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Verfahren und Anordnung zum zerstörungsfreien Lesen von
Kernspeichermatrices (Lernmatrix)
Es ist bereits ein Matrixspeicher mit Lerncharakter bekannt, bei dem in der sogenannten Lernphase binäre Eigenschaftssätze den Spaltenleitungen angeboten und auf Grund dieser Eigenschaftssätze zeilenweise die Kreuzungspunkte formiert werden. Als formierbare Medien können beispielsweise Magnetkerne verwendet werden, die in'mehreren Schritten in ihre Sättigung gebracht werden. Die Abfrage der so formierten Matrix in derKannphase muss zerstörungsfrei vor sich gehen, damit die gelernten Informationen auch beliebig oft zur Verfügung stehen.
In dieser bekannten Ausführungsform ist ferner angegeben, dass die Abfrage von Speicherkernen beispielsweise in bekannter Weise nach der Oberwellenmethode erfolgen kann. Wird nämlich eine Kernwicklung mit einem Wechselstrom genügend hoher Frequenz tu gespeist, so kann an einer zweiten Wicklung neben der induzierten Grundwelle cudie durch die Nichtlinearität der Permeabilität des Kernes entstehen-
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Magnetisierungszustand des Speicherelementes ab, gibt also eine Aussage darüber, ob eine binäre Null oder eine binäre Eins in dem betreffenden Kern gespeichert ist.
Durch Vergleich mit einem Phasen-Normal in einer entsprechenden phasenempfindlichen Leseanordnung kann man dann den Speicherinhalt feststellen. Die Ablesung ist zerstörungsfrei, wenn die Frequenz w so gross gewählt wird, dass diese für sich allein nicht in der Lage ist, den Kern umzupolarisieren bzw. wenn bei relativ niedriger Frequenz, bei der normalerweise die Remanenzzustände der Speicherkerne Polaritätswechseln eines Speisewechselstromes noch zu folgen vermögen, die Amplitude so klein ist, dass keine fortwährende Umpolarisierung des Kernes bewirkt wird.
Eine andere Möglichkeit der zerstörungsfreien Abfrage einzelner Magnetkerne besteht darin, zwei Eingangswicklungen mit zwei Wechselströmen unterschiedlicher Frequenz (d und w2 oder eine Wicklung mit einem additiven Gemisch der beiden Frequenzen zu speisen, so dass sich infolge der Nichtlinearität der B-H-Kennlinie desKernmaterials Summen- und Differenzfrequenzen (cj, + w2) und (w' ,) bilden, deren Spannungen wieder in Abhängigkeit vom Kernzustand in einer Ausgangswicklung einen Phasenunterschied von 1800 aufweisen. Durch Bestimmung der Phasenlage der Ausgangsfrequenz kann daher festgestellt werden, ob eine binäre Eins oder eine binäre Null im betreffenden Kern gespeichert war.
Dieses bei Einzelkernaufruf bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es nur für kleine Kernmatrices geeignet ist ; die Lesesignale sind nämlich sehr klein und deshalb schwierig auszuwerten. besonders bei grossen Matrizen, da dann die auftretenden Störsignale ebenfalls grösser werden, während das nur im einzigen, aufgerufenen Kern entstehende Nutzsignal von gleicher Grösse bleibt, so dass das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal ungünstiger wird.
Die Erfindung macht nun von diesem bekannten Prinzip zum zerstörungsfreien Auslesen Gebrauch, geht aber von der Erkenntnis aus, dass dieses Verfahren mit Erfolg angewendet werden kann, wenn es sich nicht um Einzelkernaufruf, sondern um den Aufruf mehrerer Kernzeilen handelt, wobei dann noch die Zeile mit der grössten Übereinstimmung festgestellt werden muss, und wenn gewisse Abwandlungen gegen- über der bekannten Lesemethode vorgenommen werden.
Der allgemeine Lösungsgedanke der Erfindung besteht nun darin, in die Spaltenleitungen der Matrix bei der binären 1 einen HF-Strom i (w der Phasenlage so (w und bei der binären 0 einen HF-Strom i
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(M) der Phasenlage ( (wl) + 1800 bzw. umgekehrt und über eine zweite gegebenenfalls durch alle Kerne gemeinsam hindurchgeführte Wicklung gleichzeitig einen Hochfrequenzstrom i (M) unterschiedlicher Frequenz einzuspeisen, und auf denZeilenleitungen die sich bei Äquivalenz der angebotenen Signale mit den in den Kernen gespeicherten Signale ergebenden Ausgangsspannungen der einzelnen Kerne der
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schaltung die Zeile mit der grössten Ähnlichkeit festzustellen.
Es werden also bei der Erfindung nicht, wie bei den bekannten Anordnungen, alle Spalten mit einem Strom gleicher Phasenlage beaufschlagt, sondern es werden Ströme zweier verschiedener Phasenlagen verwendet und entsprechend dem binären Wert der Strom mit der einen oder ändern Phasenlage in die Spalte gespeist. Es ergeben sich dann bei der Einspeisung eines Stromes unterschiedlicher Frequenz in eine zweite Wicklung Spannungen der Kombinationsfrequenzen mit unterschiedlicher Phasenlage, wobei die Phasenlage aber nicht nur von dem Zustand des Kernes, sondern auch von der Phasenlage des eingespeisten Stromes auf denSpaltenleitungen abhängt. Bei Übereinstimmung der binären Werte des angelegten Signals mit dem in dem Kern gespeicherten Signal ergibt sich die Phasenlage ?'= 0 gegenüber der Phasenlage so = 1800 bei Nichtübereinstimmung.
Damit überwiegen bei derjenigen Zeile, in der die grösste Ähnlichkeit mit dem angelegten Eigenschaftssatz vorhanden ist, die Ausgangssignale mit der Phasenlage (P = 0.
Die Amplitude der Zeilensummenspannung mit dieser Phasenlage erreicht ein Maximum, so dass diese Zeile mittels einer Extremwertschaltung ermittelt werden kann.
Bei der Anwendung dieses Verfahrens auf Lernmatrices treten die oben angeführten Nachteile des Einzelkernaufrufs nicht auf, da die Nutzsignale der Kerne einer ganzen Zeile summiert werden, so dass einerseits das Gesamtnutzsignal wesentlich grösser und andererseits das Verhältnis von Stoor- zou Nutzsignal kleiner wird. Bei einer Vergrösserung der Matrix wächst das Nutzsignal linear mit der Spaltenzahl, während das Verhältnis von Stoor- zou Nutzsignal ungefähr konstant bleibt.
Es ist nun zweckmässig, nicht die Summenfrequenz, sondern die Differenzfrequenz zur Auswertung heranzuziehen, da durch geeignete Wahl der Frequenzen w und die Differenzfrequenz wD immer so klein gegen W2 bzw. wl gemacht werden kann, dass eine Auswertung der Differenzfrequenz am Zeilenausgang mit einfachen Siebgliedern erfolgen kann. Dieses Verfahren hat gegenüber dem Oberwellenverfahren, bei dem die Ansteuerströme nur einen sehr kleinen Klirrfaktor aufweisen dürfen, da die erste Oberwelle 2w das Nutzsignal darstellt, den weiteren Vorteil, dass beim Differenzfrequenzverfahren beliebige Klirrfaktoren gestattet sind, da das Nutzsignal der Frequenz wD nur durch die Nichtlinearitäten des magnetischen Kernmaterials entsteht und nicht von den Ansteuergeneratoren beeinflusst wird.
Eine von den bekannten Differenzfrequenzverfahren nicht ausgenutzte Möglichkeit ist die Auswertung der Amplitude der Nutzsignale, die mit Vorteil zur Feststellung des Betrages der remanenten Induktion der Kerne ausgenutzt werden kann. Zur phasenrichtigen Demodulation des Differenzsignales können in bekannter Weise Ringmodulatoren verwendet werden. Ein zweckmässiges Verfahren zur Demodulation besteht jedoch darin, zu den Zeilenausgangsspannungen eine zusätzliche Spannung mit einer derartigen
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ausgängen einfache Tiefpässe verwendet werden können. An Stelle der Tiefpässe können auch Resonanz- übertrager zur Selektion der Differenzfrequenz verwendet werden.
Für die Einspeisung der HF-Ströme mit der richtigen Phasenlage entsprechend dem binären Wert kann ein gemeinsamer HF-Generator verwendet werden, wenn die Einspeisung über einen Symmetrierübertrager erfolgt. In diesem Falle kann man Schalter vorsehen, die die Spaltenleitungen je nach dem binären Wert der Ansteuersignale entweder mit der einen oder der andern Seite der Sekundärwicklung des Symmetrie- übertragers verbinden. Diese Schalter können aus elektronischen Mitteln aufgebaut sein.
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Fig. 1 zeigt die zur Durchführung der Kannphase erforderliche Schaltung am Beispiel einer vereinfachten Lernmatrix mit sechs Ringkernen, die an den Kreuzungspunkten von zwei Spalten und drei Zeilen angeordnet sind.
Der HF-Generator G liefert an den beiden Ausgängen der Sekundärwicklung des SymmetrierübertragersSÜ zwei Spannungen gleicher Amplitude u (tü) mit den Phasenlagen cl (wl) und
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' (tl) + 1800. Diese beiden phasenverschiedenen Spannungen werden zur Kennzeichnung der beiden binären Werte 0 und 1 verwendet, d. h. bei Vorhandensein einer 1 in dem angelegten Eigenschaftssatz wird ein Strom mit der Phase ( ) und bei der binären 0 ein Strom mit der Phase (P (w) + 1800 in die betreffende Spalte eingespeist. Zu diesem Zwecke können die Spaltenleitungen über die symbolisch dargestellten Schalter S mit dem betreffenden Ausgang des Übertragers SÜ verbunden werden.
In der Fig. 1 sind die Schalter S für die Eingabe des Eigenschaftsatzes 0"eingestellt.
Damit fliessen über die Vorwiderstände Rv Hochfrequenzströme i (wl) mit der gewählten Phasenlage in die Spaltenleitungen. Der zweite HF-Generator G2 liefert über den Vorwiderstand Rv einen Hochfrequenzstrom i (weder durch alle Kerne fliesst, da seine Phasenlage für alle Spalten gleich sein soll. Jeder Kern induziert in die ihn durchsetzende Zeilenleitung eine Nutzspannung u (M) mit gleicher Amplitude Û (wD)' aber unterschiedlicher Phasenlage (P (w D) bei Äquivalenz bzw. cp (w D) + 1800 bei Antivalenz zwischen den binären Werten des Spaltenstromes und der remanenten Sättigungsinduktion i Bg, die in der Lernphase in den Kernen gespeichert wurde.
Es ist hiebei nur die Differenzfrequenz angegeben, da nur diese ausgewertet werden soll, wie weiter unten beschrieben wird ; die Summenfrequenz ist also ausser Betracht gelassen.
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ausgang die Amplitude
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Damit ergibt sich für die Zeile mit den meistenÄquivalenzen ein Summensignal mit der maximalen Amplitude und der Phasenlage cP (coD), ebenso jedoch für die Zeile mit der gleichen Anzahl von Anti- valenzen, in diesem Falle aber mit der Phasenlage IP (w D) + 1800. Man kann daher die Zeile mit der grössten Übereinstimmung, d. h. mit den meisten Äquivalenzen, nicht durch Amplitudendiskriminierung allein ermitteln, sondern muss noch eine Phasendiskriminierung durchführen, um Zeilenspannungen mit derPhasenlage ((wD) + 1800 zu eliminieren.
Hiefür können in bekannter Weise Ringmodulator anordnungen verwendet werden.
Die Fig. 1 zeigt jedoch eine zweckmässigere Schaltungsanordnung zur Phasendiskriminierung. Zu diesem Zwecke ist ein Vergleichskern V mit konstant festgelegter Remanenzinduktion vorgesehen, der über seine eine Eingangswicklung wie die Kerne der Matrix mit dem Strom i (M) und über den Vorwiderstand
Rvo und die zweite Wicklung mit dem Strom i (M) mit der Pha. 3enlage cP (wl) gespeist wird.
An seine Lesewicklung ist ein selektiver Verstärker SV angeschlossen, der auf die Frequenz wD abgestimmt ist und über den Anpassungsübertrager AÜ eine Zusatzspannung uz mit der Amplitude n. ? (wD) und der Phasen-
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einer Zeile wird damit
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und ihre Amplitude
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Es treten also hiebei Zeilennutzspannungen mit der Phasenlage IP (w D) + 1800 nicht mehr auf, so dass nur noch die Amplituden auszuwerten sind und die Nutzsignale Uges durch einfache selektive Netzwerke SN an den Zeilenausgängen von den induzierten Grundwellenspannungen und weiteren Störsignalen getrennt werden können.
Durch eine Extremwertbestimmungsschaltung bekannter Art (hier nicht darge-
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deren Grenzfrequenz wu-au den Wert der Differenzfrequenz #D eingestellt ist. Ist der Belastungswider- stand Ra grösser als der Nennwiderstand Z = V L : C, so kann die an der Kapazität C auftretende Resonanz- überhöhung der Spannung zur Vergrösserung des Nutzsignals beitragen. In ähnlicher Weise kann an Stelle des dargestellten Tiefpasses auch ein Resonanzübertrager verwendet werden. Derartige selektive Netzwerke sind in der Technik bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.
Die in Fig. 1 symbolisch dargestellten Schalter S zur binären Eingabe der Eigenschaftssätze können durch die in Fig. 3 dargestellte elektronische Anordnung realisiert werden. Die über die Vorwiderstände
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die von der Kippschaltung KS gegensinnig angesteuert werden. Die z. B. aus einem Flip-Flop bestehende Kippschaltung ist also mit ihrem 0-Ausgang mit der Torschaltung T und mit ihrem l-Ausgang mit der
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Befinden sich die Magnetkerne nach einer in mehreren Schritten vorgenommenen Lernphase nicht in der Sättigungsremanenz : Bs, so muss neben dem Vorzeichen auch der Betrag der Induktion B ausgewertet werden. Hiezu kann ebenfalls die Differenzfrequenz herangezogen werden, da die Amplitude û (M-D) proportional demBetrag IB I ist. Die Amplitude û erreicht für die Sättigungsremanenz ¯BS ein Maximum. Die Zeilensummenspannung uges setzt sich damit entsprechend dem Verlauf des Lernvorganges und der dadurch eingestellten Induktionswerte der Kerne aus unterschiedlichen Anteilen û D) zusammen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Abfrage von aus magnetischen Bauelementen aufgebauten Lernmatrices, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend dem an den Spalten der Lernmatrix angebotenen
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(wl)frequenzstrom i (tj) unterschiedlicher Frequenz eingespeist wird und auf der Zeilenleitung die sich bei Äquivalenz ergebenden Ausgangsspannungen der einzelnen Kerne der Frequenz Mg = w + cru2 bzw.
WD = -w aufsummiert und in einer Extremwertschaltung die Summenspannung mit der grössten Amplitude festgestellt wird.
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