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Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten
Start-Stop-Betrieb 1.Stand der Technik Kennzeichnend für Magnetband-Analogspeicher
ist das Verschlüsseln der Information in einer Trägerfrequenz. Dieser Träger wird
bei der Aufnahme von der Information moduliert und auf Magnetband geschrieben. Bei
der Wiedergabe wird die Information durch Demodulieren der Trägerfrequenz und anschlie-Bendes
elektrisches Filtern zurückgewonnen.
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In Gegensatz zu den Digital-Magnetbandspeichern, die als Peripheriegeräte
von EDV-Analogen bekannt sind, erlauben Magnetband-Analogspeicher keinen programmgsteuerten
zeichengenauen Start-Stop-Betrieb, weil die Informationen eines Magnetband-Analogspeichers
nicht präzise im Sinne der Rechentechnik adressiert sind. Ohne zusätzliche gerätetechnische
Maßnahmen muß mit Verlusten und Verfälschen der Information eines Magnetband-Analogspeichers
durch Start-Stop-Betrieb gerechnet werden. Ililfsverfahren, die diesen Nachteil
nicht haben, sind z.B. als on-line-Betrieb des Magnetband-Analogspeichers an Prozeßrechnern
oder als Herstellen IBM-kompatibler Magnetbänder bekannt [1].
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Die Überwiegende Zahl der Magnetband-Analogspeicher verschlüsselt
die Information als Frequenzmodulation (FM). Sollen die gespeicherten Informationen
digital bei der Wiedergabe weiterverarbeitet werden, müssen sie nach dem Rückgewinnen
über Analog-Digital-Umsetzer gewandelt werden. Ein Verfahren wie unter C23 veröffentlicht
vermeidet dieses, weil die Information als Periodendauer-Modulation (PN) auf Magnetband
geschrieben wird und vor der analogen Signalrückgewinnung zunächst eine binäre Umkodierung
erfolgt. Zur Diskussion des nächts folgenden Absatzes 2. soll PM durch hinreichend
gekennzeichnet sein.
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Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten
Start-Stop-Betrieb 2. Beschreiben des Verfahrens Der Grundgedanke des Verfahrens,
anzuwenden ohne großen Aufwand sowohl mit PM als auch mit dem weiteren Sonderfall
der Pulsdauer-Modulatio (PDM, siehe [3]) soll nachfolgend an einem Zahlenbeispiel,
welches ohne Beschränkung der Allgemeinheit gilt, erliutert werden.
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Der Rauschabstand der Information eines Magnetband-Analogspeichers
beträgt bei der Wiedergabe oberhalb bestimmter Transportgeschwindigkeiten des Magnetbandes
mindestens 40 dB; der Rauschpegel verfälscht also die normierte Information im zulässigen
Aussteuerbereich um maximal 1%. Demzufolge können innerhalb des zulässigen Aussteuerbereiches
100 Einzelschritte unterschieden werden, mit Sicherheit also 64 Schritte. Ordnet
man jedem dieser 64 Einzelschritte 1 Adresse zu, dann sind aufeinanderfolgend mindesitens
64 Adressen zu unterscheiden.
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Diese Adressen können mit analogen und mit digitalen Verfahren hergestellt
werden. Der einfachste Fall einer Adressenfestlegung im Dual-Kode ist mit Bild 1
dargestellt.
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Die (positive) Digital-Logik nach Bild n besteht aus folgenden Grundbausteinen:
Einen 6-Bit-Binärzähler für die Nummer der Adresse, einen 6-Bit-Vorwahlbinärzähler;
duale Zählstufen (Flip-Flops) FF7; FF8 bis FFN, wobei N eine fortlaufende, endliche
reelle ganze Zahl ist, also N = 8 + 1; 8 + 2; 8 + n; weiterhin zwei monostabile
Multivibratoren MM1 und MM2, sowie etliche im Einzelnen nicht gesondert gekennzeichnete
Tore, weil deren Darstellung hier unwesentlich ist.
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Zunächst sei zum Erklären der Schaltung nach Bild 1 angenom en, daß
zu einem beliebigen Zeitpunkt t = 0 eine ebenfalls beliebige Adresse M im 6-Bit-Binärzähler
gespeichert ist.
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Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten
Start-Stop-Betrieb Außerdem sollen der 6-Bit-Vorwahlbinärzähler und FF7 und FF8
im Zustand Qi = "0" sein ()i = 1...8), die anderen Zählstufen FFN im Zusatnd QN
= "1".
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Nach 32 Impulsen der Taktfrequenz f schaltet #6 = "1" auf Q = "0",
wobei zu bemerken ist, daß nach bekannten Festlegungen #i und Qi einander zugeordnete
duale Komplementär-Zahlen sind. Der Sprung von #6 bringe FF7 in den Zustand Q7 =
"1" und damit MM1 kurzzeitig in seinen instabilen Zustand. Der diesen Zustand entsprechende
positive Impuls QM1 schalte die dresse M des 6-Bit-Einärzählers komplementär in
den 6-Bit-Vorwahlbinärzähler; gleichzeitig wird Q7 = "1" gehalten. Die zeitliche
Dauer von QM1 = "1" muß kleiner sein als die halbe Periodendauer der Taktfrequenz
f. Nach der Rückkehr von MM1 in seinen stabilen Zustand QM1 = "0" wird MM2 in seinen
instabilen Zustand QM2 = "1" versetzt; wegen Q8 = "0" vermag aber QM2 das Tor 7
nicht zu passieren.
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Nach K Impulsen der Taktfrequenz f springt #6 = "1" abermals auf #6
= "0" nd lege damit Q7 = "1" auf Q7 = "0" und FF8 aus dem Zustand Q8 = "0" in den
Zustand Q8 = "1". Der beschriebene Zählvorgang beginnt nun von Neuem, d.h. zunächst
werden 32 Impulse von f in den 6-Bit-Vorwahlbinärzähler eingelesen.
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Anschließend übernimmt der 6-Bit-Vorwahlbinärzähler wiederum die Komplementärzahl
zu M aus dem 6-Bit- Binärzähler, welcher nach diesem Vorgang seinen Inhalt um +1
erhöht, weil wegen Q8 = "1" das Tor 7 für QM2 passierbar ist. Q8 ist also eine symmetrische
Rechteckschwingung, deren halbe Periodendauer (32 + M) Taktimpulsen f entspricht;
M läuft zyklisch fortlaufend von 0...63. Werden die Impulse der Taktfrequenz f von
einem Quarzoszillator geliefert, ist Q8 in seiner Dauer ein präziser Zeitmaßstab
als nichtlineare Abtastung. Am
Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher
im programmgesteuerten Start-Stop-Betrieb einfachsten ist es, beim Speichern von
Informationen mit einem Magnetband-Analogspeicher für Q8 eine eigene Adressenspur
auf der Magnetband vorzusehen, abwohl
andere Verfahren, wie z.B. Frequenz- oder Zeitmultiplex, ein Verschachteln des Adressenträgers
Q8 mit der Information erlauben.
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Der Taktplatten der Adressenschlüssels ist in Bild 2 beschrieben.
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Die an FF8 in Bild 1 nachgeschalteten Stufen FF9 ... FFN können zum
Kennzeichnen der gleichzeitig auf dem Magnetband gespeicherten Informationen benutzt
werden, wie z.B. unter [1] beschrieben.
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In die Stufen FF9 ... FFN werden zu vorher festgelegten Zeitpunkten
Lennzeichnungsbefehle übernommen, wie Beginn einer Informationsspeicherung, Ende
einer Informationsspeicherung, Stop während einer Informationsspeicherung, Maßstabsfaktoren
für die Informationen, Nummer des Informationsintervalles.
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Grundlegend für die Ausführung eines Kennzeichnungsbefehles ist das
mehrfache Wiederholen einer beliebigen oder fest vorgegebenen Adresse M, z.B. einmaliges
Wiederholen von -4 aufeinanderfolgenden gleichen N. In diesem Falle müssen die Stufen
FF9 ... FFN (der Übersicht wegen in Bild 1 nicht gesondert gekennzeichnet) als ein
von Q8 getakteter monostabiler Multivibrator ausgelegt werden, welcher durch Kennzeichnungsbefehle
in seinen instabilen Zustand versetzt wird, dessen Dauer ein ganzzahliges Vielfache
vo Q8-Periodendauern t.
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Solange ein beliebiges Q9 ... QN "0" ist, bleibt bekanntlich Tor 7
in Bild geschlossen und damit die im 6-Bit-Einärzähler gespeicherte Adresse M ungeändert.
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Ein Magnetband-Analogsspeicher, der zusätzlich zu seinen Informationen
eine Adressenschlüssel, beschrieben als Q8, bei der Wiedergabe liefert, ist mit
einfachen Zusätzen an Mechanik und Elektronik als Eingabegerät in wortgenauem Start-Stop-Betrieb
Informationsadressierung
für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten Start-Stop-Betrieb für Rechenanlagen
geeignet, sowohl an Analog- als auch an Digitalrechnern.
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Besitzt ein angeschlossener Digitalrechner keine eigenen Analog-Digitakl-Umsetzer
oder wird ein anderes als unter [2] beschriebenes Modulationsverfahren für den Magnetband-Analogspeicher
benutzt, sind zusätzliche Analog-Digital-Umsetzer erforderlich.
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Der Adresseninhalt von Q8 wird bei der Wiedergabe des Magnetband-Analogspeichers
binär mit dem Digitalteil des hybriden PM-Demodulators nach [2] zurückgewonnen.
Werden wiederum Taktimpulse aus einem Quarzoszillator benutzt, steht für eine digitale
Weiterverarbeitung zu den gleichzeitig vorliegenden Informationen ein präziser Zeitmaßstab
zur verfügung.
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Das Digitalwort von Q8, also die Adresse, wird fortlaufend von einem
Halteregister in dem Magnetband-Analogspeicher übernommen. Erhält das Laufwerk des
Magnetband-Analogspeichers einen Stopbefehl, übernimmt das genennte Halteregister
die Aufgabe eines Adressenspeichers.
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Die Logik für das Wiederauffinden der Informationen auf dem Magnetband,
die beim Eintreffen eines Stopbefehles an das Laufwerk des Magnetband-Analogspeichers
vom Magnetband gelessen werden, zeigt Bild 3. Der Stopbefehl setzt in dem Beispiel
nach Bild 3 einen 7-Bit-Binärzähler auf "0", also Q7 = "1", und den monostabilen
Multivibrator MM3 in seinen instabilen Zustand QM3 = "1". Damit werden die Tore
1 und 2 geöffnet. Tor 2 liefert einen Rücksetzbefehl für das Magnetband an das Laufwerk
des Magnetband-Analogspeichers. Damit wird - der Transport für das Magnetband sein
inzwischen stehengeblieben - der Rücklauf des Magnetbandes eingeschaltet.
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Die Informationen Q8 der Adressenspur passiert Tor 1, und die Anzahl
der Perioden von Q8 wird von dem 7-Bit-Binärzähler gezählt.
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Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten
Start-Stop-Betrieb Nach 64 Perioden von Q8 springt Q7 = "1" auf Q7 = "0", die Tore
1 und 2 werden gesperrt. Tor 2 hebt dann den Rückset befehl auf. Die zeitliche Dauer
von QM3 = "1" mw½' so gewählt werden, daß für alle Betriebsbedingungen der Rücksetzbefehl
mit Sicherheit auszuführen ist, aber bei Fehlen von Q8 nicht zu lange dauert.
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Das beispiel nach mild 3 ist den konstruktiven Eigenschaften eines
speziellen Laufwerkes eines Magnetband-Analogspeichers anzupassen, so durch zusätzliche
Verzögerungsglieder, andere Bitzahlen des Binärzählers oder durch Kombination beider
Änderungen. Transportgeschwindigkeit des Magnetbandes, Massenkräfte des Laufwerkes,
Ansprech- und Lösegeschwindigkeiten der zu betätigenden Stellglieder müssen berücksichtigt
werden.
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Eine Logik wie in Bild 3 dargestellt soll garantieren, daß das Magnetband
nach einem Startbefehl an das Laufwerk des Magnetband-Analogspeichers sicher seine
Soll-Transportgeschwindigkeit erreicht hat, wenn die Adresse M von Q8, abgetastet
vom Magnetband, mit der Zahl im Adressenregister übereinstimmt.
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Nach einem Startbefehl an das Laufwerk des Magnetband-Analogspeichers
und nachdem das Magnetband sicher seine Sollgeschwindigkeit erreicht hat werden,
wie oben bereits vermerkt, die vom Magnetband gelesenen Adressen Q8 mit dem Inhalt
des Adressenregisters verglichen. Der Inhalt des Adressenregisters ist bekanntlich
die Adresse, welche bei Eintreffem des Stopbefehls vom Magnetband gelesen wurde.
Wenn die Adresse M nach dem Startbefehl
gleich der Adresse im Adressenregister ist, meldet der Magnetband-Analogspeicher
seine Bereitschaft, wieder Informationen auszugeben. Von einer Adressenunschärfe
abgesehen, vermag mit Hilfe der beschriebenen Logik auch ein Magnetband-Analogspeicher
seine Informationen blockweise abzugeben.
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Informationsadressierung für Magnetband-Analogspeicher im programmgesteuerten
Start-Stop-Betrieb 3. Literatur [1] Möhler, Heinz Digitales Verarbeiten von Meßwerten
mit Hybrid-Magnetbandspeicher Archiv für Technisches Lossen - ATM- Blatt J 083-15;
1970 [2] Möhler, Heinz Magnetenband-Analogspeicher mit Hybrid-Ausgabe Elektronik
1970 (19. Jahrgang) Heft 3, S. 85...87 und Heft 4, S. 129...131 [3] Maier, Heinz
Aufzeichnungsverfahren der Magnetbandgeräte für die Hefttechnik Elektronik 1973,
Heft 10, S. 289...294 und Heft 12, S. 372...374