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Magnetische Ein-Bit-Speicherschaltung
Die Erfindung betrifft aus bistabilen magnetischen Speicherelementen bestehende Speichervorrich- tungen, die besonders aus sogenannten"Bit-Drähten","Twistoren"und andern ähnlichen magnetischen
Vorrichtungen aufgebaut sind, die aus mit einem magnetischen Überzug versehenen dünnen Drähten be- stehen. Aufgabe der Erfindung ist es, die beim Ablesen solcher Speichervorrichtungen auftretenden Stör- impulse zu vermindern.
Die am häufigsten verwendete magnetische Speicheranordnung besteht aus bistabilen Ferritkernen die eine Reihe wesentlicher Nachteile besitzen grosser Raum- und Energiebedarf, Schwierigkeiten bei der Verdrahtung und') relativ niedrige operationsgeschwindigkeit. Es wurden daher bereits andere Arten von magnetischen Elementen entwickelt, nämlich entweder auf Platten oder dünnen Drähten abgelagerte dünne Filme. Bei sämtlichen derartigen Speicheranordnungen mit grosser Speicherkapazität müssen Vor- kehrungen getroffen werden, um die beim Lesen auftretenden Störsignale zu vermindern. Diese Verminderung der beim Lesen auftretenden Störsignale ist bei der Verwendung von dünnen Drähten als Speicherelemente von besonderer Bedeutung. Die folgende Beschreibung der Erfindung ist daher besonders auf solche Elemente abgestellt.
Dieses letztgenannte Speicherelement besteht aus einem dünnen leitenden Draht, von dem mindestens ein Teil mit einem magnetisierbaren Überzug versehen ist. Dieser vorzugsweise sehr dünne Überzug weist im allgemeinen eine leichte Magnetisierungsrichtung auf, die parallel zur Achse des Drahtes oder auch wendel-oder kreisförmig um den Draht verlaufen kann. Ausserdem besitzt der Überzug eine annähernd rechteckige Hysteresisschleife. Ist der Überzug dünn, dann ist er vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Umschalten der Magnetisierungsrichtung durch Domänendrehung und nicht durch eine Wandbewegung erfolgt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der magnetische Überzug z. B. auf einer Fläche aufgebracht wird, die sehr feine Rillen besitzt.
Wie im vorangegangenen ausgeführt, gibt es sehr viele Abwandlungen bei den genannten, aus dünnen Drähten bestehenden Speicherelementen. Desgleichen gibt es auch eine Reihe verschiedener Leseund Schreibverfahren, sowohl bei Verwendung eines einzelnen Elements als auch bei Verwendung einer aus solchen Elementen aufgebauten Matrix. Aus der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungbeispiele der Erfindung wird deutlich, dass für fast alle der verschiedenen Lese- und Schreibverfahren die Erfindung angewendet werden kann. Somit ist die Erfindung selbstverständlich sowohl für Leseverfahren geeignet, bei denen die Informationen beim Ablesen zerstört als auch für solche, bei denen die Informationen zerstörungsfrei abgelesen werden.
Lesestörsignale können infolge der kapazitiven und der induktiven Kopplung zwischen dem Leseleiter und den Treiberleitern der Speicheranordnung in zwei Komponenten aufgeteilt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, diese beiden Komponenten der Lesestörsignale wesentlich zu vermindern.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine magnetische Ein-Bit-Schaltung die gekennzeichnet ist durch eine erste und zweite Treiberleiter, eine mit beiden Treiberleitern gekoppelte Lesewicklung, ein mit dem ersten Treiberleiter und der Lesewicklung gekoppeltes magnetisches bistabiles Element, und Vorrichtun-
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gen-zum Anlegen von gleichen Lesesignalen jedoch umgekehrter Polarität an die ersten bzw. zweiten Treiberleiter.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet werden, u. zw. zeigen Fig. 1-3 verschiedene Ausführungs-
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und Fig. 5 eine mit den Speicherelementen gemäss Fig. 1 aufgebaute Speichermatrix.
In Fig. 1 sind zwei dünne drahtförmige Leiter 10 und 11 mit einem Durchmesser von etwa 0, 2 mm gezeigt. Auf einem Teil der Oberfläche dieser Leiter sind magnetische Überzüge aufgebracht, die aus einer geeigneten ferromagnetischen Legierung bestehen und eine leichte Magnetisierungsrichtung besitzen, die parallel zu der Achse der Leiter verläuft. Ferner besitzen die Überzüge in der leichten Magnetisierungsrichtung eine annähernd rechteckige Hysteresisschleife, so dass jeder Überzug einen axialen magnetischen Flussweg aufweist, der zwei stabile remanente Flusszustände annehmen kann. Die Leiter 10 und 11 besitzen, wie aus Fig. 1 ersichtlich, magnetisierbare Flächen 12 bzw. 13.
Zur Beschichtung der Leiter" 10 und 11 mit den magnetischen Überzügen kann ein beliebiges Verfahren angewendet werden. Beispielsweise können die Überzüge nach dem Abdecken der nicht zu beschichtenden Flächen auf die Leiter aufgebracht werden, oder es wird zunächst die ganze Oberfläche der Leiter mit einem magnetischen Überzug versehen, von dem dann die unerwünschten Teile durch ein ge- eignetes verfahren entfernt werden.
Mit den Leitern 10 und 11 ist eine Eingangs-Ausgangs-Schaltung induktiv gekoppelt, die aus zwei parallelgeschalteten elektrischen Zweigen besteht, von denen jeder zwei annähernd gleiche, in Reihe geschaltete Wicklungen 14,15 und 16,17 aufweist ; die Wicklung 14 ist in einer ersten Richtung um die
Fläche 12 gewickelt und daher induktiv mit dieser gekoppelt. Die Wicklung 15 ist in der gleichen Richtung um einen Abschnitt des Leiters 11 gewickelt, der keine magnetisierbare Beschichtung trägt (im fol- genden nichtmagnetisierbare Fläche genannt) und ist daher mit der nichtmagnetisierbaren Fläche des
Leiters 11 im gleichen Sinne induktiv gekoppelt, wie die Wicklung 14 mit der Fläche 12. Das untere En- de der Wicklung 15 ist geerdet, während das obere Ende der Wicklung 14 mit der Klemme Y verbunden ist. Die andern Enden der Wicklungen sind miteinander verbunden.
Die Wicklung 16 ist in entgegengesetztem Sinn um eine nichtmagnetisierbare Fläche des Leiters 10 gewickelt und daher mit dem Leiter 10 im umgekehrten Sinn wie die Wicklung 14 induktiv gekoppelt. Die Wicklung 17 ist um die- magnetisier- bare Fläche 13 im gleichen Sinne wie die Wicklung 16 gewickelt und daher mit der Fläche 13 des Leis- ters 11 im umgekehrten.'Sinn wie die-Wicklung 15 induktiv gekoppelt. Somit sind die Wicklungen 16 und 17 im gleichen Sinne, jedoch im umgekehrten Sinne wie die Wicklungen 14 und 15 mit den ihnen zugeordneten Flächen gekoppelt. Das untere Ende der Wicklung 17 ist geerdet. Das obere Ende der Wicklung 16 liegt an der Klemme Y. Die andern Enden der Wicklungen 16 und 17 sind miteinander verbun- den.
Ausserdem ist jeweils ein Ende der Leiter 10 und 11 geerdet, während die andern Enden dieser Leiter an einer der Eingangsklemmen X und XI liegen.
Die Speicherung einer "L" in der Anordnung nach Fig. 1 wird dadurch angezeigt, dass die Fläche 12 von links nach rechts und gleichzeitig die Fläche 13 von rechts nach links magnetisiert ist. Eine "0" wird durch die umgekehrten Magnetisierungsrichtungen dargestellt, d. h. die Fläche 12 weist dann einen von rechts nach links und die Fläche 13 einen von links nach rechts gerichteten magnetischen Fluss auf.
Soll demnach dem bekannten Koinzidenzstromprinzip eine "L" in die Schaltung gemäss Fig. 1 eingespeichert werden, dann wird ein positiver Halbwählstromimpuls über die Eingangsklemme X an den Leiter 10 und gleichzeitig ein negativer Halbwählstromimpuls über die Eingangsklemme X'an den Leiter 11 angelegt. Nach einer Verzögerung von etwa 0, 9 uses, durch die genügend Zeit zum Abklingen der durch die beiden vorgenannten Halbwählströme verursachten Störsignale gegeben ist, wird ein positiver Halbwählstromimpuls über die Klemme Y an die Wicklungen. 14-17 angelegt. Die beiden im Bereich der magnetisierbaren Fläche 12 infolge der koinzidenten Erregung des Leiters 10 und der Wicklung 14 mit positiven Stromimpulsen erzeugten beiden magnetomotorischen Kräfte addieren sich vektoriell.
Die sich ergebende vektorsumme ist so gross, dass die Fläche 12 von links nach rechts magnetisch gesättigt wird. In gleicher Weise wird die Fläche 13 auf dem Leiter 11 von rechts nach links gesättigt.
Die Speicherung einer "0" kann durch Anlegen von negativen Halbwählstromimpulsen an die Klemmen X und Y und eines positiven Halbwählstromimpulses an die Klemme X'bewirkt werden. wodurch die Fläche 12 von rechts nach links und die Fläche 13 von links nach rechts magnetisiert wird.
Zum Lesen von der in den magnetisierbaren Flächen 12 und 13 gemeinsam gespeicherten binären Information werden annähernd gleiche entgegengesetzte Stromimpulse, jedoch mit umgekehrter Polarität, an die Eingangsklemmen X und X'angelegt.
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Diese Stromimpulse werden so gewählt, dass durch sie nur eine teilweise Umschaltung der beiden Flächen erfolgt, und die. ursprüngliche Polarität der remanenten Sättigung, in den beiden Flächen nach Beendigung der Leseoperation annähernd unverändert bleibt. Die Flussänderungen in den Flächen 12 und 13, die durch die an die Eingangsklemmen X und X'angelegten Impulse entgegengesetzter Polarität hervorgerufen werden, induzieren in den Wicklungen 14 und 17 jeweils ein Spannungssignal, das die ge-
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gesetzt sind, die Wicklungen 14 und 17 den gleichen Kopplungsfaktor und die gleiche Windungszahl besitzen, und der Wicklungssinn der Wicklung 14 dem Wicklungssinn der Wicklung 17 entgegengesetzt ist, sind die in den Wicklungen 14 und 17 induzierten Lesesignale annähernd gleich.
Da die Signalform des sich daraus ergebenden, an der Klemme Y auftretenden Signals ein momentaner Mittelwert der in den
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Es hat sich gezeigt, dass sich das in einer bestimmten Wicklung, beispielsweise der Wicklung 14, in- duzierte Signal aus mehreren Komponenten zusammensetzt. Die erste Komponente wird durch die ge- nannte Flussänderung innerhalb der betreffenden Fläche erzeugt. Die zweite Komponente ist eine Fol- ge der kapazitiven Kopplung zwischen der Lesewicklung und andern Teilen der magnetischen Schaltung.
Eine dritte Komponente ist eine Folge der induktiven Kopplung zwischen der Wicklung und andern Tei- len der magnetischen Schaltung.
Diese verschiedene Komponenten veranschaulichenden Signalformen sind in Fig. 4 gezeigt, die Si- gnalformen (a) und (b) zeigen die an die Klemmen X bzw. X'angelegten gleichen Lesestromimpul se entgegengesetzter Polarität. Die Signalformen (c) und (d) sind die in den Wicklungen 14 bzw. 17 als
Folge der Plussänderungen in den entsprechenden magnetisierbaren Flächen 12 und 13 induzierten Signal- komponenten. Die Signalform (e) zeigt die in den Wicklungen 14 und 17 infolge der induktiven Kopplung der betreffenden Wicklungen mit andern Teilen der Schaltung induzierten Komponenten. Die Signalform (f) zeigt die in den Wicklungen 15 und 16 infolge der induktiven Kopplung der betreffenden Wicklungen mit andern Teilen der Schaltung induzierten Komponenten.
Die Signalform (h) zeigt die in den Wicklungen 15 und 17 infolge der kapazitiven Kopplung der betreffenden Wicklung mit andern Teilen der Schaltung induzierte Komponente.
Aus der Darstellung der Signalformen in Fig. 4 geht deutlich hervor, dass sich in der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung die. infolge der induktiven Kopplung verursachten Störsignale in den Wicklungen 14 und 17 bzw. 15 und 16 gegenseitig aufheben, da die Signalformen (e) und (f) entgegengesetzte Polarität besitzen. Ebenso heben sich die durch die kapazitive Kopplung verursachten Störsignale inden Wicklungen 14 und 16 bzw. 15 und 17 gegenseitig auf, da die Signalformen (g) und (h) entgegengesetzte Polarität besitzen. Demzufolge wird die Signalform des Lesesignals an der Klemme Y lediglich durch die in den Wicklungen 14 und 17 infolge der Flussänderungen in den Flächen 12 bzw. 13 induzierten glei- chen Signalkomponenten bestimmt und ist fast frei von durch kapazitive oder induktive Kopplung erzeugten Störsignalen.
Speichern die Flächen 12 und 13 eine"O* an Stelle einer"L", dann werden die negativen Spitzen der Signalformen (c) und (d) positiv, und die darauffolgenden positiven Spitzen werden negativ. Die andern Signalformen sind unverändert. Somit werden die Störsignale in der im vorangegangenen beschriebenen Weise unterdrückt, und die Lesesignale für, "L" und "0" haben annähernd die gleiche Signalform, jedoch mit umgekehrter Polarität. Das Lesesignal wird zweckmässigerweise durch ein nur für die erste Spitze des Signals offenes Ausblendgatter geleitet und an eine auf die Polarität des Lesesignals ansprechende Auswerteschaltung angelegt.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Hier ist vorzugsweise die ganze Oberfläche des Leiters 10 mit einem Überzug 18 aus magnetisierbarem Material versehen, während der Leiter 11 überhaupt nicht mit magnetisierbarem Material beschichtet ist. Die in Fig. 1 mit 14-17 bezeichneten Wicklungen sind hier durch eine einzige, mit einer Vielzahl von Windungen versehene Wicklung 19 ersetzt, die um die beiden Leiter verläuft. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist annähernd die gleiche wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, so dass sich eine nähere Erläuterung erübrigt.
Es versteht sich, dass die Unterdrückung der durch die kapazitive Kopplung hervorgerufenen Störsignale durch Anlegen von Lesestromimpulsen entgegengesetzter Polarität an die Eingangsklemmen X und X'erzielt wird, und dass die Unterdrückung der durch die induktive Kopplung verursachten Störsigna- le dadurch erfolgt, dass die Wicklung 19 mit den Leitern 10 und 11 im gleichen Sinne induktiv gekoppelt ist, so dass in der Wicklung 19 annähernd gleiche Störsignalkomponenten mit umgekehrter Polarität indu-
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ziert werden.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sehr ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Wicklung 14 in Reihe mit der Wicklung 16 und der Eingangsklemme X liegt, während die Wicklung 15 in Reihe mit der Wicklung 17 und der Eingangsklemme X' geschaltet ist. Das eine Ende der Leiter 10 und 11 ist jeweils geerdet, während das andere Ende der Leiter jeweils an der Klemme Y liegt. In diesem Ausführungsbeispiel erregen die gleichen Stromimpulse entgegengesetzter Polarität die Wicklungen 14-17 und nicht die Leiter 10 und 11, wie in Fig. 1, und das Ausgangssignal wird an den Leitern 10 und 11 abgenommen und nicht an den Wicklungen 14-17, wie in Fig. 1.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 ist annähernd die gleiche wie die des Ausführungsbeispiels nach Fig. l, mit der Ausnahme, dass beim Ablesen die gespeicherte Information zerstört wird. Es werden also gleiche Vollwählleseimpulse entgegengesetzter Polarität an die Eingangsklemmen X und X'angelegt, so dass die Polarität des remanenten Sättigungsflusses in den Flächen 12 und 13 beim Ablesen einer "L" vollständig umgekehrt wird. In diesem Falle braucht die Auswerteschaltung lediglich auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Ausgangssignals anzusprechen, um zwischen der Speicherung einer "L" und einer "0" zu unterscheiden. Nach Beendigung der Leseoperation ist es im allgemeinen erforderlich, die Information in die Flächen 12 und 13 zurückzuschreiben.
In Fig. 5 ist ein Magnetdrahtspeicher dargestellt, der aus einer Matrix der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnungen besteht. Bei einem -solchen Speicher wird in jeder Reihe ein einzelnes Wort gespeichert. Die Anzahl der in Fig. 1 dargestellten Schaltungen in jeder Reihe ist abhängig von der Anzahl der Binärstellen des längsten der darin zu speichernden Wörter. Somit kann der in Fig. 5 gezeigte Speicher maximal drei Wörter mit einer maximalen Länge von jeweils fünf Bits speichern. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist jedes Wicklungspaar jeder Bitspeicherschaltung mit den entsprechenden Wicklungspaaren der nächstliegenden Schaltung der entsprechenden Bitposition in Reihe geschaltet, wodurch parallele Wicklungsstromwege zwischen jeder der Klemmen Y1-Y5 und Erde geschaffen werden.
Die Klemmen Y1-Y5 sind jeweils mit einem der Schaltkreise SW1-SW5 verbunden, die dazu dienen, die entsprechende der Klemmen Y1-Y5 wahlweise entweder mit einer geeigneten Treiberschaltung 21 oder einer geeigneten Auswerteschaltung20 zu verbinden, je nachdem, ob eine Schreib-oder eine Leseoperation durchzuführen ist. Diejenigen Leiter der Leiterpaare, an die Treiberimpulse positiver Polarität angelegt werden müssen, (d. h. 10a-10n), sind über die Klemmen X-Xg miteiner Lese-Schreib-Tieiber- schaltung 22 verbunden, während die übrigen Leiter jedes Leiterpaares, an die Treiberimpulse mit negativer Polarität angelegt werden müssend. h. lla-lln) jeweils über Klemmen (X'-Xg)'mit einer Lese-Schreib-Treiberschaltung 23 verbunden sind.
Die Treiberschaltungen 21,22 und 23 können bekannter Bauart sein und müssen Stromimpulse der gewünschten Polarität und Grösse liefern. Bei den Schaltkreisen SW1-SW5 kann es sich ebenfalls um beliebige bekannte Schalter handeln, mittels denen eine bestimmte Schaltung wahlweise an zwei andere Schaltungen angeschlossen werden kann. Auch bei der Auswerteschaltung 20 kann es sich um eine bekannte Schaltung handeln, die Signale annähernd der gleichen absoluten Grösse aufzunehmen vermag, deren Polarität den abgelesenen binären Wert darstellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetische Ein-Bit-Speicherschaltung, gekennzeichnet durch erste und zweite Treiberleiter (10, 11), eine mit beiden Treiberleitern gekoppelte Lesewicklung (19), ein mit dem ersten Treiberleiter (10) und der Lesewicklung (19) gekoppeltes magnetisches bistabiles Element (18), und Vorrichtungen zum Anlegen von gleichen Lesesignalen jedoch umgekehrter Polarität an die ersten bzw. zweiten Treiberleiter (Fig.. 2).