Das Hybride Rechnersystem HRS 900
, DaS HYBRIDE RECHNERSYSTEM
HRS 9OO
DK 68'1.34
Ralf Schwarz
D i f f e r e n t i a l g l e i c h u n guennd D i f f e r e n t i a l - m ö g l i c h k e i i e nd e s r e i n e n A n a l o g r e c h Einleitung
KEN beschäftigt sich g l e i c h u n g s s y s t e m ebne, i d e r S i m u l a t i o n ners zu erweitern, andererseits aber
AEG-TELEFUN
n i c h t n u r a u f d e m G e b i e t d e s D i g i t a l - d y n a m i s c h e r V o r g ä n g e i m R a h m e n L ü c k e nb e i s o l c h e nP r o b l e m b e a r b e i t u n r e c h n e n s ,s o n d e r n d i e F i r m a i s t a u c h e i n e s r e g e l u n g s t e c h n i s c h e n
G e s a m t - g e n z u f ü l l e n ,d i e e i n D i g i t a l r e c h n earu s
u n d a u f d e m s y s t e m s u n d b e i d e r S i m u l a t i o n d e s s a c h l i c h e nu n d w i r t s c h a f t l i c h eGnr ü n d e n
d i e e i n z i g ei n D e u t s c h l a n d
K o n t i n e n t ,d i e s i c h g l e i c h z e i t i gm i t d e r V e r h a l t e n st e c h n i s c h e rG e r ä t e u n d E i n - n i c h t o d e r n u r s e h r u n b e o u e m .u n ü b e r E n t w i c k l u n g u n d d e m V e r t r i e b v o n richtungen außerordentlich effektiv s i c h t l i c hu n d v o r a l l e m t e u e r d u r c h z u macnen.
Analogrechnernbefaßt.
f ü h r e ni m s i a n d ei s t .
A n a l o g r e c h n e rv e r s c h i e d e n e rG r ö ß e n - S e i t n u n m e h r v i e r J a h r e n i m R a h - H y b r i d e sR e c h n e nk a n n i n z w e iA u s b a u u n d G e n a u i g k e i t s k l a s s e nh a b e n f ü r
m e n d e r A n a l o g r e c h n e r e n t w i c k l ueni ng e s t u f e n b e t r i e b e nw e r d e n ,d u r c h h y b r i d e
technisch-wissenschaftliche
Anwendun- wesentliche Aktivität auf dem Gebiet A n a l o g r e c h n eor d e r H y b r i d r e c h n eur n d
g e n i h r e n f e s t e n P I a t z i n L e h r e u n d d e s h y b r i d e n R e c h n e n s h i n z u g e k o m - durch hybride Rechnersysteme oder
F o r s c h u n ga n H o c h s c h u l eunn d a n d e r e n m e n . U n t e r d i e s e mO b e r b e g r i f fv e r s t e h t H y b r i d s y s t e m eB. e i m h y b r i d e nA n a l o g technischen Ausbildungsstätten. Dar- m a n d e f i n i t i o n s g e m ä d
ß i e V e r b i n d u n g r e c h n e r w i r d e i n s c h n e l l e ru n d h o c h ü b e r h i n a u sg e w i n n e ns i e i n s b e s o n d e r e a n a l o g e ru n d d i g i t a l e rH a r d w a r ef ü r d a s g e n a u e r P r ä z i s i o n s a n a l o g r e c h ndeurr c h
i n d e r i n d u s t r i e l l e nF o r s c h u n gu n d E n t - E r r e i c h e nb e s o n d e r e rV e r w e n d u n g s z i e l e d i e H i n z u n a h m ev o n s p e z i e l l e nf,r e i p r o w i c k l u n g s t ä n d i g a n B e d e u t u n g .D a z u auf dem Gebiet technisch-wissenschaft- g r a m m i e r b a r e n D i g i t a l e l e m e n t e n( w i e
t r a g e n w e s e n t l i c h ea n w e n d u n g s t e c h n i - l i c h e rP r o b l e m b e a r b e i t u n g .
Gatter, Flipflops, Schieberegisterusw.)
s c h e V o r t e i l eb e i , d i e A n a l o g r e c h n efrü r
D a s h y b r i d e R e c h n e nh a t s i c h - a u s - e r w e i t e r t . d i e z u r p r o b l e m o r i e n t i e r t e n
d e n l n g e n i e u r b e i d e r B e a r b e i t u n g g e h e n dv o n d e n A n a l o g r e c h n e r-n e n i - S t e u e r u n gd e s A n a l o g t e i l sd i e n e n . E i n
d y n a m i s c h e rP r o b l e m e ,d e r L ö s u n gv o n w i c k e l t ,u m e i n e r s e i t sd i e A n w e n d u n g s - hybrides Rechnersystem besteht in
42
T e c h n .M i t t . A E G - T E L E F U N K E( 1
N9 6 8 )3 . B e i h . D a l e n v e r a r b
einer ZusammenSchaltungkompletter
Digitalrechnermit hybriden Analogrechnern über spezielle elektronischeEinrichtungen,wobei die Programmierung
eines solchen Systems auf der Basis
der bekannten problemorientiertenProgrammiersprachendurch Erweiterungen
dieser Sprachen erfolgt (2. B. FORTRANHYBRID),
AEG-TELEFUNKENhat sowohl hybride
Präzisionsanalogrechner mit seinen
Typen RA 800 HYBRID und RA 770 l1l
im Lieferprogramm als auch Hybridsysteme mit dem Typ Hybrides Rechnersystem HRS 900 bzw. HRS 860.
ten Speichervermögenfür Daten und
Integrationsverfahrens
und hängt damit
Tabellen von Funktionswerten,seiner von der verwendeten Formel und der
Fähigkeit, abhängig vom Zustand sei- Schrittweite ab, wird jedoch unangenes Programms logische Programm- nehmerweise auch durch beides noch
verzweigungendurchführenzu können, nicht eindeutig beschrieben. Schrittseiner primär nicht eingegrenztenGe- weitenprobleme ließen sich durch Genauigkeit der Wertedarstellungund der schwindigkeitssteigerung
und Abbrechhohen Geschwindigkeit bei der Ab- fehlerprobleme durch die Verwendung
arbeitung einfacher arithmetischerVer- mehrschrittigerIntegrationsformelnmit
knüpfungen.Für technisch-wissenschaft- hoher Fehlerordnung beseitigen. Nicht
liche Rechnungen,bei denen die Lösung ertaßbar sind jedoch die Schwierigkeivon Differentialgleichungenund Diffe- ten, durch die Anwendungvon Differenrentialgleichungssystemen in vielen zenmethoden potentielle Instabilitäten
Fällen von Wichtigkeit ist, reicht die in die der Simulationsaufgabe.zugrunde
dabei erreichbareLösungsgeschwindig- IiegendenDifferentialgleichungssysteme
keit häufig jedoch nicht aus. Diese auf einzuschleppen und damit gerade
den ersten Blick erstaunlicheTatsache wegen der numerischenIntegrationeine
Aulbau und Einsatzgebietehybrider
hat ihre Ursachedarin, daß zur Lösung Lösungssituationerscheinenzu lassen,
Rechnersysteme
Ein hybrides Rechnersystembesteht aus von Differentialgleichungen
die Durch- die das Problem selbst gar nicht liefert.
drei Anlageteilen; einem Digitalrech- führung von lntegrationen erforderlich Die Fehlerhaftigkeitist aber auf andere
ner, einem elektronischen Koppelwerk ist, die ein Digitalrechnerjedoch wegen Weise kaum nachweisbar.was die Pround einem hybriden Präzisionsanalog- seines Arbeitsprinzipsnicht qnmittelbar blembeurteilungin völlig falsche Richrechner.Digitalrechnerund Analogrech- vornehmen kann. Es ist vielmehr die tungen weisen kann. Es existiert bis
ner müssen Einrichtungen haben, die Einschaltung sogenannter numerischer heute außer notwendigen Bedingungen
sie f ür den möglichst effektiven ge- lntegrationsverfahrenerforderlich, bei
keine hinreichende Bedingung für die
koppelten Betrieb geeignet machen, denen lntegrationen durch eine Folge Stabilität und damit auch keine Besind aber sonst normale Anlagen ihres arithmetischer Ausdrücke ersetzt werurteilungsgrundlage für die VerwenTyps und als solche auch getrennt für den, die der Digitalrechner nachein- dungsfähigkeit einer bestimmten Intesolche Aufgabenverwendbar,bei denen ander abarbeitet.Die Zahl der je Inte- grationsformel.
die hybride Problembearbeitungnicht grationsschritterforderlicheneinfachen Angesichts dieser Schwierigkeitensind
Rechenschritte
erforderlichist.
steigt dadurch unter Um- Analogrechner deutlich im Vorteil, da
Die Verbindung der beiden Rechen- ständen jedoch so stark, daß die hohe ihnen ein speziellesRechenelement,
der
anlagenübernimmtein hybridesKoppel- Verarbeitungsgeschwindigkeit
des Digi- elektronischeIntegrierer,zur Verfügung
werk, das in einem separaten Gestell- talrechnersdies in vielen Fällen zeitlich steht, durch den Lösungenvon Differenschrank eine Anzahl von Grundtypen nicht mehr zu kompensieren vermag. tialgleichungen mit Frequenzanteilen
elektronischer Koppelelementeenthält, Die Nachteile zeigen sich dabei nicht von- ) 100Hz ohne weiteres möglich
deren Anzahl wiederum vom gewünsch- nur durch zeitraubendeund daher teure sind. Der generelle Vorteil des Analogten Ausbau der Anlage abhängt. Das Rechnungen,sondern vielmehr auch in
rechners ist also die wesentlichhöhere
Koppelwerk ist über Kabel sowohl mit der Unlösbarkeit schneller Echtzeit- Rechengeschwindigkeit,ergänzt durch
einem oder mehrerenEingabe-Ausgabe- probleme, bei denen der Versuch, die
eine außerordentlicheinfache ProgramWerken des Digitalrechnersals auch mit
Lösung in der gleichen Zeit herbeizu- mierung
technisch-wissenschaftlicher
der Steuerelektronik,dem Analogpro- führen, in der auch der simuliertetech- Aufgabenstellungen und eine leichte
grammierfeld und dem Digitalprogram- nische Vorgang dieselbe Lösüng zeigen Anderungsmöglichkeit
für die Parameter
mierfeld des Analogrechners verbun- würde, an der zu geringen Rechen- des Problems
geschwindigkeit des Digitalrechners Die Genauigkeit des Analogrechners
den. Es wickelt den Austausch von
Synchronisierbefehlen, Steuersignalen scheitert.
ist mit maximal 0,O1"/. für technische
und von Rechendatenab, die in Um- Die Tatsache, daß selbst große und Rechnungen praktisch in jedem Falle
setzern von analoger in digitale Werte- teure Digitalrech
ner Differentialgleichun- ausreichend.Seine schwachen Stellen,
darstellung bzw. umgekehrt gewandelt gen nur in Zeiten lösen können, die
das mangelnde Speichervermögengrowerden.
einem höchsten Frequenzanteilder als
ßer Datenmengen und die geringen
Die Einsatzmöglichkeiten
hybriderRech- Lösung zu erwartendenZeitfunktionvon
Fähigkeiten zu logischen Verknüpfunnersysteme haben sich in den letzten weniger als 10 Hz entspricht und bei gen werden gerade durch den DigitalJahren, ausgehend von zuerst singu- mittleren Digitalrechnern dieser Wert rechner besonderseffektiv kompensiert.
lären Bedürfnissen in der Luftfahrt- auf weniger als 4 Hz sinkt, macht In dieser Weise schließt sich der Kreis
industrie, immer mehr ausgeweitet. jedem Fachmann das Problem einsich- der Überlegüngen,der zur Kombination
Hybride Rechnersystemeversuchen die
tig. Selbst bei einfachen Simulations- der beiden Rechnertypen in einem
Vorteile der beiden beteiligtenAnlagen- aufgaben treten im allgemeinen schon hybriden Rechnersystemgeführt hat.
typen zu vereinigen und die bei alleini- wesentlich höhere Frequenzen in den
Das Problem der Simulation und insger VerwendungauftretehdenNachteile Lösungen auf [2]. Das Problem der zu
besondere auch der Echtzeitsimulation
durch Verlagerungder schwachenStelle geringen Rechengeschwindigkeit,
d. h. durchzieht praktisch alle technischen
auf den jeweils anderen Anlagepartner der zu großen dynamischen Fehler in
und wissenschaftlichen Disziplinen.
zu vermeiden.
digitalen Simulationsprogrammen,ist Maschinenbau,Fahrzeugbau,chemische
Die Vorteile des Digitalrechners be- ein Problem der Abbrechfehlerdes im
Reaktionskinetik,Kernverfahrenstechnik
ruhen auf seinem praktisch unbegrenz- Programm verwendeten numerischen und Reaktorbau,technischeChemie der
Techn. Mitt. AEG-TELEFUNKEN
(1968) 3. Beih. Datenverarb.
43
R4770,
Bild 1. Das Hybride RechnersystemHRS 900; rechts:Hybrider Präzisionsanalogrechner
links daneben:Hybrides KoppelwerkHKW900, links: Bedienpultdes Digitalrechners90r-40
Biologie,Physiologie briden Rechnersystemenliegen weiter- dem Digitalrechner 90-40 und dem
Verfahrenstechnik,
und Medizin, Biotechnik und nicht zu- hin bei der automatischenOptimierung hybriden KoppelwerkHKW 900 (Bild 1).
bei statisti- Präzisionsanalogrechnerund Koppelletzt die klassischenGebiete des hybri- von Vielparametersystemen,
den Rechnens,die Luft- und Raumfahrt, schen Untersuchungen stochastischer werk sind Eigenentwicklungen von
haben wirtschaftliche Einsatzmöglich- Prozesseeinschließlichder statistischen AEG-TELEFUNKEN,der Digitalrechner
keiten für hybride Rechnersystemeund Variation von Einflußgrößeninnerhalb stammt aus der Fertigungder französisimulierterSystemeund bei der Lösung schen Firma Cll und ist der Lizenzteilweise auch Aufgabenstellungen,die
Allen nachbau eines speziell in Hybridsysteohne solche Systeme aus sachlichen partieller Differentialgleichungen.
Gründen oder wegen zu hoher Kosten Anwendungsmöglichkeitenstehen wie- men bewährten Rechnersder amerikau n d U n ü b e r s i c h t l i c h k edi te r r e i n d i g i - d e r u m A n w e n d u n g s p r o b l e m ien a l l e n nischen Firma SDS. Die technischen
oben genannten technischen und wis- A n f o r d e r u n g e na n e i n e ni n n e r h a l be i n e s
talen Simulationüberhaupt nicht in AnsenschaftlichenDisziplinen gegenüber, hybriden Rechnersystemswirkungsvoll
griff genommenwerden können.
haben den zu- wobei besonders die schnelle und ele- einsetzbaren Digitalrechner können
Hybride Rechnersysteme
sätzlichenVorteil, daß die Kombination gante Lösungsmöglichkeit für viele allgemein unter dem Begriff Prozeßrelativ kleiner und damit billiger Digital- Typen partieller Differentialgleichungen rechnereigenschaftenzusammengefaßt
rechner mit ebenfalls nicht teuren Ana- eine in der Zukunft noch gar nicht ab- werden, die Ausstattungmit Programmlogrechnern insgesamt Anlagenkosten zusehendepraktischeBedeutungerlan- systemen muß dagegen den Stanentstehen läßt, die weit unter denen gen wird [3].
dard eines technisch-wissenschaftlichen
eines reinen Digitalrechners liegen,
Rechnerserreichenoder übertreffen.Da
der unter den bereits genannten Ein- Das Hybride RechnersystemHRS 900
die Entwicklung.des hybriden KoppelDas Telefunken-Hybridsystemmit der
schränkungenbezüglichBandbreiteder
werks auf dre systembedingten und
Lösung nur mit erheblich mehr techno- Typbezeichnung Hybrides Rechnersy- technologischen Gegebenheiten der
logischem Aufwand auf die gleiche stem HRS 900 besteht aus dem Präzi- Eingabe-Ausgabe-Werke
RücksichtnehRechenleistungkäme.
sionsanalogrechner RA 770 mit den
men muß, die Erarbeitungeines für den
Die Anwendungsmöglichkeiten
von hy- Nebenrechnern RA 775 und RA 776, BenutzereffektivenhybridenProgramm-
44
(1968) 3. Beih. Datenverarb.
Techn. Mitt. AEG-TELEFUNKEN
Die speziellen Merkmale sind Voraus- Auf den 24 Magazinplätzensind in besetzung für einen Hybridsystembetrieb, liebiger VerteilungSteckkartenmit einer
der sowohl bezüglich kurzer Rechen- jeweils größeren Anzahl von digitalen
zeiten als auch flexibler Programmie- Elementen, wie Flipflops, Monoflops,
Schieberegistern, Zählern, Invertern,
r u n g e i n O p t i m u me r r e i c h e ns o l l .
D i e a l l g e m e i n e nM e r k m a l e s i n d d u r c h NAND- und NOR-Gliedern einsetzbar.
die Entwicklung moderner Rechenele- Die Ein- und Ausgängedieser Elemente
mente sowie durch Verwendung einer liegen auf Buchsen des DPF. Sie werReferenzspannungvon 10 V realisiert, den dort mit Kurzschlußsteckernund
wodurch große Bandbreitenbei kleinem Programmierschnüren,ähnlich wie die
Leistungsumsatzohne Einbuße an sta- Elementedes Analogprogrammierfeldes
(APF),programmiert.
tischer Genauigkeitmöglichwerden.
Die speziellen Merkmale werden durch Die digitalen Elemente erfüllen zwei
Verwendung eines digitalen Bedien- Aufgaben.Sie gestatteneinmal die Progerätes erfüllt. Es enthält ausschließlich grammierung digitaler Steuerschaltundigitale Schaltkreiselemente,
aus denen gen, wie sie bei der Erweiterungeines
eine größere Anzahl von Zeitgebern Analogrechnerszu einem sogenannten
(2.8. zur Erzeugung verschiedener hybridenAnalogrechnernotwendigwerRechen-,Halte- und Pausenzeiten)so- den. Die Steuerungder digitalen Schalwie digitale Auswahlschaltungenzur tung geschieht dabei durch die Takte
Einstellung der Betriebsarten und zur der Zeitgeber des digitalen BedienAdressierungund Anwahl der Rechen- gerätes oder durch feste Takte. Zum
elemente aufgebaut sind. Ein Anwahl- a n d e r e n d i e n e n d i e d i g i t a l e nE l e m e n t e
adreBregister ermöglicht die digitale als Zwischengliederin Form einer freiEingabe von binär verschlüsselten programmierbarenLogik zur Steuerung
Adressen aus Externgeräten(2. B. Digi- diverser Rechner-und Elementefunktiotalrechnern).
nen des Analogrechners sowie zum
Der Analogrechner
Der Analogrechner muß für das volle Zusätzlich zum digitalen Bediengerät Entschlüsseln,Umsetzen und RückmelAusnutzen der im hybriden Rechner- ermöglicht ein Digitalzusatzdie Durch- den dieser Funktionen oder auch digisystem liegenden Einsatzmöglichkeiten f ü h r u n g d e r b e i d e n s p e z i e l l e nM e r k - taler Signale von Externgeräten. Die
vom Typ eines Präzisionsanalogrech- malen genannten Steuer- und Abfrage- entsprechendenEingänge der Steuerners sein, wie ihn der RA 770 darstellt opreationen. Der Digitalzusatzbesteht l e i t u n g e n u n d A u s g ä n g e d e r M e l d e a u s d e m f ü r e i n e n P r o g r a m m i e r evr o n leiiungen liegen ebenfallsauf dem DPF
( B i r d2 ) .
F o l g e n d e M e r k m a l ez e i c h n e n i h n a u s : der Rechnerfrontseiteher frei zugäng- und werden dort direkt auf Ausgänge
lichen Magazinteil zur Aufnahme von
o d e r E i n g ä n g ev o n d i g i t a l e nE l e m e n t e n
24 Steckkarten mit digitalen Schalt- programmiert. Der Digitalzusatzbildet
A l l g e m e i n eM e r k m a l e :
Hohe statischeGenauigkeitder Rechen- elementen und einer pultförmigenAuf- daher auch den freiprogrammierbaren
nahmevorrichtungfür auswechselbare Teil des Koppelwerks zwischen Anaelemente(< 0,01%).
Digitalprogrammierfetder
(DpF).
logrechnerund Digitalrechner.Auf dem
Hohe dynamische Genauigkeit, d. h.
große Bandbreite und kleine Phasenfehler der Rechenelemente.
Kurze Repetierzeiten.
systems nur auf der Basis eines gesichertenStandardprogrammsystemserlolgen kann und der sich über Jahre
erstreckendeVorlauf bis zur Freigabe
für den Markt zu beachtenist. muß der
Digitalrechner unter besonderen Gesichtspunktenausgewählt werden, insbesondereauch deshalb,weil seine getrennten Verwendungsmöglichkeiten
im
normalen Rechenzentrumsbetriebfür
technisch-wissenschaftliche Aufgaben
und Datenverarbeitung
ein wesentliches
Beurteilungsmerkmalfür den potentiellen Käufer eines hybriden Rechnersystems sein werden. In der weiteren
Verfolgungdieser Linie wird demnächst
ein weiteresSystem,das Hybride Rechnersystem HRS 860, bei AEG-TELEF U N K E Nz u r V e r f ü g u n gs t e h e n .D i e s e s
System benutzt den in Eigenentwicklung entstandenenDigitalrechnerTR 86,
der sämtlichegefordertenBedingungen
erfüllt und für den Koppelwerk- und
Programmentwicklungenin bedingter
Parallelitätdurchgeführtwerden.
S p e z i e l l eM e r k m a l e :
Mehrere genaue Zeitgeber mit großem
Einstellbereich.
Servopotentiometer
mit Einstellung
durch Externgeräte (Lochstreifenleser,
Digitalrechner).
Externanwahlaller Rechenelemente
durch digital verschlüsselteAdresseneingabe.
Externsteuerungder Betriebsarten,der
Betriebszuständevon Integrieren und
Analogspeichern und der Stellungen
von Komparatorschalterndurch digital
verschlüsselteSteuerbefeh
leingabe.
Abfragemöglichkeit der Betriebsarten
der umschaltbaren Rechenverstärker
(lntegrierer/Summierer)und der Komparatorverstärker durch Externgeräte.
Ausgabe von Steuerbefehlenan Externgeräte.
Bild 2. Der hybride Präzisionsanalogrechner RA 770
(1908) 3. Beih. Datenverarb.
Techn.Mitt. AEG-TELEFUNKEN
45
DPF spielt sich ein nicht unwesentlicher Durch hohe interne Verarbeitungsge- Der Digitalrechnerkann bis zu 32 KTeil der Programmierungeines hybriden schwindigkeit und hohe Eingabe-Aus- Wörtern im Kernspeicher ausgebaut
gabe-Raten lassen sich die in einem werden. Für die Verwendung in einem
Problemsab.
Für den Empfang und die Weitergabe geschlossenen Verarbeitungskreisaus hybriden Rechnersystemwird mit Rückange- Digital-und Analogrechnerauftretenden sicht auf das erforderliche Programmvon digitalen Steuerinformationen
schlossener Digitalrechnerenden bzw. Verzögerungen des Datenaustausches system ein Ausbau auf mindestens8 K,
beginnen auf dem DPF Systemverbin- mit der Gefahr daraus resultierender besser 12 K benötigt. Neben der Kondungsleitungen.Sie sind über das hy- Instabilität der Lösung von vornherein trollschreibmaschineund einer Lochsind als Mindestbride Koppelwerk,in dem die notwen- verringern. Die Genauigkeitder Werte- streifen-Ein-Ausgabe
darstellung hat mit 24 bit ein günsti- ausstattung zwei Magnetbandgeräte für
dige Pegeladaption stattfindet, direkt
mit dem in Frage kommendenAnschluß- ges Optimum, um einmal einen aus- den Betrieb des zur Verfügung stehenstellen des Digitalrechnersverbunden. reichendenWertebereichrealisierenzu den Hybridprogrammsystems erforderkönnen und zum anderen zusätzliche lich. Für den Rechner existieren alle
lhre Anzahl hängt nur von dem gebekanntenund gebräuchlichenPeripheInformationsbitszur Ansteuerung von
Koppeldes
wünschten Ausbauumfang
Glättungseinrichtungenzur Verfügung riegeräte, von denen speziell Lochkarwerk-Steuerteils bzw. vom Ausbau des
zu haben. Diese Glättungseinrichtungen tenleser und Schnelldrucker abwickDigitalrechnersmit entsprechendenAnsind
ausgabeseitig in Zusammenhang lungstechnisch weitere Vorteile auch
ab.
schlußstellen
beim hybriden Rechnenbringen.
mit dem Digital-Analog-Umsetzerin
Hardware realisiert und gestatten die
Der Digitalrechner
Für den Einsatz im Hybriden Rechner- Ausgabe von Funktionennicht als Folge Das hybride Koppelwerk
system HRS 900 weist der Digitalrechner diskreter Werte, d. h, als Treppenfunk- WesentlicheGrundlage für die Planung
90-40 eine besonders günstige Kombi- tion, sondern als kontinuierlicheFunk- des Hybriden RechnersystemsHRS 900
nation von Merkmalen auf, von denen tion mit Geradenapproximation zwi- bildeten die bereits beschriebenen
Eigenschaften des Analog- und des
insbesonderedie mit 6 und 7 bezeich- schen den Stützstellen.Sie wirken als
Digitalrechners. Das hybride Koppelneten wesentlich,die mit I und 9 be- Filter erster Ordnung und setzen die
Gefahr der Anfachung potentieller In- werk HKW 900 hat dazu die Aufgabe,
zeichnetenVoraussetzungsind.
die Rechendatenund Steuerinformatio1. Rein dualeWertedarstellung(schnelle stabilitäten wesentlichherab.
Der automatische blockweise Daten- nen zwischenden unterschiedlicharbeiArithmetik),
2. 24 bit Wortlänge (genaueDarstellung transfer verhilft dem Hybridsystem tenden und unterschiedlich programg e g e n ü b e r e i n e m n o r m a l e n E i n g a b e - ' mierten Systemteilen in hinreichend
von Gleitkommazahlen),
Ausgabe-Kanalnochmalszu einer Stei- kurzer Zeit zu übertragen.
3. SchnellerGrundtakt(6 MHz),
4. Kurze Zyklus- und Speicherzugriffs- gerungder Datenübertragungsgeschwin- lm hybriden Koppelwerk HKW 900, das
digkeit. Bei einer normalen Datenüber- speziell für das Hybridsystem HRS 900
zeiten (1,75bzw. 0,8 ps),
tragung
durchProgramm,bei der zusätz- entwickelt wurde, sind Rechendaten5. Schnelle Festkomma-, Gleitkommadurchzuführen und Steuerwortübertragungvöllig geund Schiftoperationen (2.8. Fest- lich Adressenrechnungen
kommaaddition 3,5 ps), Gibson-Mix sind, benötigt man eine Folge mehrerer trennt geführt. Hieraus ergibt sich eine
sehr flexible und zugleich für den BeBefehle, mit etwa 20 ps Rechenzeit.
1 1p s ,
6.Automatischer blockweiser Daten- Die Belegzeit des Digitalrechnersbei nutzer leicht überschaubare Programder Ein- und Ausgabe von Datenworten mierung. Darüber hinaus erleichtert
transfer zwischen Kernspeicherund
je
läßt sich durch die automatischeblock- eine Reihe von Programmhilfen,z. B.
Peripherie (lnterlace) mit 3,5 pr.s
weise Eingabe aber entscheidendver- ein hybrides Betriebsprogrammsystem,
Wort,
7. Ein- und Ausgabe von Steuersigna- ringern. Ein nachrüstbarer Interlace- ein Überwachungsprogrammund eine
len getrennt von den normalen Ein- Zusatz sorgt für einen direkten Daten- spezielle FORTRAN-Erweiterung,die
transfer zwischen Peripheriegerätund Anwendung.
gabe-Ausgabe-Datenkanälen
Kernspeicher ohne Eingritf durch das Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit
(PlN POT- und EOM-Befehle),
Iaufende
Programm. Dies ist bei der wurden bei der Entwicklungdes Koppel(sense
B. Abfrageleitungen
lines), aufgerufen durch SKS-Befehlezur pro- Übertragung von Datenblöcken mit werks HKW 900 an vielen Stellen neue
grammierbarenAbfrage angeschlos- einer bestimmten Anzahl von Daten- Wege beschritten:
(DAU) diesener Peripherieeinrichtungenauf wörtern wichtig. Das lnterlace enthält Die Digital-Analog-Umsetzer
das Vorhandensein von Einzelbit- zwei Registerfür die Adressedes ersten n e n n i c h t . n u r z u r K o n v e r t i e r u n gd i g i Wortes und für die Anzahl der zu über- taler Signale, sondern sie sind zusätzsignalen,
tragenden
Wörter. Es führt die gesamte lich auch zur Multiplikation des digi(interrupt
Unterbrechungsleitungen
9.
lines) mit verschiedenen und vom Adressenrechnung selbständig durch. talen Eingangssignalsmit einem Analogwert bzw. zur Extrapolation/lnterProgrammher aktivierbarenVorrang- Die Belegzeit des Rechners für die
polation der Ausgabewertedes Digitalstufen zur Programmunterbrechung Übertragung eines Datenwortes wird
rechnersumschaltbar.
durch Einzelbitsignale.von Periphe- dadurch auf zwei Speicherzyklen von
Multiplexer
und Abtast- und Halteverps
3,5
herabgesetzt.
rieeinrichtungen.
Diese Merkmale gestatten die Verwen- Innerhalb eines hybriden Rechner- stärker sind zu einer Schaltungseinheit
dung des Digitalrechnersim Hinblick systems ist die Verwendung der lnter- mit extrem hoher Genauigkeit zusammengefaßt.
auf einen besonders wirtschaftlichen lace-Einrichtunghäufig notwendig, da
Aufbau des Koppelwerks,günstigeZeit- auf diese Weise ein schneller Transfer Der Analog-Digital-Umsetzererreicht
verhältnissebeim Datentransferin bei- mehrerer parallel zu übertragender eine Konversionsräte von 300 ns/bit
(4 p.s für die Konversion eines Analogden Richtungenund übersichtlichePro- Funktionswerte bei verringertem Zeitwertes mit 14 bit Genauigkeit).
grammierunghybrider Rechenprobleme. aufwand möglich ist.
(1968) 3. Beih. Datenverarb.
Techn. Mitt. AEG-TELEFUNKEN
Die Art der Rechendatenübertragung
auf den verschiedenenLeitungen (random access, zyklisch), die Blocklänge
der Ein- und Ausgabedaten usw. ist
vom Digitalprogrammvorgebbar.
Die Einstellungaller für eine Rechnung
wichtigen Parameter, z.B. Zykluszeit,
Betriebsart der DAU usw., wird vom
Programm vorgenommen, um Bedienfehler zu vermeiden.
Betriebsartensteuerungdes Analogrechners. Das SPR wirkt auf die Steuerung
des digitalen Bediengerätesim Analogrechner und ersetzt die dort normalerweise zu betätigende Handsteuerung
über Drucktastenfür
Dauerrechnen.
RepetierendesRechnen,
Rechnenmit Halt,
Iterativ automatisch,
IterativHand,
Potentiometereinstellen,
Das Koppelwerk HKW 900 verteilt sich
Pause.
auf einen Schrank A (Bild 3) und ein
Rechnen,
Magazin B. SchrankA steht neben dem
Halt,
Analogrechner.Er enthält alle EinheiDynamischesPrüfen und
ten, die zur Erhöhungder Störsicherheit
Statisches Prüfen.
direkt bei den analogen RechenelemenDie Taste Weiter ist durch einen EOMten untergebrachtsein müssen,also insBefehl ersetzt.
besonderedie Digital-Analog-Umsetzer,
Anwahlbefehle setzen automatisch das
Multiplexerund Analog-Digital-Umsetzer.
AnwahladreßregisterAAR im BedienMagazin B befindet sich im Schrank
gerät des Analogrechnersund erlauben
des Digitalrechners.Es enthält alle Eindamit die Anwahl von 600 Elementenin
heiten, die aus technischen Gründen
einem Haupt- und zwei Nebenrechnern.
vorteilhaft in der Nähe des DigitalrechEin spezieller Anwahlbefehl verursacht
ners installiertwerden, also die Steuerdie gleichzeitige Anwahl und Einstelwerke für Rechendaten- und Steuerlung eines Servopotentiometersdurch
wortübertragung. In Sonderfällen sind
Aktivierung des Servoantriebes mit richdie Elemente dieses Magazins auch in
Bild 3. Das hybride KoppelwerkHKW
tiger zeitlicherZuordnung.
einem gesondertenSchrank neben dem 900 SchrankA mit Wartungsfeld(oben)
Mit Einzelsteuerbefehlenwerden freiDigitalrechnerunterzubringen.
und halber Umsetzerbestückuno
programmierbareElemente des DigitalBis auf den Analog-Digital-Umsetzer,
zusatzes im Analogrechner gesetzt.
der eine in sich abgeschlosseneBauEs stehenmindestenszwölf,auf Wunsch
einheit bildet, sind alle übrigen Elemente des Schrankes Ä auf Steckein- werk HKW 900 übernimmt die Um- maximal24 Leitungenzur Verfügung.
Durch einfaches Verbinden der enthe.itenaufgebaut, die von der Vorder- setzung, zeitliche Ablaufsteuerungund
seite in offene Magazine eingeschoben Verteilung der Steuerwörter.In Digital- sprechendenAnschlüsseauf dem Digiwerden. Die Karten haben breite Rük- Analog-Richtung geschieht die Aus- talprogrammierfeld lassen sich unter
ken, auf denen die erforderlichenBe- gabe aus dem Digitalrechnernicht über anderen folgende Funktionen steuern:
zeichnungen aufgedruckt sind und die
die normalen Eingabe-Ausgabe-Kanäle VerschiedeneBetriebsartendes Analoginsbesonderedurch entsprechendeAus- sondern unabhängig davon durch eine rechners,
sparungenan Hand von Anzeigelampen zusätzlichesogenannteParallelausgabe Einzelsteuerungvon Integrierern und
das Ablesen der jeweiligen Register- über POT-Befehl (PlN/POT-Kanal)und Analogspeichern,
stellungengestatten.Hierdurchwird das durch eine Einzelsignalausgabeüber Steuerung mechanischerund elektroniVerfolgen des Rechenablaufs und das
scher Digital-Analog-Schalter,
EOM-Befehl.
Auffinden von Fehlerursachenermög- Ein POT-Befehl lädt ein Parallelaus- Steuerungvon Schrittschaltern
und
licht. Die Bauweise hat außerdem den gaberegister mit Puffereigenschaften, Steuerungvon Ausgabegeräten.
Vorteil, daß sich die Anzahl der Daten- von wo aus die Steuerinformationent- Die digitalen Elemente gestatten dabei
kanäle und bestimmte Komfortstufen sprechenddem EOM-Befehlan folgende die Programmierungvon Schaltungen,
- ausgehendvon
der Datenübertragung
Einheitendes Analogrechnersbzw. des z. B. zur Entschlüsselung,Umschlüssegeringen Bestückungen - in kleinen Koppelwerks automatisch weitergege- lung und Verzögerungder EinzelsteuerSchritten erweitern lassen, was der
befehle.
ben wird:
Wi rtschaftlichkeit zugute kommt.
Eine charakteristischeGröße bei der
Steuerprogrammregister
SPR
Der gesamte Informationsflußteilt sich Auswahladreßregister AAR
Behandlung eines Rechenproblemsin
in die beiden Gruppen übertragung Digitalzusatz
einem hybriden Rechnersystemist die
DEX802
von Steuerwörternund übertragungvon
Zykluszeit (frametime). Als Zykluszeit
Zykluszeitregister
zzR
'
Rechendaten.
Folgende Befehlsklassenwerden über- wird die Zeit definiert, die zwischen
zwei Startbefehlenfür die übertragung
tragen:
Steuerwortübertragung
von Rechendatenin den Digitalrechner
Betriebsartenbefehle,
Eine Steuerwortübertragungfindet in
vergeht..lnnerhalbder Zykluszeitlaufen
Anwahlbefehle.
beiden Richtungen(Digital-Analog-und
definitionsgemäß
Einzelsteuerbefeh
le und
folgendeVorgängeab :
Analog-Digital-Richtung) statt. Aus- Zykluszeitbefehle.
Abfrage einer bestimmtenim Programm
gangspunkte sind in beiden System- Betriebsartenbefehle
bewirkendas auto- festgelegten. Anzahl von Analogwerten
teilen jeweils mehrere Register und
matische Setzen des Steuerprogramm- bzw. rAnalog-Digital-Ü
bertragungsexterne Anschlußstellen.Das Koppel- registers SPR und damit eine externe kanälen,
(1968) 3. Beih. Datenverarb.
Techn. Mitt. AEG-TELEFUNKEN
A.'
Umsetzung der abgefragten Analog- tet sich nach den speziellen Forde- Bei fortlaulender Abfrage arbeitet
rungen des Benutzers. Die Eingänge gleichzeitigdie automatischeblockweise
werte in Digitalwerte,
stehen auf Eingabe. Durch einen EOM-Befehlwird
Transport.des gesamten Datenblocks, der Unterbrechungsleitungen
d. h. der festgelegtenAnzahl von um- Programmierbuchsen des Digitalpro- dem Multiplexerdie Adresse der Übergesetzten Analogwerten, in den Kern- grammierfeldeszur Verfügungund kön- tragungsleitungmitgeteilt, bei der die
nen mit den Ausgängen der freipro- Abfrage beginnen soll. lm Digitalrechspeicher,
nerprogramm ist angegeben,wie lang
Verarbeitungder Einzeldatenin einem grammierbaren digitalen Elemente mit
den Komparatorausgängenbzw. mit derBlock derEingabewörterzu sein hat,
Programm,
Ausgabe der Ergebnisseals Datenblock speziellen Signalleitungen direkt be- d. h., wieviele Leitungen nacheinander
schaltet werden. Die Numerierung abzufragensind.
von Digitalwerten,
Bei Abfrage mit willkürlichem Zugriff
Umsetzungder Digitalwertein Analog- entsprichtihrer Vorrangstufe.
werden vom Digitalprogramm laufend
werte mit anschließender Eingabe in
die Adressen der abzufragendenLeitunRecfiendatenübertragung
den Analogrechner.
Die vorzugebendeZykluszeit muß also Die digitale Zahlendarstellungim Digi- gen vorgegeben.Die Eingabe geschieht
größer sein als die Summe der für die talrechnerverlangt, daß die kontinuier- mit normalen Programmbefehlen,d. h.
Einzelvorgängebenötigten Zeiten. Die lichen Rechenspannungendes Analog- ohne Verwendung der automatischen
Zykluszeit wird über das Digitalpro- rechners in digitale Werte umgesetzt blockweisenEingabe.
gramm eingestellt,um Bedienfehlerzu werden müssen, um sie der digitalen Bei Dauerabfragebleibt der Multiplexer
vermeiden, wie sie bei manueller Ein- Weiterverarbeitung zugänglich zu auf einer Übertragungsleitungstehen.
stellung auftretenkönnen. Durch Setzen machen. Umgekehrt können vom Digi- Die Eingabe Iäßt sich mit und ohne
des Zykluszeitregisters lassen sich talrechner stets nur digitale Werte ge- automatischenBlocktransportdurchfühZykluszeitenzwischen1 ms und 1 s vor- liefert werden, die in analoge Rechen- ren. Die erste Möglichkeit dient dem
Funktionstransport,d. h. der Übertrageben. Sie werden durch Auszählenvon s p a n n u n g e n u m z u w a n d e l n s i n d . l m
Grundtaktendes im Analogrechnervor- Falle einer Funktionsdarstellungsoll gung von abgetastetenZeitfunktionen.
handenen zentralen Taktgeneratorsmit sich diese Spannung stetig entspre- Die zweite Möglichkeitwird zur Einzelchend dem Funktionsverlauf ändern. wortübertragung, z.B. bei Potentioeinem Zeitfehler10-5abgemessen.
lung, benutzt.
Abfragebefehle haben die Wirkungs- Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, metereinstel
richtung vom Analogrechnerzum Digi- für jede der beiden Datenübertragungs- Auf den Multiplexerfolgt normalerweise
talrechner,werden jedoch vom Digital- richtungen spezielle Umsetzerelemente ein Abtast- und Halteverstärker.Er soll
die von einem Multiplexerdurchgeschalrechner ausgelöst.Mit dem Befehl SKS vorzusehen.
prüft der DigitalrechnerAbfrageleituntete analoge Rechenspannungeine vorgegebene Zeit konstant halten, um bei
gen (sense lines) und bewirkt entspre- An al og -Di g i tal- Richtun g
chend dem AbfrageergebnisProgramm- Für die Datenübertragungin Analog- der nachfolgenden Analog-Digital-UmDigital-RichtungIiegen die Eingangs- setzung Fehler durch Anderung der
verzweigungen.Im Koppelwerkwird dazu die im Digitalrechnerprogramm
vor- buchsen auf dem Analogprogrammier- Eingangsgrößewährend des UmsetzgegebeneLeitungsadressentschlüsselt feld des Analogrechners.Maximal las- vorgangeszu vermeiden.
lm HKW 900 wird ein neu entwickelter
und die entsprechendeAbfrageleitung sen sich 32 Übertragungsleitungenfür
durchgeschaltet.Neun Abfrageleitungen die Analog-Digital-Richtungvorsehen. Multiplexerverwendet,der als Bestandsind für allgemeine Steueraufgaben Das Aufschalten von Rechenspannun- teil bereits einen Abtast- und Haltevergeh geschiehtüber Programmierschnüre stärker enthält. Die wesentlichentechreserviert, maximal 36 weitere AbfrageIeitungen lassen sich wahlweise zum durch normalesVerbinden mit den Aus- nischenDaten dieses MAH 900 sind
Digitalzusatzdes Analogrechnersdurch- gängen von Rechenelementen
außer bei Statischer Fehler
schalten. Die erforderlicheAnzahl rich- Koeffizientenpotentiometern,
die über 10-4
(nachAbgleich3. 10-5)
tet sich nach den speziellen Forderun- ein eigenes Anwahlsystem erreicht wergen des Benutzers.
den. Die Eingänge der übertragungs- Einstellzeitauf 10-a
10 ps
Die Eingänge der Abfrageleitungen leitungensind fortlaufendnumeriert.
stehen auf Programmierbuchsendes Die Eingänge der übertragungsleitun- Haltefehlerüber 50 ps
Digitalprogrammierfeldes
zur Verfügung gen sind mit einem Multiplexerverbun- ( 1 m V .
und können mit den Ausgängen der
den. Der Multiplexer ist ein elektroni- Grundsätzlichbesteht auch die Möglichf reiplogrammierbaren digitalen Ele- scher Umschalter,der eine Auswahl der
keit, einen Abtast- und Halteverstärker
mente des Digitalzusatzes,mit Kompa- Übertragungsleitungen
in jeder Leitung vor dem Multiplexer
treffen kann und
ratorausgängenbzw. speziellen Signal- für eine jeweils konstante Zeit eine anzuordnen.Der prinzipielleVorteil dieLeitung auf die nachfolgenden Um- ser Anordnung besteht darin, daß zu
leitungendirekt beschaltetwerden.
Unterbrechungsbefehle
wirken in Ana- setzerelementedurchschaltet.Der Multi- einem Abtastzeitpunktdie anstehenden
plexer kann die Ubertragungsleitungen Spannungswerte auf allen Kanälen
log-Digital-Richtungund werden vom
Analogrechner aufgerufen. Sie ermög- in drei Betriebsartenabfragen,die sich gleichzeitig gespeichert werden, also
lichen den Eingriff in das Programm jeweils vom Digitalprogrammvorgeben keine zeitlichenVerschiebungengegenlassen:
des Digitalrechners.
einander auftreten.Da jedoch die im anFortlaufendeAbfrage (sequentielleAb- deren Fall auftretendenFehler bei den
Sechs Unterbrechungsleitungen
sind für
allgemeine Steueraufgaben reserviert. frage),
kurzen Übertragungszeitenin AnalogMaximal 26 weitere Unterbrechungs- Abfrage mit willkürlichem Zugriff (ran- Digital-Richtungmeist vernachlässigbar
Ieitungen lassen sich wahlweise zum
dom access) und
sind, empfiehlt sich aus WirtschaftlichDigitalzusatzdes Analogrechnersdurch- Dauerabfrageeiner Leitung (Sonderfall keitsgründendie Verwendung eineseinschalten. Die erforderlicheAnzahl rich- von 2).
zigen Abtast- und Halteverstärkers.
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(1968) 3. Beih. Datenverarb.
Tecfin.Mitt. AEG-TELEFUNKEN
(ADU)setzt
Der Analog-Digital-Umsetzer
Analogspannungenin einen dual verschlüsseltenDigitalwertvon 14 bit einschließlich Vorzeichenbit um. Seine
wesentlichenDaten sind:
Umsetzzeitfür 14 bit
4ps
Genauigkeit
+ o,01 y" + 1/2LsB
Kennbitsauf vier verschiedeneBetriebs- Diese sogenannte variable Referenzstellungenumgeschaltetwerden:
spannung wird auf dem Analog-Programmierfeld auf eine ProgrammierUmsetzen,
Multiplizieren,
buchse geschaltet,die jedem Ausgang
Extrapolieren,fein, und
des Digital-Analog-Umsetzers
zugeordExtrapolieren,grob.
net ist. Die Verbindung kann auch in
Die Kennbits sind nur einmal zu über- anderen Betriebsartendes Digital-Anatragen und brauchen bis zur Anderung log-Umsetzersgesteckt bleiben, da sie
der Betriebsartnicht wiederholt zu wer- nur in dieser speziellen Betriebsart
den. Die verschiedenen Betriebsarten aktiv wird. Der multiplizierendeDigitalberücksichtigeninsbesondereden Ein- Analog-Umsetzer DAU 900 hat zwei
Di gi taI-A n aIog -Ri chtun g
prinzipielle Vorteile. Einmal erhöht die
Die Ausgabe von Daten aus dem Digi- satz der Digital-Analog-Umsetzerin
einem
hybriden
zusätzliche
Rechnersystem
Produktbildungsmöglichkeit
und
fingeschieht
talrechner
ebenfalls über den
den sich bei keinem der zur Zeil aul die Anzahl der im Analogrechnerzur
normalen Eingabe-Ausgabe-Kanal in
Zusammenhangmit der Einrichtungzum dem Markt befindlichen Umsetzer. Sie Verfügung stehenden Multiplizierer.
automatischenblockweisenDatentrans- dienen einerseitszur Erhöhungder Ge- Zum anderen hat diese Multiolikaport. Anders als bei der Datenübertra- nauigkeitbei der Funktionsausgabe
und tion nicht die grundsätzlichdurch physibieten andererseitszusätzlicheRechen- kalischeGrenzen beschränkteGenauiggung in Analog-Digital-Richtung
ist für
jeden Übertragungskanal in Digital- möglichkeiten und Bedienungskomfort. keit der sonst im Analogrechner verwendeten Multiplizierertypen.Es steht
Analog-Richtung ein eigener DigitalAnalog-Umsetzer (DAU) vorgesehen. Die gesamte Stellenzahl der DAU 900 also ein hochgenaues Rechenelement
Die Leitungsadreßregister
für die Digi- mit GlättungseinheitDAS 900 beträgt zur Verfügung,das zudem am Analogtal-Analog-Umsetzer
und analogen Mul- 24 bit und entsprichtdamit der Stellen- rechner Rechenelemente(Multiplizierer
iiplexer sind identisch.Maximal lassen zahl des Digitalrechners90-40 und des und Rechenverstärker)einsparen hilft.
sich 40 Digital-Analog-Umsetzerein- Ausgabekanals,der die Digital-Analog- Durch geeignete schaltungstechnische
bauen. Das Einspeichernund Umsetzen Umsetzerparallel auf 24 Leitungen an- Maßnahmensind die dynamischenFehler extrem klein gehalten. Sowohl der
von Digitalwerten erfolgt für die Um- steuert.
dynamische
Nullpunktfehler als auch
setzer nacheinanderunter Kontrolledes
Die 24 Bits teilen sich auf in
Digitalrechnerprogramms.
2 bit:
Kennbits für einen der insge- der dynamischeProduktfehlersind bei
1 kHz noch kleiner als 10-4.
Eine gleichzeitigeUmsetzungder Anasaml vier Betr