Kleinstrechenautomat D4a

Ab 1959 wurde am ''Institut für maschinelles Rechnen'' (IMR) an der TU Dresden unter der Leitung von Prof. N. J. Lehmann der Kleinstrechenautomat D4a entwickelt. Die Wirkungsweise des Rechners wurde unter dem DDR-Patent 196044357 mit dem Titel ''Programmgesteuerter elektronischer Digitalrechner'' (erteilt 1960) geschützt.

Das Ziel der Entwicklung war ein kleiner, handlicher Rechner mit geringen Kosten, der im Gegensatz zu den damals üblichen Groß-Rechnern auch als persönlicher Rechner eingesetzt werden konnte.

1962 wurde ein erstes Versuchsmuster fertiggestellt, es folgten ab 1963 weitere 6 am IMR gefertigte Rechner, die den Grundstock zu einem ersten Ausbildungs-Rechnerlabor für Studenten bildeten.

Der Rechner war mit ca. 200 Transistoren aufgebaut und besaß als Dauerspeicher einen ebenfalls am IMR entwickelten Magnettrommelspeicher.

Die Eingabe konnte über eine kleine Tastatur oder Lochstreifen erfolgen. Zur Ausgabe ist ein Streifendrucker eingebaut, ein externer Fernschreiber konnte angeschlossen werden.

Ab 1966 wurde der Rechner in veränderter Form durch den VEB Büromaschinenwerke Zella Mehlis ca. 3000 mal in Serie hergestellt. Infolge technischer Beschränkungen war das Seriengerät größer.

Anlässlich des Abschlussberichtes zu den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum D4a wurde 1964 ein Vergleich mit dem Kleinrechenautomat LGP 21 der amerikanischen Firma ''General Precision, Inc.'' durchgeführt. Der LGP 21 war zur damaligen Zeit der modernste Kleinrechenautomat der USA und als einziger überhaupt mit dem D4a vergleichbar (Quelle: N.J. Lehmann, Abschlussbericht der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, Dresden 1964).

Aufbau

Mit nur 200 Transistoren konnte nicht viel Funktionalität realisiert werden. Deshalb wurde der Trommelspeicher soweit wie möglich ausgenutzt. Die grundlegende Struktur ist rechts in Bild 3 gezeigt.

Neben dem Trommelspeicher ist als zusätzliche Verarbeitungseinheit lediglich der serielle Arithmetik-Block enthalten. Er realisierte lediglich die Addition, Subtraktion und die Konjunktion. Durch zwei zusätzliche Register wurden auch Verschiebungen möglich.

Um den schaltungstechnischen Aufwand des Steuerwerkes zu reduzieren, wurden auch die Taktsignale des Rechners von Spuren auf dem Trommelspeicher abgeleitet. Damit waren gleichzeitig alle Abläufe im Rechner mit der Umdrehung der Speichertrommel synchronisiert.

In Bild 4 sind die Struktur und die Signalwege genauer dargestellt. Im linken Teil ist der Trommelspeicher mit der Spuranwahl und dem Koinzidenzregister zur Adressierung. Im rechten Teil ist die Arithmetikeinheit mit der Steuerung zu sehen. Unten ist schematisch die Abarbeitung eines Befehles beschrieben, vier Takte lassen sich unterscheiden:

Befehlszähleraufstellung - Erhöhen des Befehlszählers
Befehlsentahme - Lesen des adressierten Befehls
Befehls- und Adressaufstellung - Dekodieren des Befehls
Rechenoperation - Operationsausführung

Die Kreise im oberen Teil des Bildes sind Schalter, die in den angegebenen Takten Signalwege schließen.

Programmierung

Der Rechner ist als Ein-Adress-Maschine mit folgendem Aufbau der Befehlswörter entsprechend Bild 5 konstruiert.

Die Aufteilung des Befehlswortes führt zu einem einfachen Befehlsdekoder, außerdem gibt es folgende Besonderheiten:

Ein Befehl konnten mehrere unabhängige Aktionen auslösen: So z.B. eine Addition und ein sich anschliessendes Verschieben des Ergebnisses durch Setzen der entsprechenden Bits im Befehlswort
Ein Befehl konnte auf mehrere Datenworte wirken: Die Gruppenbefehle wirkten jeweils auf alle Sektoren bzw. Wörter einer Spur. Die Wiederholungsbefehle wirkten ab der gegenwärtigen Postion bis zum Ende einer Spur. Dieses Prinzip wurde später unter dem Kürzel SIMD (single instruction, multiple data) allgemein bekannt.

Für die Ein- und Ausgabe von Daten über den Lochstreifenleser bzw. den Drucker wird die 5bit Sektoradresse im Befehlswort genutzt.

Technische Daten

Taktfrequenz:	316kHz
Wortbreite:	33Bit
Datentypen:	Festkommazahlen (32Bit) mit Vorzeichen (1Bit)
Rechengeschwindigkeit:	Mittlere Rechengeschwindigkeit: 7 ms/OP (etwa 140 Operationen/s)
	Multiplikation: 13 ms + Zugriffszeit
	Addition, Subtraktion (Gleitkomma): 33 ms

Speicher:	Magnettrommelspeicher, 18000 U/min
mittlere Zugriffzeit:	1,6ms
Speicherkapazität:	4096 Speicherzellen zu je 33Bit
	128 Bahnen mit je 32 Worten

Interne E/A-Geräte:
Eingabe:	Lochstreifen - Fernschreibkode Nr. 2, 50 Zeichen pro Sekunde
Ausgabe:	Streifendrucker mit Typenrad - 25 Zeichen pro Sekunde
Externe E/A-Geräte:	Elektrische Schreibmaschine,
	Fernschreiber und Stanzer,
	Magnetband

Aufbau:	Modulbauweise mit Steckkarten,
	211 Transistoren, 1800 Dioden
Abmessungen:	ca. (60x42x45)cm³ (BxHxT)
Gewicht:	71,5kg