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Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrixspei- chervorrichtung mit einer Vielzahl von Speicher- elementen aus magnetisierbarem Material mit rechteckiger Hystereseschleife.
Bei. bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Speicherelemente je magnetisch mit einem Lei- ter einer ersten Gruppe und einem Leiter einer zweiten Gruppe gekoppelt, wobei Mittel zum
Andern des magnetischen Zustandes eines be- stimmten Speicherelementes durch Änderung. des elektrischen Zustandes der mit diesem Kern ge- koppelten Leiter der einen Gruppe und der an- dern Gruppe vorgesehen sind. Bei diesen bekann- ten Vorrichtungen wird zu gleicher Zeit ein Im- puls den beiden mit diesem Kern gekoppelten Lei- tern zugeführt, derart, dass der doppelte Impuls den Remanenzzustand des betreffenden Kernes ändern kann, während die Kerne, die mit nur einem stromführenden Leiter gekoppelt sind, von diesem Strom nicht beeinflusst werden dürfen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in der Praxis dennoch eine gewisse Beeinflussung dieser letzte- ren Kerne erfolgen kann, wodurch eine Störung der Speicherwirkung auftritt.
Die Erfindung behebt diesen Nachteil. Bei der
Matrixspeichervorrichtung nach der Erfindung wird eine derartige unerwünschte Beeinflussung der Elemente, die mit nur einem stromführenden Leiter gekoppelt sind, dadurch verhütet, dass sämtliche Leiter in sich kurzgeschlossen sind, mit Ausnahme der beiden Leiter, die mit dem betreffen- den Speicherelement, dessen magnetischer Zustand geändert werden muss, gekoppelt sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anzahl Speicherelemente Kll, K12, K13,...., K32, K33 aus magnetischem Material mit rechteckiger Hystereseschleife, die gemäss einer Matrix angeordnet sind.
Sämtliche Kerne je einer waagrechten Zeile sind mit je einem waagreehtenLeiter.H, f2 und H3 und sämtliche Kerne je einer senkrechten Spalte mit je einem senkrechten Leiter VJ ?, V2 und V3 gekoppelt. Die Enden der Leiter sind an einem Rahmen GR aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer, angeschlossen. In Reihe mit den Leitern sind Schaltkontakte Cri, CH2 und CH3 bzw. CVI, CV2 und CV3 geschaltet, die in der Zeichnung als mechanische Kontakte angegeben sind, jedoch in der Praxis als elektronische Kontakte ausgebildet sind. Die Kontakte sind normalerweise geschlossen, so dass die Leiter Hi, H2 usw. über, diese Kontakte und den Rahmen GR in sich kurzgeschlossen sind.
Die Kontakte können beispielsweise aus Transformatoren bestehen, deren Primärwicklung aus den Leitern Hl, H2 usw. besteht, während eine zweite Wicklung kurzgeschlossen ist, beispielsweise über einen Transistor, derart, dass der Innenwiderstand der Transistoren nach der Seite der Leiter herabtransformiert wird. Der Kurzschluss kann dabei. dadurch beseitigt werden, dass die Transistoren nicht-leitend gemacht werden.
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das in den Kernen Kl1, K12 usw. Anwendung finden kann. Die Kerne können sich je in einem Zustand positiver magnetischer Remanenz P oder aber negativer Remanenz N befinden, welche Zustände beispielsweise den Binärziffern 1 und 0 entsprechen.
Bei bekannten Matrixspeicherschaltungen fehlen die Kurzschlusskontakte CHi, CH2 usw. Ein bestimmter Kern, ! beispielsweise K22, kann dabei dadurch in einen bestimmten Remanenz-Zustand, beispielsweise in den Zustand P, gebracht werden, dass gleichzeitig ein Stromimpuls dem waagrechten Leiter H2 und dem senkrechten Leiter V2 zugeführt wird. Der Kern K22 empfängt dabei den
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Hystereseschleife durchlaufen, wodurch der Kern in den Zustand P übergeht. Die Kerne K21, K23, K12 und K32 empfangen dabei nur den einzelnen Impuls I. Dabei soll der magnetische Zustand dieser Kerne unter der Einwirkung des einzelnen Impulses I sich nicht ändern.
Dies bedeutet, dass der Sättigungsbereich a-b der Magnetiserungskurve verhältnismässig gross sein muss und insbesondere, dass die Stromstärke Ik, die dem "Kniok" b der Magnetisierungskurve entspricht, grösser als die Impulsstärke I sein muss. Es müs-
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sen somit verhältnismässig hohe Anforderungen in bezug auf die Form der Hystereseschleife erfüllt werden, wodurch das Material verhältnismässig teuer ist. Die Hystereseschleife nach Fig. 2 wird der gestellten Anforderung nicht gerecht, denn bei ihr ist die Impulsstärke I grösser als der Strom Ik, der dem Knick b in der Hystereseschleife entspricht. Hiebei soll bemerkt werden, dass in der Praxis die "Knicke" bund g im allgemeinen weniger scharf verlaufen können als in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Kerne K21, K23, K12 und K32, die nur den einzelnen Impuls I empfangen, werden somit unter der Einwirkung dieses Impulses bei der dargestellten Form der Hysteresekurve über den Zweig a-b-c-j ausgesteuert und kehren mithin nach beendetem Impuls nicht in den Nullzustand N zurück, sondern nehmen den Zustand j an. Mit andern Worten, der Nullzustand ist gestört, was unerwünscht ist.
Wenn auf entsprechende Weise bei der Vorrichtung nach Fig. 1 in den Kern K22 die Binärziffer 1 eingeschrieben werden muss, werden die Schaltkontakte CH2 und CV2 in den Arbeitzustand umgelegt, wodurch die Leiter H2 und V2 mit der Impulsquelle IB verbunden werden.
Dies hat zur Folge, dass der Kern K22 ebenso wie im vorstehend beschriebenen Falle unter der
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in den Zustand P übergeht. Die Kerne K21, K23,
K12 und K32 empfangen ebenso wie die Leiter H2 und V2 einen Stromimpuls I. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind jetzt jedoch die Leiter Il, H3, VI und V3 über die Kontakte CHI, CH3, CV1 und CV3 und den Rahmen GR in sich kurzgeschlossen.
Sobald nunmehr eine kleine Än- derung der magnetischen Induktion T ! in diesen Kernen, beispielsweise im Kern K21, stattfindet, ergibt sich ein Reaktionsstrom IR im kurzge- schlossenen Leiter VI, der eine derartige Richtung aufweist, dass der Änderung der Magnetisierung entgegengewirkt wird, u. zw. ist die Stärke dieses Stromes bei genügend niedriger Impedanz des Kurzschlusskreises etwa gleich dem Strom I-I*, so dass der Kern K21 nicht weiter als bis zum Knick b der Magnetisierungskurve nach Fig.
2 ausgesteuert wird und nach beendetem Impuls wieder in den Zustand N zurückkehrt. Der Nullzustand N ist somit nicht gestört. Mit dem kurzgeschlossenen Leiter VI sind ausser dem Kern K21 auch die Kerne K11 und K31 gekoppelt. Da diese Kerne von den Kurzschlussströmen in den mit ihnen gekoppelten Leitern nur in dem Sättigungszustand a-b ausgesteuert werden, hat das Vorhandensein dieser Kerne nur eine sehr geringe Steigerung der Impedanz des Kurzschlusskreises des Leiters VI zur Folge. Versuche haben gezeigt, dass die Anzahl der Kerne auf einem Leiter unbedenklich gross sein kann, beispielsweise 100 oder mehr, sofern der Abstand der Kerne voneinander nicht übermässig gross ist, beispielsweise 1/2 cm oder weniger.
Ein Vorteil der beschriebenen Vorrichtung gegenüber den bekannten Vorrichtungen be-
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magnetischen Materials die Stärke der zugeführten Impulse grösser sein kann, wodurch die Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung betrieben werden kann, grösser sein kann als bei den bekannten Vorrichtungen. Der Umklappvorgang der Magnetisierung in einem Kern weist nämlich eine gewisse Trägheit auf, u. zw. ist die Umklappgeschwindigkeit nicht proportional der Stärke des Impulses, sondern proportional der Impulsstärke eines konstanten Wertes, der der Koerzitivkraft entspricht. Dies bedeutet, dass die Umklappgeschwindigkeit schneller als proportional mit der Impulsstärke zunimmt.
Das Abfragen der Information aus einem bestimmten Kern, beispielsweise K22, kann entsprechend erfolgen. In diesem Fall werden die Leiter H2 und V2 mit einer Quelle entgegengesetzten Vorzeichens wie beim Einspeichern verbunden. Befindet sich der Kern K22 im Zustand 1, so geht dieser Kern in den Zustand 0 über, wobei ein Reaktionsimpuls einem nicht-dargestell- ten, mit sämtlichen Kernen gekoppelten Hilfsleiter entnommen werden kann. Eine Änderung des magnetischen Zustandes der Kerne K21, K23, K12 und K32 wird in diesem Falle durch das Auftreten von Reaktionsströmen in den übrigen in sich kurzgeschlossenen Leitern verhütet, ebenso wie beim Speichern der Information.
Bei der beschriebenen Vorrichtung wird die
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gleichzeitig den beiden mit einem bestimmten Kern gekoppelten Leitern ein Impuls zugeführt wird. Es hat sich jedoch auch als möglich erwiesen, den Remanenzzustand eines bestimmten Kernes, beispielsweise K22, in den entgegengesetz- ten Zustand übergehen zu lassen, dadurch, dass ein Impuls nur einem der Leiter H2 und V2, bei- spielsweise dem Leiter H2 zugeführt wird, während der Kurzschluss des andern Leiters V2 beseitigt wird. Der Leiter V2 wird dabei somit nicht mit einer Impulsquelle verbunden und die mit dem Leiter H2 zu verbindende Impulsquelle muss dabei die doppelte Stärke wie im vorstehenden Falle aufweisen.
Obgleich jetzt die Stärke des den Leiter H2 durchfliessenden Stromes gross genug ist, um auch die Kerne K21 und K23 in einen andern Remanenz-Zustand überzuführen, wird dies jedoch vom Reaktionsstrom verhindert, der in den kurzgeschlossenen Leitern Vl und V3 erzeugt wird. Diese Massnahme bringt in schalttechnischer Hinsicht eine Vereinfachung mit sich, weil der Steuerimpuls nur einem der Steuerleiter zugeführt zu werden braucht, so dass man auch die verschiedenen Leitern zuzuführenden Impulse nicht miteinander zu synchronisieren braucht, wie bei den bekannten Vorrichtungen.
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung, bei der Steuerimpulse nicht mehr einzelnen Steuerleitern
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zugeführt werden müssen, wie bei den bekannten Vorrichtungen, sondern nur einem einzigen für sämtliche Kerne gemeinschaftlichen Steuerungspunkt SB. Die Kerne einer waagrechten Zeile sind wiederum mit ein und demselben waagrechten Leiter H.... und die Kerne einer senkrechten Spalte mit'ein und demselben senkrechten Leiter V.... V gekoppelt. In Reihe mit diesen Leitern sind Schaltkontakte in Form von Transfor- , matoren CH1.... CH4 bzw. CV .... CV4 vorgesehen, deren Primärwicklungen von den Leitern Hl.... H4 bzw. Vs .... V4 gebildet werden.
Die Enden der Sekundärwicklungen sind mit dem Emitter und dem Kollektor von Transistoren, , beispielsweise TH3 und TV4, verbunden, wie dies bei den Transformatoren CH3 und CW an-
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Sperrschichten der Transistoren sind somit normalerweise leitend, wobei ein Strom vom Emitter zur Basis und vom Kollektor zur Basis fliesst. Der Innenwiderstand der Transistoren in leitendem Zustand ist verhältnismässig niedrig und von der Grössenordnung von wenigen Ohm. Diese Widerstände werden von den Transformatoren CH1 .. .. CH4, CW....
CV nach der Seite der Lei- ter-H.... und V.... in erheblichem Masse herabtransformiert, so dass die Impedanz der Primärwicklungen sehr niedrig ist und einen Kurzschluss bildet. Überdies sind die Steuerleiter SH und SV, die einerseits mit der Steuerklemme SB und anderseits mit Erde verbunden sind, mit sämtlichen Kernen gekoppelt. Die Steuerleiter sind so durch die verschiedenen Kerne hindurchgeführt, dass die Ströme in diesen Leitern sich in magnetischem Sinne in den verschiedenen Kernen unterstützen.
Der Leiter SH verläuft teilweise parallel zu sämtlichen waagrechten Leitern Hl,
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Leitern angeordnet, so dass eine starke magnetische Kopplung mit diesen Leitern vorhanden ist, wodurch beim Auftreten eines Wechselstromes im Leiter SH in einem, kurzgeschlossenen Leiter H1.
.... H ein Strom induziert wird, dessen Richtung derjenigen des Stromes im Leiter SH entgegenge- setzt ist, während die Amplituden nahezu gleich sind. Der Leiter SV ist auf ähnliche Weise parallel zu den senkrechten Leitern V.... V geführt und mit ihnen magnetisch stark gekoppelt, so dass ein Wechselstrom im Leiter SV einen entgegengesetzten Reaktionsstrom in den senkrechten Leitern V.... W erzeugt. Diese Wirkung kann gegebenenfalls noch dadurch gesteigert werden, dass der Steuerleiter durch eine gesonderte transformatorische Hilfskopplung mit den Kurzschlussleitern gekoppelt wird, beispielsweise durch einen Hilfskern aus hochfrequent-magnetischem Material, wie z. B. den gestrichelt dargestellten Kern HK.
Die Leiter SV und SH können gegebenen- falls auch miteinander in Reihe geschaltet sein.
Wenn mithin die Steuerklemme SB mit einer Im- pulsquelle verbunden wird, werden die Ströme in den Steuerleitern SH und SV praktisch durch die entgegengesetzt gerichteten Ströme in den Kurzschlussleitern'ausgeglichen, so dass diese Ströme keine magnetische Einwirkung auf die Spei- cherkerne ausüben können.
Das Speichern einer Information in einem bestimmten Kern, beispielsweise K34, erfolgt da- durch, dass eine positive. Spannung den Klemmen BH3 und BV4 zugeführt wird, wodurch die Transistoren TH3 und TV4 gesperrt werden und der Kurzschluss der Leiter H3 und V4 beseitigt wird.
Durch einen über die Steuerklemme SB den Leitern SV und SH zugeführten Stromimpuls mit ge- eignetem Vorzeichen geht der Kern K34 in den erwünschten Remanenz-Zustand über. Die übrigen Kerne werden von diesem Impuls nicht beeinflusst, weil jeder dieser Kerne mit mindestens einem kurzgeschlossenen Leiter gekoppelt bleibt, so dass einer etwaigen Änderung des Magnetisierungszustandes durch den Reaktionsstrom in diesen Kurzschlussleitern entgegengewirkt wird. Das Abfragen der Information aus einem bestimmten Kern kann entsprechend dadurch erfolgen, dass in der beschriebenen Weise ein Impuls entgegengesetzten Vorzeichens diesem Kern zugeführt wird, wobei ein Reaktionsimpuls einem nichtdargestellten, mit sämtlichen Kernen gekoppelten Abfrageleiter entnommen werden kann.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der, dass beim Abfragen die Information verloren geht und gegebenenfalls neu gespeichert werden muss. Es ist jedoch auch möglich, die Information mit Hilfe eines Wechselstromes abzulesen, dessen Amplitude so gering ist, dass der Remanenz-Zustand des betreffenden Kernes sich nicht ändert. Wenn z. B. die Information des Kernes K34 abgefragt werden muss, wird der Kurzschluss der Leiter H3 und V4 dadurch beseitigt, dass die Transistoren TH3 und TV4 gesperrt werden, während zugleich ein Wechselstrom über die Klemme SB den Steuerleitern SH und SV zugeführt wird.
Wenn die Amplitude dieses Wechselstromes nur wenig grösser als der Wert Ik ist, der dem Knick b der Hystereseschleife nach Fig. 2 entspricht, durchläuft die Magnetisierung umkehrbar eine : kleine Hystereseschleife in der Nähe des betreffenden Remanenz-Zustandes N oder P, derart, dass beim Ausschalten des Wechselstromes der Kern wieder in diesen Remanenz-Zustand zurückkehrt. Da die Hystereseschleife in der Nähe der beiden Remanenzpunkte N und P verschieden gekrümmt ist, u. zw. in der Nähe des Remanenzpunktes P nach unten und beim Remanenzpunkt N nach oben, ergibt sich in einem nichtdargestellten, mit sämtlichen Kernen gekoppelten Abfrageleiter ein asymmetrischer Reaktionsstrom.
Wenn der Kern K34 sich im Zustand N befindet, ist die positive Phase dieses Reaktionstromes beispielsweise grösser als die negative Phase, während um-
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gekehrt, wenn der Kern K34 sich im Zustand P befindet, die positive Phase des Reaktionsstromes kleiner als die negative Phase ist. Durch Vergleich der beiden Phasen des Reaktionsstromes lässt sich so der Remanenz-Zustand des Kernes feststellen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Amplitude des Abfragewechselstromes an der Klemme SB vorteilhaft verhältnismässig viel grösser sein kann als der Wert Ik, sofern die Frequenz dieses Wechselstromes hoch genug gewählt wird, beispielsweise grösser als 1 MHz, in welchem Falle der Prozess nach wie vor umkehrbar verläuft, wobei jedoch der Wert des Reaktionsstromes grösser als bei verhältnismässig kleinem Wert des Abfragewechselstromes ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Matrixspeichervorrichtung mit einer Vielzahl von Speicherelementen aus magnetisierbarem Material mit rechteckiger Hystereseschleife, die je magnetisch mit einem Leiter einer ersten Gruppe und einem Leiter einer zweiten Gruppe gekoppelt sind, wobei Mittel zum Ändern des magnetischen Zustandes eines bestimmten Speicherelementes durch Änderung des elektrischen Zustandes der mit diesem Kern gekoppelten Leiter der einen Gruppe und der andern Gruppe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei dieser Änderung sämtliche weitere Leiter kurzgeschlossen sind.