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Steuerbarer magnetischer Speicher
Die Erfindung betrifft einen steuerbaren magnetischen Speicher mit wenigstens einem Draht, der
Ein- und Ausgangsklemmen aufweist, und wenigstens zwei anisotropen magnetischen Elementen, die in einer Richtung leicht und in einer andern Richtung schwer magnetisierbar sind, wobei die magnetischen
Bezirke der magnetischen Elemente in die Richtung leichter Magnetisierbarkeit kippbar sind, wenn kein
Magnetfeld in der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit vorhanden ist,
und wobei eine starke magneto- motorische Kraft für das Umschalten oder Drehen der Bezirke aus der Richtung leichter Magnetisierbarkeit in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit und nur eine schwache magnetomotorische Kraft für das Kippen der Bezirke in eine vorbestimmte Polarität in Richtung der leichten Magnetisierbarkeit nachAufhebung der starken magnetomotorischen Kraft in Richtung schwerer Magnetisierbarkeit erforderlich ist.
Es ist bekannt, dass magnetische Einrichtungen zum Umschalten von Elementen und zum Speichern von Informationsschritten in einem binären Darstellungssystem verwendet werden können. Die Einrichtungen enthalten üblicherweise ein Material mit einer rechteckförmigen Hysteresisschleife, die zwei stabile Zustände der Remanenz des magnetischen Flusses bestimmt, zwischen denen die Einrichtungen durch Anlegen eines geeignet ausgerichteten magnetischen Feldes umgeschaltet werden können. Einer der stabilen Zustände kann eine binäre "1" und der andere eine binäre "0" darstellen.
Magnetische Einrichtungen, die zum Umschalten und Speichern verwendet werden, haben gegen- über elektrischen Einrichtungen zum Umschalten und Speichern eine Anzahl von Vorteilen, da die magnetischen Elemente keinen wesentlichen Verlust des gespeicherten Signals bewirken und für die meisten praktischen Zwecke gegenüber Alterungs- und Umgebungseinflüssen unempfindlich sind. Deshalb ist es bei vielen Signalbearbeitungsvorrichtungen zweckmässig, magnetische Einrichtungen an Stelle von elektrischen Einrichtungen zu verwenden.
Ein Schieberegister ist eine typische Informationsbearbeitungsanlage, die oft als Grundbaustein für grössere und kompliziertere Informationsbearbeitungsanlagen verwendet wird. Die Erfindung ist nachfolgend beispielhaft in ihrer Anwendung bei einem Schieberegister beschrieben.
Typische vollmagnetische Schieberegister und die logischen Elemente, welche diese verwenden, haben relativ geringe Arbeitsgeschwindigkeiten im Vergleich zu elektronischen Anlagen. Die besten derzeit bekannten vollmagnetischen Schieberegister können gelegentlich Arbeitsgeschwindigkeiten von 200 kHz erreichen, d. h. sie können ankommende Information mit der Geschwindigkeit von 200 000 Schritten pro sec in einem binären Signalsystem aufnehmen.
Im Handel verfügbare vollmagnetische Schieberegister mit einer wesentlich höheren Arbeitsgeschwindigkeit sind nicht bekannt. Ein wesentlicher Grund für diese Geschwindigkeitsbegrenzung liegt darin, dass bekannte Schieberegisterschaltungen so angeordnet sind, dass die Amplituden der Verschiebungssignale begrenzt werden müssen, um ein fehlerhaftes Arbeiten der magnetischen Einrichtungen zu verhindern. Ein anderer wesentlicher Grund für die Geschwindigkeitsbegrenzung bei bekannten Schaltungen besteht darin, dass beim Anstieg der Arbeitsfrequenz bekannte Magnetvorrichtungennichtin der Lage sind,
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ausreichend Wärme abzuführen, um einen grösseren Anstieg der Temperatur zu verhindern, womit eine Änderung der magnetischen Eigenschaften verbunden ist.
Derzeitige vollmagnetische Schieberegister enthalten üblicherweise auch in einer Richtung arbeiten- de, nicht speichernde Verstärkungsstufen, z. B. einen Aufwärtstransformator oder einen Impulsverstärker.
Folglich können diese Register nicht in einfacher Weise umgekehrt werden. Es treten auch Probleme auf, wenn versucht wird, eine Zusammenfassung vorzunehmen, d. h. zwei oder mehr Kreise mehrfach an eine einzelne Schaltung anzulegen, oder eine Ausbreitung vorzunehmen, d. h. den Ausgang einer einzelnen
Schaltung zu verwenden, um zwei oder mehr Kreise zu steuern.
Ein Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, die Arbeitsgeschwindigkeit von vollmagnetisch ar- beitenden Speichern der einleitend angegebenen Art zu erhöhen, so dass diese mit wesentlich höherer
Geschwindigkeit betrieben werden können, als dies bisher möglich war. Ein weiterer Zweck besteht darin, die Anwendbarkeit solcher magnetischer Speicher zu erhöhen.
Diese Ziele werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass bei einem Speicher der einleitend an- gegebenen Art die anisotropen magnetischen Elemente hintereinander mit wenigstens je einem Teil des
Drahtes gekoppelt sind und dass eine Steuereinrichtung zum Anlegen eines zum selektiven Umschalten eines der magnetischen Elemente in den Zustand schwerer Magnetisierbarkeit ausreichenden Magnetfeldes vorgesehen ist, so dass im Draht ein Strom induziert wird, der auf das andere magnetische Element eine .
im Sinne des Kippens wirkende magnetomotorische Kraft ausübt, wobei die Steuereinrichtung auch zum im wesentlichen gleichzeitigen Abschalten einer starken magnetomotorischen Kraft in diesem andern magnetischen Element eingerichtet ist, so dass dieses magnetische Element nach der Abschaltung der magnetomotorischen Kraft unter dem Einfluss der im Sinne des Kippens wirkenden magnetomotorischen
Kraft aus deren Magnetisierungszustand schwerer Magnetisierbarkeit in den Zustand leichter Magnetisier- barkeit übergehen kann.
Im Rahmen der Erfindung wird die Information im steuerbaren Speicher gespeichert oder von diesem abgenommen, indem der Magnetisierungszustand eines der anisotro- pen Elemente zwischen der Richtung schwerer Magnetisierung und der Richtung leichter Magneti- sierung hin und her verschoben wird, ein Vorgang, der mehr eine Drehung der magnetischen Be- zirke innerhalb des Materials als eine Ausdehnung der Grenzen der Bezirke bewirkt. Diese besondere Arbeitsweise ermöglicht es, Umschaltungen zwischen der Richtung schwerer Magnetisierung und der Richtung leichter Magnetisierung bei einer viel höheren Geschwindigkeit durchzuführen, als dies gewöhnlich beim Überführen eines üblichen bistabilen magnetischen Elementes von einem der stabilen magnetischen remanenten Zustände in den andern möglich ist.
Ferner wird bei der Erfindung die hohe Spannung, die induziert wird, wenn ein anisotropes Element von der Richtung leichter Magnetisierung in die Richtung schwerer Magnetisierung umgesteuert wird, verwendet, um den relativ kleinen Kippstrom zuzuführen, der für ein anderes anisotropes Element, das umkippt, erforderlich ist, so dass es nicht notwendig ist, eine nicht speichernde verstärkende Zwischenstufe zwischen den Speicherstufen in einer Anlage zu verwenden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung so getroffen, dass der Speicher die Form eines Schieberegisters mit mehreren kettengeschalteten Vierpolen, besonders Kreuzgliedern, aufweist, dass die Drähte jedes Vierpoles paarweise mit je einer Ausgangsklemme und in anderer Gruppierung paarweise mit einer Eingangsklemme verbunden sind, dass die Elemente aus anisotropem Material als Überzüge der leitfähigen Drähte ausgebildet sind und dass die Steuereinrichtung Schaltkreise zum selektiven Anlegen eines Feldes an eines der ausgangsseitigen Drahtpaare wenigstens eines Vierpoles und Schaltkreises zum im wesentlichen gleichzeitigen Abschalten eines Feldes vom ersten eingangsseitigen Drahtpaar eines nachfolgenden Vierpoles enthält,
so dass die in den leitfähigen Drähten des ausgangsseitigen Drahtpaares induzierten Ströme in das eingangsseitige Drahtpaar fliessen.
Die grosse magnetomotorische Kraft, die erforderlich ist, um ein anisotropes magnetisches Element von einer Polarität in die andere Polarität in der Richtung leichter Magnetisierbarkeit zu schalten, und der Teilrückstrom, der in dem Kreuzglied auftritt, beseitigen die Gefahr eines unerwünschten Umschaltens der magnetischen Elemente und machen dadurch besondere Vorspannungskreise in dem Speicher entbehrlich.
Ein Vorteil der Erfindung besteht ferner darin, dass das Auftreten von durch Rauschen erzeugten Fehlern weitgehend vermieden wird, weil eine positive Wirkung in der Speicherschaltung erforderlich ist, um ein magnetisches Element in eine Polarität der leichten Magnetisierbarkeit zum Speichern entweder einer binären "1" oder einer binären "0" zu bringen. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass eine genaue Amplitudensteuerung der Signale, die verwendet werden, um Felder zu erzeugen, die ein anisotropes magnetisches Element in seine Richtung schwerer Magnetisierbarkeit bringen, nicht erforderlich ist, weil
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ein solches Element immer einem Kippsignal ausgesetzt ist, sobald das Feld für die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit abgebaut worden ist.
Des weiteren hat die magnetomotorische Kraft, die verwendet wird, um ein solches Element in der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit zu halten, üblicherweise eine solche Grösse, dass Kippsignale, denen es zufällig ausgesetzt werden kann, darauf nicht einwirken, so dass keine besondere Vorspannung erforderlich ist, um eine ungewollte Betätigung zu verhindern.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Abwesenheit von in einer Richtung wirkenden Verstärkungseinrichtungen eine leichte Umkehr des Informationsflusses durch die erfindungsgemässen Speicher lediglich durch Umschalten der Verbindungen des Verschiebungskreises möglich macht.
Die Umschaltkreise können zusätzlich schnell durch automatisches Schalten oder von Hand abgeändert werden, damit die Kreise unterschiedliche Funktionen ausführen können. Unter diesen Funktionen beste- hen zwei, die nachfolgend erläutert werden, in dem parallelen, nicht löschenden Ablesen und dem Er- gänzen der Information während des Verschiebens.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, u. zw. sind die
Fig. l und 2 Ansichten eines anisotropen magnetischen Speicherelementes, das bei der Erfindung verwen- det wird, Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines Schieberegisters mit Kreuzgliedern gemäss der Erfin- dung, Fig. 4 ein vereinfachtes schematisches Diagramm der Verschiebungsströme die beim Arbeiten der
Schaltung in Fig. 3 auftreten, Fig. 5 und 6 Wellendiagramme, die das Arbeiten der Schaltungen in den
Fig. 3 und 4 erläutern, Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltung der Fig. 3 und die Fig. 8 und 9 abgewandelte Ausführungsformen der Schaltung der Fig. 4.
Fig. 1 zeigt eine übliche Ausführungsform eines elektromagnetischen Speicherelementes, das bei der
Erfindung verwendet wird. Dieses enthält einen Drahtabschnitt mit einem elektrisch leitfähigen Kern
20, der z. B. ein Kupferdraht sein kann. Um wenigstens einen Teil des Kernes 20 ist ein Überzug
21 aus anisotropem magnetischem Material angebracht. Ein solches Material zeigt üblicherweise im wesentlichen eine rechteckförmige Hysteresisschleife in der Richtung leichter Magnetisierbarkeit und die- se Eigenschaft bestimmt zwei stabile remanente Flusszustände.
Das Material ist ausserdem durch eine Richtung schwerer Magnetisierbarkeit gekennzeichnet, in die es nach dem Anlegen eines entsprechend ausgerichteten magnetischen Feldes ausreichender Feldstärke umgeschaltet werden kann. Nach dem Entfernen dieses Feldes kippt die Einrichtung in eine Polarität der
Richtung leichter Magnetisierbarkeit unter dem Einfluss einer geringen Vorspannungskraft um.
Beim dargestellten Beispiel wird angenommen, dass die Richtung leichter Magnetisierbarkeit des Materials 21 in bezug auf den Kern 20 umfänglich gerichtet ist und dass die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in Längsrichtung des Drahtkernes 20 verläuft. Eine Spulenwicklung 22 ist um einen Teil des Überzugsmaterials 21 vorgesehen und ein Steuerstrom ID kann der Wicklung 22 zugeführt werden, um ein axiales Magnetfeld zu erzeugen und so das Material 21 in Richtung schwerer Magnetisierbarkeit zu erregen.
Der Übergang von der Richtung leichter Magnetisierbarkeit zur Richtung schwerer Magnetisierbarkeit erfolgtdurch Drehen der magnetischen Bezirke im Material 21, während Übergänge zwischen den stabilen Zuständen des magnetischen Materials mit rechteckförmiger Hysteresisschleife normalerweise durch Kernbildung eines magnetischen Bezirkes, dem eine Ausdehnung der Wände des Bezirkes folgt, stattfinden.
Die Unterschiede zwischen diesen beiden Vorgängen zum Umschalten der Magnetisierung umfassen einen Unterschied in der Betriebsgeschwindigkeit, der sehr wesentlich ist, und einen wesentlichen Unterschied im Betrag der verbrauchten Energie. Die Drehung der Bezirke ist in beiden Belangen bevorzugt, da diese schneller vor sich geht und nur einen relativ unwesentlichen Energieverbrauch erfordert.
Ein magnetisches Element der in Fig. 1 gezeigten Art hat einen Beryllium-Kupferkem mit einem Durchmesser von 0, 127 mm, der mit einer 1J. starken Schicht aus magnetischem Material mit einer Zusammensetzung von 81% Nickel und 19% Eisen überzogen ist. Dieses Element wurde in Anwesenheit eines in Umfangsrichtung wirkenden Magnetfeldes überzogen, so dass es in Umfangsrichtung eine leichte Magnetisierung zeigt. Eine Spule von 50 Windungen mit einer axialen Länge von etwa 3,81 mm wurde auf dem Element angebracht.
In Fig. 1 ist angenommen, dass das Überzugsmaterial 21 im Uhrzeigersinn um den Drahtkern 20 in der Richtung leichter Magnetisierbarkeit magnetisiert ist. Der Strom ID in der Wicklung 22 erzeugt ein Magnetfeld, das axial längs des Elementes von links nach rechts wirkt, wie dies durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist. Dieses Feld dreht die magnetischen Bezirke im Material 21 in Ausrichtung mit dem gestrichelten Pfeil und induziert eine Spannung in dem Drahtkern 20 mit einer Polarität, wie sie durch die Vorzeichen an dem Element angegeben ist. Der resultierende Strom imDraht-
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Der Ausgang des Schieberegisters ist auch über eine Trennstufe 32 mit dem Eingang des Registers gekoppelt, um die Information in dem Register zurückzuführen. Jedoch hängt die Arbeitsweise der er- findungsgemässen Anordnung nicht von einer solchen Rückführung ab. Die Stufe 32 kann z. B. ein
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Gleichströmen sein.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist folgende. Es wird angenommen, dass veine "1" in den Abschnitt l des Registers eingeschrieben worden ist, wie dies durch die positiven Vorzeichen an der rechten Klemme der Wicklung jedes Speicherelementes angegeben ist. Dieser Zustand kann z. B. durch ein zweiphasiges Einschreibesignal erreicht werden, das an den Eingangsklemmen 23 und 26 in derselben Weise zugeführt wird, wie Information von einem Registerabschnitt zu dem nächsten, wie dies beschrieben werden wird, verschoben wird. Die Abschnitte 2 und 4 sind im freien Zustand, wobei der Verschiebungsstrom in den Spulen die Elemente in die Richtung schwerer Magnetisierung magnetisiert.
Es wird des weiteren angenommen, dass der verbleibende Abschnitt 3 des Schieberegisters sich ursprünglich in dem Zustand "0" befindet, wie dies durch die positiven Vorzeichen an den linken Klemmen der Spulenwicklungen angegeben ist.
Der Grundvorgang beim Verschieben von Information von einem Abschnitt zum nächsten im Register der Fig. 3 besteht darin, bestimmte Elemente des einen Abschnittes in die Richtung schwerer Magnetisierung zu bringen, um einen Strom zu erzeugen, und gleichzeitig bestimmte Elemente des nächsten Abschnittes freizugeben, damit diese durch den erwähnten Strom gekippt werden können. Die Verschiebungsströme werden den Spulenwicklungen eines Drahtpaares zugeführt, das mit einer Ausgangsklemme eines Abschnittes des Schieberegisters verbunden ist, um die magnetischen Überzüge dieses Drahtpaares in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit zu bringen.
Gleichzeitig werden Felder von Verschiebungsströmen von den WicKlungen eines Drahtpaares entfernt, das mit einer Eingangsklemme des nächstfolgenden Kreuzgliedabschnittes verbunden ist, so dass im vorangehenden Abschnitt erzeugte Ströme die Magnetisierung der freigegebenen Elemente in eine Richtung kippen können, die für die Polarität der vorangegangenen leichtem Magnetisierung in dem Steuerabschnitt bezeichnend ist. Die Verschiebungsströme der Spulenwicklungen können von Verschiebungskreisen erhalten werden, wie diese in Fig. 4 dargestellt sind und noch beschrieben werden.
Die Kreise der Fig. 4 erzeugen Ausgangsverschiebungsströme für alle Spulenwicklungen; Fig. 5 zeigt die Wellenformen der Verschiebungsströme für die Abschnitte 1 und 2 des Schieberegisters. Gemäss Fig. 5 hat jedes Verschiebungssignal zwei Amplituden, von denen die grössere ein Verschiebungssignal darstellt, das die magnetischen Bezirke in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit dreht, und von denen die kleinere Amplitude das Verschiebungssignal darstellt, das ein Kippen in die Richtung leichter Magnetisierbarkeit ermöglicht.
Die erste Stufe des Verschiebungsvorganges umfasst das Anlegen eines Verschiebungsstromes zum Zeitpunkt Tl an die Spulen der Elemente Al und Cl, um einen Strom zum Knoten w und von dort in den Abschnitt 2 fliessen zu lassen, wo der Strom Felder in den ÜberzügenderElementeA und B erzeugt. Diese Felder kippen die Elemente A und B2 in die Richtung leichter Magnetisierbarkeit.
Die Elemente A2 und Bz befindcn sich nun im Zustand"l"auf Grund der kippenden Felder, so dass eine Spannung einer Polarität, die dieselbe ist, wie diese für den Abschnitt 1 in den Zeichnungen angegeben ist, erzeugt wird, wenn die Elemente später in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit gebracht werden.
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an die Elemente B und D, und zum selben Zeitpunkt werden die Verschiebungssignale von den Elementen C2 und D2 entfernt.
Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die im steuernden Abschnitt 1 erzeugte Spannung einen Strom, der zum Knoten x und von dort zum gesteuerten Abschnitt 2 fliesst, wo er
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ist nun frei, wobei alle Speicherelemente in der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit bereitgehalten werden, um einen neuen Informationsschritt zu empfangen. Die "1", die im Abschnitt 1 war, ist nun im Abschnitt 2 gespeichert.
Der Steuerstrom vom Kreuzglied des Abschnittes 1 fliesst nicht über den gesteuerten Abschnitt 2.
Der Grund besteht darin, dass das abgeglichene Brückenkreuzglied Spannung an den Knoten y und z erzeugen lässt, die im wesentlichen dieselbe Grösse haben, so dass kein Steuersignal an den Abschnitt 3 gekoppelt wird.
Gleichermassen erzeugen Rückströme vom Abschnitt 2 zum Abschnitt 1 gleiche Spannungen an den Knoten u und v, so dass dort keine rückwärtige Ausbreitung der Information, die im Abschnitt
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1 gespeichert worden ist, auftritt.
Ein weiterer Vorteil wird durch die Kreuzglieder erreicht. Rückströme, die an einem dem steuernden und gesteuerten Abschnitt, z. B. Abschnitte 1 und 2, gemeinsamen Knoten auftreten, werden i1TI steuernden Abschnitt 1 zwischen zwei Speicherelementen aufgeteilt, die in der Lage leichter Magnetisierbarkeit bleiben. Die Wirkung eines solchen Rückstromes wird dadurch wesentlich verringert, insoweit als es die in Ruhe befindlichen Speicherelemente im steuernden Abschnitt betrifft. Die einzig mögliche Wirkung des Rückstromes würde darüber hinaus darin bestehen, die Polarität der Magnetisierung in Richrung leichter Magnetisierbarkeit in einem in Ruhe befindlichen Element zu ändern, jedoch werden die in Ruhe befindlichen Elemente nicht schnell von einer Polarität der leichten Magnetisierung in die andere umgeschaltet.
Demgemäss besteht praktisch keine Gefahr eines unerwünschten Schaltens imAbschnitt 1.
Gleichermassen können dem Abschnitt 2 zugeführte Steuerströme die magnetischen Bezirke nur in den Speicherelementen kippen, in denen der Verschiebungsstrom entfernt worden ist. Die Steuerströme sind nicht ausreichend, um andere Elemente zu beeinflussen, in denen der Steuerstrom die Bezirke in der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit hält.
In der nächsten Phase des Betriebes des Schieberegisterswird die"l", vom Abschnitt 2 in den Abschnitt 1 in den Zeiträumen Tg, T , T verschoben. Eine neue Information wird in den Abschnitt von nicht dargestellten Einschreibehreisen eingebracht. Dieser Vorgang erfolgt in derselben Weise, wie dies für das Verschieben der "1" vom Abschnitt 1 in den Abschnitt 2 soeben beschrieben worden ist.
Während der Verschiebung vomAbschnitt 2 zum Abschnitt 3 koppeln die Leitungen 33 und 36 kreuzweise die Steuerströme vom Knoten y zum Knoten v'und vom Knoten z zum Knoten u'. Diese Kreuzverbindung, die für die grundlegende Arbeitsweise der erfindungsgemässen Anordnung nicht wesentlich ist, ist eingeführt worden, um eine Möglichkeit zu erläutern, in der eine binäre Information im Schieberegister umgekehrt, d. h. komplementär gemacht werden kann.
Somit fliesst nach dem Zeitpunkt T ein Steuerstrom vom Knoten y zum Knoten v'und von dort über die Elemente es und D, die noch durch den Verschiebungsstrom in Richtung der schweren Magnetisierbarkeit gehalten werden. Nach den Elementen es undD fliesst der Steuerstrom durch die Elemente As und B,, von denen der Verschiebungsstrom entfernt wird. Der Steuerstrom fliesst somit durch die zuletzt genannten Elemente in entgegengesetzter Richtung in bezug auf die Richtung, in der der Strom in den entsprechenden Elementen des Abschnittes 2 während der Verschiebung vom Abschnitt 1 zum Abschnitt 2 floss.
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Elementen A2 und C2 vorgeherrscht hat. Die Elemente Ag und B befinden sich nun im Zustand "0".
In gleicher Weise fliesst der Steuerstrom in der nächsten Betriebsphase vom Knoten z zum Knoten u', um die Elemente C und D in den Zustand "0" der leichten Magnetisierbarkeit zu kippen. Somit wird die"l", die im Abschnitt 2 gewesen ist, in den Abschnitt 3 in ihrer komplementären Form, d. h. als"0", übertragen. Während der nächsten beiden Phasen des Verschiebungsvorganges wird die "0"im Abschnitt 3 in den Abschnitt 4 verschoben und der Abschnitt 3 wird in seinem freien Zustand bereitgehalten, um eine neue Information zu empfangen.
Die Fig. 4zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung, die verwendet werden kann, um vierphasige Verschiebungssignale zuzuführen, die verwendet werden, um die verschiedenen Spulenwicklungen A-D in jedem Kreuzglied des Schieberegisters nach Fig. 3 zu erregen. Ein Oszillator 37 liefert zyklisch Impulse zu vier logischen UND-Toren 38 - 41 in den Einstell- und Rückstelleingangskreisen von zwei Flip-Flop-Schaltungen 42 und 43.
Die UND-Tore können von bekannter Art sein und erzeugen ein. Ausgangssignal beim gleichzeitigen Auftreten von Signalen an den beiden Eingängen. Die Flip-Flop-Schaltungen 42 und 43 sind ebenfalls von bekannter Art und können z. B. bistabile Multivibratoren sein.
Die Ausgänge"l"und"0"der Flip-Flop-Schaltung 43 werden an die Rückstell- und Einstelleingänge der Flip-Flop-Schaltung 42 durch die UND-Tore 38 und 39 gelegt. Die Umkehrung der Rückkopplungsverbindungen von der Flip-Flop-Schaltung 43 zu den Eingangsverbindungen der FlipFlop-Schaltung 42 führt dazu, dass die Flip-Flop-Schaltungen abwechselnd ausgelöst werden, so dass jeder Ausgang jeder Flip-Flop-Schaltung Spannungsübergänge bei einer Frequenz aufweist, die die Hälfte der Oszillatorfrequenz ist, wobei die zwei Flip-Flop-Kreise um ein Zeitintervall in der Phase verschoben sind, das gleich der Schwingungsdauer des Oszillators ist.
Vier Spulensteuerschaltungen 46 - 49 empfangen Ausgangssignale von den Flip-Flop-Schaltungen
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42 und 43 und erzeugen die in Fig. 5 dargestellten Verschiebungssignale. Die A-Steuerschaltung 46 ist im einzelnen dargestellt und die andern Steuerschaltungen haben dieselbe Ausbildung. In jeder Steuerschaltung sind zwei Transistoren 50 und 51 in Emitter-Differenzialverstärkerschaltung angeordnet. Die Emitter der beiden Transistoren sind zusammengeschaltet und über einen veränderbaren Widerstand 52 mit einer negativen Potentialquelle 53 verbunden, die schematisch durch ein Minuszeichen im Kreis dargestellt ist. In Übereinstimmung mit der üblichen Bezeichnung weisen in dieser Art dargestellte Quellen eine Rückführklemme zur Erde auf.
Eineandere negative Potentialquelle 56 ist mit der Basis des Transistors 50 verbunden und eine dritte Quelle 57 ist über einen Widerstand 58 an die Basis des Transistors 51 angelegt. Die Quellen 56 und 57 haben dieselbe Spannung und diese Spannung ist üblicherweise kleiner als die Klemmen- spannung der Klemme 53. Somit ist der Transistor 50 normalerweise nichtleitend, wenn keine zu- sätzlichen Eingangssignale auftreten. Der Kollektor des Transistors 50 ist mit Erde über eine Spule 60 verbunden, welche die schematische Darstellung aller Spulenwicklungen A der abwechselnden, z. B. ungeradzahligen, in Reihe geschalteten Schieberegisterabschnitte ist.
Der Kollektor des Transistors 51 ist gleichermassen mit Erde über die Spule 61 verbunden, die schematisch die in Reihe geschalteten Spulenwicklungen aller Speicherelemente B der dazwischen liegenden, z. B. geradzahligen, Abschnitte darstellt. Die Steuerschaltung 49 steuert die Spulen der Elemente D in gleicher Weise. Die Steuerschaltungen 47 und 48 sind ebenfalls der Steuerschaltung
46 gleich, jedoch hat es sich als zweckmässig herausgestellt, dass die B-C-Steuerschaltung 47 die ungeradzahligen Spulen B und die geradzahligen Spulen C steuert, während die C-B-Steuerstufe
48 die ungeradzahligen Spulen C und die geradzahligen Spulen B steuert.
Eine Leitung 59 verbindet den Ausgang "1" der Flip-Flop-Schaltung 42 mit der Basis des
Transistors 51. Wenn sich die Flip-Flop-Schaltung 42 im Zustand "1" befindet, wird eine posi- tive Spannung an die Leitung 59 zur Basis des Transistors 51 zum Vorspannen dieses Transistors in den leitfähigen Zustand angelegt. Da angenommen wurde, dass der Transistor 51 ursprünglich leitend ist, tritt noch keine Änderung auf. Wenn die Flip-Flop-Schaltung 42 in den Zustand "0" übergeht, spannt das sich ergebende negative Signal den Transistor 51 in den Zustand "aus" und ermöglicht, dass der Transistor 50 zu leiten beginnt.
Der letztere Vorgang findet zum Zeitpunkt Tl gemäss Fig. 5 statt. Der gesamte Strom für den
Transistor 50 muss notwendigerweise vom Transistor 51 abgenommen werden und dieser letztere
Transistor wird deshalb stärker in den nichtleitenden Zustand gebracht. Nach dem Rückstellen der Flip-
Flop-Schaltung 42 in den Zustand "1" werden die Transistoren 50 und 51 in ihre ursprünglichen
Leitungszustände zurückgebracht. Wenn der Transistor 50 leitend ist, sinddieA-Spulenwicklungen 60 aller ungeradzahligen Abschnitte im Schieberegister der Fig. 3 erregt, und wenn der Transistor 51 lei- tend ist, sind die A-Spulen 61 aller geradzahligen Abschnitte des Schieberegisters erregt.
Eine Leitung 62 verbindet den Ausgang "1" der Flip-Flop-Schaltung 43 zum Betätigen der
D-Steuerschaltung 49, um abwechselnd die Spulenwicklungen D der ungeradzahligen und der geradzahligen Abschnitte des Schieberegisters zu erregen. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist zu sehen, dass innerhalb eines besonderen Abschnittes des Schieberegisters die Spulen A und D für zwei Zeitabschnitte abgeschaltet werden, dass jedoch die Betätigungen dieser Spulen in bezug zueinander um einen einzelnen Zeitausscimitt verschoben sind.
Die B-C-Steuerschaltung 47 wird durch Signale betätigt, die von den Leitungen 59 und 61 über ein UND-Tor 63 angekoppelt werden. Die Steuerschaltung B-C empfängt somit ein Eingangssignal vom Tor 63 während der einzelnen Zeitausschnitte in jedem Arbeitszyklus der Flip-Flop-Schaltungen 42 und 43, wenn beide Steuerschaltungen A und D auch Eingangssignale empfangen. Dieser Zeitausschnitt ist das Intervall zwischen den Zeitpunkten T und T3 gemäss Fig. 5.
In gleicher Weise empfängt die C-B-Steuerschaltung 48 Eingangssignale von der Leitung 59 oder der Leitung 62 über ein ODER-Tor 66 während jedes der drei Zeitausschnitte in einem Arbeitszyklus, wenn wenigstens eine der Steuerschaltungen A oder D ein Eingangssignal empfängt. Die Steuerschaltung C-B empfängt kein Eingangssignal während des einzelnen Zeitausschnittes, wenn weder die Steuerschaltung A noch die Steuerschaltung D ein Eingangssignal empfängt. Jede der Steuerschaltungen 46 - 49 erregt abwechselnd ihre beiden Sätze von Spulenwicklungen der ungeradzahligen und geradzahligen Abschnitte des Schieberegisters.
Es ist festgestellt worden, dass in den Steuerschaltungen der beschriebenen Art die Übertragung des leitfähigen Zustandes von einem zum andern Transistor in einer im wesentlichen linearen Weise stattfindet. Der Widerstand 52 kann eingestellt werden, um die Stromamplitude in den Spulenwicldu. 1gen
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zu ändern und somit die Stromamplitude zu steuern, bei der der abfallende Strom in einem Transistor während eines Überganges des leitenden Zustandes gleich dem ansteigenden Strom im andern Transistor ist.
Es wurde festgestellt, dass diese Einstellung einen optimalen Wert hat, wenn die Steuerschaltungen verwendet werden, um die Spulenwicklungen in einem Schieberegister der in Fig. 3 dargestellten Art zu erregen. Somit ist festgestellt worden, dass, wenn ein magnetisches Element der z. B. in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art zwischen der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit und der Richtung leichter Magneti- sierbarkeit hin und her verschoben wird, ein kleiner Bereich des ansteigenden Verschiebungssuomes ID vorhanden ist, innerhalb dessen die induzierte Spannung und der resultierende Strom Spitzenwerte errei- chen und das wirkungsvollste Verschieben in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit stattfindet.
Gleichermassen ist ein kleiner Bereich eines abfallenden Verschiebungsstromes vorhanden, in dem das magnetische Element viel mehr für die Kippsignale aufnahmefähig ist, als dies während anderer Be- reiche der Fall ist. Durch Einstellen des Widerstandes 52 auf einen optimalen Wert, so dass der wir- kungsvollste Übergangsbereich der gesteuerten Elemente mit dem wirkungsvollsten Kippbereich der gesteuerten Elemente zeitlich im wesentlichen zusammenfällt, wird eine wirkungsvolle Arbeitsweise er- reicht, bei der das Schieberegister noch unempfindlicher gegen Rauschstörungen als üblich ist.
Bevor beispielhafte Ausführungsformen von Abänderungen der Steuerschaltungen nach Fig. 4 betrach- tet werden, sollen in Fig. 6 die Ausgangsspannungen berücksichtigt werden, die zwischen den Ausgangs- knoten w und x des Kreuzgliedes in Fig. 3 in den beiden ; Steuerphasen erzeugt werden, wenn die Ele- mente Al und Cl in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in einer Betriebsphase und nachfolgend die Elemente Bl und D in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit gebracht werden.
Dieser Vorgang erzeugt einen schmalen positiven Impuls unmittelbar nach dem Zeitpunkt T, und einen schmalen negativen Impuls unmittelbar nach dem Zeitpunkt T,. Diese beiden schmalen Impulse haben einen Abstand voneinander von wenigstens dem gesamten Zeitausschnittintervall zwischen den Übergängen der Ausgangsspannung von den Verschiebungsschaltungen der Fig. 4.
Die Ausgangswelle der Fig. 6 ist typisch für Schieberegister der hier beschriebenen Art, die bei etwa 125 kHz arbeiten. Es ist offensichtlich, dass, wenn es erwünscht ist, das Schieberegister bei einer viel höheren Geschwindigkeit arbeiten zu lassen, es lediglich notwendig ist, geeignete Änderungen der Betriebsfrequenz der Steuerschaltungen in Fig. 4 durchzuführen, so dass die Impulse näher zusammengebracht werden. Bei Verwendung dieses Verfahrens zur Beschleunigung der Verschiebungsschaltungen arbeitet das Register der Fig. 3 gut im mHz-Bereich.
In Fig. 7 ist eine Anordnung zum Zusammenfassen und Ausbreiten dargestellt, die mit magnetischen Speicherelementen gemäss der Erfindung hergestellt werden kann. Der Abschnitt 1 enthält drei magnetische Speicherkreise 67, 68 und 69 in der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Kreuzgliedausbildung. Diese Kreise können Eingangssignale von beliebigen getrennten, nicht dargestellten Quellen empfangen. Die Ausgangsverbindungen sind im Vielfach an den Eingang eines andern Kreuzgliedes 70 angelegt, das den Abschnitt 2 enthält.
Das Ansprechen des Abschnittes 2 in Fig. 7 ist dem des Abschnittes 2 in Fig.'3 sehr ähnlich, jedoch wird in diesem Falle das Kreuzglied 70 auf alle Eingangssignale von den Kreuzgliedern 670. 69 ansprechen. Somit kann gesagt werden, dass das Kreuzglied 70 auf die"Stimmenmehrheit"der einzelnen Ausgänge von den Schaltungen, die im Vielfach mit dem Eingang des Kreuzgliedes 70 verbunden sind, anspricht.
Ein Nebensprechen zwischen den Eingangssignalquellen für die Kreuzglieder 67 - 69 als Ergebnis der im Vielfach zusammengeschalteten Ausgänge tritt nicht auf, da jedes Kreuzglied eine abgeglichen Brückenschaltung ist, und ein Signal, das in Form eines Nebensprechens an den Ausgangsanschluss eines der Kreuzglieder 67 - 69 angelegt wird, daher nicht in der Lage ist, ein entsprechendes Signal an den Eingangsklemmen desselben Kreuzgliedes zu erzeugen.
Der Ausgang vom Abschnitt 2, d. h. vom Kreuzglied 70, wird aufgeteilt und an drei weitere Kreuzglieder 71,72 und 73 angelegt, die den Abschnitt 3 der Schaltung in Fig. 7 bilden. Die
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- 73der Weise geschaltet, dass jedes Kreuzglied auf den Ausgang des Kreuzgliedes 70 aspricb. Das Kreuzglied 70 ist mit über Kreuz geschalteten Eingangsleitungen 33 und 36 versehen, so dass das Kreuzglied das Komplement der durch das Kreuzglied 70 verschobenen Information empfängt.
Zwischen den Abschnitten 2 und 3 ist keine Verstärkung erforderlich, da der vom Kreuzglied 70 erzeugte Ausgangsimpuls, wenn zwei seiner Elemente in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit gegebracht werden, relativ viel grösser als das Kippsignal ist, das erforderlich ist, um eines der Elemente im
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Bei einer Ausführungsform, die praktisch erprobt wurde, hat sich herausgestellt, dass ein Kreuzglied, z. B. das Kreuzglied 70, einen Ausgangsstromimpuls von etwa 12 bis 14 mA erzeugt, während ein Strom von nur etwa 1 mA erforderlich ist, um ein zuverlässiges Kippen eines einzelnen magnetischen Elementes der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Art zu bewirken. Der Ausgang des Kreuzgliedes 70 in Fig. 7 kann somit leicht die sechs magnetischen Elemente in den Kreuzgliedern 71 - 73 kippen, was während einer Phase des Verschiebungsvorganges geschehen muss. Mehr als drei Ausgangsabschnitte sind durch einen einzelnen Eingangsabschnitt ohne zusätzliche Verstärkung betrieben worden.
Fig. 8 zeigt'eine Abänderung der Steuerschaltungen nach Fig. 4, die in Verbindung mit einem nicht löschenden parallelen Ablesen von dem Schieberegister der Fig. 3 verwendet werden kann. Für diesen Zweck wird die in den ungeradzahligen Abschnitten gespeicherte Information zu den geradzahligen Abschnitten verschoben und das parallele Ablesen wird von einem oder mehreren der Elemente A und D in jedem ungeradzahligen Abschnitt erreicht. Des weiteren wird durch entsprechende Abänderung der Verschiebungsschaltungen nach Fig. 4 die Information in den geradzahligen Abschnitten in der umgekehrten Richtung zurück in die ursprünglichen ungeradzahligen Abschnitte verschoben.
Aus der Anordnung nach Fig. 3 ist die folgende Tabelle abgeleitet worden, um Vorgänge zu vergleichen, die in den Abschnitten 1 und 2 für das Vorwärts- und Rückwärtsverschieben der im Abschnitt 2 gespeicherten Information ausgeführt werden.
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<tb>
<tb>
Verschiebungs-Steuern <SEP> in <SEP> Rich-Freigeben <SEP> in <SEP> Richphase <SEP> tung <SEP> schwerer <SEP> Ma-tung <SEP> leichter <SEP> Magnetisierbarkeit <SEP> gnetisierbarkeit
<tb> Vorwärtsverschiebung <SEP> 1 <SEP> A2'C2 <SEP> A. <SEP> B <SEP>
<tb> Ablesen <SEP> von <SEP> Ab- <SEP>
<tb> schnitt <SEP> 2 <SEP> zu <SEP> Ab- <SEP>
<tb> schnitt <SEP> 3 <SEP> und <SEP> 2 <SEP> B2'2 <SEP> Cl' <SEP> i
<tb> Einschreiben <SEP> in
<tb> Abschnitt <SEP> 1 <SEP>
<tb> Rückwärtsverschiebung <SEP> 1 <SEP> Az-Ba <SEP> Aig <SEP> ci <SEP>
<tb> Einschreiben <SEP> in
<tb> Abschnitt <SEP> 1 <SEP> von <SEP> 2 <SEP> C, <SEP> D <SEP> B <SEP> , <SEP> D <SEP>
<tb> Abschnitt <SEP> 2
<tb>
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tung 48. Die Betätigungssignale für die Tore 76-79 werden durch die Ausgänge "1" und "0" des Flip-Flop-Kreises 42 erzeugt.
Der Ausgang "1" des Flip-Flop-Kreises 42 wird an die Tore 77 und 79 angelegt, um diese zu veranlassen, die Ausgänge der Tore 63 und 66 an die Steuerschaltungen 47 und 48 für einen Betrieb in derselben Weise, wie dies vorstehend in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben worden ist, zu koppeln. Der Ausgang "0" des Flip-Flop-Kreises wird jedoch angelegt, um die Tore 76 und 78 zu betätigen, wenn der Flip-Flop-Kreis zum Koppeln der Tore 63 und 66 an die Steuerschaltungen 48 und 47 zurückgestellt wird.
Das Ergebnis dieses Schaltens an den Punkten 80 und 81 in den Ausgängen der Tore 63 und 64 besteht darin, dass die Phasen des Schiebevorganges verschoben werden. Wenn somit z. B. eine "1" im Abschnitt 1 des Schieberegisters in Fig. 3 gespeichert. wird, wird diese während der ersten zwei Verschiebungsphasen in den Abschnitt 2 in der vorher beschriebenen Weise übertragen. Beim Beginn der
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Verschiebungsphase werden die Anschlüsse an den Punkten 80 und 81 in Fig. 4 jedoch durch die"l", die eben in den Abschnitt 2 verschoben worden ist, zurück in den Abschnitt 1 verschoben wird, anstatt in Vorwärtsrichtung in den Abschnitt 3 geschoben zu werden.
Die Ausgangssignale können an parallelen Ableseklemmen 31 der Fig. 3 abgenommen werden. Die- se stellen die in einem besonderen Abschnitt des Schieberegisters gespeicherte Information dar, wenn die
Information in den nächstfolgenden Abschnitt verschoben wird. Dieselbe Information kann danach wäh- rend der soeben beschriebenen Rückwärtsverschiebung zurückgebracht werden. Eine zusätzliche Verstär- kung ist für dieses parallele Ablesen vom Register nicht erforderlich, da aus den vorher im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausbreitungsschaltungen in Fig. 7 genannten Gründen genügend Energie vorhan- den ist.
Wenn es erforderlich ist, ein paralleles Ablesen nur zu bestimmten ausgewählten Zeitpunkten vorzunehmen, kann eine zusätzliche Steuerschaltung der in Verbindung mit Fig. 9 zu beschreibenden Art in die Betätigungseingangsanschlüsse zu den Toren 76-79 eingesetzt werden, um die Auswahl solcher Zeitpunkte zu ermöglichen.
Fig. 9 zeigt eineweitereAbändemng derSteuerschaltungen nach Fig. 5, die zum Umkehren der Nachricht verwendet werden kann, die durch das Register der Fig. 3 verschoben wird. Es ist vorher im Zusammenhang mit den Leitungen 33 und 36 in Fig. 3 erläutert worden, wie Signale umgekehrt werden können, um das Komplement einer binären Information zu bilden. In einigen Fällen ist es zweckmässig, das Komplement eines gesamten Wortes parallel erhalten zu können, indem gleichzeitig alle Schritte in einem Wort umgekehrt werden. Fig. 9 zeigt einen Weg, auf dem die Schaltungen nach Fig. 4 in einfacher Weise geändert werden können, um die gewünschte Umkehrung zu erreichen. Hier sind wieder nur die ge- änderten Teile der Fig. 4 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die vorangehende Beschreibung der Umkehrleitungen 33 und 36 ist darauf hinzuweisen, dass die Inversion durch Umkehrung der Phasenfolge erreicht wird, in der die Drahtpaare eines gespeicherten Abschnittes in einem Schieberegister in die Richtung leichter Magnetisierbarkeit umkippen können. In Fig. 3 wurde die Umkehrfolge durch Kreuzen der Leitungen zwischen den Abschnitten erreicht. Fig. 9 zeigt eine'Anordnung zum Umschalten der Phasen der bestimmten Verschiebungssignale.
Vier UND-Tore 89 - 92 sind in Fig. 9 an den Schaltungspunkten 87 und 88 der Fig. 3 vorgesehen, um das Anlegen von Signalen von den Flip-Flop-Kreisen 42 und 43 zu den Leitungen 59 und 62 zu steuern. Eine Steuerimpulsquelle 93 legt eine Triggerschaltung an die Einstell-undRückstell- eingänge einer Flip-Flop-Schaltung 97 an. Die Quelle 93 kann z. B. die Zeitbasisschaltung in einer Rechenanlage sein und sie erzeugt Impulse, wenn eine Komplementierung erwünscht ist.
Im Einstellzustand des Flip-Flop-Kreises 97 wird ein Ausgang "1" angelegt, um die Tore 89
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"1" derNunmehr werden die Leitungen 59 und 62 mit den Schaltungspunkten 88 und 87 verbunden. Falls eineBetätigungindemZeitintervallzwischenT1undT3inFig. 4angenommenwird,wenndieTore 90 und 92 betätigt sind, werden die Elemente C2 und D2 im Zeitpunkt T unJdieElemente Az und B, zum Zeitpunkt T, freigegeben.
Dies ist die Umkehrung der Reihenfolge, in der die Elemente eines gespeicherten Abschnittes in dem normalen Betrieb freigegeben werden, und dieses erzeugt die umgekehrte Speicherung. Ein zweiter Impuls von der Quelle 93 zum Zeitpunkt T stellt den ursprünglichen, im Zusammenhang mit Fig. 4
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Kreis 97 dargestellte Schaltungsart kann auch, wie vorstehend bemerkt worden ist, verwendet werden, um Zeitpunkte für das Zuführen von Umschaltsignalen zu den Toren 76 - 79 in Fig. 8 auszuwählen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuerbarer magnetischer Speicher mit wenigstens einem Draht, der Ein- und Ausgangsklemmen aufweist, und wenigstens zwei anisotropen magnetischen Elementen, die in einer Richtung leicht und in einer andern Richtung schwer magnetisierbar sind, wobei die magnetischen Bezirke der magnetischen Elemente in die Richtung leichter Magnetisierbarkeit kippbar sind, wenn kein Magnetfeld in der Richtung schwerer Magnetisierbarkeit vorhanden ist,
und wobei eine starke magnetomotorische Kraft für das Umschalten oder Drehen der Bezirke aus der Richtung leichter Magnetisierbarkeit in die Richtung schwerer Magnetisierbarkeit und nur eine schwache magnetomotorische Kraft für das Kippen der Bezirke in eine vorbestimmte Polarität in Richtung der leichten Magnetisierbarkeit nach Aufhebung der starken magnetomotorischen Kraft in Richtung schwerer Magnetisierbarkeit erforderlich ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass die anisotropen magnetischen Elemente (21) hintereinander mit wenigstens je einem Teil des Drahtes (20 bzw.
A, B, C, D) gekoppelt sind und dass eine Steuereinrichtung zum Anlegen eines zum selektiven Umschalten eines der magnetischen Elemente in den Zustand schwerer Magnetisierbarkeit ausreichenden Magnetfeldes vorgesehen ist, so dass im Draht ein Strom induziert wird, der auf das andere magnetische Element eine im Sinne des Kippens wirkende magnetomotorische Kraft ausübt, wobei die Steuereinrichtung auch zum im wesentlichen gleichzeitigen Abschalten einer starken magnetomotorischen Kraft in diesem andern magnetischen Element eingerichtet ist, so dass dieses magnetische Element nach der Abschaltung der magnetomotorischen Kraft unter dem Einfluss der im Sinne des Kippens wirkenden magnetomotorischen Kraft aus deren Magnetisierungszustand schwerer Magnetisierbarkeit in den Zustand leichter Magnetisierbarkeit übergehen kann.