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Speicherelement aus leitendem magnetischen Material
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Unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes, z. B. des Feldes H, das einen Winkel a mit der po- sitiven x-Achse einschliesst, dreht die Magnetisierung sich in Richtung des Feldes. Infolge der einachsi- gen Anisotropie wirkt auf die Magnetisierung auch eine Kraft, die die Magnetisierung zur y-Achse zu- rücktreibt. Auf diese Weise nimmt die Magnetisierung einen Zustand zwischen der Richtung der y-Achse und der Richtung des Feldes ein.
Speichert das Speicherelement die binäre Zahl 0, so dreht die Magnetisierung sich über einen Win- kel b von A nach C. Speichert das Speicherelement dagegen die binäre Zahl l, so dreht die Magneti- sierung sich über einen Winkel c von B nach D. Die Winkel b und c sind ungleich im Zusammenhang mit der verschiedenen Orientierung der Magnetisierung hinsichtlich des Magnetfeldes. Beide Winkel sind gleich wenn das Magnetfeld längs der x-Achse ausgerichtet ist, also wenn der Winkel a = 00 ist. Nach Entfernen des Magnetfeldes kehrt die Magnetisierung längs der y-Achse zur Vorzugsorientierung zurück.
Es ist bekannt, durch Anwendung der beschriebenen Rotation der Magnetisierung den Informations- zustand des Speicherelementes zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird die Änderung der Magnetisierung in der Richtung der y-Achse mit einem Leiter gemessen, der längs der x-Achse ausgerichtet ist. Diein diesem Leiter induzierte Spannung ist proportional zur Schaltgeschwindigkeit, d. h., der Drehgeschwin- digkeit der Magnetisierung, und weiter zum Volumen des Elementes. In der Praxis wird die Anforderung gestellt, dass die Ausgangsspannung einen bestimmten Mindestwert haben muss. Hiedurch darf bei einer bestimmten Schaltzeit das Volumen des Elementes nicht bis unterhalb eines bestimmten Grenzwertes ab- nehmen.
Es ist weiter bekannt, dass die Magnetisierung des Speicherelementes durch Anlegen eines kleinen
Magnetfeldes in der Vorzugsrichtung geändert werden kann, wenn zugleich ein starkes Magnetfeld senk- recht zur Vorzugsorientierung angelegt wird. Dieser Fall wäre in der Fig. 1 dadurch darzustellen, dass an- genommen wird, dass der Winkel a = 00 und dass das Feld H so stark ist, dass die Winkel b und c etwa
900 sind. In diesem Zustand der Magnetisierung genügt ein kleines Feld in der Vorzugsorientierung, um die Magnetisierung durch die Richtung der x-Achse zu drehen, wodurch nach dem Entfernen des Feldes H die Magnetisierung in den nächstliegenden stabilen Zustant übergeht.
Fig. 2 zeigt eine Matrixspeichervorrichtung mit den Speicherelementen Gll-G33. Die Vorzugsorien- tierung der Magnetisierung ist für alle Elemente die gleiche und hat die Richtung, wie bei dem Speicher- element Gll mit einer gestrichelten Linie angegeben ist. Die Leiter HG1-HG3 sind mit den Elementen einer gleichen Reihe gekoppelt. Die Leiter VG1-VG3 sind mit den Elementen einer gleichen Spalte ge- koppelt. Die Impulsgeneratoren Vl - V3 haben zwei Steuerklemmen. Die Klemmen Cl, C3, C5 werden beim Zuführen der Informationen verwendet, die Klemmen C2, C4, C6 beim Ablesen der Information. Nach einem Kommandoimpuls an die erste Klemmengruppe wird ein grösserer Stromimpuls erzeugt, als nach einem Kommandoimpuls an die zweite Gruppe.
Jeder der Leiter VG1-VG3 ist mit zwei Impulseneratoren gekoppelt, die verhältnismässig schwache Impulse von entgegengesetzter Polarität liefern können. Die Generatoren Ul, U3, U5 werden zum Zuführen der Information 0 und die Generatoren U2, U4, U6 zum Zuführen der Information 1 verwendet.
Bei dem Leiter HG1 ist mit RW die Richtung des durch einen Stromimpuls erzeugten Magnetfeldes in den Speicherelementen der ersten Reihe bezeichnet. Beim Leiter VG1 ist mit Wl bzw. WO die Richtung des durch einen Stromimpuls erzeugten Magnetfeldes in den Speicherelementen der ersten Spalte für die Information 1 bzw. 0 bezeichnet.
Das Zuführen der Information an eine Reihe erfolgt jetzt wie folgt. Als Beispiel wird die erste Reihe betrachtet. Zuerst wird der Klemme Cl ein Kommandoimpuls zugeführt. Der Impulsgenerator V1 liefert dann einen Stromimpuls durch den Leiter HG1 einer solchen Stärke, dass die Magnetisierung der Elemente Gll - GI3 aus dem waagrechten Zustand in den senkrechten Zustand gebracht wird. Wie oben beschrieben, ist jetzt nur noch ein kleines Magnetfeld in der Vorzugsorientierung erforderlich, um ein Element in den Zustand l oder in den Zustand 0 zu versetzen. Diese Magnetfelder werden mit Stromimpulsen durch die Leiter VG1-VG3 erzeugt.
Vor dem Ende des Stromimpulses durch den Leiter HG1 wird einer der Impulsgeneratoren bei jedem der senkrechten Leiter aktiviert entsprechend der Information, die zugeführt werden muss. Hierauf befinden sich die Elemente Gll-G13 im gewünschten Informationszustand.
Das Ablesen der Information einer Reihe geschieht wie folgt. Als Beispiel wird wieder die erste Reihe betrachtet. Der Klemme C2 des Impulsgenerators VI wird ein Kommandoimpuls zugeleitet. Der Impulsgenerator V1 liefert dann einen Stromimpuls einer kleineren Stärke durch den Leiter HG1, wodurch die Magnetisierung der Elemente Gll-G13 sich über einen bestimmten Winkel in die senkrechte Richtung dreht. Abhängig vom Informationszustand dreht sich die Magnetisierung in die eine oder die andere Richtung. Hiedurch wird auf noch näher zu beschreibende Weise ein Impuls von der einen oder von der
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andern Polarität erzeugt. Diese Impulse werden über die Transformatoren Tl - T3 den Ableseverstärkern LV1 - LV3 zugeleitet und in diesen weiter verstärkt.
Zum Ablesen des Informationszustandes eines Speicherelementes gemäss der Erfindung wird die Abhängigkeit des Widerstandes eines Speicherelementes von der Richtung der Magnetisierung verwendet.
Diese Abhängigkeit ist in der Literatur als der Magneto-Widerstandseffekt bekanntgeworden. Das Verhalten des Widerstandes des Speicherelementes kann dadurch betrachtet werden, dass in einer bestimmten Richtung ein Strom durch das Element geführt und der Spannungsabfall am Element bestimmt wird. Es zeigt sich, dass der Widerstand maximal ist, wenn die Richtung der Magnetisierung parallel zur Stromrichtung ist. Der Widerstand ist minimal, wenn die Stromrichtung senkrecht zur Richtung der Magnetisierung steht.
Der Magneto-Widerstandseffekt tritt unter anderem bei allen N ickel- Eisen - Kobaltlegierungen auf, die ma gne-
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diese Legierungen beträgt der relative Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Wider- standswert bei Zimmertemperatur etwa 5* und bei einer niedrigen Temperatur von 200 C etwa 20%.
In Fig. 3 ist der Widerstand R eines Spelcherelementes über dem Winkel zwischen der btromrichtung und der Richtung der Magnetisierung aufgetragen. Die Kurve hat ein Maximum bei 00 und 1800 und ein
Minimum bei 900 und 2700. Deutlichkeitshalber ist der Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Widerstandswert grösser dargestellt als er in Wirklichkeit ist.
In Fig. l ist eine Gerade 1 durch den Schnittpunkt 0 gezeichnet, die einen Winkel d mit der y-Achse einschliesst. Ein Messstrom I wird in der Richtung der Geraden l durch das Speicherelement G geleitet.
Im Ruhezustand ist die Magnetisierung längs der y-Achse ausgerichtet, so dass der Widerstand in der Strom- richtung den Wert Rl hat. wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Darauf wird ein Magnetfeld H angelegt, wo- durch im Informationszustand 0 die Magnetisierung sich von A nach C dreht und im Informationszustand 1 von B nach D. Im ersten Fall nimmt der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Magnetisierung ab, wodurch der Widerstand bis auf den Wert R2 zunimmt (Fig. 3). Im zweiten Fall nimmt der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Magnetisierung zu, wodurch der Widerstand bis auf den Wert R3 abnimmt (Fig. 3). Die Widerstandsänderungen können in Strom- oder Spannungsänderungen umgewandelt werden, die weiter verstärkt werden können.
Aus Fig. 3 geht hervor, dass die positiven und negativen Widerstandsänderungen maximal sind, wenn die Winkel b, c und d gleich 450 sind. Die Winkel b und c sind gleich, wenn das Magnetfeld H in der Richtung der x-Achse angelegt wird. Durch geeignete Wahl der Feldstärke werden diese Winkel 450. Nach dem Entfernen des Magnetfeldes, dreht sich die Magnetisierung zum nächstliegenden stabilen Zustand A oder B zurück. Dies bedeutet, dass der ursprüngliche Informationszustand des Elementes aufrecht erhalten bleibt.
Die Spannungsänderung am Element ist gleich der Änderung des Widerstandes multipliziert mit dem Me ssstrom. Für jeden Wert des Durchschnittswiderstandes des Elementes kann ein Wert des Messstromes eingestellt werden, derart, dass die Spannungsänderung den in der Praxis zu stellenden Anforderungen genügt.
Der Durchschnittswert des Widerstandes des Speicherelementes ist proportional zur Länge und indirekt proportional zu dessen Querschnitt. Für ein Speicherelement in Form eines Quadrates, ist der Widerstand indirekt proportional zur Stärke. Für eine Stärke von 100 A-Einheiten beträgt der Widerstand für die genannten Legierungen etwa 10 Ohm. Die andern Abmessungen des Speicherelementes sind für den Widerstandswert nicht bestimmend, so dass Speicherelemente mit einer sehr kleinen Oberfläche, z. B. in der Grössenordnung von 0,01 mm2 verwendet werden können.
In der Speichervorrichtung gemäss Fig. 2 schicken die Speisequellen VB1, VB2 und VB3 einen Messstrom durch die Leiter LI, L2 und L3 hindurch. Dieser Strom durchfliesst in Reihe alle Speicherelemente einer Spalte. Die Richtung des Stromes in den Speicherelementen schliesst einen Winkel von 450 mit der Vorzugsorientierung der Magnetisierung ein. Die Elemente einer Spalte sind über Zwischenleiter miteinander verbunden. Auf diese Weise verbindet in der ersten Spalte der Zwischenleiter Lll die Speicherelemente GH und G21 und der Zwischenleiter L12 die Elemente G21 und G31.
Es wird bemerkt, dass die in Fig. 2 gezeigten drahtförmigen Leiter in der Praxis bandförmige Leiter von den gleichen Querabmessungen wie die Speicherelemente sind und dass die senkrechten und waagrechten Leiter gegeneinander isoliert sind.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.