DE2000564A1

DE2000564A1 - Einrichtung zum Synchronisieren

Info

Publication number: DE2000564A1
Application number: DE19702000564
Authority: DE
Inventors: Fournier Robert Joseph; Criscimagna Tony Nick
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-01-14
Filing date: 1970-01-07
Publication date: 1970-07-23
Also published as: FR2040970A5; JPS5029298B1; US3577128A; GB1231920A

Description

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I. 54

Augsburg, den 19. Dezember 1969

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10 504, Vereinigte Staaten von Amerika

Einrichtung zum Synchronisieren

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Synchronisieren einer von einem Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale mit einer von einem weiteren Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale. Insbesondere betrifft die Erfindung Einrichtungen zur Erzeugung synchroner Zeitzählimpulse in Datenverarbeitungs-

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a/.lagen dzw. Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der Syncxi, . äslerung zwischen einer Hauptfolge von Zeitzählsignalen χχηΛ einer in Abhängigkeit von den Hauptzeitzählsignalen erzeugten abhängigen Folge von Zeitzählsignalen.

Bei Datenverarbeitungsanlagen, welche synchrone arbeitende Eingabe/Ausgabe-Geräte aufweisen, ist es im allgemeinen notwendig, daß die Zentraldatenverarbeitungsanlage (ZDVA) Uhrsignale zur Aufrechterhaltung der Datenidentität liefert. Bei Anlagen mit einer auf mehrere parallele Leitungen arbeitenden Uhr treten beim Synchronisieren der Uhren in Eingabe-Ausgabe-(E/A)-Geräten mit den ZDVA-Uhren wegen der Verzögerungen durch die Übertragung, durch logische Schaltelemente und durch dazwischenliegende Steuerschaltkreise viele Schwierigkeiten auf.

Bei bisherigen Verfahren zur Synchronisierung von Zeitzählsignalen in einem E/A-Gerät mit Zeitzählsignalen in einer ZDVA wird jeweils eine von verschiedenen Methoden angewendet. Bei einer von diesen Methoden wird die "vorausschauende" Lösung angewendet, welche darin besteht, daß in einem E/A-Gerät durch einen frühen Zeitzählimpuls Daten derart erzeugt werden, daß bei Empfang dieser Daten durch die ZDVA die durch die Anlage verursachte Verzögerung

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bewirkt, daß die Daten eine angenäherte Synchronisation mit der ZDVA-Uhr aufweisen. Diese Lösung ist deshalb nur eine Näherungslösung, weil zwischen den Zeitzählsignalen in der ZDVA und den Zeitzählsignalen im E/A-Gerät keine Synchronisierung vorhanden ist.

Bei einer anderen bekannten Lösung wird die Synchronisation einer Uhr in einem E/A-Gerät mit einer Uhr in einer ZDVA dadurch versucht, daß in jede der parallelen Leitungen der ZDVA-Uhr eine Zeitverzögerung eingeführt wird, so daß verzögerte Zeitzählsignale zu dem E/A-Gerät übertragen werden. Diese Lösung ist sehr kostspielig und außerdem ungenau, da es sehr schwierig ist, eine Vielzahl von Verzögerungsleitungen derart abzustimmen, daß jede von ihnen die gleiche Gesamtanlagenverzögerung hervorruft. Diese Methode der Mehrfachverzögerung bewirkt normalerweise eine Verformung der Zeitzählimpulse.

Noch e.ine weitere bekannte Lösung, welche bei vielen Anlagen angewendet wird, besteht darin, daß die zulässige Gesamtanlagenverzögerung durch die Forderung erzwungen wird, daß das E/A-Gerät in unmittelbarer Nähe der ZDVA anzuordnen ist und daß zur Verminderung der Gesamtverzögerung die Übertragungsleitungen nur eine bestimmte maxi-

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male Länge aufweisen dürfen, wodurch besondere Synchronisierungsschaltkreise entfallen« Diese Lösung hat einen großen Nachteil, da es viele Anlagen gibt, bei welchen die E/A-Geräte in großer Entfernung von der ZDVA aufgestellt werden müssen, wodurch wegen der notwendigen langen Ubertragungsleitungen große Portpflanzungsverzögerungen auftreten.

^ Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, in Abhängigkeit von einer Folge von Hauptuhrsignalen eine Folge von Nebenuhrslgnalen zu erzeugen, welche mit den Hauptuhrsignalen in Synchronismus sind.

Weiterhin soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, von einem E/A-Oerät zu einer ZDVA übertragene Signale mit entsprechenden Signalen in der ZDVA derart zu synchronisieren, daß die derart übertragenen φ Daten schnell identifiziert werden können.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung zum Synchronisieren einer von einem Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale mit einer von einem weiteren Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale« welche

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gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein KombinationsschalbA^els aus den periodischen Zeitzählsignalen der erst^"?::.an.,:tijn Folge ei^e Serie asi ■----. lieh getrennter Signale ?i.iXdet, daß weiter eine Impulserzeugungsschaltung mit- d«ns Ausgang des Kombinationsschal tkraises verbunden, ist und in Abhängigkeit /on den jeweils führenden urd den jeweils nachfolgenden Flanken der zeitlich getrennten Signale der Signalserie eine Impulsserie erzeugt, daß ferner eine Verzögerungsleitung mit dem Ausgang der Impulserzeugungsschaltung verbunden ist und die impulsserie um eine Zeitdauer verzögert, welche gleich der Zeltdauer von N Zeitzählsignalen der erstgenannten Folge minus der gesamten Laufzeitverzögerung zwischen dem erstgenannten und dem zweitgenannten DigitalgerSt ist und wobei N'eine ganze Zahl ist^ laß weiterhin die Verzögerungsleitung einstellbar ist, so daß auch bei Änderung des Aufbaus einer Anlage eine Synchronisierung der erstgenannten Folge periodischen Zeltzählsignale mit der zweitgenannten Folge möglich ist, und daß schließlich eine Zäulschaltung in Abhängigkeit von der verzögerten Impulsserie und synchron mit dieser die zweitgenannte Folge periodischer Zeitzählsignale erzeugt, womit die Synchronisierung der erstgenannten Folge periodischer Zeitzählsignale mit der zweitgenannten Folge erreicht ist.

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Bei jecJer Datenverarbeitungsanlage, welche Verzögerurr-'sleitungen und dazwischengeschaltete Steuerschal tkreise aufweist, bewirkt eine einzige Einstellung der Verzögerungsleitung eine vollständige Synchronisierung der E/A-Uhr mit der ZDVA-Uhr.

Die vorher beschriebenen und weitere Kennzeichen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden, näher ins einzelne gehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche in den Zeichnungen dargestellt ist. Diese zeigen im einzelnen:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm eine

Datenverarbeitungsanlage, bei welcher die erfindungsgemäße Synchronuhreinrichtung Anwendung findet,

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild einer

Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 3 in einem Impuls-Zeitplan das

Fortschreiten von Signalen durch die in Fig.2 dargestellte Schal-

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tung hindurch.

In Pig. 1 der Zeichnungen ist ein Blockdiagramm einer Datenverarbeitungsanlage dargestellt. Uhrsignale werden von einer zentralen Datenverarbeitungsanlage (ZDVA) 200 über Leitungen 205 zu einem Multiplexschaltkreis 300 übertragen. Der Multiplexschaltkreis 300 leitet die Uhr»- signale über Leitungen 304 zu einem Eingabe-Ausgabe- bzw. E/A-Gerät 400 weiter. Zur Identifizierung der von dem E/A-Gerät 400 zur ZDVA 200 übertragenen Daten wird eine Folge von NebenzeitzählSignalen über Leitungen 402 von dem E/A-Gerät zu der ZDVA übertragen.

Zu der in Fig. 2 in einem ausführlichen Blockdiagramm dargestellten Einrichtung, mittels welcher eine Folge von Nebenzeitzählsignalen mit einer E'olge /on ilauptzexsaählsignalen synchronisert wird, ist zu bemerken, d&iä dafür nur die geradzahligen Impulse der Folge von Hauptseltzähl- signalen verwendet werden. Leitungen übertragen Hauptzeitzählsignale TO, T2, T4 und T6 und verbinden jeweils die ZDVA mit den Eingängen der Synchronisiereinrichtung, wobei Jeweils Zeitzählsignale TO auf einer Leitung 12, T2 auf einer Leitung 14, T4 auf einer Leitung 16 und T6 auf einer Leitung 18 ankommen. Die Leitungen 12, 14, 16 und 18 sind jeweils mit den entsprechenden Eingängen eines ODER-Schalt-

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kreises 10 Jewells mit den Eingängen eines Umformerschaltkreises 20 und eines auf führende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsschaltkreises 50. Der Ausgang des auf führende Impulsflanken ansprechenden Einzellmpulsschaltkreises 30 1st durch eine Leitung 35 mit einem Eingang eines ODER-Schaltkreises 50 verbunden. Der Ausgang des Umformerschaltkreises 20 ist durch eine Leitung 24 mit einem jeweils auf nachfolgende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsschaltkreis verbunden. Der Ausgang des Jeweils auf nachfolgende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsschaltkreises ist Über eine Leitung 45 mit dem anderen Eingang des ODER-Schaltkreises 50 verbunden. Der Ausgang des ODER-Schaltkreises 50 1st durch eine Leitung 56 mit dem Ehgang einer Verzögerungsleitung 60 verbunden. Der Eingang eines Impulstreiberschaltkreises 70 ist durch eine Leitung 67 mit dem Ausgang der Verzögerungsleitung verbunden* Die Ausgangssignale des Impulstreiberschaltkreises 70 erregen einen E/A-Uhrzählerschaltkreis 80, welcher über eine Leitung 78 mit dem Eingang einer ersten Stufe 82 verbunden ist.

Der E/A-Uhrzählerschaltkreis 80 ist ein achtstufiger Binärzähler herkömmlicher Bauart, welcher eine Vielzahl von Stufen aufweist, welch letztere Jeweils mit einem

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getasteten bistabilen Flip-Flop-Schaltkreis versehen sind.

Der Ausgang der ersten Stufe 82 des Zählers 80 ist mit einer Leitung 103 verbunden, welche innerhalb des E/A-Gerätes verwendet wird, und außerdem der Übertragung zur ZDVA hin dient. Diese Leitung 103 ist gemäß der Darstellung in Fig. 2 mit DT-3 bezeichnet, wodurch angedeutet ist, daß es sich dabei um ein verzögertes Zeitzählsignal handelt, welches in der ZDVA synchron mit dem Impuls T3 der ZDVA-Uhr ankommt. Da DT-3 in Abhängigkeit von TO erzeugt wird, bedeutet das eine Verzögerung von 3 Impulsdauern der ZDVA-Uhr. Eine zweite Stufe 84 des E/A-Uhrzählerschaltkreises 80 ist an eine Leitung 104 angeschlossen, welche mit DT-4 bezeichnet ist. Eine dritte Stufe 86 ist mit einer Leitung 105 verbunden, welche mit DT-5 bezeichnet ist. Eine vierte Stufe 88 ist mit einer Leitung Iu6 verbunden, welche mit DT-6 bezeichnet ist. Eine fünfte Stufe 92 ist mit einer Leitung 107 verbunden, welche mit DT-7 bezeichnet ist. Eine sechste Stufe 94 ist mit einer Leitung 108 verbunden, welche mit DT-8 bezeichnet ist. Eine siebente Stufe 96 ist mit einer Leitung 109 verbunden, welche mit DT-9 bezeichnet ist. Schließlich ist eine achte Stufe 98 mit einer Leitung 110 verbunden, welche mit DT-IO bezeichnet ist. Die Zeitzählsignale DT-3 bis

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AO

DT-IO stellen die E/A-Uhrimpulse dar, bei welchen jeweils ein nachfolgender Impuls dann ansteigt, wenn ein vorhergehender Impuls abfällt. Der E/A-Uhrzählerschaltkreis 80 wird über die Rückatelleitung 100, welche mit dem Einstelleingang der achten Stufe 98 verbunden ist, auf seinen Anfangszustand eingestellt.

Zum besseren Verständnis der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es erforderlich, im folgenden stets auf die Pig. 2 und 3 Bezug zu nehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es erforderlich, daß Jeweils nur abwechselnde Zeitzählsignale der Hauptfolge von Zeitzählsignalen aus der ZDVA zum E/A-Gerät übertragen werden. Die Eingangssignale de» ODER- bzw. Kombinationsschaltlcreises 10 sind demgemäß TO, T2, Τ4 und τ6, welche jeweils die geradzahligen Impulse der ZDVA-Uhr darstellen. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 erscheint zuerst der Impuls TO, welchem ein Impuls T2 folgt, welchem wiederum zwei Impulseinheiten später dann der Impuls T4, diesem wiederum zwei Impulseinheiten später und abschließend der Impuls To folgt. Der Kombinationsschaltkreis bzw. ODER-Schaltkreis 10 erzeugt auf der Leitung 22 das in Fig. 3 dargestellte Ausgangssignal.

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Dieses Signal wird auf den Umformerschaltkreis 20 sowie auf den jeweils auf führende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsschaltkreis 30 gegeben. Bei jedem positiven Anstieg des Ausgangssignales des ODER-Schaltkreises 10 erzeugt der Einzelimpulsschaltkreis 30 Jeweils einen kurzen Impuls. Der Umformer-Schaltkreis 20 formt das von dem ODER-Schaltkreis 10 gelieferte Signal derart um, daß der auf jeweils nachfolgende Impulsflanken ansprechende Einzelimpulsschaltkreis 4o jeweils in Abhängigkeit von der nachfolgenden Flanke eines jeden auf der Leitung 22 erscheinenden Signales einen kurzen Impuls erzeugt.

Die jeweiligen Ausgangsimpulse des auf führende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsswhaltkreises 30> welche auf der Leitung 35 erscheinen, sowie die jeweiligen Ausgangsimpulse des auf jeweils nachfolgende Impulsflanken ansprechenden Einzelimpulsschaltkreises 40, welche Jeweils auf der Leitung 45 erscheinen, werden anschließend in dem ODER-Schaltkreis 50 miteinander kombiniert, welch letzterer an die Leitung 56 eine Serie von Impulsen abgibt, welche jeweils die führenden und nachfolgenden Flanken der abwechselnden Zeitzählimpulse der ZDVA-Uhr bzw., mit anderen Worten, die

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führende Planke einer Jeden Zeitzählimpulsstellung der ZDVA-Uhr darstellt.

Diese Impulsserie wird anschließend durch die Verzögerungsleitung 60 derart zeitlich verzögert, daß die in dem E/A-Gerät erzeugten und zu der ZDVA übertragenen Uhrsignale in der ZDVA im Synchronismus mit später ankommenden ZDVA-Uhrimpulsen eintreffen.

Die Verzögerungseinrichtung 6o wird nach folgender Gleichung eingestellt:

D - N(t_c) -

N eine ganze Zahl,

t die Zeitdauer eines Hauptuhrimpulses,

t . die Gesamtfortpflanzungs^p und logische Verzögerungszeit und

D die Gesamtzeitverzögerung der Verzögerungsleitung bzw. Verzögerungseinrichtung 60 ist.

Die Ausgangssignale der Verzögerungsleitung 60 werden sodann zum Musterimpulstreiberschaltkreis 70

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übertragen, welcher ein Leistungsverstärker ist bzw. in, der -Lage ist, einen genügend hohen Impulsstrom zur Erregung des E/A-Uhrzählerschaltkreises 80 zu liefern.

Der E/A-Uhrzählerschaltkreis 80 wird über die Rückstellungsleitung.100 auf seine Anfangsstellung eingestellt, wobei sich die achte Stufe 98 in der Stellung und sämtliche anderen Stufen in der Stellung 0 befinden. Nach dem Anlegen der verzögerten Zeitzählimpulse an den E/A-Uhrzählerschaltkreis 8o wird eine Serie von ZeitzählSignalen erzeugt, bei welcher sich jeweils die nachfolgende Flanke ehes jeden Impulses in zeitlicher Koinzidenz mit der führenden Planke eines jeweils nachfolgenden Impulses befindet, so daß sich eine parallele Folge von Zeitzählsignalen ergibt, was in Fig. 3 durch Linien 103 bis 110 dargestellt ist.

Die Bezeichnungen der Ausgangsleitungen des E/A-Uhrzählerschaltkreises 8o versinnbildlichen jeweils die ZDVA Uhrimpulse, mit welchen sie jeweils beim Eintreffen in der ZDVA in Synchronismus sind. Demgemäß erreicht das Signal DT-3 die ZDVA zur Zeit von Tj5, DT-4 zur Zeit von T4, DT-5 zur Zeit von T5, DT-6 zur Zeit von T6 und

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DT-7 zur Zelt von Ί7. Die Signale DT-8, DT-9 und DT-IO stellen E/A-Uhrzeitzählimpulse dar, welche in der ZDVA-Uhr jeweils kein direktes Äquivalenzsignal haben. Bei einem zyklischen Betrieb ist das Signal DT-8 der Zeit von TO, DT-9 der Zeit von Tl und DT-IO der Zeit von T2 in der ZDVA-Uhr zugeordnet. Bei einem Zyklusunterdrückungsbetrieb stellen die Signale DT-8, DT-9 und DT-IO Betriebsvorgänge dar, welche sich im E/AGerät fortsetzen, während die ZDVA im Leerlauf arbeitet.

Ein Beispiel für die Bedingungen, welche die erfindungsgemäße Einrichtung erfordert, ist folgendes: Wenn die gesamte Zykluszeit der ZDVA-Uhr 4 us beträgt und in acht Impulse von jeweils 500 ns unterteilt ist, so beträgt die Gesamtfortpflanzungsverzögerung wegen der Übertragungsleitungen 1 us und die Gesamtverzögerung wegen der logischen Schaltkreise ist gleich 250 ns. Wenn der Impuls TO von der ZDVA zum E/A-Gerät und anschließend zurück zur ZDVA übertragen wird, so kommt dieser Impuls 1250 ns später, d.h. angenähert in der Mitte des Impulses T2 dort an. Das ist nicht zulässig, da die Signale im E/A-Gerät in diesem Falle nicht mit den Signalen in der ZDVA im Synchronismus sind.

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Gemäß der Erfindung ist deshalb die Verzögerungsleitung 60 derart eingestellt, daß sie eine Verzögerungszeit von 250 ns erzeugt, wodurch die Gesamtsystemverzögerung damit gleich I500 ns bzw. 3 ZDVA-Uhrimpulszeitdauern beträgt«. Damit ist bewirkt, daß der ursprüngliche Impuls TO die ZDVA im Synchronismus mit dem Impuls T3 erreicht. Zur Vermeidung einer Verwirrung werden die im E/A-Gerät erzeugten und zu der ZDVA übertragenen Zeitzählsignale von neuem derart bezeichnet, daß diese die ZDVA-Zeitzählimpulse angeben, mit welchen sie beim Eintreffen in der ZDVA im Synchronismus sind.

Sämtliche in Fig. 2 in Form von Blöcken dargestellten Schaltkreise sind Bauelemente, welche jedem Pac;uwann bestens bekannt sind und welche in verschiedenster V/eise ausgeführt bzw. nach den verschiedensten Verfahren hergestellt sein können. Eine ausführliche Beschreibung eines jeden als Block in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist deshalb überflüssig.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann über das beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus selbstverständlich eine Vielzahl von Vereinfachungs- und Ver-

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besserungsmöglichkeiten sowohl hinsichtlich des Aufbaues als auch der Betriebsweise der erflndungsgemäßen Einrichtung.

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Claims

Patentansprüche;

Einrichtung zum Synchronisieren einer von einem Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale mit einer von einem weiteren Digitalgerät erzeugten Folge periodischer Zeitzählsignale, dadurch gekennzeichnet, dafl ein Kombinationssohaltkreis (10) aus den periodischen Zeitzählsignalen der erstgenannten Folge eine Serie zeitlich getrennter Signale bildet, daß weiter eine Impulserzeugungsschaltung (20, 30, 40, 50) mit dem Ausgang des Kombinationssohaltkreises verbunden ist und in Abhängigkeit von den jeweils führenden und den jeweils nachfolgenden Flanken der zeitlich getrennten Signale der Signalserie eine Impulsserie erzeugt, daß ferner eine Verzögerungsleitung (6o) mit dem Ausgang der Impulserzeugungssohaltung verbunden ist und die Impulsserie um eine Zeitdauer verzögert, welche gleich der .Zeitdauer von N Zeitzählsignalen der erstgenannten Folge minus der gesamten Laufzeltverzögerung zwischen dem erstgenannten und dem zweitgenannten Digitalgerät ist und wobei N eine ganze Zahl ist, daß weiterhin die Verzögerungsleitung einstellbar ist, so daß auch bei Änderung des Aufbaus

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einer Anlage eine Synchronisierung der erstgenannten Folge periodischer Zeitzahlsignale mit der zweitgenannten Folge möglich ist und daß schließlich eine Zählschaltung (70, 80) in Abhängigkeit von der verzögerten Impulsserie und synchron mit dieser die zweitgenannt· Folge periodischer Zeitzählsignale erzeugt, womit die Synchronisierung der erstgenannten läge periodischer Zeitzählsignale mit der zweitgenannten Folge erreicht ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erstgenannte Digitalgerät ein zentrales Datenverarbeitungsgerät (200) einer Datenverarbeitungsanlage ist, daß weiter das zweitgenannte Digitalgerät *i Eingabe/Ausgabe-Gerät (400) einer Datenverarbeitungsanlage ist, daß ferner der Kombinationsschaltkreis (10) ein logischer ODER-Schaltkreis ist, daß weiterhin die Impulserzeugungsschaltung (20, 30, 40, 50) eine Vielzahl monostabiler Einzelimpulsschaltkreise (jJO, 4o) aufweist, von welchen jeweils einer Jeweils in Abhängigkeit von der führenden Flanke jedes Signales der Signalserie einen Impuls erzeugt und von welchen jeweils ein weiterer Jeweils in Abhängigkeit von der nachfolgenden Flanke jedes Signales der Signal-

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serie einen Impuls erzeugt, und daß schließlich die Zählschaltung (80) eine Vielzahl getasteter bistabiler Flip-Flop-Schaltkreise (82, 84, 86, 88, 92, 94, 96, 98) aufweist, deren Schaltzustand in Abhängigkeit vom Übergang vom EIN-zuStand in den AUS-Zustand des Jeweils vorhergehenden Schaiktreises Jeweils vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand übergeht.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Folge periodischer Zeitzählsignale nur einander abwechselnd folgende Impulse einer Hauptfolge von Zeitzählsignalen aufweist.

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