkt. Sie steuert somit unabhangig vom Hauptprogramm den Transport ganzer Informationsblocke zwischen Ein- und AusgabegerCiten und Arbeitsspeichern. Die hierzu erforderlichen Adressen werden im Indexspeicher aufbewahrt. Das Hauptprogramm braucht z. B. nur den Start eines Magnetbandes zu befehlen, um diese Blocksteuerung in Gang zu setzen.,

DIE EIN- UND AUSGABEGERATE

(Abb.4) sind vorzugsweise Magnetbandgerate. Hinzu kommen Lochkarten- und Lochstreifengerate, Schnelldrucker und gegebenenfalls Analog /Digital- und Digital / Analogwandler. Magnetbandgerat Die Magnetbandgerate wurden fOr eine Bandgeschwindigkeit von 50 bzw. 250 em/sec entwickelt und verarbeiten 7500 bzw. 37500 Zeichen pro Sekunde. Auf dem 1/ 2 /1 breiten Magnetband ist in 6 Spuren die Information untergebracht 1 -1IIIIIEA-WerkIIIII 1~-~r-_0-~-o L- _____-.JI Ein- und Ausgabegerate ,-1IIII: Speicher : I I IL______I~ ,- -, Schnelldrucker

I I I

I Rechenwerk I Band-MischplatzIIL_____J1-1IIZusatzgerate:

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I Befeh Iswerk Loch ka rtenwandler Lochstreifenwandler

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IL____IQDH~I IQDHZI d Kontroll-Pult I~HQDI I=z:HQDI Abb . 4 Obe rsichlsschaltplan der Digital -Rechena nlag e TR 4 und in einer 7. ein Kontrollimpuls je Zeichen (parity check), wahrend eine 8. als Taktspur dient. Ein automatisch hinzugefOgtes weiteres Zeichen je Wort ermoglicht Fehlerkorrektur bzw. verbesserte Fehlererkennung. Dos Bandgerat verwendet Spulenkassetten mit einer maximalen Bandlange von etwa 250 m, auf denen rund 3 Millionen Zeichen (Hexaden) Platz haben. Die Information auf dem Magnetband ist in Blocke beliebiger Lange eingeteilt. Die Blocke werden durch Informationslucken getrennt. lm allgemeinen halt das Band automatisch an, wenn es eine BlocklUcke liest bzw. beim Beschriftungsvorgang, wenn es hinreichend lange keine Information yom Rechner erhalt. Der Startbefehl des Rechners, in dem das EA-Register und ein doran angeschlossenes Bandgerat adressiert werden, bewirkt das Anlaufen des betreffenden Bandes und schreibt die Laufrichtung (vor- oder ruckwarts) und die, Betriebsart (Lesen oder Schreiben) vor. Die AusfUhrung des Befehls ist unabhangig davon, ob Bander laufen, die an andere EA-Register angeschlossen sind. Schreibmaschine Eine Schreibmaschine ist angeschlossen fUr die Ausgabe kurzer lwischenergebnisse, fur die verschiedensten Anzeigen, die schriftlich erfolgen, fUr protokollierte Eingriffe in das Programm und schlieBlich fUr die technische Oberwachung der Anlage. Die Schreibmaschine arbeitet im allgemeinen, ebenso wie die Ein- und Ausgabebander, alphanumerisch. Nur fUr die technische Oberwachung ist auch eine binare Eingabe (Tetradeneingabe) vorgesehen. Das Kontrollpult ist verhaltnismaBig klein, da viele Funktionen desselben von der Schreibmaschine ubernommen werden. lu den Schaltern und Anzeigelampen des Kontrollpults gehoren u. a. 8 Wahlschalter und 8 Merklichter, deren Stellung vom Programm her \'durch bedingte Sprunge einzeln abgefragt werden kann. Das Setzen der Wahlschalter geschieht manuell, das Setzen der Merklichter durch das Programm. Lochkartengerate und Lochstreifengerate sind an den Rechner anschlieBbar. Wenn groBere Datenmengen verarbeitet werden sollen, konnen Lochkartenwandler und Lochstreifenwandler verwendet werden, die selbstandig mit Magnetbandgeraten arbeiten. Schnelldrucker konnen direkt an den Rechner angeschlossen, aber auch unabhangig vom Rechner mit Magnetbandgeraten gespeist werden . .B andmischplatze mit 2 Magnetbandgeraten und elektrischer Schreibmaschine dienen zum Prufen, Doppeln und Mischen von Magnetbandern. Mit Hilfe der elektrischen Schreib- maschine konnen Magnetbander beschriftet und ausgedruckt werden (10 l is). Ein Pufferspeicher von Wortlange erlaubt eine Korrektur der protokollarisch mitgeschriebenen Information, noch ehe sie ins Band ubernommen wird. Das Andern bereits beschrifteter Magnetbander ist moglich, da die in der Anlage verwendeten Bandgerate in den Wortlucken starten und stoppen konnen. Die Bandmischplatze dienen zum sorgfaltigen Vorbereiten der Daten und Programme vor Eingabe in den Rechner.,

DATEN

Aligemeines Binor arbeitender Parallelrechner mit Halbleiter-Schaltkreisen Taktfrequenz 2 MHz, Leistungsbedarf ca. 1,5 kW Mikroprogramm-Steuerwerk mitauswechselbaren Einschubeinheiten fUrdie Befehle Automatische Rechenkontrblle und TransportOberwachung. Zahlendarstellung: Intern rein binor: 48 bit Festes Komma: 13 Dezimalen im Bereich lx l < 1 Gleitendes Komma: 11 Dezimalen Mantisse lahlenbereich 10±38 Alphanumerische leichen: 8X6bit EinadreBbefehl: 24 bit {Halbwort}. Speicher 2 Ferritspeicher fu r je 4096 Worte zu 52 bit, erweiterbar auf insgesamt 28 672 Worte lykluszeit 6 ft S Festspeicher mit 1024 Worten, erweiterbar auf insgesamt 4096 Worte Ferritspeicher fUr 256 Kurzworte {Indexspeicher} Magnetbandgerote als GroBraumspeicher wie bei Ein- und Ausgabe. Rechenzeiten {ohne lugriff im Mittel} Festes Komma Gleitendes Komma Addition 4,5 ft S 20 ft S Multiplikation 30 ft S 30 ft S Ein- und Ausgabe a} Am Rechner angeschlossen {z. T. im Parallelbetrieb} vornehmlich Magnetband- gerate 7500 l is und 37500 l is, ferner Lochstreifen- und Lochkartengerote, . 1 Oberwachungsschreibmaschine am Kontrollpult. b} Prufen, Doppeln und Mischen von Magnetbondern, auch Beschriften und Aus- drucken (lOlls) mit Bandmischplatz. c} Ausdrucken der Magnetbonder mit alphanumerischem leilenschnelldrucker {auch direkt am Rechner}. d} Magnetbandwandler fUr Lochkarten und Lochstreifen. Mechanischer Aufbau Der Rechner ist in 3 Schronken untergebracht, jeder Schrank ist 1,20 m breit, 1,60 m hoch und 0,45 m tief. Die Schronke enthalten den beschriebenen Rechner einschlieBlich Netzteil und Platz fUr Speichererweiterung. Je nach Ausstattung konnen Magnetbandgerote in dem Schro nken oder auch in den links im Bild {s. Seite 1} gezeichneten Schronkchen (je 2 Bandgerote) untergebracht werden. Der Kontrollplatz fUr den Operateur entholt neben einem normalen Schreibtisch das Kontrollpult und die Oberwachungsschreibmaschine. 1m Hintergrund ist ein Schnelldrucker aufgestellt. Sonstige EA-Gerote sind nicht gezeigt, da sie allgemein bekannt sind., Anderungen vorbehalten,

TELEFUNKEN TR 4

I . AW237 Juni 1959]

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