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Schaltungsanordnung mit einem Speicherelement
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungsanordnungen mit einem Speicherelement für die Verarbeitung von Informationen und betrifft insbesondere auf binärer Basis arbeitende Verzögerungsleitun- gen und Schieberegister.
Es sind bereits Schaltungsanordnungen für die Verarbeitung von Informationen bekannt, bei welchen mehrere Speicherelemente mit nichtlinearer Kennlinie verwendet werden, die befähigt sind, jeweils einen von zwei stabilen Betriebszuständen einzunehmen. Schaltungsanordnungen dieser Art werden in ver- schiedenen Ausführungen mit ferromagnetischen oder ferroelektrischen Speicherelementen hergestellt. Für ferromagnetische Speicherelemente wird ein Material verwendet, das eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife bzw. Induktions-Feldstärke-Kennlinie hat. Analog hat das für ferroelektrische Speicher- elemente verwendete MaterialeineLadungs-Spannungs-Kennlinie mit im wesentlichen rechteckigem Verlauf.
Diese Kennlinien bieten den Vorteil, dass das ferromagnetische Material einen von zwei magnetischen Zuständen, in den es durch eine einwirkende magnetomotorische Kraft gebracht worden ist bzw. das ferro-
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bile Betriebszustände einzunehmen, ermöglicht insbesondere ihre Verwendung als Speicherelemente für die Speicherung binärer Informationsbits.
Eine bekannte Schaltungsanordnung, die zur Verarbeitung binärer Informationen ferromagnetische oder ferroelektrische Speicherelemente verwendet. ist das Schieberegister. Bei einer solchen Schaltunganordnung werden in einem bestimmten Punkt binäre Informationen zugeführt und sodann vorübergehend gespeichert oder verzögert, indem diese Informationen über aufeinanderfolgende Informationsadressen zu einem andern Punkt der Schaltungsanordnung verschoben werden. Ein Schieberegister dieser Art. bei dem als Speicherelemente ferromagnetische Kerne verwendet werden, ist beispielsweise in der Zeitschrift "Proceedings of the IRE", April 1951, Seite 401 ff, vonAnWang beschrieben worden.
Bei diesem und bei ähnlichen Schieberegistern, die als Speicherelemente bistabile Einrichtungen verwenden, müssen häufig einseitig leitende Schaltelemente, wie Dioden, als notwendige Schaltungsbestandteile angewendet werden. So dienen z. B. Dioden zur Trennung der einzelnen Stufen des Registers, um eine nach hinten gerichtete Verschiebung der Informationen während der Betätigungs- oder Schiebephase des Schieberegisters zu verhindern. Wann immer bei den bekannten Schieberegistern aus irgendwelchen Gründen die Einfügung von Dioden erforderlich ist, ergeben sich Nachteile durch erhöhte Kosten, erhöhten Leistungsbedarf und verminderte Betriebssicherheit.
Aus diesem Grunde und auch aus andern Überlegungen heraus erscheint es sehr wünschenswert, das Erfordernis solcher Dioden auszuschalten oder wenigstens die Anzahl der erforderlichen Dioden möglichst zu verringern.
Schieberegister, bei denen zur Informationsspeicherung in jeder Stufe als Speicherelemente übliche magnetisierbare Toroidkerne verwendet werden, erfordern nicht nur die Einfügung von Dioden, sondern weisen auch noch weitere Mängel auf, die auf der speziellen Art dieser Speicherelemente beruhen. So ist beispielsweise die Herstellung von Speicherkreisen mit Toroidkernen wegen des erforderlichen Bewickeln und des Auffädeln der Toroidkerne auf den Leitern, welche die magnetischen Zustände steuern und abtasten, kostspielig und zeitraubend. Dieses Bewickeln und Auffädeln setzt auch Grenzen, wenn es erwünscht ist, die Abmessungen der magnetischen Speicherelemente möglichst klein zu halten.
Die Art der in einem Schieberegister gespeicherten Information wird im allgemeinen ermittelt, so-
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bald ein Informationsbit bis zu jenem Punkt verschoben worden ist, in dem es die erforderliche Verzöge- rung erlangt hat. In diesem Punkt werden geeignete Detektor- und Auswertekreise für die Verarbeitung des betreffenden Bits angeordnet. In zahlreichen Schieberegistern und andern Schaltungsanordnungen für die
Verarbeitung von Informationen wird das Informationsbit bei seiner Ablesung zerstört bzw. abgebaut. So i ist es beispielsweise bei magnetischen Speicherelementen im allgemeinen erforderlich, das Speicher- element von einem seiner Magnetisierungszustände in den andern überzuführen, um festzustellen, welcher
Art das vorhandene binäre SpeicheIbit ist.
Wenn daher in einer bestimmten Informationsadresse die Infor- mation für eine mehrfache Ablesung zur Verfügung stehen soll, muss wenigstens einer der Binärwerte an der betreffenden Adresse nach der Ablesung regeneriert werden. In der letzten Stufe eines Schieberegisters dient zwar im allgemeinen die abbauende Ablesung zugleich zur Löschung des Registers bzw. zu seiner
Vorbereitung für die Übertragung der nächsten Information, doch kann es erwünscht sein, die Art eines Informationsbit1bei einer ausgewählten Adresse im Schieberegister ohne Zerstörung des betreffenden In- formationsbits im Verlaufe seiner Verschiebung durch das Register zu ermitteln.
Demgemäss zielt die Erfindung darauf ab, binäre Informationen in neuartiger Weise vorübergehend zu speichern und zu verzögern. ohne dass hiebei die Anwendung einseitig leitender Schaltelemente, wie Di- oden, notwendig ist. Ferner bezweckt die Erfindung, ein Schieberegister aus einem einstückigen ferro- magnetischen oder ferroelektrischen Speicherelement aufzubauen, das leicht herstellbar ist, günstige Ab- messungen hat und hohe Betriebssicherheit gewährleistet. In. allen Fällen soll es nach einer weiteren Pro- blemstellung der Erfindung möglich sein,. ein Informationsbit an dem Speicherelement ohne Abbau der betreffenden Information abzulesen.
Die geschilderten Ziele werden gemäss der Erfindung in einer einstückigen Speichereinheit erreicht, in der eine Vielzahl von Informationszellen oder Adressen hergestellt werden. Die Speichereinheit wird nämlich künstlich in eine Vielzahl von individuell polarisierbaren Segmenten unterteilt, die untereinan- der zusammenwirken, wobei jeweils eine bestimmte Anzahl solcher Segmente eine Informationsadresse bildet. Anfänglich sind die Segmente aller dieser Adressen in der gleichen Richtung polarisiert. Bei der ersten Adresse der Speichereinheit wird ein Informationsbit, wie etwa die binäre Ziffer "1", durch Pola- risationsumkehr in allen Segmenten dieser Adresse eingetragen, worauf die Adressgruppe von Segmenten zur Speicherung des Informationsbits"1" in der neuen Polarisationsrichtung verbleibt.
Im Rahmen der Erfindung wird als Speichereinheitvorteilhaft ein ferromagnetischer Leiter mit im we- sentlichen rechteckiger Hysteresisschleife oder ein ferroelektrisches Element mit im wesentlichen recht- eckiger Ladungs-Spannungs-Kennlinie verwendet. Im ersten Falle ist die Polarisation in jedem Segment des Speicherelementes magnetischer Art, während im zweiten Falle die Polarisation in jedem Segment der elektrischen Aufladung zwischen zugeordneten Elektroden des Elementes entspricht. Die Prinzipien der
Erfindung können natürlich mit weitgehend beliebig geformten einstückigen Speichereinheiten verwik- licht werden, soferne nur einzelne Segmente oder Teile derselben voneinander getrennt, d. h. individuell polarisiert werden können.
Bei der Verschiebung des Informationsbits längs des Speicherelementes wird jeweils das erste Segment der betreffenden Adresse in seinen Ausgangszustand zurückgeführt und gleichzeitig die Polarisation jenes
Segmentes, das an das letzte Segment der betreffenden Adresse anschliesst, umgekehrt. Dadurch entsteht eine neue Ausrichtung der Segmente und die Information wird auf diese Weise um ein Segment weiterge- schoben. Da das Informationsbit längs des Speicherelementes in aufeinanderfolgenden Schiebephasen ver- schoben wird, nimmt dieses Bit offensichtlich nacheinander eine Reihe von einander überlappendenAdres- sen ein. Sobald die letzte Adresse des Speicherelementes erreicht ist, kann das Informationsbit durch gleichzeitige Einwirkung einer zu einer Polarisationsumkehr führenden Erregung auf alle Segmente dieser
Adresse abgelesen werden.
Wenn beispielsweise das binäre Informationsbit "1" zu dieser Adresse verscho- ben worden ist, wird jedes der Segmente in der letzten Adresse in die Anfangspolarisation zurückgeführt und diese Polarisationsumkehr löst ein Ablesesignal aus.
Vorteilhaft wird bei der ferromagnetischen Ausführungsform der Erfindung direkt an die beiden Enden des Speicherelementes eine Einrichtung angeschlossen, die ein Ablesesignal feststellt, sobald zumindest eines der Segmente der letzten Adresse eine Polarisationsumkehr erfährt. Überdies kann eine Ablesung selektiv an einer beliebigen der einander überlappenden Adresspositionen durch eine ablesende Erregung eines jeden Segmentes der betreffenden Adressposition bewirkt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird nach einer Polarisationsumkehr in einem beliebi- gen Segment einerAdressposition (mit Ausnahme der die Grenzen der betreffenden Adressposition definie- renden äussersten Segmente), nach welcher die unmittelbar benachbarten Segmente entgegengesetzte Po- larisation haben, durch die Polarisation der letztgenannten Segmente das betrachtete Segment ohne äussere
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Erregung in seinen früheren Polarisationszustand zurückgeführt. Es kann daher durch kurzzeitiges Anlegen eines ablesenden Stromimpulses an nur ein Segment einer Informationsadresse der ferromagnetischen
Speichereinheit einAblesesignal an den Enden des Speicherelementes erhalten werden, welches das in der
Gesamtadresse vorhandene Informationsbit anzeigt.
Auf diese Weise wird eine die Speicherung nicht zer- störende Ablesung in dem Sinne erzielt, dass keine äussere Leistung erforderlich ist, um das abgelesene
Segment wieder in den die betreffende Information darstellenden Zustand zurückzufilhren.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel mit einem ferromagnetischen Speicherelement, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem ferroelektrischen Speicherelement dar.
Das in Fig. 1 gezeigte Schieberegister enthält ein einstückiges ferromagnetisches Speicherelement 20, dessen relative Abmessungen zur Erhöhung der Deutlichkeit der Darstellung übertrieben sind. Dieses Ele- ment 20 kann aus einem elektrischen Leiter bestehen, der einen koaxial verlaufenden, wendelförmigen magnetischen Flussweg bildet. Dieser Flussweg und vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise auch der Leiter bestehenauseinemferromagnetischen Material mit praktisch rechteckiger Hysteresisschleife. Der wendelförmige magnetische Flussweg kann beispielsweise durch Bewicklung des Leiters mit einem ferro- magnetischen Draht oder Streifen unter einem geeigneten Steigungswinkel erzielt werden.
Das Element 20 wird durch Gruppen von Schiebewicklungen 21-25, 31-35, 41-45, 51-55 und 61 - 63, die induktiv mit dem Element 20 gekoppelt sind, in eine Vielzahl von individuell magnetisierbaren Segmenten unterteilt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden insbesondere 13 solcher Seg- mente hintereinander durch die folgenden Einzelwicklungen bzw. Wicklungspaare definiert : 21, 22, 23,31, und 24,32 und 25,33 und 41, 34 und 42,35 und 43,51 und 44,52 und 45,53 und 61, 54 und 62,55 und 63.
Die geschilderte segmentartige Unterteilung des Speicherelementes 20 durch die Wicklungen bildet eine der Grundlagen für die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Schieberegisters. Bei den ferromagnetisehen Ausführungsformen treten zwischer. eng gekoppelten magnetisierbaren Regionen oder Segmenten magnetische Beeinflussungen auf. Durch diese gegenseitigen Beeinflussungen ergibt sich in einem magnetisierten Segment, das einem gegensinnig magnetisierten Element benachbart ist, eine Instabilität, wenn das betreffende Segment nicht eine gewisse Mindestabmessung hat.
Wenn in einem Segment, das kleiner als diese Mindestabmessung ist, eine Ummagnetisierung in einer bestimmten Richtung erfolgt, die gegensinnig zu der Magnetisierungs-oder Polarisationsrichtung in einer benachbarten stabilen Region ist, so bewirkt die gegenseitige magnetische Beeinflussung zwischen dem instabilen Segment und der stabilen Nachbarregion eine Rückführung dieses Segmentes in den ursprünglichen Magnetisierungszustand, sobald die ummagnetisierende magnetomotorische Kraft aufhört.
Die Stärke dieser Beeinflussung und die minimale stabile Länge eines magnetisierbaren Segmentes hängen zum Teil von dem verwendeten ferromagnetischen Material ab ; ferner kann diese Beeinflussung auch durch geeignete Bemessung der Längen der Treiberwicklungen, der treibenden Felder und der Abstände zwischen den Treiberwicklungen bzw. durch geeignete Kombinationen dieser Einflussgrössen eingeregelt werden. Bei Verwendung eines ferromagneti- schen Elementes 20 mit wendelförmigem Flussweg kann dieses Zusammenwirken der Segmente noch weiterhin begünstigt werden, indem die Steigung des magnetischen Flussweges bzw. des wendelförmigen Drahtes oder Streifens geeignet gewählt wird.
Die Länge eines jeden durch die vorstehend bezeichneten Wicklungen definierten Segmentes des Speicherelementes 20 wird kleiner als die minimale Länge gewählt, die notwendig ist, um magnetische Stabilität zu erzielen. Anderseits sind aber die Segmente doch so lang, dass zwei benachbarte Segmente zusammen eine Minimalgruppe bilden, innerhalb der eine magnetische Polarisation, die entgegengesetzt jener der übrigen Segmente des Elementes 20 ist, stabil aufrechterhalten werden kann. Eine Gruppe von drei solchen benachbarten magnetisierbaren Segmenten stellt eine vorteilhafte Minimal-Adressgruppe dar, die längs des Elementes 20 in der nachfolgend beschriebenen Weise verschoben werden kann, ohne dass während des Schiebevorganges weniger als das Minimum von zwei gegensinnig polarisierten Segmenten isoliert werden.
Natürlich kann eine Adressgruppe auch mehr als drei benachbarte Segmente umfassen, falls dies für einen bestimmten Anwendungszweck erforderlich sein sollte. Adressgruppen der vorstehend erwähnten Art sind in Fig. l mit A, B und C bezeichnet.
Die bereits angegebenen Schiebewicklungen sind seriengeschaltet in eine Reihe von Schiebekreisen einbezogen. Wie später noch ausführlich erläutert wird, kann durch die Festlegung, dass jede Adressgruppe drei individuell magnetisierbare Segmente umfasst, mit einem Minimum von 5 Phasen von Schiebestromimpulsen ein Informationsbit von Segment zu Segment längs des Registers ohne gegenseitige Störung der
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g-Schiebekreis die Wicklungen 23, 33, 43, 53 und 63, der o-Schiebekreis die Wicklungen 24,34, 44 und
54 und der 415 -Schiebekreis schliesslich die Wicklungen 25,35, 45 und 55. Jeder der Schiebekreise p i- (PS ist zwischen Erde und einer Quelle 65 für Schiebeimpulse eingeschaltet.
Die Impulsquelle 65 kann in be- kannter Weise mit Folgeschaltern ausgestattet sein, die aufeinanderfolgende Stromimpulse solcher Pola- I rität und Stärke liefern, dass die Stromimpulse die für die Umkehr der magnetischen Zustände der Adress- segmente erforderlichen magnetomotorischen Kräfte erzeugen können.
Mit den einzelnen Segmenten der ersten Informationsadresse A sind ferner induktiv drei Eingangs- wicklungen 66,67 und 68 gekoppelt, die in Serie zwischen Erde und einer eingangsseitigen Informations- quelle 69 liegen. Mit den einzelnen Segmenten der letzten Informationsadresse C sind drei Ablesewick- lungen 70, 71 und 72 induktiv gekoppelt, die in Serie zwischen Erde und einer Hauptableseimpulsquelle
73 eingeschaltet sind. Ferner ist eine Hilfsablesewicklung 74 induktiv mit dem mittleren Segment der In- formationsadresse B gekoppelt und zwischen Erde und einer Hilfsableseimpulsquelle 75 eingeschaltet. Die
InformationsadresseB kann natürlich an einem beliebigenAdressortzwischen den beidenEndadressenA und
C liegen, d. h. dort, wo es jeweils erwünscht ist, die im Schieberegister weitergeschobene Information zu ermitteln.
Ebenso kann auch an mehreren Zwischenadressen durch Vorsehung zusätzlicher Ablesewicklun- gen und entsprechender, zeitlich versetzt arbeitender Impulsquellen abgelesen werden.
Das Speicherelement20 selbst ist an einem Ende geerdet und am andem Ende mit einem Informations- ausgangskreis 76 verbunden, der die Ausgangsspannungen aufnimmt und einer nichtdargestellten Auswer- teschaltung zufuhrt.
In Fig. 1 sind die mit dem Speicherelement 20 gekoppelten Wicklungen nebeneinanderliegend dar- gestellt ; wenn mehr als eine einzige Wicklung mit dem gleichen Segment des Speicherelementes gekop- pelt werden soll, können diese Wicklungen auch koaxial übereinander angeordnet werden. Die Wicklung- anordnung nach Fig. l soll also nur die Prinzipien der Erfindung erläutern und kanndurchandereAnordnun- gen ersetzt werden, sofern diese nur befähigt sind, die bereits erläuterte Treiberfunktion auszuüben.
Es sei angenommen, dass anfänglich alle Segmente des wendelförmigen Flussweges des Elementes 20, die durch
Schiebewicklungen definiert sind, magnetisch in gleicher Richtung polarisiert sind, wie dies beispielswei- se in Fig. l durch nach links weisende Pfeile bei allen Adressen, ausgenommen der ersten Informations- adresse A, angedeutet ist. Während der Eintragungsphase wird ein Informationsbit, etwa die binäre Zif- fer "1", durch Anlegen eines positiven Eingangsstromimpulses 77 von der Quelle 69 her eingetragen.
Die- ser Stromimpuls wird gleichzeitig an alle Eingangswickl1111gen 66,67 und 68 angelegt ; der Wicklungssinn dieser Wicklungen ist so gewählt, dass alle Segmente der Informationsadresse A zur Speicherung der bi- nären Ziffer"l"eine Polarisationsumkehr erfahren. Diese Polarisationsumkehr ist in Fig. 1 dadurch ange- deutet worden, dass die Pfeile in den Segmenten der Adresse A nach rechts weisen. Das eingetragene Bit kann nunmehr längs des Speicherelementes 20 in der nachfolgenden Schiebephase verschoben werden.
Während dieser Schiebephase wird eine Reihe von aufeinanderfolgenden Schiebestromimpulsen über die
Schiebekreise 411- 415 geleitet. Zunächst wird ein positiver Schiebestromimpuls 78 dem Schiebekreis 411 zugeführt.
Dieser Stromimpuls erzeugt im Element 20 bei jenen Segmenten, welche den in Serie geschal- teten Schiebewicklungen 21,31, 41, 51 und 61 entsprechen, magnetomotorische Kräfte in einer Richtung, die vom Wicklungssinn der genannten Wicklungen abhängt. Die Wicklung 21, die das in Fig. l durch
Schraffur hervorgehobene erste Segment A1 der Informationsadresse A definiert, in welche die binäre Zif- fer "1" eingetragen worden ist, Hat solchen Wicklungssinn, dass eine Umkehr der magnetischen Polarisa- tion auftritt und dieses Segment daher wieder die ursprüngliche oder normale Polarisation annimmt.
Die
Wicklung 31, welche das dem letzten Segment der Adresse A folgende Segment A, ' definiert, das eben- falls schraffiert dargestellt ist, ist gegensinnig gewickelt, so dass das Segment A, aus seiner normalen
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den Segmente der Informationsadresse A bleiben infolge der dem ferromagnetischen Material des Elementes 20 innewohnenden magnetischen Stabilität magnetisch unbeeinflusst. Wie schon erwähnt, ermöglicht diese Stabilität die Isolierung von wenigstens zwei benachbarten Segmenten, deren magnetische Polarisation gegensinnig zu jener der andern Segmente des Elementes 20 ist.
Das Anlegen eines Stromimpulses 78 im 41l-Schiebe. kreis führt also dazu. dass die Binärziffer"l", die anfänglich bei der Adresse A vorhanden war, um ein Segment in Fig. 1 nach rechts verschoben wird. Die neue Bitadresse überlappt die ursprüngliche Adresse A mit zwei Segmenten. Der Schiebestromimpuls 78 wird auch denSchiebewicklungen 41,51 und 61 zugeführt, so dass auch in den durch diese Wicklungen definierten Segmenten des Elementes 20 eine Polarisationsumkehr stattfindet.
Diese Segmente sind aber isolierte Einzelsegmente, und infolge der bereits erläuterten gegenseitigen Beeinflussung der beiderseitigen Nachbarsegmente kehren diese Einzelsegmente nach dem Aufhören des Schiebestromimpulses wieder
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in ihren normalen magnetischen Zustand zurück, ohne dass es hiezu einer besonderen äusseren Einwirkung bedarf.
Es werden sodann der Reihe nach an die Schiebekreise $,-$ Stromimpulse angelegt, um eine schrittweise Weiterschaltung des Informationsbits" !" längs des Schieberegisters zu bewirken. Durch den positi ven Stromimpuls 79, der dem Schiebekreis- zugeführt wird, wird die magnetische Polarisation des ersten Segmentes der derzeitigen Bitadresse und auch die magnetische Polarisation jenes Segmentes umgekehrt, welches dem letzten Segment dieser Bitadresse folgt. Die erwähnten beiden Segmente werden durch die Schiebewicklung 22 bzw. durch das Schiebewicklungspaar 32 und 25 definiert.
Im Anschluss an die Speisung des -Schiebekreises überlappt die neue Bitadresse die ursprüngliche Adresse A nur mehr mit einem Segment ; die neue Bitadresse umfasst nämlich die durch die Schiebewicklung 23, das Schiebewicklungspaar 31, 24 und das Schiebewicklungspaar 32,25 definierten Segmente. Beim Anlegen eines Schiebestromimpulses anden -Schiebekreis wird das Informationsbit in ähnlicher Weise zu jener Adresse verschoben, deren erstes Segment mitAl'bezeichnet ist.
Dieses Segment wird zum Teil durch die Wicklung 31 des -Schiebekreisesdefiniert. Der Wicklungssinnder Wicklung 31 ist jedoch entgegengesetzt jenem, dererfor-
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pulsen 78 und 79, im $-Schiebekreis erfahrendie zum Teil durch die Wicklungen25 und 35 definierten Segmente eine Polarisationsumkehr, wobei das erstere in den normalen magnetischen Zustand zurückgeführt und das letztere in jene Polarisation umgeschaltet wird, welche die Binärziffer"l"darstellt. Das Informationsbit ist auf diese Weise in die in Fig. 1 mit B bezeichnete Informationsadresse verschoben worden.
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lisch widerholt werden. Es kann also in diesem Zeitpunkt der -Schiebekreis wieder mit einem Impuls beaufschlagt werden, ohne Adressensegmente zu stören, die magnetisch unbeeinflusst bleiben müssen.
Durch das fortgesetzte Anlegen von Schiebestromimpulsen an die Schiebekreise wird in der bereits erläuterten
Weise das Informationsbit segmentweise bis zur letzten Informationsadresse Cdes Registers weitergeschoben.
In diesem Zeitpunkt kann die Schiebeimpulsquelle 65 abgeschaltet und die Art des Informationsbits in der Adresse C ermittelt werden. Zu diesem Zwecke wird ein positiver Ablesestromimpuls 80 von der Hauptableseimpulsquelle 73 über die seriengeschalteten Ablesewicklungen 70,71 und 72 geleitet. Der Wicklungssinn dieser Wicklungen ist so gewählt, dass die magnetischen Polarisationen der Segmente des Elementes 20, die zum Teil durch die genannten Wicklungen definiert sind, in den Normalzustand zu- rückgeführt werden. Die gleichzeitige Umkehr der magnetischen Flüsse in den Segmenten des wendelförmigen Flussweges innerhalb der Informationsadresse C bewirkt in bekannter Weise die Induktion einer Ausgangsspannung zwischen den Enden des Speicherelementes 20.
Diese Spannung, die im vorliegenden Falle die Binärziffer"l"anzeigt, wird abgenommen und durch den Informationsausgangskreis 76 einem nicht dargestellten Auswertekreis zugeführt.
Falls bei der Informationsadresse C die Binärziffer "0" vorliegt, nehmen alle Segmente dieser Adresse ihren ursprünglichen magnetischen Zustand ein und es tritt daher in diesen Segmenten beim Anlegen eines positiven Stromimpulses 80 nur eine vernachlÅassigbare Elussänderlmg ein, die nur zu einer ebenfalls vernachlässigbaren Ausgangsspannung zwischen den Enden des Elementes20 führt.Eine so niedrigere Ausgangsspannung kann durch Schaltmittel bekannter Art leicht von der die Binärziffer "1" darstellenden starken Signalspannung unterschieden werden. Damit ist ein vollständiger Verschiebungsvorgang für ein Informationsbit von dem einen Ende des Schiebekreises bzw. der Verzögerungsleitung gemäss der Erfindung zum andern Ende hin beschrieben worden.
Es kann nun in verschiedenen Anwendungsfällen erwünscht sein, die Art des Informationsbits, das im Speicherelement verschoben wird, auch an einer Zwischenadresse, etwa bei der Adresse B, zu ermitteln.
In diesem Falle wird das Anlegen von Schiebestromimpulsen unterbrochen und ein positiver Ablesestromimpuls 81 von der Hilfsableseimpulsquelle 75 über die Hilfsablesewicklung 74 geleitet, die induktiv mit dem mitteleren Segment der Adresse B gekoppelt ist. Falls im Ablesezeitpunkt in dieser Adressposition die Binärziffer "1" gespeichert ist, wird die magnetische Polarisation dieses mittleren Segmentes umgekehrt und es tritt daher an den Enden des Elementes 20 eine Ausgangsspannung auf, die das Informations- bit "1" anzeigt. Diese Ausgangsspannung kann ebenfalls im Ausgangskreis 76 festgestellt und von diesem
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der Auswertung zugeführt werden.
Nach Beendigung des Stromimpulses 81 an der Wicklung 74 braucht keine weitere Leistung aufgewendet zu werden, um das mittlere Segment der Adresse B in den vorhergehenden, das Informationsbit "1" darstellenden Zustand zurückzuführen. Wie nämlich schon erläutert worden ist, beeinflusst der magnetische Zustand der Nachbarsegmente, die beiderseits dieses mittleren Segmentes liegen, das mittlere Segment derart, dass dieses von selbst wieder den der binären Ziffer "1" ent- sprechenden magnetischen Zustand annimmt. Sobald diese Rückführung des mittleren Segmentes in den richtigen Magnetisierungszustand abgeschlossen ist, kann die normale Weiter Verschiebung des Informationsbits durch Anlegen weiterer Schiebestromimpulse fortgesetzt werden.
Das eben beschriebene erfindungsgemässe Schieberegister kann in vorteilhafter Weise auf verschiedene Arten reversibel gemacht werden. Das speziell in Fig. 1 dargestellte Register kann beispielsweise durch Umkehr der Polarität und der Zeitfolge der Schiebeimpulse so beeinflusst werden, dass die Informationsverschiebung In entgegengesetzter Richtung erfolgt. Wenn eine zusätzliche Phase vom Schiebeimpulsen vorgesehen wird. so kann die umgekehrte Verschiebungsrichtung auch durch blosses Vertauschen der Zeitfolge der Schiebeimpulse herbeigeführt werden.
Eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform eines Schieberegisters ist in Fig. 2 dargestellt. Das einstückige Speicherelement 90 besteht in diesem Falle aus einem ferroelektrischen Flachstab, der befähigt ist, eine elektrische Ladung beizubehalten, wenn eine vorher an gegenüberliegenden Elektroden angelegte induzierende Spannung abgeschaltet wird. Das mit geeigneten Elektroden oder Platten versehene Element 90 stellt einen nichtlinearen Vie1fachkondensator dar, dessen Dielektrikum eine im wesentlichen rechteckige Ladungs-Spannungs-Kennlinie aufweist. Materialien mit diesen Eigenschaften sind bekannt und behalten eine Ladung der einen oder andern Polarität bei, bis eine Umkehrspannung geeigneter Stärke einwirkt.
Es ist anderseits auch bekannt, dass in solchen Materialien für die geladenen Regionen eine Minimallänge besteht, unterhalb der die Ladung einer Region durch Einwirkung von benachbarten aufgeladenen Regionen beeinflusst wird. Demnach ist eine Region unter dieser Minimallänge instabil und sie kann daher ihre Ladung nicht unbeeinflusst beibehalten. Eine Region mit einer Länge, die über dieser Minimallänge liegt, also etwa zwei Teilregionen umfasst, die je für sich kürzer als diese Minimallänge sind, zeigt hingegen das bereits erläuterte nichtlineare Verhalten.
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ferroelektrische Element 90 ist durch Elektroden - oder Plattenpaare 91 - 103 in eine Vielzahl vonse.
Eine Platte jedes der Plattenpaare 91-103 ist mit einer Erdschiene 104 verbunden, während die andere Platte eines jedenPaaresindernachfolgendbeschriebenen Weise in einen Schiebekreis einbezogen ist. Die letztge- nannten Platten der Plattenpaare 91, 92 und 93 der ersten Informationsadresse X sind über Widerstände 105, 106 und 107 parallel an eine eingangsseitige Spannungsimpulsquelle 108 angeschlossen.
Diese Spannungsimpuls- quelle, die bekanntenAufbau habenkann, liefert Spannungsimpulse mitsolcher Polarität und Stärke, dass damit eine gleichzeitige Aufladung aller Segmente der Informationsadresse X möglich ist.,
Die nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 101, 102 und 103, welche die einzelnem Segmente der letzten Informationsadresse Z definieren, sind über Widerstände 109, 110 und 111 parallel geschaltet und über einen Serienwiderstand 112 mit einer Ablesespannungsimpulsquelle 113 verbunden. Auch diese Impulsquelle kann bekannten Aufbau haben und liefertAbleseimpulse, deren Art und Zeitfolge nachfolgend erläutert wird. An die gemeinsame Klemme der Widerstände 109, 110 und 111 ist ein Informationsausgangskreis 114 angeschlossen.
Die nicht geerdeten Platten jedes Plattenpaares 91 - 103 sind ferner über
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einander an die verschiedenen Platten Schiebespannungsimpulse angelegt werden, um eine Verschiebung der Information im Register zu bewirken. Ähnlich wie im Falle der Schiebeströme bei der schon beschriebenen ferromagnetischenAusführungsform der Erfindung werden Schiebespannungen entgegengesetzter Polarität gleichzeitig an die Adressensegmente eines jeden Schiebekreises angelegt, um dadurch das Informationsbit von Segment zu Segment längs des Registers zu verschieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind deshalb in jedem Schiebekreis zwei Adern vorgesehen, die Schiebespannungsimpulse entgegengesetzter Polarität führen.
Der -Schiebekreis umfasst das Aderpaar 128 und 129, der $-Schiebekreis das Aderpaar 130 und 131, der -Schiebekreis das Aderpaar 132 und 133, der -Schiebekreis das Aderpaar 134 und 135 und der 5-Schiebekreis schliesslich dasAderpaar 136 und 137. Diese Aderpaare sind zwischen den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 91 - 103 und einer Quelle 138 von Schiebespannungsimpulsen eingeschaltet. Die Ader 128 ist in Parallelschaltung über Widerstände 115, 120 und 125 mit den nicht
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geerdeten Platten der Plattenpaare 91 96 bzw. 101 verbunden. Die Ader 129 ist in Parallelschaltung über
Widerstände 118 und 123 mit den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 94 bzw. 99 verbunden.
Die Ader
130 ist in Parallelschaltung über Widerstände 116, 121 und 126 mit den nicht geerdeten Platten der Plat- tenpaare 92, 97 bzw. 102 verbunden. Die Ader 131 ist in Parallelschaltung über Widerstände 119 und 124 mit den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 95 bzw. 100 verbunden.
Die Anschlüsse der Aderpaare der Schiebestromkreise werden ergänzt durch eine Verbindung der Ader
132 über Widerstände 117,122 und 127 mit den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 93, 98 bzw. 103, eine Verbindung der Ader 133 über Widerstände 120 und 125 mit den nicht geerdeten Platten der Platten- paare 96 bzw. 101, eine Verbindung der Ader 134 über Widerstände 118 und 123 mit den nicht geerdeten
Platten der Plattenpaare 94 bzw. 99 und eine Verbindung der Ader 135 über Widerstände 121 und 126 mit den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 97 bzw. 102. Schliesslich sind dieAderpaare 136 und 137 mit den nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 95 und 100 bzw. 98 und 103 über Widerstände 119 und 124 bzw. 122 und 127 verbunden. Die Impulsquelle 138 ist z.
B. mit Folgeschaltern ausgestattet und liefert eine
Folge von Impulspaaren mit Impulsen entgegengesetzter Polarität, wobei jeder Impuls hinreichende Stär- ke hat, um den Ladungszustand des ferroelektrischen Materials des Speicherelementes 90 umzukehren.
Die Arbeitsweise der ferroelektrischen Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 stimmt im wesent- lichen mit jener der bereits beschriebenen ferromagnetischenAusführungsform überein. Bei beiden Ausfüh- rungsformen hängt die Arbeitsweise von der Polarisationsumkehr in den einzelnen Adressensegmenten ab, wobei es belanglos ist, in welcher Richtung diese Umkehr erfolgt. Es seien also beispielsweise die Ladun- gen an den Plattenpaaren 91 - 103 so angenommen, dass die Kondensatorsegmente, die durch diese Plat- tenpaare definiert werden, normalerweise in Fig. 2 nach unten gerichtet polarisiert sind. Das bedeutet, dass bei der später erläuterten Polarität der Erregerimpulse die geerdeten Platten normalerweise negativ und die gegenüberliegenden Platten normalerweise positiv sind.
Diese Aufladungen sind in Fig. 2 zwischen den Plattenpaaren 94 - 100 durch nach unten weisende Pfeile angedeutet worden. Während der Eintra- gungsphase wird ein Informationsbit, wie etwa die Binärziffer"l", durch Anlegen eines negativen Ein- gangsspannungsimpulses 139 von der Quelle 138 her zugeführt. Dieser Spannungsimpuls wirkt über die parallelen Trennwiderstände 105, 106 und 107 auf die nicht geerdeten Platten der Plattenpaare 91, 92 bzw.
93. Die durch diese Plattenpaare definierten Kondensatorsegmente, welche die X-Adresse bilden, erfahren daher zur Speicherung der Binärziffer"l"eine Ladungsumkehr, wie dies in Fig. 2 bei dieser Adresse durch nach oben gerichtete Pfeile angedeutet worden ist.
Das eingetragene Informationsbit kann nun längs des Speicherelementes in der nachfolgenden Schiebephase verschoben werden. Während der Schiebephase werden mehrere Paare von Impulsen gegensinniger Polarität über die zweiadrigen Schiebekreise - < & übertragen. Zunächst wird ein positiver Schiebespan- nungsimpuls 140 an die Ader 128 des < 1-Kreises und gleichzeitig damit ein negativer Schiebespannungsimpuls 141 an die Ader 129 des gleichen Kreises angelegt. Die gegensinnig gepolten Impulse 140 und 141 wirken über die Trennwiderstände 115 bzw. 118 auf die Plattenpaare 91 bzw. 94.
Durch diese Impulse wird die Ladung in dem durch das Plattenpaar 91 definierten Kondensatorsegment in die normale Polarität zurückgeführt, wogegen die Ladung in dem durch das Plattenpaar 94 definierten Segment, die anfänglich normale Polarität hat, umgekehrt wird. Die dazwischenliegenden Kondensatorsegmente, welche durch die Plattenpaare 92 und 93 definiert werden, bleiben infolge der dem Material des Elementes 90 innewohnenden Stabilität elektrostatisch unbeeinflusst. Wie schon erwähnt, ermöglicht diese Stabilität in vorteilhafter Weise eine Isolierung von zumindest zwei benachbarten Segmenten, die Ladungen entgegengesetzter Polarität aufweisen, gegenüber andern Segmenten des Elementes 90.
Durch das Anlegen der -Schiebespannungsimpulse 140 und 141 wird also die Binärziffer"l", die ursprünglich in der Adresse X vorhanden war, um ein Kondensatorsegment in Fig. 2 nach rechts verschoben. Die erwähnten Spannungsimpulse werden auch den Plattenpaaren 96 und 101 sowie dem Plattenpaar 99 zugeführt. Die durch die Plattenpaare 96 und 101 definierten Segmente befinden sich bereits in jenem Ladungszustand, der vom Spannungsimpuls 140 herbeigeführt werden könnte, so dass diese Segmente unbeeinflusst bleiben.
Das Kondensatorsegment, welches durch das Plattenpaar 99 definiert wird, ist ein instabiles Einzelsegment, das zwar durch den Spannungsimpuls 141 eine Ladungsumkehr erfährt, aber nach Beendigung dieses Impulses ohne weitere äussere Einwirkung infolge der elektrostatischen Beeinflussung seitens der benachbarten Segmente wieder in den ursprünglichen Ladungszustand zurückgeführt wird.
Wenn auf diese Weise gegensinnige Schiebespannungsimpulse nacheinander auf die Aderpaare der zweiadrigen Schiebekreise$- wirken, so wird das Informationsbit "1" von Segment zu Segment über einander überlappende Bitadresseninderfür das erste Segment ausführlich beschriebenen Weise verschoben. Das aufeinanderfolgende Anlegen von Paaren von Schiebespannungsimpulsen an die Schiebekreise
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