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Schaltung zum Erregen jeweils einer beliebigen ausgewählten Gruppe von bistabilen magnetischen Elementen eines Speichersystems
Die Erfindung betrifft Speichervorrichtungen, in denen eine Anzahl in Form einer Matrix angeordnete
Ferritringe, dünne magnetische Filme oder ähnliche bistabile magnetische Vorrichtungen, die der Ein- fachheit halber im folgenden allgemein als Magnetkern bezeichnet werden, Verwendung finden. Insbe- sondere betrifft die Erfindung Verbesserungen für die Auswahl und Erregung jeweils eines mit den Kernen gekoppelten Leiters.
Es ist bekannt, Magnetkernspeichermatrizen mittels einer Magnetkernschaltmatrix zu steuern. Die- se Methode weist jedoch mehrere Nachteile auf. Im allgemeinen sind die zur Steuerung des Speichers er- forderlichen Ströme ziemlich gross und müssen innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden. Diese grossen Ströme machen grosse Kerne in der Schaltmatrix notwendig und die engen Toleranzen der Ströme erfordern extreme Bedingungen bezüglich der zulässigen Abweichungen zwischen den einzelnen Kernen der Schaltmatrix. Die Schaltmatrixkerne verursachen eine relativ hohe Verlustleistung, da sie aus Ma- terial mit rechteckiger Hysteresisschleife bestehen.
Daraus folgt eine verhältnismässig starke Erwärmung der Kerne, da die Wärmeableitung Schwierig- keiten bereitet. Der Speichertreiberstrom muss in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur geregelt werden. Dies ist mit grossen Schwierigkeiten verbunden, wenn zur Lieferung dieser Ströme Schaltmatri- zen verwendet werden. Die Grösse des Ausgangssignals jedes Schaltmatrixkernes hängt ausserdem von der jeweiligen Belastung ab, und es ist sehr schwierig, Schaltmatrizen für die Steuerung parallel arbeitender
Speichermatrizen herzustellen, da die Belastung der Schaltmatrix in Abhängigkeit von der Anzahl der gleichzeitig einzuschreibenden oder abzulesenden binären "L" sehr stark variiert.
Die Belastung ist also am grössten, wenn das einzuschreibende oder abzulesende Wort nur aus binären"L", und am geringsten wenn es nur aus "0" besteht.
Aus den österr. Patentschriften Nr. 204811 und 205264 ist es bekannt, Magnetkernspeichermatrizen über Transistoren zu erregen. Aus der zuletzt genannten Patentschrift ist es weiter bekannt, i-Treibertransistoren und j-Wertungstransistoren zum Erregen von i X j Leitern der Speichermatrix zu verwenden, und mittels einer Magnetkerntransistorschaltung die an jeden Transistor angelegten Impulse zu formen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Schaltung zur Erregung einer Magnetkern- speichermatrix, durch die die im vorangegangenen aufgezählten Nachteile beseitigt oder vermindert werden, wobei jedoch auf die Verwendung einer Schaltmatrix nicht verzichtet wird.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Schaltung zum Erregen jeweils einer beliebigen ausgewählten Gruppe von bistabilen magnetischen Elementen eines Speichersystems mit einer Schaltmatrix aus magnetischen Elementen, von denen jedes einer andern Gruppe von Elementen des Speichersystems entspricht.
Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, dass jedem Element der Schaltmatrix ein Lese- und ein Schreibtransistor zugeordnet ist, die leitend gemacht werden, wenn das Element aus seinem normalen in seinen entgegengesetzten bzw. von seinem entgegengesetzten in seinen normalen Zu-
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stand geschaltet wird, und dass eine Lese- und eine Schreibstromquelle mit den Lese- bzw. Schreibtran- sistoren so verbunden sind, dass eine Gruppe von Elementen der Speichermatrix nur dann erregt wird, wenn die entsprechenden Schreib- oder Lesetransistoren und die entsprechende Stromquelle gleichzeitig erregt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, u. zw. zeigt Fig. 1 eine aus 10 X 5 Kernen bestehende Schaltmatrix, Fig. 2 zwei zur Steuerung eines gro- ssen Speichers dienende Schaltmatrizen, Fig. 3 verschiedene beim Arbeiten der Schaltmatrix auftretende
Signalkurven, und Fig. 4 die Hysteresisschleife eines Kernes der Schaltmatrix.
In Fig. l sind sieben Flip-Flops L1 - L7 gezeigt, die zur Auswahl eines der fünfzig Kerne 1 der Schalt- matrix dienen. Die Flip-Flops L1 - L4 steuern einen bekannten Diodenentschlüssler 2. Dieser Entschlüssler
2 besitzt zehn Ausgangsleiter, die mit Treiberstufen Dl - D10 verbunden sind. Es wird nur jeweils einer dieser zehn Ausgänge erregt. In gleicher Weise steuern die Flip-Flops L5 - L7 einen Diodenentschlüssler 3, dessen fünf Ausgänge mit den Erdleiterstufen G1 - G5 verbunden sind, so dass jede beliebige Erdleiterstu- fe durch entsprechende Einstellung der Flip-Flops L5 - L7 ausgewählt werden kann. Jede Treiberleiterstufe ist mit einem Zeilenleiter und jede Erdleiterstufe mit einem Spaltenleiter verbunden.
Eine jedem der
Kerne 1 zugeordneten Treiberwicklung 4 verbindet über jeweils eine Diode 5 einen Zeilen- und einen
Spaltenleiter. Somit kann jeder beliebige der fünfzig Kerne 1 durch entsprechende Einstellung der Flip-
Flops L1 - L7 ausgewählt werden. Bei einigen Arten von Kernen, beispielsweise bei aus einem Band ge- wickelten Kernen, ist es vorteilhaft, den verschiedenen Wicklungen der Kerne mehrere Windungen zu geben.
Eine durch ein Schaltsignal Vs gesteuerte Schaltstromquelle SC liefert bei ihrer Erregung über einen
Leiter 6 einen Strom an die Treiberleiterstufen Dl - D10. Die ausgewählte Treiberleiterstufe verbindet den Leiter 6 mit dem entsprechenden Zeilenleiter. Gleichzeitig wird ein mit allen Erdleiterstufen G1 - G5 verbundener Erdleiter 7 durch die jeweils ausgewählte Erdleiterstufe mit dem entsprechenden Spaltenleiter verbunden. Der von der Quelle SC kommende Strom fliesst daher durch die Treiberwicklung des ausge- wählten Kernes. In Fig. 1 ist ferner ein mit allen Kernen gekoppelter Vormagnetisierungsleiter 8 gezeigt, der über eine Glättungsdrossel 9 und einen Strombegrenzungswiderstand 10 mit der Klemme 11 einer Gleichstromquelle verbunden ist.
Somit lässt sich jeder beliebige ausgewählte Kern durch ein Signal Vs aus dem Normalzustand in den entgegengesetzten Zustand schalten und wird nach Beendigung des Signals
VS durch den Vormagnetisierungsstrom in seinen Normalzustand zurückgeschaltet.
Fig. 2 zeigt ein Teilschaltbild, in dem die Verwendung von zwei Schaltmatrizen zur Erregung einer grossen Speichermatrix veranschaulicht ist. Es ist hier nur eine von beispielsweise 2500 aus Kernen 12 bestehenden Zeilen der Speichermatrix dargestellt. Durch die Kernzeile sind eine Leseleitung 13 und eine Schreibleitung 14 hindurchgeführt. Mit den Kernen 12 sind selbstverständlich auch noch andere nicht gezeigte Leitungen gekoppelt. Die Leseleitung 13 liegt zwischen einer Lesetreiberstufe RD und einer Leseerdleiterstufe RG. Das Speichermatrixsystem enthält insgesamt fünfzig solcher Treiberstufen und fünfzig solcher Erdleiterstufen, wobei sämtliche Treiberstufen RD über einen Leiter 15 an einer Lesestromquelle RC, und sämtliche Erdleiterstufen RG über einen Leiter 16 an Erde liegen. Jede Leseleitung 13 enthält jeweils eine Diode 17.
Wie später noch näher erläutert, wird beim Betrieb der Matrix nur jeweils eine Lesetreiberstufe und eine Leseerdleiterstufe ausgewählt und in den leitenden Zustand gebracht, wobei gleichzeitig die Lesestromquelle RC erregt wird. Somit gleicht die Gesamtanordnung aus Lesetreiberstufen, Leseerdleiterstufen, Stromquelle RC und den mit den Kernen 12 gekoppelten Leitern bis zu einem gewissen Grad der Fig. 1, wobei der Hauptunterschied einmal in dem Grössenverhältnis (50 x 50 Kerne an Stelle von 5 X 10 Kernen) und zum andern darin bestellt, dass jeder Leiter mit einer Kernzeile und nicht mit einem einzelnen Kern gekoppelt ist. Somit wird durch'die Auswahl einer Lesetreiberstufe und einer Leseerdleiterstufe eine der 2500 Kernzeilen ausgewählt, und durch die Erregung der Lesestromquelle RC die ausgewählte Zeile erregt.
Die Schreibleiter 14 sind in genau der gleichen Weise angeordnet. Es sind fünfzig den Leseerdleiterstufen zugeordnete Schreibtreiberstufen WD, fünfzig den Lesetreiberstufen zugeordnete Schreiberdleiter- stufen WG, 2500 jeweils eine Diode enthaltende Schreibleiter 14 und eine Schreibstromquelle WC vorgesehen. Jede Schreibtreiberstufe ist über einen Leiter 18 mit der Schreibstromquelle WC verbunden, während jede Schreiberdleiterstufe über einen Leiter 19 an Erde liegt. Jeder Schreibleiter wird durch Auswahl einer Schreibtreiberstufe und einer Schreiberdleiterstufe ausgewählt und ist mit der gleichen Kernzeile gekoppelt, wie die durch die mittels der ausgewählten Schreibtreiberstufe und Schreiberdleiterstufe zugeordneten Leseerdleiterstufe und Schreibtreiberstufe ausgewählte Lesewicklung.
Der Schreibleiter wird
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dann infolge der Erregung der Schreibstromquelle WC erregt.
Zur Auswahl der Treiberstufen und Erdleiterstufen RC, RG, WD und WG, sind zwei Schaltmatrizen S und S'vorgesehen, die der in Fig. l gezeigten Schaltmatrix gleichen. In jeder dieser Matrizen ist nur ein Kern gezeigt, u. zw. der Kern 20 in der Schaltmatrix S und der Kern 20'in der Schalt matrix S'. Jeder dieser Kerne besitzt eine Vormagnetisierungswicklung 8 bzw. 8'und eine Treiberwicklung 4 bzw. 4', mit der eine Diode 5 bzw. 5'in Reihe geschaltet ist. Jeder Kern 20 der Schaltmatrix S ist über zwei Aus-
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Schalt matrix S'übermit je einer Lesetreiberstufe RD und einer Schreibererdleiterstufe WG verbunden. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass es sich bei den Kernen 20 und 20'um die in den Schaltmatrizen S bzw.
S'ausgewählten Kerne handelt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nunmehr der zeitliche Funktionsablauf der erfindungsgemässen Vorrichtung erläutert. Die Signalkurve VT zeigt die Grundtaktimpulse, mit denen sämtliche andern Signale synchronisiert sind. Ein Lesetaktimpuls 23 leitet den Funktionsablauf ein und definiert eine Leseperiode R, die 3, 5 sec dauert. Am Ende der Leseperiode R erscheint ein Schreibimpuls 24, der eine 2, 5 psec dauernde Schreibperiode W festlegt, welche durch den nächsten Leseimpuls beendet wird. Das Schaltsignal VS beginnt 0, 8/lsec nach Beginn der Leseperiode und bleibt für den Rest dieser Periode erhalten.
In Fig. 4 wird die Grösse der permanenten Vormagnetisierungsfeldstärke der Schaltmatrixkerne durch die Strecke HB dargestellt. Dieser Strom reicht aus, um den Kern 20 bis zum negativen Sättigungspunkt 25 vorzumagnetisieren. Der von der Schaltstromquelle SC kommende Schaltstrom erzeugt in dem ausgewählten Kern 20 einen entgegengesetzten Fluss HS'wodurch dieser von Punkt 25 entlang der Linie 26 in Richtung auf den positiven Sättigungspunkt 27 getrieben wird. Der Schaltstrom fällt jedoch auf Null ab, bevor der Kern den Punkt 27 erreicht. Er kehrt daher auf einer Bahn 29 von einem auf der Linie 26 liegenden Punkt 28 zum Punkt 25 zurück.
Die in den Ausgangswicklungen 21 und 22 des ausgewählten Kernes 20 induzierten Spannungen sind durch die Signalkurven V21 und V22 in Fig. 3 dargestellt. Diese Spannungen sind einander gleich, jedoch entgegengesetzter Polarität. Gleichzeitig wird auch der in der Schaltmatrix S'ausgewählte Kern 20'ge- schaltet. Die Spannungen auf dessen Ausgangswicklungen 21'und 22'entsprechen den Signalformen V21
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Die Lese- und Schreibtreiberstufen und-erdleiterstufen sind einander gleich. Sie enthalten je einen pnp-Transistor 30, an den überein mit der Basis verbundenes RC-Glied 31 von dem jeweiligen Schaltmatrixkern 20, 20'kommende Steuersignale angelegt werden. Der Transistor 30 wirkt somit als Schalter z.
B. zwischen dem mit seinem Emitter verbundenen Erdleiter 16 und dem mit seinem Kollektor verbundenen Leseleiter 13. Der Widerstand des RC-Gliedes 31 begrenzt den Basisstrom des Transistors 30, während der Kondensator die Ansprechgeschwindigkeit erhöht. Ist kein Signal an dem Eingang zwischen Emitter und Basis des Transistors 30 vorhanden, dann ist die Leseerdleiterstufe RG gesperrt.
Die beiden Stromquellen RC und WC haben den gleichen Aufbau. Die Lesestromquelle RC enthält beispielsweise einen als Stromstabilisator wirkenden npn-Transistor 32. Ein pnp-Transistor 33 liegt mit seinem Emitter an Erde und mit seinem Kollektor über eine Drosselspule 34 an dem Kollektor des Transistors 32. Der Transistor 33 ist so vorgespannt, dass er normalerweise leitet, doch kann er durch über ein RC-Glied 35 an seine Basis angelegte Signale abgeschaltet werden. Ist dies der Fall, dann wird der durch die Drosselspule 34 und den Transistor 32 aufrechterhaltene konstante Strom von dem Leiter 15 aufgenommen.
Die beiden Stromquellen RC und WC bestehen also aus einer Quelle für konstanten Strom und einem normalerweise geschlossenen Schalter, der mit dem der Stromquelle RC, WC nachgeschalteten Verbraucher parallelgeschaltet ist. Eine solche Stromquelle spricht auf Schaltsignale schneller an als der einfache mit einem Begrenzungswiderstand in Reihe geschaltete Serienschalter, von dem in der österr. Patentschrift Nr. 202381 die Rede ist.
Die Ausgangswicklungen der Kerne der Schaltmatrizen S und S'sind mit den Lese- und Schreibtreiberstufen und-erdleiterstufen so verbunden, dass während des Umschaltens eines Schaltmatrixkernes von Punkt 25 nach Punkt 28 (Fig. 4) der Transistor der zugeordneten Lesetreiberstufe und-erdleiterstufe leitend wird, wogegen der Transistor der zugeordneten Schreibtreiberstufe und-erdleiterstufe während der Rückkehr des Kernes vom Punkt 28 zum Punkt 25 entlang der Bahn 29 leitend wird.
Somit sind während des Leseintervalls R (Fig. 3) die Lesetreiberstufe RD und die Leseerdleiterstufe RG leitend, während die Schreibtreiberstufe WD und die Schreiberdleiterstufe WG weit in den Abschaltbereich getrieben werden. l, l psec nach Beginn der Leseperiode R wird ein Signal VR an die Lesestromquelle RC angelegt, wodurch der Transistor 33 gesperrt wird. Der in der Drosselspule 34 fliessende Strom fliesst dann über den Leiter
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15, die Lesetreiberstufe RD, den Leseleiter 13, die Leseerdleiterstufe RG und den Erdleiter 16 nach Erde.
Der Leseleiter 13 ist somit erregt, und bleibt während der 2, 1 lises, die das Signal VR dauert, in diesem Zustand. Das Signal VR liegt zeitlich vollkommen innerhalb des Schaltmatrixsignals VS, so dass die Vorderflanke 36 und die Hinterflanke 37 der die Lesetreiberstufe RD und die Leseerdleiterstufe RG steuernden Spannungen den Strom in dem Leseleiter 13 der Speichermatrix nicht beeinflusst.
Während die Kerne 20 und 20'unter dem Einfluss der sie durchfliessenden Vormagnetisierungsströme zum Punkt 25 zurückkehren, werden die Schreibtreiberstufe WD und die Schreiberdleiterstufe WG durch
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an diese angelegten Spannungen V,, zumVS und Beginn der Schreibperiode W kann ein Signal Vw an die Schreibstromquelle WC angelegt werden. Ob dieses Signal angelegt werden soll oder nicht, wird von einer weiteren, nichtgezeigten Schal-
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Schreibleiter 14 der Speichermatrix fliesst. Das Signal Vw beginnt hinter der Vorderflanke 38 des Signals V und endet kurz vorderen Hinterflanke 39. Der Strom in dem Schreibleiter 14 der Speicher matrix wird somit nicht durch den allmählichen Anstieg und Abfall des Signals V22 beeinflusst.
Da die Kerne der Schaltmatrix während des 2, 7 lsec dauernden Schaltintervalls nicht vollständig um- geschaltet werden, bleiben die von ihnen gelieferten Ausgangssignale V21 und V22 für die ganze Dauer des Schaltsignals VS annähernd konstant. Ferner ist auch die Dauer des Schreibsignals V W kürzer als die des Signals Vg, so dass derSchreibstromimpuls endet, bevor der ausgewählte Schaltmatrixkern seinen Nor- malzustand 25 erreicht hat. Das Signal V ist daher während der ganzen Dauer der Schreibsignalperiode annähernd konstant.
Die Anwendung der linearen Auswahl für die Schaltmatrixkerne schliesst jede Möglichkeit einer teil- weisen Umschaltung nicht ausgewählter Kerne aus. Diese teilweise Umschaltung würde unter Umständen dann auftreten, wenn eine Auswahl mit Koinzidenzsiromen angewandt würde, so dass dadurch unter Um- ständen die nichtausgewählten Lese-und Schreibtreiber-und-erdleiterstufen leitend würden. Diese
Schwierigkeit könnte durch Verwendung von Halbwählströmen HS', die grösser als H (Fig. 4) sind, und durch Anlegen eines VormagnetisierungsstromesHnB gleichzeitig mit den Zeilen- und Spaltenhalbwähl- strömen ausgeschaltet werden.
Dies würde zur Folge haben, dass sich der Magnetisierungszustand des ausgewählten Kernes in Richtung auf den Punkt 27, der der halbausgewählten Kerne in Richtung auf den Punkt 40 und der der nichtausgewählten Kerne in Richtung auf den Punkt 41 bewegen würde. Die von den halbund nichtausgewählten Kernen kommenden Ausgangssignale haben somit die entgegengesetzte Polarität wie die von den ausgewählten Kernen kommenden Signale. In diesem System sind die Dioden 5 nicht erforderlich, doch hat es die wesentlichen Nachteile, dass stärkere Ströme, eine zusätzliche Wicklung auf jedem Kern sowie ein zeitlich genau abgestimmter Stromimpuls auf der Vormagnetisierungswicklung erforderlich sind.
Die in Fig. 4 gezeigte Hysteresisschleife ist bis zu einem gewissen Grade idealisiert dargestellt. Die Schaltmatrixkerne erregen die Speichermatrixwicklungen nicht unmittelbar, so dass deren Grösse und deren Ausgangsströme relativ klein sein können. Da sie die Grösse der in der Speichermatrix fliessenden Ströme nicht beeinflussen, kann die Toleranz ihrer Kennlinien verhältnismässig gross sein, und die Grösse derSpeichermatrixströme kann genau gesteuert werden. Des weiteren werden die ausgewählten Speichermatrixleiter während des Schreibintervalls W des Operationszyklus von den Schaltmatrizen in ihrem angesteuerten Zustand gehalten. Somit können die Flip-Flops LI-L7 zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach Beendigung der Leseperiode R auf die nächste ausgewählte Adresse eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass das Schreiben von "0" und "L" in die Speichermatrix durch die Schreibstromquelle erfolgt, so dass die Belastung der Schaltmatrix immer die gleiche ist, gleichgültig, ob eine "0" oder eine "L" eingeschrieben wird.
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