Relais Rechner

Der chaotische Hauptfaden

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Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Mi 21. Mär 2018, 18:22

Da ich gerade viel Freizeit habe dachte ich mir, ich könnte ja mal ein lang aufgeschobenes Projekt fortführen: einen Taschenrechner aus Relais... Am Ende soll er mal alle wichtigen Grundrechenarten verarbeiten können - addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren von maximal 10 Bit Zahlen - natürlich mit möglichst großem Igor Faktor ;)
Die ersten vier Addier-Module sind bereits fertiggestellt

Bild
Die grünen LEDs an der Seite zeigen den Schaltzustand der Relais an, die Roten das jeweilige einzelne Ergebnis...
Betrieben werden die Module mit 7 - 8V, jedes zieht dabei etwa 0,15/0,2A

Meinen ursprünglichen Plan, alles in einem Aktenkoffer unterzubringen, habe ich mittlerweile aufgrund der zu erahnenden Dimension begraben xD

Die weitere Verschaltung für subtrahieren, multiplizieren und dividieren scheint mir nicht weiter kompliziert, auch wenn es gerade für die letzteren beiden Rechenarten sicher effizientere Lösungen gibt als stupides addieren und subtrahieren bis das gewünschte Ergebnis erscheint... Aber seis drum, da klacken die Relais wenigstens schön häufig ;)

Was mir momentan noch ein paar Kopfschmerzen bereitet ist die Ein- und Ausgabe... Ich will eigentlich nicht so wie die meisten ähnlichen Projekte im Internet meine Ein- und Ausgabe Bitweise mittels Lämpchen und Tastern machen sondern mithilfe einer alten Wählscheibe und Sieben-Segment-Anzeigen...
Die Wählscheibe mithilfe eines Relais-Zählers auszuwerten erscheint mir zu umständlich, da man ja immer nur einzelne Stellen bearbeitet und dann schon vorhandene Stellen um eine Zehner-Potenz erhöhen müsste und die neu gewählte Zahl aufaddiert... Schrittrelais wären da einfacher, aber da fehlt mir gerade noch die Phantasie, die so entstandenen Zahlen in 10 Bit umzuwandeln...
Bei der Ausgabe wollte ich auf ICs zurückgreifen, aber das passt einerseits nicht so recht zum Rechner und andererseits habe ich ja mit 10 Bit eine ziemlich ungewöhnliche Größe...

Hat wer darin Erfahrungen oder Ideen? Gerade für die Ein- und Ausgabeproblematik, aber gerne auch für den Rest
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Re: Relais Rechner

Beitragvon sysconsol » Mi 21. Mär 2018, 18:48

Das klingt nach Denksportaufgabe.

Sehe ich das richtig, dass der Rechner dann von -511 bis +511 rechnet?
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Fritzler » Mi 21. Mär 2018, 19:02

Warum denn ausgerechnet grade 10Bit?
Es funzt auch gut in 8Bit und zum addieren von zB 32 oder 16 Bit Zahlen nutzt man dann ein Carry Bit zwischen den 8Bit Worten.
Ein Statusregister mit dem Carry und weiteren Flags/Bits lohnt sich eh um davon bedingte Sprünge abzuleiten.
Zum sparen von Relais würde ich sogar 4Bit empfehlen, da geht auch schon viel.

Die Eingabe über eine Wählscheibe stelle ich mir übrigens sehr mühselig vor, alleine wie lange die braucht um von der 0 zurückzuwandern.
Da wären 4+4 Schalter (für 8Bit dann) für die Eingabe von HEX Werten schneller.

Die Ausgabe in 7 Segment ist wiederrum super, den Decoder kannste auch mit vielen Dioden bauen ohne ein IC.
4 Relais brauchste zum negieren der 4Bit und dann baue man sich ein UND Gatter aus Dioden, dann haste die Zahlen 0 - 15 als One-Hot Codierung.
Mit der kannste das jeweils auf ein Relais geben welches denn über Dioden die passenden LEDs der 7Seg Anzeige besaftet. (a - f geht auch auf 7Seg)
Für die Ausgabe in Dezimal statt HEX bauste dir eine Software welche die 4/8/16/32 Bit Zahl nach BCD zerlegt, die Ausgabe wäre dann eine IO Karte mit Registern.
(HEX wäre zum Programm reinbasteln und Register angucken)

Punktrechnung geht übrigens auch mit schiben und addieren (bei div eben subtrahieren).
Das geht einerseits shcneller, aber macht sicher noch genug rabatz.

Gibt es denn irgendwelche Schaltpläne und weiterführenden Überlegungen?
Bei sonem Projekt drauflos basteln kann gut nach hinten losgehen.
Irgendwie muss es ja zB noch ein Steuerwerk geben.
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Treckergott » Mi 21. Mär 2018, 19:27

Oha! Sowas hatte ich vor ca. 6 Jahren auch angefangen. Da muss ich mal wieder bei ...
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Re: Relais Rechner

Beitragvon winnman » Mi 21. Mär 2018, 20:36

Schrittrelais und bei jedem Schritt über Dioden dann den entsprechenden Binärcode ausgeben?
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Re: Relais Rechner

Beitragvon berlinerbaer » Mi 21. Mär 2018, 20:58

Passend zur Wählscheibe wäre ein (Heb)drehwähler sowohl optisch als auch akustisch sicher sehr charmant ;).

Könnte allerdings knifflig werden, welche aufzutreiben, die meisten sind längst verschrottet.
Aber hier hat bestimmt noch jemand welche rumliegen...
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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Mi 21. Mär 2018, 21:27

sysconsol hat geschrieben:Das klingt nach Denksportaufgabe.

Sehe ich das richtig, dass der Rechner dann von -511 bis +511 rechnet?

Theoretisch ja... Praktisch ist mir das echt zu wenig, deswegen will ich eigentlich nur größere minus kleinere Zahl zulassen... Zwar nichts eingangs geprüft, aber zu viel Bedienfreundlichkeit tut ja auch nicht gut^^


Mein genereller Hintergedanke war, alles Modular aufzubauen... Für die einzelnen Addier-Module habe ich die Pläne da, bei Interesse würde ich die auch nochmal ordentlich abzeichnen und reinstellen...
Alles andere ist, was rechnen anbelangt, schon als Konzept vorhanden. Für das Subtrahieren nutzt man ja nach meinen Informationen das Einerkomplement, multiplizieren will ich über eine Schleife gestalten, die einfach das Ergebnis wieder überträgt und neu addiert bis die gewollte Anzahl durch ist und dividieren will ich durch subtrahieren bis eben der Übertrag von Bit 10 auslöst. Ich erhoffe mir dadurch ordentlich Relais zu sparen, indem ich alles auf eine Funktion der Addition herunterbreche, wobei mir da die Rechenzeit auch ziemlich egal ist...
Die Eingabe will ich durch zwei Reichen a 10 bistabile Relais gestalten - jede Reihe eine Zahl. Entweder kommt noch eine dritte Reihe als Zwischenspeicher ran, oder ich baue eine Zwischenspeicher aus Kondensatoren, da bin ich mir noch nicht sicher...

Fritzler hat geschrieben:Warum denn ausgerechnet grade 10Bit?

Und meine Entscheidung zu den 10 Bit war eigentlich ziemlich aus dem Bauch raus getroffen... Meine Idee hinter der Modularen Gestaltung ist, einfach aufstocken zu können oder mal ein kaputtes Element kurzzeitig ausschließen zu können, außerdem ist gerade bei Multiplikation die Grenze von 4Bit schnell erreicht, was ich auch nicht so zweckmäßig finde...


winnman hat geschrieben:Schrittrelais und bei jedem Schritt über Dioden dann den entsprechenden Binärcode ausgeben?

Das klingt zweckmäßig...

Hebdrehwähler klingt wirklich echt gut, aber da werde ich wohl doch eher nen Schrank dafür brauchen xD
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Fritzler » Mi 21. Mär 2018, 21:47

Trenn dich mal von der Vorstellung, dass die Rechenwortbreite den maxinalen Zahlenbereich definiert.
Mit einem 4Bit Rechenwerk kann man 32Bit Zahlen addieren und wenn man langweile hat auch 128Bit.
Eben immer 4 Bit Stück für Stück und das Carry merken.
Braucht dann aber 2 Addierbefehle: ADD und ADD_WITH_CARRY
ADD addiert normal mit einer 0 am Carry in deines Addierers und der andere legt das Carry Bit des Statusregisters an den Carry in deiner ALU/Addierer.
Beide Befehle updaten abewr immer brav das Carry Bit im Statusregister.
Analog dazu das Subtrahieren.

Da ja dein mul/div auf add/sub basieren soll -> jay 32Bit mit nem 4Bit Rechnwerk durchführen.
2.000.000*5.000 dauert dann nur etwas :lol:

Man nutzt übrigens das Zweierkomplement, das Einerkomplement hat 2 Werte für die Null, das ist doof.
Das erleichtert auch den bau einer ALU, denn zum subtrahieren brauchts nur einen Addierer und der Subtrahend wird einfach negiert, dazu bekommt der Carry Eingang der ALU eine 1.
Schon wurde subtrahiert mit einem Addierer mithilfe des Zweierkomplement.
(Beim SUB_WITH_CARRY kommt dann eben das negierte Carrybit des Statusregister an den Carry Eingang)

Wenn die 10Bit nur ein Bauchgefühl sind, dann bau was mit 4 oder 8 Bit, das wird einfacher, glaub mir.
Bzw mit 4 Bit die Mühle bauen und testen, dann auf 8Bit aufbohren.
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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Mi 21. Mär 2018, 21:57

Ok, das klingt echt gut!

Werd ich mir auf jeden Fall mal genauer anschauen...

Hätte es eh erstmal alles mit 4 Bit getestet, deswegen ja auch der Modulare Aufbau

Aber ist es da nicht irrelevant, wie viele Bits es sind, solange es vielfache von 4 sind? Oder verstehe ich gerade das System falsch? Es werden schrittweise immer vier Bit genommen, addiert und der Übertrag/Carry Bit für die nächsten vier Bit zwischengespeiert?!
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Nello » Do 22. Mär 2018, 09:56

Sehr schönes Projekt, und ich sehe schon, das wird ein interessanter Thread.

Ich meine, einen Relaisrechner kann man seine Ergebnisse nicht auf irgendwelchen LED-7-Segmentanzeigen ausgeben lassen. So etwas tut man nicht, oder? Ich glaube, ich habe da was für Dich. Scheint mir wie gemacht dafür. Die Belegung des abgeschnittenen Kabelbaumes kenne ich leider nicht, aber ich gehe fast jede Wette ein, das lässt sich hier binnen der nächsten drei Beiträge lösen. Ich weiß auch nicht, aus welchem Gerät das Ding stammt, ein jdenfalls russischer (Du wolltest Igor? Du bekommst Igor!) Frequenzzähler vielleicht.

Vor langer Zeit bei Ebay gekauft, hat aber immer bloß als Deko rumgestanden. In Deinem Projekt ist es besser untergebracht. Solche Sachen sollten leben.
Wennze haben willz: Kauf oder Tausch, der Rest per PN.

Nixie01.JPG

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Re: Relais Rechner

Beitragvon Fritzler » Do 22. Mär 2018, 10:07

Was macht denn der Transistor hinter jeder Nixie?
Haben die etwa die armen Dinger gemultiplext? :shock:
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Re: Relais Rechner

Beitragvon augustamars » Do 22. Mär 2018, 20:00

Ja. Zufällig bin auch dabei einen Tischrechner zubauen. Da werden meine russische Nixies mit MPSA92 einzeln geschalten.
Wollte ursprünglich einen ATMega 32 als Gehirn nehmen, aber jetzt schaue mir einen alten Taschenrechnerchip zum verwursteln an.
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Roehricht » Do 22. Mär 2018, 20:50

Hallo,
mit Ergebnisausgabe auf braunscher Röhre oder Sprachausgabe aus Plasmalautsprecher mit schickem Lichtbogen...Britzel....bzzzz 8..britzel 5 bzzz 0..... :mrgreen: :mrgreen:

Eingabe mit grossen Pilztastern im normalen Tastaturlayout. Zu jedem Tastendruck kommt mindestes ein 100A Schütz..KLONK..

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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Fr 18. Mai 2018, 15:29

Hallo,

nachdem jetzt lange nichts kam will ich mal wieder ein Update geben ;)

Zuerst einmal, die Nixie Röhren sind nicht vergessen, ich habe sie erstmal sicher verwahrt, da mir momentan noch die passende Stromversorgung dafür fehlt. Die Verschaltung der Röhren habe ich schon vor einem Monat ausgearbeitet.
Außerdem habe ich ebenfalls Ende März noch einen ersten Schaltplan für die Addier-Einheit entworfen. Mittlerweile habe ich diesen Plan nochmal überarbeitet:

Bild
Wahrscheinlich ist das Ganze etwas zu klein geraten beim Zeichnen, außerdem bin ich kein Elektro-Ingenieur und kenne die neusten Normen fürs zeichnen nicht - ich hoffe, der Plan ist dennoch auch einem Fachmann verständlich. Sollte jemand dennoch Lust haben und sich durch den Plan arbeiten - ich bin für Anregungen immer offen ;)

Zudem hatte ich die letzten Tage mal wieder Zeit gehabt und zwei neue Module fertiggstellt:

Bild
Das sind zwei von vier Speichereinheiten für den Binär-Eingang. Der Vierer-Pin parallel zu den Relais ist der Ausgang, der Vierer-Pin senkrecht dazu zur Versorgung und Steuerung, Eingabe erfolgt über vier abisolierte Kabel im oberen Bereich

Ich werde demnächst die bisherigen Pläne testen und dann auf 4 Bit umsetzen
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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Mi 18. Jul 2018, 20:55

Guten Abend!

Eigentlich wollte ich schon viel weiter sein mit meinem kleinen Projekt, aber irgendwie kam mir das Studium dazwischen und ließ mir kaum Zeit dazu... Da jetzt aber Prüfungszeit ist und somit auch die beste Zeit zum Prokrastinieren, hab ich mich heut mal wieder ran gesetzt, ein bisschen gerechnet und die Datenblätter der Relais gewälzt. Dabei fiel mir auf, dass die Relais für "nur" 1800 Schaltungen pro Stunde vorgesehen sind. Ich rechne bei der langsamsten Konfiguration mit 2 Rechentakten pro Sekunden für den Addierer, da komme ich innerhalb einer viertel Stunde auf die 1800 Schaltungen. Natürlich im Worst Case einer großen Multiplikation oder Division, aber seis drum. Diese Problematik hat mich wieder zu einer genrerellen Konzeptfrage zurück geführt, die mich immer wieder umtreibt: wie möchte ich den Addierer aufbauen?

Momentan will ich den Addierer zweimal vier Bit rechnen lassen für eine 8 Bit Addition, wie es hier schonmal vorgeschlagen wurde. Vorteil: Minimale Relaiseinsparung bei 8 Bit, größer werdende Einsparung bei > 8 Bit. Nachteil: jede Addition "kostet" doppelt soviele Rechnungen wie bei einem 8 Bit addierer für 8 Bit Aufgaben.
Die Alternative wäre ein 8 Bit Addierer. Vorteil: weniger Rechnungen, Nachteil: mehr Relais, vor allem, wenn ich auf 16 Bit aufstocken will.
Die nächste Frage, die sich mir dann aufwirft ist die der Ansteuerung: entweder ich nutze für den Addierer einen elektromechanischen Taktgeber, z.B. ein Motor der 2 mal in der Sekunde einen Takt gibt, oder bau ich eine etwas kompliziertere Schaltung aus Relais und Kondensatoren, die dann die den Addierer ansteuert. Im Falle des 8 Bit Addierers ist letzteres fast trivial, da dabei keine wirkliche Ansteuerung nötig ist, eher die Ausgabe, wann er fertig ist. Wenn ich wie geplant den 4 Bit addierer umsetze verkompliziert sich die Schaltung etwas.
Zusammengefasst hab ich also bei der Ansteuerung die Wahl zwischen einer trivialen elektromechanischen Ansteuerung mittels Motor, eine weitere trivialen, aber Relaisintensiven mit 8 Bit Addierer oder einer komplizierteren, aber universelleren Lösung mit einem 4 Bit Rechner mit Relaissteuerung. Da ich absoluter Entscheidungsneurotiker bin würde ich mir gerne weitere Meinungen einholen xD

Also, was haltet ihr von den Varianten oder habt ihr noch andere Vorschläge?
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Re: Relais Rechner

Beitragvon ludwig » Do 19. Jul 2018, 00:48

Fritzler hat geschrieben:Was macht denn der Transistor hinter jeder Nixie?
Haben die etwa die armen Dinger gemultiplext? :shock:


Ne, die spielen sehr wahrscheinlich Stromquelle für die Röhren.
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Re: Relais Rechner

Beitragvon Roehricht » Do 19. Jul 2018, 04:28

hallo,
die Sache mit dem Nummernschalter (telefonwählscheibe) geht mit ner Relais Zählkette. Die gibt dann die Ziffer im binären code raus. Geht auch als Dezimalwert dann wirds aber etwas aufwendiger.. Sowas wurde in kleinen Hausautomaten mit bis zu 10 Teilnehmern verbaut, dafür waren Wähler zu teuer.
Ich hab in einem älteren Fernmelde Ausbildungs Handbuch ne passende Schaltung dazu wenn es interessant ist.

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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Do 19. Jul 2018, 11:54

Roehricht hat geschrieben:Ich hab in einem älteren Fernmelde Ausbildungs Handbuch ne passende Schaltung dazu wenn es interessant ist.


Das klingt echt interessant! Eigentlich hatte ich geplant, mir selber Schrittrelais zu zimmern, da ich bisher kein meiner Planung entsprechende gefunden habe, aber das klingt auch echt gut...
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Re: Relais Rechner

Beitragvon urmel » Do 19. Jul 2018, 14:55

ludwig hat geschrieben:Ne, die spielen sehr wahrscheinlich Stromquelle für die Röhren.

Also vom Routing unter den Röhren könnte das schon Multiplex sein. Mein letzter Stand war, es gibt Nixies die das so gar nicht mögen und welche die das etwas besser abkönnen. Aber es verschleißt die Röhren wohl insgesamt schneller, auch wenn da manche Leute sehr lautstark das Gegenteil behaupten
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Re: Relais Rechner

Beitragvon unn4m36 » Do 19. Jul 2018, 15:23

Mit den Röhren hab ich mich noch nicht großartig beschäftigt (fehlende Stromquelle). Ich weiß eh noch nicht, inwieweit ich dann überhaupt die originale Schaltung nutzen will... Wäre das Sinnvoll oder soll ich lieber eine neue Ansteuerung basteln?

Das ist der Schaltplan bei Interesse:
Dateianhänge
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