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Anordnung zum Steuern eines magnetischen
Speicherelementes
Es ist bekannt, Werte für Rechengeräte od. dgl. in der Form eines von zwei möglichen Magnetise- rungszuständen eines Speicherelementes festzuhalten. Eine Ausführungsform sind toroidförmige Elemente, bei denen die Umlaufrichtung des Remanenzflusses den Speicherwert defin1ert. Die Entnahme des Wertes durch Herstellung einer vorbestimmten Umlaufrichtung vernichtet den Speicherinhalt.
Bei Verwendung in einem Matrixspeicher, wo die Elemente auf den Schnittpunkten eines Koordinatennetzes angeordnet und mit zeilen- und spaltenweise verbundenen Wicklungen versehen sind, erfolgt die Werteeintragung normalerweise durch koinzidente Ströme in je einer Zeile und Spalte von solcher Amplitude, dass jeder für sich keine bleibende Remanenzänderung, ihre Summe aber Sättigung im Speicherelement bewirkt. Diese Beschränkung in der Wahl der Magnetisierungsströme verhindert die erwünschte Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit, die an sich mit wachsenden Erregerströmen steigen würde.
Um eine nichtlöschende AbfUhlung zu ermöglichen, wurden schon magnetische Speicherelemente vorgeschlagen, deren magnetischer Widerstand mittels einer Hilfswicklung vorübergehend geändert wird.
Unter dem Namen"Transfluxor"sind schon magnetische Elemente bekannt geworden, die aus einem remanenzbehafteten Werkstoff hergestellt und mit mehreren von Wicklungen durchsetzten Öffnungen versehen sind. Sie dienen der steuerbaren Übertragung eines Wechselstromsignales zwischen zweien ihrer Wicklungen ; durch eine weitere Wicklung lässt sich ein wählbarer Querschnittsanteil des die beiden erstgenannten Wicklungen verkoppelnden magnetischen Flusspfades sättigen und dadurch die Amplitude des übertragenen Wechselstromsignales von Null bis zu einem Höchstwert einstellen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Steuern eines magnetischen Speicherelementes aus einem Werkstoff mit zwei magnetisch stabilen Zuständen und mehreren magnetischen Flusspfaden und ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem von mehreren parallelen Flusspfaden ein Remanenzfluss in einer gewünschten Richtung eingestellt und durch Erhöhung des magnetischen Widerstandes dieses Flusspfa- des der Remanenzfluss auf einen dazu parallelen Flu. 6pfad ilberfUhrt wird.
Der Eintrag eines Speicherwertes in das Speicherelement erfolgt durch eine Wicklung oder mehrere Wicklungen auf den Eingangspfad. Die Unterscheidung zwischen den zwei möglichen Speicherwerten geschieht durch die Wahl der Flussrichtung im Eingangspfad oder durch die Wahl des Ausgangspfades, den der Remanenzfluss durchsetzt. Im ersten Falle ist wiederholte nichtlöschende Wertentnahme durch Überführung des Remanenzflusses vom einen zum andern Ausgangspfad möglich. Beim zweiten Falle geschieht die Entnahme durch Überführen des Remanenzflusses in immer denselben vorbestimmten Ausgangspfad.
InbeidenFällenisteHischnellererEntnahmevorgang möglich als bei bekannten Anordnungen. Einmal, weil nur ein Teil des Remanenzflussverlaufes geändert und die Flussrichtung im grösseren Volumen des Speicherelementes nicht umgekehrt wird und zum anderen, weil die Amplitude der die Entnahme steuernden Erregerströme nach oben prinzipiell unbegrenzt ist. An die magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes werden geringere Anforderungen gestellt, da ein Schwellwert der Koerzitivkraft und scharfe Knicke der Hystereseschleife nicht gefordert werden müssen.
Die folgende Beschreibung gibt Einzelheiten über die Ausbildung des Speicherelementes und seiner Wicklungen und zwei Anwendungsbeispiele. Die dabei benutzten Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine Form
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mit anderen Steuerwicklungen, in Fig. 4a bis 4d das Speicherelement mit verschiedenem Verlauf der Flusslinien, in Fig. 5 ein Schieberegister mit Speicherelementen, in Fig. 6 ein Speicherelement für nichtlö-
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speichers mit nichtlöschender Entnahme.
Das Speicherelement 10 nach Fig. 1 besteht aus einem toroidförmigen Körper, dessen Querschnitt an einer Stelle durch eine Öffnung 12 halbiert ist. Jede der Querschnittshälften A öde r B ist gleich oder grösser als der Querschnitt C, der weiterhin als Eingangs-Flusspfad bezeichnet wird zur Unterscheidung von den Ausgangs-Flusspfaden A und B. Die Achse der Öffnung 12 braucht nicht notwendig parallel zur Tor- oidachse verlaufen.'Die Fig. 2 zeigt eine andere Form des Elementes mit ebenen Begrenzungsflächen und gleichen Bezugszeichen.
Der Pfad B ist mit einer Wicklung 14 verkettet, welche seine beiden Hälften unter Benutzung derÖff- nung 12 und der Bohrung 16 in entgegengesetztem Sinne in Form einer 8 umschlingt. Eine weitere Wick- lung 18 ist unter Benutzung der Bohrung 20 ebenso mit dem Pfad A verkettet. Der Pfad C trägt die Wick- lung 22, mit welcher dem Speicherelementein 1emanenzfluss aufgeprägt wird. Für den zunächst betrach- teten Verwendungszweck ist die Richtung des aufgebrachten Flusses ohne Bedeutung.
Ein Strom in Wicklung 14 kann den die Bohrung 16 umgebenden Teil des Pfades B magnetisch sättigen ; der von Wicklung 22 erzeugte Remanenzfluss wird dabei aus dem Pfad B in den PfadA verdrängt und bleibt auch nach. dem Abschalten des Stromes der Wicklung 14 auf A beschränkt. Dasselbe gilt umgekehrt für die
Wicklung 18 und den Pfad A. Voraussetzung ist nur, dass der mit Wicklung 22 herstellbare Remanenzfluss von den Pfaden A oder B vollständig aufgenommen werden kann, was immer zutrifft, wenn der Querschnitt von C nicht grösser ist als A oder B. Ist der Querschnitt von C grösser als von A oder B, so könnte die Vor- aussetzung noch durch Begrenzung des Stromes in Wicklung 22 auf einen passenden Wert erfüllt werden, eine Begrenzung, die bei Querschnittsanpassung entfällt.
Die Überführung des Remanenzflusses von einem Ausgangs-Flusspfad zum andern lässt sich auch mit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung der Wicklungen 14 und 18 erreichen oder durch eine einzige, die Bohrung
16 (oder 20) durchsetzende Windung.
Der Verlauf und die Steuerung der magnetischen Kraftlinien bei den eben beschriebenen Vorgängen ist in den Fig. 4a-c dargestellt. Zunächst teilt sich der von Wicklung 22 erzeugte Fluss gleichmässig auf die Pfade A und B auf (Fig. 4a) ; ein Strom durch Wicklung 14 lässt den ellipsenförmigen Feldverlauf um die Bohrung 16 entstehen, nur Pfad A nimmt den ursprünglichen Remanenzfluss auf (Fig. 4b) ; mit Wicklung 18 kann der Fluss vonA nach B überführt werden (Fig. 4c). Für die Überführung des Remanenzflusses vom einen auf den anderen Ausgangs-Flusspfad ist die Richtung des in den Wicklungen 14 oder 18 fliessenden Stromes unerheblich.
Der mit Fig. 4c dargestellte Flussverlauf kann als Ruhe- oder Anfangslage betrachtet werden ; die Wicklung 18 wirkt dann als Entnahmewicklung und zum Eintragen einer Null, die Wicklung 14 als Ausgangswicklung und zum Eintragen einer Eins (Fig. 4b).
Wird die Entnahmewicklung 18 bei dem Flussbild der Fig. 4d von einem Strom durchflossen, so geht der Remanenzfluss von Pfad A nach Pfad B. Der zwischen Öffnung 12 und Bohrung 16 liegende Teil des Pfades B kann keinen merklichen Teil dieses Flusses mehr aufnehmen, da er bereits einen abwärtsgerichteten Remanenzfluss führt. Der rechts der Bohrung 16 liegende Teil aber kehrt seine Magnetisierungsrichtung um und lässt in Wicklung 14eine Spannung entstehen, die das untere Ende der Wicklung positiv macht.
Hätte der früher im Pfad B erzeugte ellipsenförmige Fluss den anderen Umlaufsinn, so wäre die Polarität des Signals umgekehrt, ebenso natürlich, wenn die Wicklung 22 einen Remanenzfluss anderen Umlaufsinnes erzeugt hätte.
Mit der den ganzen Pfad B umschlingenden Ausgangswicklung 24 lassen sich von der Flussrichtung unabhängige Signale erzielen. Eine Ausgangswicklung, die nur die Hälfte des Pfades B umschlingt, z. B.
24s, liefert richtungsabhängige Signale. Da die Amplitude der Entnahmeströme nicht begrenzt ist, lassen sich etwa in einer Speichermatrix hohe Verhältnisse von Nutz- zu Störsignal erzielen, Werte von 9 zu 1 wurden erreicht.
Mit den Fig. 5 bis 8 sollenAnwendungsbeispiele der erfindungsgemässen Anordnung behandelt werden.
Das in Fig. 5 gezeichnete Schieberegister enthält vier Speicherelemente 10-1 bis 10-4, deren Ausgangswicklungen 24 mit den Wicklungen 14 (zum Schreiben einer Eins) des folgenden Elements über eine Diode 26 und über den gemeinsamen Leiter 27 und Widerstand R mit Masse verbunden sind. Die Wicklungen 18 ungeradzahliger Speicherelemente liegen in Reihe an dem Impulsgenerator SI, die der geradzahligen am Impulsgenerator S2, welche abwechselnd Schiebeimpulse liefern. Das Element 10-1 habe eine Eins gespeichert (Remanenzfluss über Klemme 28-1 auf Pfad A überführt), alle anderen eine Null (Remanenzfluss in Pfad B).
Ein Schiebeimpuls des Generators 51 bringt den Remanenzfluss des Elements
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10-1 von Pfad A nach B ; das in Wicklung 24-1 entstehende Signal stellt über die Diode 26-2 und Wicklung 14-2 den Fluss im Element 10-2 von B nach A um ; der Stromkreis für das Signal ist über Masse, den Widerstand Rund Leiter 27 geschlossen. Der Spannungsabfall am Widerstand ist so gerichtet, dass er eine RUckübertragung auf das vorhergehende Element verhindert. Ebenso wirkt dann der Generator S2 auf das Element 10-2 usw. Durch mit den Schiebeimpulsen gleichzeitige Impulsgabe auf eine (in Fig. 5 nicht gezeigte) Wicklung entsprechend der Wicklung 22 der Fig. 1 bis 3 kann durch vorübergehende Flusserhöhung das Zeitspannungs-Integral für das Ausgangssignal erhöht werden.
Mit der Anordnung nach Fig. 6 ist nichtlöschende Entnahme des Speicherwertes möglich. Die Wicklungen 30 und 32 des Pfades C stellen wahlweise die mit "1" und "0" bezeichnete Umlaufrichtung des ) Remanenzflusses ein. Die acht-förmige Wicklung 34 des Pfades B sei Einstell-Wicklung genannt, sie bringt den Remanenzfluss von B nach A. Die gleichartige Entnahmewicklung 38 auf Pfad A überführt den Fluss von A nach B. Nach der Einstellung der gewünschten Flussrichtung mit den Wicklungen 30 oder 32 wird der Fluss durch Wicklung 34 mit einem Impuls beliebiger Polarität auf den Pfad A konzentriert und durch Wicklung 38 nach B überführt, wo er in der Ausgangswicklung 36 ein Signal erzeugt, dessen Polarität vom Speicherwert abhängt. Diese Entnahme ist beliebig wiederholbar.
Ein ähnliches Speicherelement, nach Fig. ? mit einer weiteren acht-förmigen Wicklung auf dem Pfad A versehen, lässt sich in einer zwei-oder dreidimensionalen Matrixspeicher-Anordnung verwenden ; Fig. 8 zeigt eine Ebene. Wicklungen 42x und 42y auf den Pfaden C der Elemente sind zeilen-bzw. spaltenweise verbunden. Der Eintrag eines Speicherwertes geschieht durch koinzidente Ströme auf je eine Koordinatenleitung in der dem Speicherwert zugeordneten Richtung. Die Koordinatenwahl nimmt ein Adressenregister 48x, y über Entschlüssler 45x, y und Treiber 46x, y vor. Wenn mehrere Ebenen für die Speicherung binärer Werte vorgesehen sind, werden einzelne Ebenen durch nicht dargestellte Wicklungen selektiv gesperrt. Für die Löschung liefern die Treiber an dieselben Leitungen Ströme entgegengesetzter Richtung.
Für das Arbeitsbeispiel wird angenommen, dass im Speicherelement links oben eine Eins enthalten ist.
Zur Entnahme konzentriert zunächst der Entnahmetreiber 50 mittels der an die Leitungen 38-1 bis 38-3 angeschlossenen Wicklungen den Fluss aller Elemente auf den Pfad B. Der Einstelltreiber 12 bringt dann den Fluss aller Elemente der Zeile x-1 mittels des Leiters 34-1 vom Pfad B nach A zurück ; schliess- lich überführt der Enmahmetreiber 50 mit der Leitung 38-1 den Fluss aller Elemente der Spalte y-1 wieder von A nach B. Da aber anfangs der Fluss aller Kerne dieser Spalte schon zum Pfad B gebracht wurde, liefert jetzt nur noch das eine Element bei x-1, y-1 ein Signal an die mit allen Kernen der Ebene verkettete Ausgangswicklung 36 (s) und den nur im letzten Zyklus aktivierten Verstärker 1.
Soll dieselbe Speicheradresse mehrmals entnommen werden, so werden die beiden letzten Schritte (des Einstelltreibers 52 und Entnahmetreibers 50) beliebig oft wiederholt. Ist jedoch anschliessend eine andere Adresse zu entnehmen, so überführt der Rilckstelltreiber 54 mit Leitung 40-1 den Fluss aller Elemen - te der gewählten Zeile zum Pfad B. Der Rückstelltreiber 54 kann eingespart werden, wenn die RUckstellung vom Entnahmetreiber 50 besorgt wird, der bei diesem Arbeitsgang allen Leitern 38 gleichzeitig Impulse zuführen muss, während dabei der Ausgangsverstärker gesperrt bleibt. Die Arbeitsgeschwindigkeit verlangsamt sich aber bei diesem Verfahren ; die Operation des Rl1ckstelltreibers und des Einstelltreibers können nun nicht mehr gleichzeitig erfolgen.
Die Schaltung der Fig. 8 liefert ein Ausgangssignal, dessen Polarität den Speicherwert definiert. Mit einer Ausgangswicklung wie 36s bei Fig. 6 lassen sich Ausgangssignale erzeugen, die den Speicherwert nach der Amplitude unterscheiden und besseres Nutz-Stör-Verhältnis liefern.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Anordnung zum Steuern eines magnetischen Speicherelementes aus einem Werkstoff mit zwei magnetisch stabilen Zuständen und mit mehreren magnetischen Flusspfaden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem von mehreren parallelenFlusspfaden ein Remanenzfluss in einer gewünschten Richtung eingestellt und durch Erhöhung des magnetischen Widerstandes dieses Flusspfades der Remanenzfluss auf einen dazu parallelen Flusspfad überführt wird.