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Magnetische Speicheranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf Speichereinrichtungen und Speicherkreise, bei denen magnetische Speicherelemente verwendet werden.
Ein bisher in magnetischen Speichermatrizen vielfach verwendetes SpeicherelementhatdieForm eines Ringkernes, der aus einem Material mit praktisch rechteckiger Hysteresisschleife besteht. Mit solchen Speicherelementen kann man binäre Informationen speichern, indem man sie in den einen oder andern der beiden möglichen remanenten Magnetisierungszustände versetzt. Gewöhnlich werden diese Elemente in Schaltungen verwendet, welche die Schaltzustände durch koinzidierende, d. h. gleichzeitig wirksame Ströme steuern. Zu diesem Zweck werden die Kerne mit zwei oder mehr Treiberwicklungen versehen und die Beeinflussung ihres Schaltzustandes erfolgt durch gleichzeitiges Zuführen von Strömen zu allen Treiberwicklungen. î.
Es hat sich nun gezeigt, dass in Systemen dieser Art hinsichtlich der Treiberströme kritische Beschränkungen bestehen. Die Summe der von den Treiberströmen erzeugten magnetomotorischen Kräfte, die auf einen in seinem Schaltzustand zu beeinflussenden Kern einwirken, muss einen angemessenen Wert haben, um den Schaltzustand dieses Kernes zu ändern, wobei aber ein Strom, der von der einen oder andern Wicklung für die koinzidierenden Ströme durch seriengeschaltete Kerne fliesst, unterhalb des zur Änderung der Schaltzustände dieser Kerne erforderlichen Wertes bleiben müssen. Die Umschaltung der Kernzustände kann ferner mit grösserer Geschwindigkeit erfolgen, wenn der resultierende Treiberstrom grösser als jener minimale Stromwert ist, der an sich gerade noch eine Umschaltung herbeiführen würde.
Da aber der Strom in jeder Wicklung unterhalb jenes Wertes liegen muss, der einen freien, d h. nicht zu beeinflussenden Kern umschalten könnte ist es nicht möglich, die Umschaltzeit der Kerne wesentlich herabzusetzen, indem man die Kernwicklungen entsprechend übersteuert.
Das geschilderte Problem wird ferner durch die schädlichen Einflüsse von Temperaturänderungen auf die zulässigen Maximal-und Minimalwerte der Treiberströme erschwert, welche auf die getrennten Wicklungen der bekannten magnetischen Kerne für die Koinzidenzstrom-Steuerung wirken. Temperaturänderungen haben nämlich Änderungen des für die Umschaltung eines bestimmten Kernes erforderlichen Stromwertes zur Folge. Um den Betrieb von magnetischen Speicherkernen mit Koinzidenzströmen innerhalb des normalerweise auftretenden Temperaturspielraumes zu ermöglichen, war es erforderlich, die zulässigen Abweichungen von den Sollwerten der Treiberströme zu vermindern, wodurch die Herstellungskosten der Steuergeräte entsprechend anstiegen und die Anpassungsfähigkeit der gesamten Schaltung abnahm.
Ein Versuch, die geschilderte Beschränkung hinsichtlich der Treiberströme unter gleichzeitiger Verkürzung der Schaltzeiten der magnetischenKerne zu vermeiden, ist in einem Aufsatz von L. P.-Hunter und E. W. Bauer mit dem Titel "High Speed Coincident-Flux Magnetic Storage Principles" im Journal of Applied. Physics, Band 27, Nr. 11, S. 1257 ff beschrieben. Hiebei wird ein Kern mit Ringaufbau verwendet, der eine einzige Treiberöffnung und eine getrennte Abtastöffnung aufweist. Für die Speicherung einer Information im Speicherelement wird dabei die Koinzidenz von Flüssen statt einer Koinzidenz von Strömen ausgentitzt.
Die Erfindung geht von einer bekannten Ausführung einer magnetischen Speicheranordnung oder Speichermatrix aus, bei der mehrere zeilen- und spaltenweise angeordnete magnetische Elemente aus
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einem Material mit praktisch rechteckiger Hysteresisscleife vorgesehen sind und diese Elemente drei im wesentlichen gleiche, in einer Reihe liegende Öffnungen aufweisen, welche @@@ flussführende Schenkel ergeben. Um bei einer solchen Speicheranordnung einerseits eine sehr einfache Verdrahtung zu erzielen und anderseits eine gegenseitige Störung der einzelnen Speicher-bzw.
Ablesevorgänge auszuschliessen, ist erfindungsgemäss durch die mittleren Öffnungen aller Elemente jede Zeile, eine Haupttreiberleitung, durch eine der äusseren Öffnungen der Elemente jeder Spalte eine Hilfstleiberleilung und durch die andere äussere Öffnung der Elemente jeder Spalte eine Ausgangsleitung geführt.
Bevorzugt werden die Haupttreiberleitungen, welche in Richtung der Zeilen verlaufen, und die Hilfstreiberleitungen sowie die Ausgangsleitungen, welche in Richtung der Spalten'11 erlaufen, abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten der Elemente geführt, so dass an keiner Stelle eine Überkreuzung der in Richtung der Zeilen bzw. in Richtung der Spalten verlaufenden Leiter auf derselben Seite der Elemente erfolgt.
Im Betrieb einer solchen Speicheranordnung werden beispielsweise Haupctreiberimpulse einer bestimmten Polarität zur Speicherung der binären Ziffer "1" verwendet. Das gleichzeitig mit einem solchen Haupttreiberimpuls erfolgende Auftreten eines inhibierenden Impulses in der Hilfstreiberleitung verhindert die Speicherung der Ziffer "1 ", was gleichwertig der Speicherung da Ziffer "0" ist. Die Ablesung der gespeicherten Information erfolgt durch Anlegen eines Haupttreiberimpulses entgegengesetzter Polarität, wodurch die Richtung des Flusses, der mit der Ausgangsleitung verkelter Lt, umgekehrt wird, falls vorher die binäre Ziffer "1" gespeichert worden ist.
Es wird somit die Ablesung der vorher gespei cherten Ziffer "1" durch das Auftreten eines Impulses an der Ausgangsleitmg erk.'anb , wogegen bei Ablesung der Ziffer "0" kein Ausgangssignal erscheint. Ein Ausgangssignal tritl iiiii auf, wenn der mit der Ausgangsleitung verkettete Fluss umgekehrt wird. Da der Hilfstreibenmpuls fm sich allein diesen Fluss nicht beeinflusst, ist die eingangs erwähnte Beschränkung hinsichtlich der Treibersnomstärke, die zur Umschaltung eines Speicherelementes ohne Störung anderer Elemente angewendet werden darf, behoben, wodurch die Möglichkeit zu einer wesentlichen Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und zum temperaturunabhängigen Betrieb des Elementes geschaffen ist.
Die einzelnen Elemente der erfindungsgemässen Matrix können aus ge@ochten magnetischen Folien bzw. Blechen hergestellt, durch mehrschichtige geätzte Teile gebildet oder : mf irgend eine andere einfache Weise angefertigt werden. Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung die Elemente aus einem Blech bzw. einer Folie aus magnetischem Material hergestellt, wobei zwischen den einzelnen Elementen eine geeignete Isolierung vorgesehen wird.
Jede Öffnung in einem Speicherelement einer solchen Matrix muss nur von einer einzigen Leitung durchsetzt werden ; die Leitungen können dabei durch Aufdampfen oder nach einem bekannten Druckverfahren hergestellt werden. Da jede Leitung abwechselnd auf der einen oder andern Seite der Matrix durch das benachbarte Speicherelement verlaufen kann, ergibt sich keine Überkreuzung von Leitungen auf der gleichen Seite der Matrix und es entfällt somit das Erfordernis einer gegenseitigen Isolierung der Leitungen an Kreuzungspunkten. Bei geeigneter Bemessung der Öffnungen in den Spe. i c : herelementen können in diesen Öffnungen nachträglich leitende Schichten auf das dünne Blech aus magnetischem Material aufgedampft werden.
Der Vorteil, dass je Öffnung nur eine Leitung erforderlich ist, t sill bei Anwendung von Aufdampf- oder Druckverfahren besonders günstig aus, und es ist auf diese Weise möglich, magneti- sche Speichermatrizen mit minimalen Abmessungen herzustellen.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt also darin, dass die Speicherte msute In einer Speichermatrix, die zur Speicherung von Worten dient, also in einer Matrix mit sogenannter "Wortorganisation", so angeordnet werden, dass die Haupttreiberimpulse nur auf die durch die mirt Leren Öffnungen der Speicherelemente einer Zeile der Matrix verlaufende Leitung wirken, falls es erwunsc ht ist, eine Speicherung vorzunehmen oder den Magnetisierungszustind eines Elementes zu ermitteln, wahrend die Hilfstreiberimpulse oder inhibierenden Impulse an alle Elemente einer Spalte der Matrix angelegt werden, einschliesslich jener Elemente, deren Magnetisierungszustand nicht geändert werden soll. Das Anlegen eines Impulses an die inhibierende Leitung bzw.
Hilfstreiberleitung allein beeinflusst aber, wie schon erwähnt, bei der Erfindung nicht den Fluss, der mit der Ausgangsleitung verkettet ist.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an eitlem. rifthungsbeispiel genauer erläutert werden. Fig. 1 zeigt ein einzelnes magnetisches Speicherslement m der in der erfindungsgemässen Speichermatrix angewendeten Schaltweise. Die Fig. 2A-2D stellen schomatisch die Flussverläufe dar, die bei verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen von Treiherimpulsen bei diesem Speicherelement auftreten.
Fig. 3 ist schliesslich ein schematisches Bi@d einer erfindungsgemässen Spei-
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den mit der Ausgangsleitung verketteten Fluss nicht umkehren, und demnachhat ein solcher Impuls keinen Einfluss auf den Speicherzustand des betreffenden Kernes oder auf einen Ausgangsimpuls, der gegebenenfalls von dem ausgewählten Kern an die Ausgangsleitung 7 abgegeben wird.
Da die Richtung des Flusses, der durch einen Impuls Y allein bewirkt wird, gleich der Richtung des Flusses rings um die Öffnung 2 im Speicherzustand"0"gemäss Fig. 2C ist, hat im Speicherzustand "0" das Anlegen eines weiteren Impulses Y offensichtlich keine Änderung des Flussbildes zur Folge.
Das Anlegen eines weiteren Impulses Y im Speicherzustand "1" nach Fig. 2B bewirkt ein geändertes Flussbild, das als gestörter Zustand "1" angesehen werden kann und in Fig. 2D dargestellt ist. Wie man aber aus diesem Flussbild ersieht, tritt hiebei keine Änderung des mit der Öffnung 4 verketteten Flusses gegenüber den in Fig. 2B dargestellten normalen Zustand "1" ein, und daher ergibt sich auch kein Unterschied hinsichtlich der Ausgangssignale, die beim Anlegen eines Ableseimpulses XR im Speicherzustand "1" nach Fig. 2B bzw. im gestörten Speicherzustand "1" nach Fig. 2D auftreten.
Dementsprechend kann nach einem Merkmal der Erfindung ein nicht ausgewähltes Speicherelement beliebig oft mit inhibierenden oder Hilfstreiberimpulsen beaufschlagt werden, die ein ausgewähltes Element beeinflussen solien, ohne dass hiebei ein Störeffekt auf die im nicht ausgewählten Element gespeicherte Information oder auf den Ausgangsimpuls ausgeübt wird, der von diesem Element bei seiner Ablesung geliefert wird. Es wird also bei einer erfindungsgemässen Speicheranordnung die Auswertung der Ausgangssignale der Speicherelemente in der Verbraucherschaltung durch die auf diese Elemente wirkenden Störimpulse nicht erschwert oder gar behindert.
Fig. 3 stellt ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem eine Vielzahl von Speicherelementen nach Fig. 1 in einer Matrix oder Gruppe 20 mit sogenannter Wortorganisation vereinigt ist. Jedes Wort besteht aus einer horizontalen Zeile von magnetischen Elementen, durch deren mittlere Öffnungen 3 eine Haupttreiberleitung 6 gefMelt ist. Die Haupttreiberimpulse werden an jede Leitung 6 von der zugeordneten Haupttreiberimpulsquelle 10 bzw. 12 angelegt. Durch die Öffnungen 2 der Speicherelemente 1 einer jeden vertikalen Spalte ist eine Hilfstreiberleitung 5 gefÅadelt, auf welche die Impulse einer Hilfstreiberimpulsquelle 14 wirken. In ähnlicher Weise ist durch die Öffnungen 4 der Speicherelemente 1 jeder vertikalen Spalte eine Ausgangsleitung 7 gefädelt, die mit einem zugeordneten Verbraucher 16 verbunden ist.
Die magnetische Isolation zwischen benachbarten Speicherelementen J kann durch Trennstreifen 21 aus nichtmagnetischem Material oder durch Freilassen von Spalten zwischen den einzelnen Elementen bewirkt werden.
Die Matrix kann beispielsweise nach dem Verfahren hergestellt werden, das iu dem Aufsatz "ThreeDimensional Printed Wiring"von E. A. Guditz in der Zeitschrift "Electronics"yom l. Juni 1957, Seiten 161-163, beschrieben worden ist.
Die in Fig. 3 dargestellte Speichermatrix 20, die als eine kleine Matrix oder als ein Ausschnitt einer grossen Matrix angesehen werden kann, soll noch zur Erläuterung eines weiteren erheblichen Vorteiles der Erfindung dienen, nämlich des Vorteiles, dass bei dieser Matrix eine Leitungsführung angewendet werden kann, bei der eine Überkreuzung von Leitungen auf der gleichen Seite der Matrix vermieden wird. In Fig. 3 stellen die voll ausgezogenen Linien die auf der Vorderseite der Matrix sichtbaren Leitungsteile dar, wal-end die unterbrochenen Linien die nicht sichtbaren Leitungsteile an der Hinterseite der Matrix bedeuten. Man erkennt, dass an keiner Stelle eine Überkreuzung zweier Leitungen auf der gleichen Seite der Matrix stattfindet.
Es ist daher offensichtlich, dass eine solche Matrix besonders gut unter Anwendung von Druckverfahren oder Aufdampfungsverfahren hergestellt werden kann. Nach diesen Verfahren können auch die Leitungen durch die Öffnungen der einzelnen Elemente hergestellt werden, wenn nur die Öffnungen entsprechende Grösse haben. Befriedigende leitende Schichten sind z. B. in Öffnungen von 0,038 cm Durchmesser in dünnen Ferritfolien aufgedampft worden. Es ist somit erkennbar, dass eine magnetische Matrix, die nach den vorstehend erwähnten Verfahren hergestellt wird, die Unterbringung einer grossen Zahl von Elementen sehr geringer Grösse innerhalb des kleinen Raumes ermöglicht und somit den Leistungsbedarf für die Umschaltung erniedrigt und auch die sonstigen Vorteile der Verringerung der Anmessung mit sich bringt.
Es ist zu beachten, dass in einer Matrix mit Wortorganisation die Hilfstreiberleitung 5 und die Ausgangsleitung 7 allen Speicherelementen einer Spalte, von denen jeweils nur eines ausgewählt wird, gemeinsam sind. Wie jedoch schon beschrieben worden ist, übt das Auftreten von Impulsen an der Leitung 5, die auch nicht ausgewählte Speicherelemente durchsetzt, keinen Störeffekt auf die in solchen Elementen gespeicherte Information aus. Die Haupttreiberleitung 6 wird bei dieser Anordnung nur dann mit Impulsen beaufschlagt, wenn eine Speicherung oder Ablesung des Magnetisierungszustandes in allen von dieser Leitung durchsetzten Elementen erwünscht ist, so dass von diesen Impulsen weder Störeffekte ausgelöst,
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noch nicht ausgewählte Speicherelemente irgendwie beeinflusst werden können.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bestanden die Speicherelemente 1 aus einem Mangan-Magnesium-Ferritkörper mit den Seiten abmessungen 0,26 cm und 0, 20 cm und einer Dicke von 0, 038 cm. Der Durchmesser der Öffnungen 2, 3 und 4 betrug 0, 038 cm. Die flussführenden Schenkel A, B, C und D hatten an der schmalsten Stelle eine Breite von 0,038 cm. Die Ablese-und Aufzeichnungsimpulse XR und Xw hatten eine Stromstärke von 0,5 A ; auch für die Hilfstreiberimpulse oder inhibierenden Impulse Y wurde eine Stromstärke von ungefähr 0, 5 A verwendet. Die Ausgangsimpuls betrugen ungefähr O. 1 V.
Es versteht sich, dass die beschriebene Anordnung nur zur Erläuterung der Erfindung dienen soll, im Rahmen der Erfindung aber verschiedene Abwandlungen zulässt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetische Speicheranordnung mit mehreren zeilen- und spaltenweise angeordneten magnetischen Elementen aus einem Material mit praktisch rechteckiger Hysteresisschleife, bei welcher diese Elemente drei im wesentlichen gleiche, in einer Reihe liegende Öffnungen aufweisen, welche vier flussfüh- rende Schenkel ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mittleren Öffnungen (3) aller Elemente jeder Zeile eine Haupttreiberleitung (6), durch eine (2) der äusseren Öffnungen (2, 4) der Elemente jeder Spalte eine Hilfstreiberleitung (5) und durch die andere äussere Öffnung (4) der Elemente jeder Spalte eine Ausgangsleitung (7) geführt ist.