Facharbeit "Bau eines Relaiscomputers"
von Kilian Leonhardt
Email: mail@kilian-leonhardt.de

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Die Zellen

Die oben beschriebenen Komponenten können bei der richtigen Ansteuerung neben Addition und Subtraktion auch Division und Multiplikation zweier Zahlen ausführen. Es gilt, ein Steuermodul zu entwickeln, welches nacheinander eine feste Abfolge von Befehlen ausgibt, die sich nicht überlappen. Diese feste Reihenfolge soll über von außen eingeführte Bedingungen beeinflußbar sein (z.B. Abbruchbedingung).
Die Befehle werden über ihre Befehlsleitungen (nicht den Befehlsbus) anegsteuert. Daher ist ist eine Schaltung zu bauen, welche durch einen Takt nacheinander in verschiedene Zustände versetzt wird, in jedem Zustand an einer anderen Leitung eine Spannung ausgibt, und „im Kreis laufen“ kann. (Also im Grunde genommen eine Steuerung für ein Lauflicht mit Dunkelphase zwischen den Zuständen)
Hier zunächst einmal ein einfaches Beispiel mit 5 Zuständen, die „im Kreis“ von der Schaltung durchlaufen werden sollen. Der Einfachheit halber sind nur eine sieben Takte auf der Skizze sichtbar.

Die Skizze stellt das Signal am Takteingang und an den 5 Ausgängen A1-A5 dar. Zu sehen sind die „Lücken“ nach der fallenden Taktflanke, bei denen kein Ausgang Spannung führt.
Schließt man an jeden Ausgang eine Befehlsleitung eines beliebigen Moduls an, werden also nacheinander diese Befehle immer und immer wieder ausgeführt. Die Schaltung für dieses Modul besteht einmal wieder aus Zellen, die sich gleichen, und die jeweils einen Zustand darstellen. Die Zellen sind so miteinander verkoppelt, daß sie ihren Zustand bei fallender Taktflanke jeweils an die nächste Zelle weitergeben, und dann von der nächsten Zelle abgeschaltet werden.

Hier nun eine solche Zelle:

Die Kreisrunden Marken 1,2,3,4, 5 und Z sind Anschlüsse dieser Zelle. Alle Marken mit Zahlen der Zellen werden NICHT miteinander verbunden. Die Marken sind momentan lediglich Bezugspunkte zur Erläuterung der Schaltung. Relais 1 und Relais bilden ein Flipflop, Relais 1 versorgt sich selbst, Relais 2 ist zum zurücksetzen gedacht. Über Spannung an Marke 1 kann also diese Zelle aktiviert, über Marke 3 deaktiviert werden. An Marke 2 liegt nur dann Spannung an, wenn sich das Relais 1 schon selbst mit Strom versorgt (denn Spannung von Marke 1 kann wegen der Diode nicht direkt zu Marke 2). Ist die Zelle aktiviert so wird die Taktleitung Z via Relais 3 auf die Schaltung der Relais 4 und 5 geleitet. Relais 4 und 5 bilden die schon beschriebene Schaltung, bei der nach einer fallenden Flanke an Marke 5 Spannung anliegt.

Die Idee ist nun folgende: Die erste Zelle wird durch einen kurzen Spannungsimpuls über Marke 1 aktiviert. Dann kann der Takt kommen, er wird an Relais 4 und 5 weitergeleitet. Bei der steigenden Flanke zieht Relais 4 an, und versorgt sich selbst mit Spannung, Relais 5 zieht zeitgleich an, und sorgt dafür, daß die von Relais 4 an Relais 5 weitergegebene Spannung nicht an Marke 5 anliegt. Erst bei der fallenden Flanke führt Marke 5 Spannung. Diese Marke 5 der ersten Zelle wird an Marke 1 der zweiten Zelle angeschlossen. Versorgt sich Zelle 2 selbst mit Spannung, so gibt sie an ihrer Marke 2 Spannung aus, die in der ersten Zelle an Marke 3 angeschlossen ist, und diese deaktiviert. Der Zustand ist auf Zelle zwei gewandert. Da Zelle eins nun aus ist, und Relais 3 den Takt von ihr trennt kümmert sich Zelle 1 zunächst nicht um weitere Taktimpulse, erst dann, wenn sie wieder über ihre Marke 1 aktiviert wurde. Marke 4 einer jeden Zelle ist der Ausgang, denn sie steht nur dann unter Spannung, wenn eine Zelle an ist UND gleichzeitig das Taktsignal an ist.
Hier noch eine Skizze zur Verschaltung der Zellen, exemplarisch mit 5 Zellen, die „im Kreis laufen“.


Die Marken der Zellen werden nach dem Schema der Skizze verbunden, um den oben beschriebenen Effekt zu erreichen.

- Dies ist eine sehr einfache Verschaltung der Zellen. Auf die tatsächliche Verschaltung in den Steuerungen werde ich später zu sprechen kommen.

- Die Ausgänge konnen direkt an beliebige Befehlsleitungen angeschlossen werden, um die entsprechende Befehlsreihenfolge zu erreichen.

- Sollen Befehle gleichzeitig ausgeführt werden, können beliebig viele Befehlsleitungen an einen Ausgang angeschlossen werden, wenn die einzelnen Leitungen über Dioden angeschlossen werden. Dies zeigt folgende Skizze.

Die Dioden sind notwendig, da die Befehlsleitungen nicht direkt verbunden sein dürfen. Wenn nämlich z.B. Befehlsleitung 1 von außen auf 1 gesetzt wird, würden Befehlsleitungen 2 und 3 ebenfalls auf 1 gesetzt werden.





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