Analog Computers

Reference / Paper · 1962

Aufbau und Arbeitsweise des Hybrid-Rechners TRICE

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A German-language technical article by W. Ameling (EA GmbH Aachen) describing the construction and operation of the TRICE hybrid computer (Transistorized Realtime Incremental Computer), a transistorized incremental digital computer developed by Packard-Bell. The article explains the basic computational units (integrators, adders, multipliers, servo, and analog-digital converters), the programming method for systems of differential equations using incremental arithmetic, and the machine's performance characteristics including operation at up to 100 kHz iteration rate. Published in Elektronische Rechenanlagen, Vol. 4, No. 1, 1962, pp. 28-44.

Manufacturer
Packard-Bell
System
TRICE (Transistorized Realtime Incremental Computer)
Author
W. Ameling
Year
1962
Type
Reference / Paper
Language
German
Learning track
specific applications
Pages
14
  • TRICE (Transistorized Realtime Incremental Computer)
  • Packard-Bell
  • hybrid computer
  • incremental digital computer
  • differential equations
  • analog-digital integration

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Aufbau und Arbeitsweise des Hybrid-Rechners TRICE

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Die Grunileinheiten des TRICE-Systems Das TRICE-System setzt sich aus unabhängigen Recheneinheiten zusammen, die alle in der Technik der gedruckten Schaltung hergestellt werden. Von ganz entscheidendem Vorteil ist, daß sämtliche an der Rechnuns beteilieten Einheiten parallel arbeiten. Auf diese Weise Ist eine liohe Rechengeschwindigkeit za erzielen, die stets gleich und unabhängig von der Anzahl der Recheneinheiten ist. Diese Recheneinheiten werden auf dem Problembrett zusammengeschaltet. In Bild 1 sind die Bezeichnungen der verschiedenen Recheneinheiten, ihre Symbole ,rttd di" mathematische Formulierung angegeben. So wie man sich beim elektronischen Analogrechner aus rein technischen Überlegungen für das VJrfahren der wiederholt angewandten Integration entschieden hat, so wollen wir nach den im Bild L dargestellten Symbolen auch hier bei unseren Rechenschaltungen ganz entsprechend verfahren. Auf die Frage der programmierung werden wir noch zurückkommen. Grundsätzlich sind gemäß der Rechenvorschrift des zu lösenden problems diä verschiedenen Rechenkomponenten derart za einer Rechenschaltung zusammengeschaltet, daß die erhaltene Lösungsfunktion der Lösung des mathematischen oder phvsikalischen Problems entspricht. Das zu lösende Diffeientialgleichungssystem wird jeweils nach der höchsten Ableitung aufgelöst. Von diesen höchsten Ableitungen kommen wir durch entsprechend oft angewandte Integration zu den unter Umständen benötigten Ableitungen und zur Originalfunktion selbst. Die Grundelemente mit ihren Symbolen entsprechend Bild 1 (Summierer, Integrierer, Multiplizie_ rer, Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer) wtrden so zu einer Rechenschaltung zusammengeschaltet, wie es die mathematischen Gleichungen vorschreiben. Bezeichnun g S u mm i e r e r S y mb o l M o t h e m o t i s c hF eo r m u l i e r u n c dvt dy, l-_ dyt dy, s J", t=1 Einfocher I ntegrotor [-----'<_dt I Integrotor ).-;- dr SummenI ntegrotor KonstqnlenMultiplizierer I |- + r+d|" " dY1 L ior'rro'r* I dr:rdt dr+jk Multinlif> I zrerer dz:(l y , )d t dz:k.dx mitA:const. I Vorioblen V o r i ob l e n Multiplizierer dt dz: d(xy| dy 2.7 Dey Integrator Multiplizierer Servo f-------\Fd' Servo I I I )- ,*d. F-dv" n - " dyr d z : ( S i g n .[ y 1+ y 2 ]d r ) Ariolog-Digitol Umsetzer Digitol-Anolog Umsetzer Anzeigegeröt Bild L. Symbole der Recheneinheiten. Zn den verwendeten Bezeichnungen der S),rnbole und mathematischen Formuiierungen ist zu sagen, daß man korrekterweise in der schematischen Darstellung und der Programmierung das Differentialzeichen für die Ein- und Ausgangsgrößen durch den endlichen Zuwachs lx, ly, lz ersetzen sollte. An diese Tatsache sollte man zumindest denken, auch wenn sich in der praxis die angegebene Schreibweise durchsetzt. Als Speicher-Bauelemente für die verschiedenen Rechen_ einheite-n werden magnetostriktive Verzögerungsleitungen verwendet. Die Eingabe in den TRICE-Rechner kann von lfand oder automatisch erfolgen. Analog-Digital- und Digital_Analog_ Ijmsetzer werden zur tlmkehrung der jeweils vorliegenden Information in die gewünschte Information benutzt. Die Ausgangsgrößen können somit in analoger oder in digitaler Form (binär oder dezimal) vorliegen, je nachdem, welche Ausgabeeinheiten angeschlossen wärden sollen. Als weitere Einheiten sind Lochstreifen-Einund Ausgabe_ geräte, Schreiber und Anzeigegeräte erforderlich. Die Viel_ gestaltigkeit des Einsatzes wird wesentlich durch den ein_ gebauten Digitalrechner PB-250 als Steuereinheit erhöht. Mit ihm können Programmspeicherung oder gewünschte Programmänderung vorgegeben werden und Steuervor_ gänge in simulierten Systemen ausgelöst werden. Auf Grund relativ kleiner Rechenzeiten, Addition eines 22-Bit_Wortes 12 ps, Multiplikation 276 ps, Ztgrifrszeit 12-3072 /rs kön_ nen bei langsam veränderlichen Vorgängen lJmformungen, Datensortierungen sowie Kennzeichnungen teilweise *:iArend der Rechenzeit vorgenommen werden. Das TRICE_ System ist jederzeit aus der Grundeinheit, bestehend aus Problembrett, Ein- und Ausgabe und Digitalrechner PB-250, weiter ausbaufähig. Alle Recheneinheiten und IJmsetzer sind in Einschubtechnik in genormten Größen ausgeführt und werden in Gestellreih"n *it eisener Strom_ versorgung untergebracht. Die Bausteine laufän auf Gleitschjelgna.go daß, jedes Element für die fnstandhaltung und die Uberprüfung einzeln herausgezogen werden kannl Auf Grund der Transistorisierung des Rechners ist die Leistungsaufnahme so niedrig, daß auf die Verwendung von Belüftungs- oder Klimaanlagen stets verzichtet werden 'kann. Die Leistungsaufnahme des pB-250 beträgt etwa 30 Watt, die eines einzelnen Integrierers 9 Watt und die eines Summierers 5 Watt. Der Muitiplikator für veränder_ liche Eingangsgrößen benötigt etwä 11 Watt. Im Bild 2 ist der Aufbau eines Multiplizierers für veränderliche Größen dargestellt. Der Geräteaufbau eines TRICE-Systems mittleren Um_ fangs ist in Bild 3 gezeigt. Die veischiedenen Recheneinheiten sind in dem äußeren Gestellrahmen untersebracht. Im Mittelteil ist die Grundrecheneinheit mit problembrett und Digitalrechner PB-250 zu erkennen. Da der Integrator eines der wesentlichsten Grundelemente des TRICE-Rechners darstellt, soll dieser im folgenden Abschnitt ausführlicher behandelt werden. eo: | ft) Gemäß dem in BiId 1 gegebenen Symbol soll es sich bei dem Integrator um eine Einheit handeln, die in der Lage ist, das Integral einer beliebigen Größe zu bilden. Der hiär verwendete Integrator ermittelt den Integrahvert, indem er die jeweiligen Zuwachsflächen aufsummiert. Die Summe dieser Zuwachsflächen ist eine Näherung für den Integralwert. Die Genauigkeit der Integration hängt von der Giöße des angewandten Zuwachses in z-Richtung, d. h. von der Abschnittsweite oder Schrittweite, ab. Dai Bild 4 soll als Blockschaltung die prinzipielle Arbeitsweise eines Integra_ tors zeigen. Der jeweilige Augenblickswert von y wird im y-Register gespeichert. Dies geschieht durch die dauernde Zuführung der y-Anderungen (geschrieben als dy) über den zweiten Eingang in das y-Register. Auf diese Art und Weise wird 2S t:4 "t,cPKq+ort:!i 1-!: E nz qcrs 1qr3:e uallr.rqcs , qc€u per11 alreqcrads -aB ' pIIg puaqcerdslue .re1sr8a11-4rur rocl 'uue>I ueüorp erepue :n; eggr8 egg;8s8ue8urg sle ue+raqulg-gClllJ -s8ue8sny-.ro1er8a1u1elp g€p '+a+nepoclsl?C 'uu€>I uapre.{\ +epue.&ra^ aqcrlrapupre^ e8r8ueqqeun sI€ eüorg e8rqarlaq r ra./arPPV ^-^^.^-a^^--sru+ Ef,rd+uI soura plrq+I€qc$IcoIg 't pils -,1 .ra1sr6aX P rarerPPV - yX .ra1sr6a zP 0e epef gep 'ueserl.e8urq Jn€r€p qcrl{cnrpsn€ eIIa+S raserp u? ras sg '+z+estazp pun rtp'rp eler+ualsgr6l ue8uoqa8nz erp qcrnp 3un11a1s.regpun 4r1oqiutrS rep ur purs zZ pun uoqcrlpue asaKl'zV egor8s8ue8sny s1e rt.V 'xV uezuäreJJ:r6[ .ralsr8eg-,{ rur 4 egorS uaqcrl>Icrlqua8ne rap uaqeu 18nez-re rg,'rtV prrn xV uezüerogrcl alp ru^\z pun'uegglSs8ue8urg re-uz roler8e+ul rep +IErIre r{3rlz+€spunJC'ueqa8aS.raperm uorler8elul .rep 3un11e1sreg eqcsrqde:8 arp 1sr I pIIg rul 'rp,( I :1er8e1u1 ruep leuor+lodo.rd 1sr s-ra1sr8a11-g'sap 'Sunrepuy re^11 e7 ua8unrapuv roqcrl+u€s ruruns ar6 -e8eu req zV sätrle&oa üra pun ,4 uo.t 8un-repuy .ra,rrlrsod req egqr8s8ue8sny s1e z7 se,rrlrsod ure lSnezra relsr8ag-g 'lrerqerlqns ;elsr8ag-y uro.t spcl '+sr arle8eu ,p uue.{\ r+Jarpp" re1sr8e11-g' urnz prr-,\\ I pun +sr ,ulrsod /p üuo.&\ ,{ osle prr-u sg '18eque rorerppY ue egg;Ss8ue8urg -rep '+rerr{er+qns uo^Ep Jepo +lerppe Sun.repuy-rp eure uue-{l -ialsr8eg:27 urr +roÄ\ urnz repe^\+ua prr-tt :e1sr8e5-l urr I uo,t 'q 'p '+re.A e8rpe-,nefrosor6l '+repug . 1re-uslcqqua8nv rep -aF uorl>1ung uelqcsun-tta8 .rep puaqcardslua pa41-l rep 'o8eluy-g 3 1g J r r u l r + q J r s u V .E PIIS 'slJrJTzridrllnI\L sJute n€qJnV 'z pva Fs sei darauf hingewiesen, daß die erste Eingangsgröße des Integrators, dz, die Werte f 1 ; 0; -1 annehmen kann. Deshaib kann der erste Ausdruck in vielen Integratrons_ schritten selbst Null sein und wir erhalten in diesim Fall: Sz : f/,) (dyr) . flSign. (dzr)l; wobei der Ausdruck Sign. (dr,.) das Vorzeichen des letzten von Null abweichenden dxo ist. Ganz entsprechend erinnern sich alle TRlCE-Recheneinheiten und b?nutzen stets das Vorzeichen des letzten von Null abweichenclen Zur,vachses. Wenn die Kapazität des _R-Aegisters groß genug wäre, würde der Inhalt angenähert: , u- i y a r . ;o Bild 5. GraphischeDarstellung der Integration. wobei yo der Anfangswert von y ist. yo wird von einem sogenannten 1-Register geliefert, worin der Anfansswert {ür die Dauer der Rechnung gespeicheit bleibt, dami auch im repetierenden Betrieb dieser Wert jederzeit zugänglich bleibt. Der Maßstabsfaktor h ist duröh die Stellune des Meßstabsbit bestimmt. Det dy-Ztwachs beträgt entrieder 0, ein positives oder negatives Bit. Für den Bereich von v soll stets lSyz<*1 gelten. Bei dieser Art Bildung von 1,, ergibt sich graphisch für die Integration eine rechteckförmige Näherung. Um Verfeinerungen, d. h. eine Genauigkeitssteigerung bei der Integration zu erreichen, wird nicht von einer rächt_ ec,kförmigen Näherung, sondern von einer trapezförmigen Näherung Gebrauch gemacht. Diese Verbesr".o^rrs erfordirt ein zusätzliches /-Register. Entsprechend Biid 6 wird die Integration mittels extrapolierterlrapezförmiger Näherung durchgeführt, wobei der Integrator diä Fläche äes (z 1 _tei 1 ) Intervalls während des i-ten Schrittes berechnet. Hiervon macht man zweckmäßig Gebrauch, da die zweite Ein_ gangsgröße dy vieifach als Ausgangsgröße eines anderen In_ tegrators auftritt. Es wird jedoch nicht das ganze Integral gebildet, sondern man erzeugt stets nur die Anderungen des Integrals dz bzw. 1z und speichert nur den Rest im ,R_Register. Damit ist der Inhalt des ,R-Registers zu Beginn des l_ten Schrittes: R,'_ t' l ! h : i ' - 1 2 r . s ,- .vt4' k.t r' uto'"* wobei A, den Bereich zwischen 0 und t hat. Das R-Register wird auf einen Anfangswert 1/, gebracht, um den Abrundungsfehler klein zu halten. Die jeweilige Ausgangsgröße dz als Anderung des Integral_ r'vertes besteht stets aus einer binären Ziffer ind, einem Vor_ zeichen. Diese Ausgangsgröße wird wie folgt definiert: f . iSign. (dt)l : [Sig.n.Si], d. h. das Vorzeichen der An_ derung ist gleich dem Vorzeich€n von S4i 2. dz : f 1, wenn (fe f 52) > /. Es wird also eine posi_ trve Ausgangsänderung erzeagt, wenn der Rest des Ä-Registers des vorhergehendän Rechenschrittes und der in dem gegenwärtigen Intervall erzeugte Wert gleich oder größer als 1 ist. 3. dz : -1, wenn (Az * Sz) { 0. Ist der Rest des R_Re_ gisters des vorhergehenden Rechenschrittes und der Wert des gegenwärtigen Intervalls negativ, so ist der Wert der Ausgangsänderung da negativ. -F Sz) < 1. Der Zttwachs dz ist 4. dz : 0-,*!1n 0 0, = (R, wenn der Wert des Restes des R_Registers vom vorhergehenden Rechenschritt plus dem Wert des gegenwärti_ gen Intervalls gleich oder größer ist als Nutt, iedoctr kleiner als 1 ist. Arbeitet der Integrator: nach dieser angegebenen trapez_ förmigen.Näherung, so kann die Ausganlslroßenändeäng dz bzw. lz wähtend der a-ten periode wiJ fälgt geschriebei werden: dzu: SlroI dyo)ldxnl I und bei Vorzeichenänderung : Bild 6. Graphische Darsteilung der Integration. Während eines beliebigen Rechenintervalls gende Größe S, ins R-Register gebracht: z wird die fol- St,: (h I dyu)dxi * tlrdyt fSign. (dzr)l d.rr, wotir. dxi selbst aus einer Binärziffer und einem Vorzeichen besteht. fSign. (drr)] bedeutet: rlrdyÄ. fSign dro] dzo : 71yn+ dyt) ldrrl -rlrdy). fSign dar]. Die Integration kann somit auf dem Wege der Interpola_ tion wie auch der Extrapolation durchgefährt werden. Die Integratoren der TRICE können füi die Interpolation oder für die Extrapolation programmiert werden. Die Größe y, ist der Wert vor- y zv Beginn der z_tenperiode. Der zweite Ausdruck in der Gleichrris y2 (dyu) fSign. (d.rr)] i;j die trap-ezförmige Korrektur. Oie Cionä'äyu:gin1 iii die extrapolierte Verbesserung. 2.2 D,ie Mwlti,pli,hation m.it e.ineyKonstamten Zur Multiplikation einer Größe mit einer Konstanten wird auch die im letzten Abschnitt beschriebene Integrations_ einheit verwendet. Man ändert den fntegrator insäfern ab, als keine dy-Anderungen zugelassen siid. Der Wert des I-t(eglsters wird in gleicher Weise wie bei den anderen tllnhelten eingegeben. y wird also als Konstante im Kon_ stanten-Multiplizierer verwendet. p1n9 elwai abgeänderte, aber gleichwertige F.orm wird häufig für die Darstellung von S, gebrauchtl St : l\e + dyi) . I dru | * ,lz Gyt)1. Sign. (dzr)1. 2.3 D i.e M ulti.p Ii.h at i,on ueyän d,erli cher Gr ö en B Zur Multiplikation veränderlicher Größen geht man hier ganz entsprechend wie beim mechanischen Analosrechner [Sign. (dzr)] gleich ]1, wenn dxu positiv ist, fSign. (dzr)l gleich -1, wenrr d.xunegativ ist. 3l ZE 'lJ3qcredso8 uero+€J83+ul uol€llrJou elp rlu or'{\ esralv\ 'lepgqe8 -snv sep rop lrru 'lrIEZ elp +sr +rlu"([ I€r+ueroJJtrCI ercl 'tee.tw ueroparu +sqc?u runz Sunuued5 Jar{cral8 ur uapre.'\\ ua8un8urpeqs8ue;uy rep olrsÄ\ se.ti+e8eu ,ri" prr^ 'relsr8ag-g''9 '(s"Lst"y sqce'l.'nz re'ulrsod ra.trlsod) 13oe"e "ip'in"ts pir-ti '1br"1.,tn t ee.ot51uerarloq +sqc?u urnz srq Sunu ':alsrFe-r re1s13ar sap Sue8sny "iä -ued5'erp üuedysraz+asur111e1r8rc-8o1euy -s8un8urpeqs8ue;uY-,4'g -x' P -s8unBurpaqs8ueluY Jeuoporqcsra^ .r"rtriSrp uap ualrlufi+saq snee'trus8unuuedg ';e1sr8e11-l'1 ';:,1sr?eig-t'7 '111e1srepz oqcrl *io.1 * ua8unrapups8unuuedss8ue8urg -r"pägr"r1 e8rqerleq eüre sgorc aSoleue sIE elq'8unuued5 : re1sr8e11 saure egor8s8ue8urg erq lnJ q.1 tär+".*n-inlrBrq-3o1euy +€q uegor8s8ue8urg eqcrlrepu?re^ ;up; uapuaSloI erp '11t"pe^ ",r1ä o1auY 9' 7 M rt pun r uero+>Ied uepuerarzrld 4a su't' n'IolxE t 61-3 ,"q. i"rätrrldrllrl4 uoqcrlqs rep slell]ru ('o.trag utJ repo :o1er8a1u1 -r+Inur nz ueproq orp Ine ua8unlleqc5 '+qcerqsö .r"pr"^ pün YrcIqe+IaZ'aqe8urg ar-tr urq) 'rsr uessolqcse8ue Jerorluurns Jap olp u€ "3r"".tLt3.ttt"o"1.-trqll Sunlpue'ttur11 rep ur uu€p prrl\ eururns uouorl>Iünü e11y'uegor8uazüaragtq u1 1t"*qorg'ue8ruelrap .re1sr8e11-lsep sep Sunranuruns erp rnl -p.tg'"set6 '9+ slq 9- qsrerog rur sruurnspug erp os 18nez 11"1q"{e91a1 rep pun sel{npord l"ot" pun srorerppv sarrra'sre1sr8e11-y -i" uerulunslroJ esorp uep-rer[ 8unuqce11 .ä..äiaie""s..,y pun ,rt* +Jorppe lrrr +qo+soq 'g+^ .".rr" ,.u Sunzlnueg lep ur ueqcrl+uose/d s]q €- qcrelog '+rorpp" rop oseqa uo+ra-^azrep puerqpÄ\ Ierrrule 8un11eqcsuaq3og lesolp ur Sunredsurg erCI 'uaqe8e8 .ui ueseil uourürnslral esercl'+aplrqe8 .uorleredoueqceg t'{p srtp * etP tnu rtpxp egQr5 orp prr-4{osred\ pun +rV esorp JnV pun f räp es€qd u3+sre rep ur uopro-&\ 'uaproll. re1sr8e11-y sur pun +rerruurns {ro"4dJarppv rur uoprel\ a+{np gfrp o'{res rfp srCI +z+nueq uaururnslre.T, *zrtP f -ord f I 1re1y1aneu eprag 'prr,vr lrerzrldrllnur ./p +iuI /cp'+lqnla8sne t"io ,o1tt8"+ul-uauossolqcse8ue-uqr u€ uep rny Sue8urg prr'rl' ,cp ir* x l,te16 o+I€ rep uepur t"fp.tt .1e p.ttt uepJoia Uerruurns eleuSlss8ueSurg sqcos nz srq rnz a8up8urg qcopeJ .r",r.,or1 loJorururns ruon'3un8n;JäÄ rtPx{xPUPi0:(rt')P j,(p-t i^, sIa-,rre[ ueqe+s so^Jas pun ue;oler8e+ul erp ln.{ >Icnrpsnv ruop püoqcordslueSunuqcog aICI l?,taxM,urms,t?cl 9'z 'prl^\ Sun8urpaqsEues leyeq.reaB pue.rerleder uü3-^'!'+qcEJqeB -üv olp Ne]3^S ruroq qcsrl€u 'pr*tJn€ rsper-^r!,,3un11e1s>1cng" '13r1oueq re1sl8eF-U ura{ prr'&\ -o1.,n .relsr8eg-,{ seq xV pun ,4 uo't ego;8s8ue8snv olp prl^& o. '.r"it*oo"Bqe '(,{ zV .uB\S uBrS) . @V wB6) : I L . r .. o l 'r:lYvlouano{} l'stt:l'rl l-=rn=oJ :131o1ar,rt +eln"I ssre^\s+IoqJv Joures öunJ -orlnrutod oqosr+Eureq+€ruerq '13raze8 t pttg ur s11eyqcro13 f.i',o1"äo"ä.;.nr""$*ri rää;ln ;1t#:y:..;$ 'z er'tt 'uaü -{ce+qcog uue4 'ueuor14un1uqeze8g5 repo ^g -or+{und ueJeeuq+qclu pun ue81+e+sunuo't Sun8neztg tlrz '13r19ueq .:elsr8eg-y ure{ prl'{\ os '1e1re1e8qexV pwrr I uo,r 14elp agg:SsSue8snY elp prIIA' '(,{ . w8rg) : zV u8rg uBrS) @V -'I lzvl > l,{l } g uue-r,r'I lx7l +lt: 1sr ago:SsBue8snY ';elsr8ag-l rur ers gaqcleds pun 6lp pun ellarluaregrp erq rlp 'uegor8s8ue8urg efler+ueroJJ:rpre-&\z+l?qro o^les rec 'uepro.rd lqcerqe8 IInN lred\ rrep In€ ;elsr8eg-'4 're1sr8a11-l uras ur eserp s€p +sr Sunuqceg rep uur8eg n7 olre5 furrq pun IInN uo-t SunqcrearqY epel Yne lrer8eer JecI '+apuo.4Ja^ uelnElre^suoT+{un.{ ueJ€3url+qcru pun o"Ft1"1a,tt uo.t Sun8nezrg rrLz -:epo ue8unqcrelElerluer -agrq .to," 8unso1 rep req :olereduroy sll?^prr'&!o^res r3O a?o t'z soal,astap asxamsEumE,txfuI 'PUIS rePo '+sI frPxPZ * rtPx * xPr( : (['x)P ,tp (xp r x) * xp Up * e : fttx)p ep ,r(pxp oUer:| rap rolrlod ure uorler8elul lop 8un-reqelque8rrurg; -{ce+qoer rep recl qcrs lqr8ra 8 pIIg ruep pueqce:ds1ug 'uor1e4rtdr11ntr{ rep 3un11e1sreq eqcsrqderS '8 pIIg TI I I -lr T, .{p T 'q?rcza?ueroler8elul .rep Sunlleqcsuourrrresnz olp +sl 4 pIIB 'pqple8qcrnp uoro+"r8a1u1 rare'uz Sunzlnueg 're1un uri 'rp,@*xpttrtpr:@r)P 'tpx * xp (rtp * t') : pun roqrrlrepu"ra^ uor1e411dq1n1q '4 ppg xpt+,tpx:(x)p 1 r 3 ^r a r P P V I ) "lp Ip 't+=.s=1xp[' : 'r+=rtjt- 'It zq. ('Cx)p lreqeua8ue repo 'rol Sunqarzeg uepuaSlo; :ep gerue8 pl-'r'r uorlerFa+ul er6[ 'ueüorg "lt > l,{l ul'> lxl 'sepra.^a 11qe-ue8os ua-ro+{€Jsq€+sg"I I erp uuo'{\ ü€p '11111yt""pit^Sun8urpeg olzlel er6[ 'prr1't lIqP-{\eB f > lttl 'uellnlro nz u-aro+{"}sqe+sÜ€tr1 rep lr l uua.tt qcrnp purs r( pwr. x rn; ue8un8urpeg uapreq er6 pun iqr6 qcrereg rop r{3n€ 1yB rtpx I ,( -+r fp, S eg9r5 elp r[-![ xP qcrarog uep +geJre .ra1s13e5-,{seq ' 1 += x = r - T rlcrrrog uop +ü€Jro:alsr8ag-,v seq gangsdifierential vorkommt, abhängig von der Steigung der analogen Eingangsspannungsfunktion. Das Symbol für den Analog-Digital-Umsetzer ist ebenfalls in Bild 1 angegeben. In Verbindung mit einem Präzisionsspannungsteiler wird eine 14stufige Zähleinheit zur Erzeugung einer Spannung benutzt, mit der die Eingangsgröße z an einem Summierungspunkt zu vergleichen ist. Der Spannungskomparator (Vergleicher) wird durch einen Uhrenimpuls der Kontrolleinheit bei jedem Rechenschritt getriggert, um den Fehler 'Wenn am Summierungspunkt mit Null zu vergleichen. der Fehler l(tlr) dt oder -(1/r) dz übersteigt, wird der Zähler beeinflußt, durch einzelne dz-Anderunsen herauf- oder herunterzuzählen. Diese Zählimpulse bestimmen den dz-Zuwachs des Umsetzers. Die fünlzehnte Stelle im Zäh1er wird zur Anzeige der Bereichsüberschreitung des tlmsetzers benutzt. 2. 7 D i,gital-A nalo g- U tmsetzer Der Digital-Analog-Umsetzer erhält die Information in Digitalform und formt diese in eine analoge Spannung um. Das Symbol des Digital-Analog-Umsetzers ist in Bild 1 dargestellt. Jeder Analog-Digital-Umsetzer kann so geschaltet werden, daß er auch als Digital-Analog-llmsetzer arbeitet. Über den Bereich des IJmsetzers hinäusgehende Anderungen werden durch eine Bereichsüberschreitungsanzeige angezeigt. 3. Die Programmierung In diesem Abschnitt sollen nunmehr nach der Beschreibung der Grundrecheneinheiten des TRICE-Rechners die Methoden behandelt werden, um ein gegebenes mathematisches Problem für den TRICE-Rechner vorzubereiten. Teder Analyse eines physikalischen Problems mit einem Reöhner geht die Aufstellung des zu lösenden Gleichungssystems voraus. Nachdem man das entsprechende Difierentialgleichungssystem hat, ist man in äer Lage, eine Rechenschaltung unter Verwendung der verschiedenen Symbole entsprechend der durchzuführenden Rechenoperationen herzustellen. Der nächste Schritt ist die Wahl der Maßstabsfaktoren. Diese hat nun so zu erfolgen, daß während des gesamten Rechenvorgangs keine übersteuerung irgendeiner Recheneinheit erfolgen darf. Um Fehlrechnungen auf Grund von Ubersteuerungen zu vermeiden oder zu erkennen. wird der jeweiligen Recheneinheit je eine übersteuerungsanzeige zugeordnet. Der letzte Schritt ist dann noch die Codieruns. Unter Codierung verstehen wir denjenigen prozeß, där unser Rechenprogramm in die Sprache der Maschine umsetzt. Die folgenden Punkte: Aufstellen des Gleichungssystems; Einführung von Maßstabsfaktoren ; Codierung fassen wir unter dem Begriff der Programmierung zusammenDer Aufwand für die verschiedenen Punkte ist unterschiedlich groß. Bei technischen Problemen hat über d.ie physikalischen Gesetze die mathematische Formulierung des Problems zu erfolgen. Diese, unter lJmständen nicht unerhebliche Arbeit, muß bei allen Rechnern stets durchgeführt werden. Sie geht der eigentlichen Rechrrung voraus und wird deshalb in vielen Fällen nicht zur programmierung gezählt. Bei rein mathematischen problemen muß die jeweilige Gleichung oder das Difierentialgleichungssystem stets maschinengerecht, d. h. unter dem Blickwinkel der Rechenmaschine, umgeformt lverden. Man kann für ein Problem im allgemeinen viele verschiedene Programme aufstellen. Wenn auch der direkte Weg der Lösung einer Differentialgleichung, d.ie Durchführun! der Integration ausgehend von der höchsten Ableitung, cler häufigst angewendete Weg ist, so sind die Lösungsmethoden doch stark vom Problem und dem jeweiligin 3 Programmierer abhängig. Man sollte grundsätziich jedes Problem vor der Programmierung auf Vereinfachungsmöglichkeiten untersuchen. Da der TRICE-Rechner wirkliche Differentialgleichungen löst, sollte zuerst sichergestellt sein, daß das Problem sich als Differentialgleichung darstellen läßt. Im weiteren soli das Problem so .rveit analysiert werden und Betrachtungen darüber angestellt werden, welche Grundrecheneinheiten des TRICE-Rechners die verschiedenen Giieder des Systems zu lösen gestatten. Es werden z. B. 1. Integratoret ztr Erzetgung von Ableitungen jeder Ordnung verwendet. Setzen wir voraus, daß der Integrand eine Ableitung n-ter Ordnung ist, so erhalten wir bei der Integration hinsichtlich der unabhängigen Veränderlichen durch Summierung der Ausgangsgröße die Ableitung (a-1)-ter Ordnung. 2. Konstanten-Multiplizierer werden ber':utzt, um eine veränderliche Größe mit einer Konstanten zt multiplizieren. 3. Variablen-Multiplizierer werden gebraucht, um das produkt aus zwei veränderlichen Funktionen zu bilden. 4. Servos werden eingesetzt, um eine Funktion zr als Funktion von u zt erzeugen Hierbei wird u implizit als Funktion von z definiert: F (u,u):0. Servos werden auch dort verwendet, wo die Zahl der ersten Eingänge nach anderen Recheneinheiten vergrößert werden soll. Weiterhin können Servos eingesetzt werden zur Erzeugung von Unstetigkeiten und von nichtlinearen Funktionen, wie z. B. Rechteck- und Sägezahnfunktionen oder die Bildung des Absolutbetrags. 5. Summierer werden stets dann angewendet, wenn die ZahI der zweiten Eingänge einer Einheit vergrößert werden soll. Normalerweise sind maximaT zwei z:weite Eingänge in einer Einheit vorgesehen. Mit dem Summierer ist es möglich, bis insgesamt sechs zweite Eingänge zD erfassen. Jeder Summierer ist direkt an einen Integrierer oder an einen Servo angeschlossen. Nachdem man sich auf die Anzahl und Art der Recheneinheiten festgelegt hat, sind die Anfangswerte zt bestimmen und die maximalen bzw. minimalen Werte des problems abzuschätzen. Für die Integration muß man sich außerdem noch für die anzuwendende Inteerationsformel entscheiden. Die Anfangsbedingungen werden vor Rechenbeginn sowohl den Registern der Integratoren als auch denen der Variablen-Multiplizierer und Servos zugeführt und in diesen gespeichert. Beim repetierenden Betrieb werden am Ende jeder Rechnung diese Anfangswerte wieder in die Rechenregister neu hereingegeben. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, die Anfangswerte für jedes verwendete Register durch die Problemanalyse zu bestimmen. Dadurch, daß Anfangsbedingungen vorgegeben werden, erhalten wir stets nur diejenige partikuläre Lösung unseres mathematischen Problerns, die diesen Anfangsbedingungen genügt. Es sind zrvar im allgemeinen die für das System erforderlichen Anfangsbedingungen gegeben, aber entsprechend dem folgenden Beispiel müssen auch für die anderen Recheneinheiten, wie Multiplizierer und Servos, Anfangswerte ermittelt werden. ,Es werde die Difierentialgleichung zweiter Ordnung y2-siny - Ä -- o - y,.{+ ox' ox betrachtet. Gegeben seien die {olgenden zwei Anfangs- hedinorrnaen Y rr'0,: O;!2 OH' - h' 6:n1 Die Bezeichnung der erforderlichen Integratoren ist der folgenden Tabelle zu entnehmen.: I n t e s r a t o r1 r _ Intesrand, '"r o.j i;, I 2 ] 3 ]+ | Ä^, I | ;; I / ] I s sint ),cosy 33 -1ue ualrequroüoqcell-gJlgJ (sr - , *, f.. .p. -, 'r' ll\l' n " t, g fp re( /) , [*s '- r' uP? : [z' 7--lul PP , tlr- 4 . l l l "pl' I - l i " r PI o lttyuP , tl r t, vt PT ,- z t P L"P t0 'uepJe^\ IIaJJO-^& ep 'lqcerua8 qcnetqo3 utoll€rlueJalJirg ur SunqcrelC leure .rö.o ueura,t:e811eur p:r-t srole.r8e+ul seure eggr8s8ue8sny +Iur Sunlleqcsuaqceg erp pun -urg rep SunrerlnruJot üeqcsr+lluraqlllu rap 3un11a1s -re(l rrrz'üras aqcrlrepug.re4 e8r8ueqqeun qcne s1e e8r8upq -qe lqo.&\os uu€{ lp repo ,p eqcrlrepu?ro^ueurqcs€tri\l oro 'ueänezje o et o - # * , - # SunqcrelSlerlueregr6l alp rRJ'g'z llos sE 'lneqa8yne Sunlleqcsueq3eg orp prr-t 7 Sunqcral9 qc"N 4P \ , z-ulP , s-ulP , vulP\ ,C*"p tc],up'it*pl nz +sqles uorl>1un;leur8Tro elp pun 8un1relqY sqcrlloprolre epal run 'qcrlrepJo]Jo ua.ro1er8alu1 ?, +ruros purs Sunuprg rä1-zr 8unqcra181er1ue.legrqeure tnd'uanl?qJn" 8unqcre18 -Ier+uereglc1 rep perlg sape! rr-,u uauug>I lrrrre6J ',{ pun lP ,zlP, '7 I 7n ', ulP 1r - u l P \ i t P LuP \frv"Pl P : uaqauqcsaS -urn 131o; ar-Ltesarp p:r-tt 'trsr uepJoÄ\ 1so1e3;ne 1 8unqcrel5 ar.r 8un1ra1qv ualsqcoq tap qceu ue8unqcrel8ler+uelag:r6l uo,r ruelsÄg Jep repo SunqcralSlerluarag:rg erp uapqceN '-ro1e:3a1u1 /i1l\o \n'pi' 6 plg "p uIP , z-ulP , r-ir-"p i*"p uo8unlrelqY -e+üI o+zlesoSlro; qcrnp ri^\ ueplrcl ** erP uorle.r8 to," pueqe8sny z;:"!9' L . - ! L'| V: '\: t P . (r)'[,ct.P 1 :4! r\uP 4p Lzp r1'7-uP ttyuPl \ : uuog .rapue81o;ua8unqcrelSlerlueragrq qcrs uaqa8ra raqeg 'JnE ue+üarlonblerluaregrq uelsqcoq lllep +rIlI uroperlc u3p qc€u +sronz gerue8s8unpaJqeJe^ rr^\ uesol Sunuprg re1-z ue8unqcrelSler+uoJagr6l uorr ulels-{5 ueueqe8e8 uräura räg 'Sunlleqcsueqceg sJoprre eure ua+räqursuoT{ceu uo^ Sunr€dsürg Jo+un uu"p / r - , , P\ ^ 'ula+IrrrJe qcrs lqr8ra sg '+sTossare+rrJuo^ +qcru esorp €p \ o . + /' 'qcrlrsprolra nz +sql3s 8un1re1qy elsqcoq osoJp +qcru se +sr qcPllerA 'sne 8un1re1qY ue+srlcgq lep uo.^'.rr-uueqeS uorle'r8 'uelqe.4\ -e+ul 6 plrg qc€u esrsl!\söunuqcrezeg erp uo+z+ese31ro; :ep log 'prr^\ l8nazre rouqcall rrro^ 'ue uapue:8a1u1 sap eg9.r9 roler8eluy uop rnI rr^r gep os uapueqrerrlcseq urals-{5 sep rep perIC 3unqcra131er1üeragrC[ erp lSerl t plrg ü€ure8 s.ro1er8e1u1ueSrle.ttef sep.ra1sr8a11-7 sepef gep '1e11eqcsa8os rqeurunu uepre.tt ua+requroueqcolll ur1 '18erpo,r 1sq1as(6r) p agor8s8ue8snY rep l"rlu_arogrq sep orq 'uopJo^\ +Ie{orna+uo uelardsrag ue Sunlleqcsuaqce}I 'uerqe;.re-t zuec pusq3oJdsluo epJn^\ .Ielre-&\ uEru ü€p slq Jap Jrn.{!+ug Jap pun Sunrerurure.r8ord Jap uo{uepo8 -punr5 erp uallos üepuo8loJ ru1 'uor1er3e1u1 ualzlasa8 .18-'rp l -+roI rop Sunpue-lruy erp epoq+eJ I oqc11ql erp 1sr 8un11eqcs -p \A e-uP! -ueqcau Jop Jrn.!\'+ug Iureg '+sI t{cIIperqcsJa+un JoJarrIüIPJä uapue:8e1u1 -ord rep Sunrqepg rep punrg Inl? euolqord ueueperqos , qcrl+qcrsurq uor1e.r8a1u1rap req' l"P--re^ orp rnJ apor{}arus8unsgl elapue,lte8ue erp ep 'uaqceur @auP urap IIII uEu: +IErIre sro1er3a1u1 uepuaSlo; sop 8u€8snY uIY ueqe8uy ueureruaSlle eure{ q3rs uassel Sunlieqosueqceg els8rlsun8 alp rn.{ 'uapunqre^ Iequlg uarapu? .raureSueF . p [-e1tl -urg ue+qcsun-Lra8ruep lrur +requrg raure Sue8sny a8rlarlr -e[ rap prr.{\ sE 'rep eloqrud5 uauaqe8a8ue I plrg rur rep Sunpuenrel re+lrn uo+requrauoqceJpuug ueueporr{osla^ lep 3un1ddo4ra6 srp qcsuourlcrez +IIe+s Sunlleqcsueqcoll ero itap {,tnot'1ug1'g Swnq1oqcsuarlcalI \Az-"Pl' ue+sJesep Sue8sny s-ro1e.r8a1u1 rrr€ qJrs 1qr3.re 'ua8nazß zp '^\zqzV uazluetalJrq ueqcrlpuo elp €CI erp uago.r8s8ue8sny s1e 1 ppg gpure8 ua.ro1e.r8e1u1 P .z-ulP_ ,r I O z ,P O t - u PJ rlr| uo+I"qre I usqcriJepu9 --rery ue8rSugqq€un rep qcr1lr{crsurq uorler8elul rep reg ' @ ( o a ): - O^* oeP ^\zq P od v "" +[3 puaqcerdslua zue5 uol+>lunllerlueuodxg elp rnJ '8'z , ', ( 4 ! \ : \0aPl / ' - , r P) 'o \@ r-,P/ rp - lds\ : /a)o \O zPl \9 P/ ' ,p i i l l \ : (o) P l on- / -repu"rej\ :ueul +I?qre ueqcTl rap Sunuuera Jap osrer!\qrerqcs uaqcrlqn lep +IW .l ,-"t, \ trt utP l@'-"P/i:o"P '{?n]o lel€urrulrrr Jepo Sun8runelqcseg'orleH'1re43rpur.tqcse3 eleürrx€Ltc'g-'z eral'suralqord sep 3+ra.tzrreJ5 oqcsrlerilsfqd uorrrorrre8ll" rur ueqcerdslue uolreÄ\ uosorq '+ururrlseq €rurur6 Jopo €urrx€tr\I reserp uoÄ\ uep qcrnp lo+{11}sqe+sg€II u3+Iqe-{\oö ruop puäqcaJdslua relsr8aluar{"eg uouaporqcsJoa rap e8uel arp prr.^r\.osuoqg '+sr qcrlJoplolle öunllEqcsuoqcell uels -8r1sur-r8rep lqe-{\sn17 rep raq rop 'pu€.{\}nv uap uassngura -eq a+J3ll\ esercl 'uessarulcq slllalqoJd saure uolrä-^trIeülrur]^l '.lrzq -I€rurx€I I uep urzru elllos Sunlnapeg sJopuoseq eurg 'uepra-{\ ueqo8a8 re1sr8e11erp ur e+Je^\s8u€JuY aqcrl+rrrEss+3+suossnur pueqrardslua zueS 'I pun IInN +rruospürs g pun ? uero+er8e1u1rap ueSunSurpeq -s8ueluy aICI 'I : lsoc pun 0 : lurs'g: [' uefie-^dpurs uaroler8elul ra,{\z uo^ a}IIH +Iru f urs uorr' Bun8r.eztg tn7 'uaqa8eS : d +Iur Sun8urpeqs8ue;ur:re1sr8e11arp 1sr roler8 0 -e+uI uo+lrrp uep rng 'gn1qqcra13.ro1e.r8e1u1 uep rnJ ue+re.&\z Sun8urpeqs8ue;uere1sr8a11rep +re^\sFuPJuY rep 1sr qcr131og . o _ . 4_ 4 _ zlP ,i/pi/p \oplV: o"p 1D (0-o) / n uu_4 (o:fr\ x p ,f,p tt zV ID '6\" : " - p o p :11rFurerua8lly 'ua8er1.ro,t uezuaton:rg '.^.!zqelpr+uoreJJirgsIE uegor8s8ue8snv pun -ulg o1p lqo-&!os t0: ft roq prr.'tl'ro1e.r8e1u1ue+re.{\zuep rnd (0:r) .u - ' ryn ß"P : ro+"röa+üI reg ue+sro uap rn] +rrrros1sr uorler8alul Ja+zlaseS+JoJ Lösen u'ir nach der höchsten Ableitung auf, so ergibt sich: d3@ - d20 (4) drz:@+eo*rfr, oder . l+9) : @)at+ (e.')dr + {, {9la', I dt'l \drl bzw. . {+9)- @)dt+ (eo)d/ + r fa{f)1. (s) \dr | [ \d//l Die zugehörige Rechenschaltung ist im Bild 10 dargestellt. Die Integratoren 1-3 bilden d (H,a(@) Integrator 4 können wir mit Hilfe der so erzeugten Veränderlichen d@ leicht e@bzty. d(eo) bilden und mit dem folgenden Integrator 5 durch Integration hinsichtlich I @e) ü. Am Ausgang des Summierers 1 liegt dann der entsprechend Gleichung 5 gewünschte Ausdruck fnr d (# ) vor. \Mie man der Rechenschaltung ansieht, sind wir nicht in der Lage, auch noch die Größe ubr,rSr"ifen. Falls ff auch die höchste Ableitung selbst gewünscht ist, wird man von Gleichung $ ausgehend einen anderen Weg einschlagen. Die Gleichung 4 clso - dzo ,rr'--o+eo-lt\f, V o r .M u l t i p l i z ; e r e r und (@)dr. Im Bild 11. Rechenschaltungfür Gl. (3). kators, der dieMultiplikation veränderlicher Grö߀n erlaubt. Auch diesem Multiplikator werden die Variablen Größen als difierentielle Größen zugeführt. In unserem Falle somit l.fz(;)\ dl und d . I- Bild 11 ist die volllständige Rechenschalti;rl tung für die Differentialgleichung 3 bei Verwendung eines Multiplikators angegeben. Ein Summierer ist erforderlich, da beim normalen Integrator als Summenintegrierer nur zwei zwette Eingänge vorhanden sind. Ist man an der graphischen Darstellung @ : f@ interessiert, so würde man in Bild 10 die Ausgangsgröße des Integrators 2 (d@) und in Bild 11 die Ausgangsgröße des t d2()\ , idtO\ d l " , , l - d ( @ ) * d 1 e o ;t d l r - l l o t Integrators 3 (d @) als Eingangsgröße in einen Digital\dt"l \ dl, l Analog-Umsetzer geben, der die d @-Werte aufsummieren . - /d3@\ würde und damit @ selbst als Ausgangsgröße erzeugt. Da Gehen wrr voo d aus, so erhalten rvir mit Hilfe von drei I a t, I im vorliegenden Fall die Größe @ eine Funktion cLerZett - /dr@\ . Id6\ sein sollte, kann die Ausgangsgröße des Digital-Analoglntegratoren o o (a, und d (o). Mit einem weiteren Umsetzers für die Vertikalablenkung eines r-y-Schreibeis \at' /, / Integrator erzeugen wir e@bzw. d(e@). Den letzten Aus_ benutzt werden. Das Ergebnis wäre für bestimmte Werte I jeweils ein Punkt. Der Punktabstand ergibt sich entspredruck in Gleichung 6 erhalten wir mit Hilfe eines Multiplichend der gewählten Schrittweite /t. In gleicher \Meise ergibt in differentieller Form: d30 :t:j d20 +eo+O Gleichung: f o t" dI- werdendie jeweiligen werte ff, X'f ""0 ff mit Hilfe weiterer Digital-Analog-Umsetzer ermittelt oder bei geeigneter Rechengeschwindigkeit mittels SpeichereinheGn über einen selbsttätig umgeschalteten Digital-Analogtlmsetzer an das Registriergerät weitergegeben. Die punktförmige Aufzeichnung nähert sich bei geringer Schrittweite /t bzw. lx irli,;mer mehr dem geschlossenen Linienzug. Durch eine Nachlaufsteuerung kann das Registriergerät auch ohne großen Mehraufwand die Verbindungslinie zugehöriger Punkte aufzeichnen. An dem folgenden Beispiel der Lösung der Difierentialgleichung eines selbsterregten Generators d" df ' " t 'u-' "{ 'w ' - r ) t*' -d l* x : o n (7) sollen sämtliche erforderlichen Einheiten mit einsesetzt werden. Wir gehen davon aus, daß nur die GrößJ r als Funktion von I gesucht ist. Damit können wir auf die höchste Ableitung verzichten. In der Gleichung 8 dzx dF:-ß\tf - r ). , d r dr-" (8) stehen nur zwei Glieder auf der rechten Seite der Gleichung. Wir verzichten deshalb auf einen Summierer und werden den ersten Integrator als Summenintegrierer verwenden. Formen wir Gleichung 8 um, so ergibt sich dr i-*' -/d,r\ - -llK l f (. x , - r ) ; l l d tr -l r( l.)v ) d t . d l-.;l dtlt lt \drl d /q,\ : ' - K ( 7 2 d/ \drl Bild 10. Rechenschaltung für Gt. (3). 3* . oder -I) (e) 35 '(Oi) 'tC rn; Sunlleqcsueqcag 'EI plrg lPa aP 90 :e8ue8sny pun e8up8urg ue+ro.^azpun ue+sra uepueSloy erp uaqeq ue+raqureueqcell uoueperqcsJo^ 3rC 'uepre.4tr +qgqra lre4SrpurmqcseC rep Sunre8urrra4 req lre4Srneuog erp pun lre4Srneueg .rep Sun.re8ur.r:e^ req uue{ +ra48rpur-tqcseg erq 'q" sreuqcou-gcluJ sep +ro{örn"ue9 alp qcn" pun +re>I -Srpur