DE1074297B - Matrixspeichervorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine MatrixspeichervoTT\cb.tu.ng mit einer Vielzahl von Speicherelementen aus magnetischem Material mit hoher Remanenz.

Bei bekannten Vorrichtungen ,dieser Art sind die Speicherelemente magnetisch mit je einem Leiter einer ersten Gruppe und einem Leiter einer zweiten Gruppe gekoppelt, und es sind Mittel vorgesehen zum Ändern des magnetischen Zustandes eines bestimmten Spedcherelementes durch Änderung des elektrischen Zustandes der mit diesem Speicherkern gekoppelten Leiter der einen und der anderen Gruppe. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird zu gleicher Zeit ein Impuls den beiden mit 'diesem Kern gekoppelten Leitern zugeführt, derart, daß der doppelte Impuls den Remanenzzttstand des betreffenden Kernes ändern kann, während die Kerne, die mit nur einem stromführenden Leiter gekoppelt sind, von diesem Strom nicht beeinflußt werden dürfen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in der Praxis dennoch eine gewisse Beeinflussung dieser letzteren Kerne erfolgen kann, wodurch eine Störung der Speicherwirkung auftritt.

Die Erfindung behebt diesen Nachteil. Bei der Matrixspeichervorrichtung nach der Erfindung wird eine derartige unerwünschte Beeinflussung der Elemente, die mit nur einem stromführenden Leiter gekoppelt sind, dadurch verhütet, daß sämtliche Leiter in sich kurzgeschlossen sind, mit Ausnahme der beiden Leiter, die mit dem betreffenden Speicherelement, dessen magnetischer Zustand geändert werden muß, gekoppelt sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anzahl Speicherelemente JCIl, K12, K13 . . . K32, K33 aus magnetischem Material mit rechteckiger Hystereseschleife, die gemäß einer Matrix angeordnet sind. Sämtliche Kerne je einer waagerechten Zeile sind mit je einem waagerechten Leiter "ff 1, H2 und H 3 und sämtliche Kerne je einer senkrechten Spalte mit je einem senkrechten Leiter Vl, V2 und V3 gekoppelt. Die Enden der Leiter sind an einem Rahmen GR aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer, angeschlossen. In Reihe mit den Leitern sind Schaltkontakte CiJl, CH2 und CH3 bzw. CVl₁ CV2 und CV3 geschaltet, die in der Zeichnung als mechanische Kontakte angegeben sind, jedoch in der Praxis als elektronische Schalter ausgebildet sind. Die Kontakte sind normalerweise geschlossen, so daß die Leiter CHl, CH 2 usw. über diese Kontakte und den Rahmen Gi? 50 in sich kurzgeschlossen sind. Die Schalter können beispielsweise aiUs Transformatoren bestehen, deren Primärwicklung aus den Leitern Hl, H 2 usw. besteht, während eine zweite Wicklung kurzgeschlossen ist, Matrixspeichervorrichtung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 17. Oktober 1957

Jean Francois Marchand, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

beispielsweise über einen Transistor, derart, daß der Innenwiderstand der Transistoren nach der Seite der Matrix (Leiter Hl₁ H2 . . .) herabtransformiert wird. Der, Kurzschluß kann dabei dadurch aufgehoben werden, daß die Transistoren nichtleitend gemacht werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Hystereseschleife a, b, C₁ d, e, f, g, H₁1₁ α eines magnetischen Materials, das in den Kernen KIl₁ K12 usw. Anwendung finden kann. Die Kerne können sich je in einem Zustand positiver magnetischer Remanenz P oder aber negativer Remanenz N befinden, welche Zustände beispielsweise den Binärziffern 1 und 0 entsprechen.

Bei bekannten Matrixspeicherschaltungen fehlen die Kurzschlußkontakte CHl₁ CH2 usw. Ein bestimmter Kern, beispielsweise K 22, kann dabei dadurch in einen bestimmten Remanenzzustand, beispielsweise in den Zustand P, gebracht werden, daß gleichzeitig ein Stromimpuls / dem waagerechten Leiter CH2 und dem senkrechten Leiter CV 2 zugeführt wird. Am Kern K22 wirkt dabei der doppelte Impuls 21. Befand der Kern sich im Zustand N₁ so wird der Zweig a, b, c, d, e, f der Hystereseschleife durchlaufen, wodurch der Kern in den Zustand P übergeht. Auf die Kerne K 21, K23, K12 und K32 wirken dabei nur die einzelnen Impulse/. Dabei soll der magnetische Zustand dieser

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Kerne unter der Einwirkung des einzelnen Impulses / Magnetisierung in einem Kern weist nämlich eine gesich nicht ändern. Dies bedeutet, daß der Sättigung^- wisse Trägheit auf, und zwar ist die Umklappgebereich a-b der Magnetisierungskurve verhältnismäßig schwindigkeit nicht proportional der Höhe des Imgroß sein muß und insbesondere, daß die Stromstärke pulses, sondern abhängig von der Impulsamplitude IK, die dem »Knick« b der Magnetisierungskurve ent- 5 und einem der Koerzitivkraft entsprechenden konspricht, größer als die Impulsstärke/ sein muß. Es stanten Wert. Dies bedeutet, daß die Umklappmüssen somit verhältnismäßig hohe Anforderungen geschwindigkeit schneller als proportional mit der in bezug auf die Form der Hystereseschleife erfüllt Impulsamplitude zunimmt.

werden, wodurch das Material verhältnismäßig teuer Das Abfragen der Information aus einem bestimmist. Die Hystereschleife nach Fig. 2 wird der gestellten io ten Kern, beispielsweise K22, kann entsprechend erAnforderung nicht gerecht, denn bei ihr ist die Im- folgen. In diesem Falle werden die Leiter H 2 und V 2 pulsstärke / größer als der Strom IK, der dem Knick b mit einer Quelle entgegengesetzten Vorzeichens wie in der Hystereseschleife entspricht. Hierbei soll be- beim Einspeichern verbunden. Befindet sich der Kern merkt werden, daß in der Praxis die »Knicke« b nnug K22 im Zustand 1, so geht dieser Kern in den Zuim allgemeinen weniger scharf verlaufen können, als 15 stand 0 über, wobei ein Leseimpuls einem nicht darin der Zeichnung dargestellt ist. gestellten, mit sämtlichen Kernen gekoppelten Hilfs-

Die Kerne K21, K23, K12 und K32, die nur den leiter entnommen werden kann. Eine Änderung des einzelnen Impuls/ empfangen, werden somit unter magnetischen Zustandes der Kerne K21, K23, K12 der Einwirkung dieses Impulses bei der dargestellten und K32 wird in diesem Falle durch das Auftreten Form der Hysteresekurve über den Zweig a-b-c-j aus- 20 von Reaktionsströmen in den übrigen in sich kurzgesteuert und kehren mithin nach beendetem Impuls geschlossenen Leitern verhütet, ebenso wie beim Speinicht in den Nullzustand N zurück, sondern nehmen ehern der Information.

den Zustand; an. Mit anderen Worten, der Nullzu- Bei der beschriebenen Vorrichtung wird die Infor-

stand ist gestört, was unerwünscht ist. mation gespeichert oder abgefragt, indem gleichzeitig

Wenn auf entsprechende Weise bei der Vorrichtung 25 den beiden mit einem bestimmten Kern gekoppelten nach Fig. 1 in den Kern K22 die Binärziffer 1 einge- Leitern ein Impuls zugeführt wird. Es hat sich jedoch schrieben werden muß, werden die Schaltkontakte auch als möglich erwiesen, den Remanenzzustand eines CH2 und CV2 in den Arbeitszustand umgelegt, wo- bestimmten Kernes, beispielsweise K22, in den entdurch die Leiter H2 und V2 mit der Impulsquelle IB gegengesetzten Zustand übergehen zu lassen, dadurch, verbunden werden. Dies hat zur Folge, daß der Kern 30 daß ein Impuls nur einem der Leiter H2 und V2, bei-/C22 ebenso wie im vorstehend beschriebenen Falle spielsweise dem Leiter H2, zugeführt wird, während unter der Einwirkung des doppelten Impulses 2/ den der Kurzschluß des anderen Leiters V2 beseitigt wird. Zweig a-b-c-d-e-f der Hysteresekurve durchläuft und Der Leiter V2 wird dabei nicht mit einer Impulsin den Zustand P übergeht. Die Kerne K21, K23, quelle verbunden und die mit dem Leiter i?2 zu ver- K12 und K 32 empfangen ebenso wie die Leiter H 2 35 bindende Impulsquelle muß dabei die doppelte Stärke und V2 einen Stromimpuls /. Bei der Vorrichtung wie im vorstehenden Falle, also 2/ liefern. Obgleich nach Fig. 1 sind jetzt jedoch die Leiter Hl, H3, Vl jetzt die Stärke des den Leiter H2 durchfließenden und V3 über die Kontakte CHl, CH3, CVl und CV3 Stromes groß genug ist, um auch die Kerne K21 und und den Rahmen Gi? in sich kurzgeschlossen. Sobald K 23 in einen andern Remanenzzustand überzuführen, nunmehr eine kleine Änderung der magnetischen In- 40 wirtd dies jedoch vom Reaktionsstrom verhindert, der duktion B in diesen Kernen, beispielsweise im Kern in den kurzgeschlossenen Leitern Vl und V3 erzeugt K21, stattfindet, ergibt sich ein Reaktionsstrom IR wird. Diese Maßnahme bringt in schalttechnischer im kurzgeschlossenen Leiter Vl, der eine derartige Hinsicht eine Vereinfachung mit sich, weil der Richtung aufweist, daß er der Änderung der Magne- Steuerimpuls nur einem der Steuerleiter zugeführt zu tisierung entgegenwirkt, und zwar ist die Stärke die- 45 werden braucht, so daß man auch die verschiedenen ses Stromes bei genügend niedriger Impedanz des Leitern zuzuführenden Impulse nicht miteinander zu Kurzschlußkreises etwa gleich dem Strom I-IK, so synchronisieren braucht, wie bei den bekannten Vordaß der Kern K21 nicht weiter als bis zum Knick b richtungen.

der Magnetisierungskurve nach Fig. 2 ausgesteuert Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der wird und nach beendetem Impuls wieder in. den Zu- 50 Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der Steuerstand N zurückkehrt. Der Nullzustand iV ist somit impulse nicht mehr einzelnen Steuerleitern zugeführt nicht gestört. Mit dem kurzgeschlossenen Leiter Vl werden müssen, wie bei den bekannten Vorrichtungen, sind außer dem Kern if 21 auch die Kerne K11 und sondern nur einem einzigen für sämtliche Kerne ge- K31 gekoppelt. Da diese Kerne von den Kurzschluß- meinschaftlichen Steuerungspunkt SB. Die Kerne strömen in .den mit ihnen gekoppelten Leitern nur in 55 einer waagerechten Zeile sind wiederum mit ein und den Sättigungszustand a-b ausgesteuert wenden, hat demselben waagerechten Leiter H 1...Hi und die das Vorhandensein dieser Kerne nur eine sehr geringe Kerne einer senkrechten Spalte mit ein und demselben Steigerung der Impedanz des Kurzschlußkreises des senkrechten Leiter Vl... VA gekoppelt. In Reihe mit Leiters Vl zur Folge. Versuche haben gezeigt, daß diesen Leitern sind Schalter in Form von Transfordie Anzahl der Kerne auf einem Leiter groß sein kann, 60 matoren CHI... CHi. bzw. CFl... CVi vorgebeispielsweise 100 oder mehr, sofern der Abstand der sehen, 'deren Primärwicklungen von den Leitern Kerne voneinander nicht übermäßig groß ist, bei- H 1...Hi bzw. Vl... VA. gebildet werden. Die spielsweise Va cm oder weniger. Ein Vorteil der be- Enden der Sekundärwicklungen sind mit dem Emitter schriebenen Vorrichtung gegenüber den bekannten und dem Kollektor von Transistoren, beispielsweise Vorrichtungen besteht darin, daß bei der Verwendung 65 TH 3 und TVi, verbunden, wie dies bei den Transdes gleichen magnetischen Materials die Stärke der formatoren Cif3 und CVi angegeben ist. Ein Anzugeführten Impulse jetzt größer sein kann, wodurch zapfpunkt der Sekundärwicklungen ist mit Erde verdie Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung betrie- bunden, während die Basiselektroden der Transistoren ben werden kann, größer sein kann als bei den be- über Widerstände, beispielsweise RH3 und RVi, mit kannten Vorrichtungen. Der Umklappvorgang der 70 einer negativen Spannungsquelle verbunden sind. Die

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beiden Sperrschichten der Transistoren sind somit normalerweise leitend, wobei ein Strom vom Emitter zur Basis und vom Kollektor zur Basis fließt. Der Innenwiderstand der Transistoren in leitendem Zustand ist verhältnismäßig niedrig und von der Größen-Ordnung von wenigen Ohm. Diese Widerstände werden von den Transformatoren CH1. . . CHi, CVl . . . CVk nach der Seite der Leiter Hl. ..Hi. und Fl ... Vi in erheblichem Maße herabtransformiert, so daß die Impedanz der Primärwicklungen sehr niedrig ist und einem Kurzschluß entspricht. Überdies sind die Steuerlaiter SH und SV, die einerseits mit der Steuerklemme SB und andererseits mit Erde verbunden sind, mit sämtlichen Kernen gekoppelt. Die Steuerleiter sind so durch die verschiedenen Kerne hindurchgeführt, daß die Ströme in diesen Leitern sich in magnetischem Sinne in den verschiedenen Kernen unterstützen. Der Leiter SH verläuft teilweise parallel zu sämtlichen waagerechten Leitern Hl, H 2, H 3 und H4 und ist möglichst nahe diesen Leitern angeordnet, ao so daß eine starke magnetische Kopplung mit diesen Leitern vorhanden ist, wodurch beim Auftreten eines Wechselstromes im Leiter SH in einem kurzgeschlossenen Leiter Hl... Hi ein Strom induziert wind, dessen Richtung derjenigen des Stromes im Leiter SH entgegengesetzt ist, während die Amplituden sich nahezu gleich sind. Der Leiter SV ist auf ähnliche Weise parallel zu den senkrechten Leitern Fl... Vi geführt und mit ihnen magnetisch stark gekoppelt, so daß ein Wechselstrom im Leiter SV einen entgegengesetzten Reaktionsstrom in den senkrechten Leitern Vl ■. . Vi erzeugt. Diese Wirkung kann gegebenenfalls noch dadurch gesteigert werden, daß der Steuerleiter durch eine gesonderte transformatorische Hilfskopplung mit d§n Kurzschlußleitern gekoppelt wird, beispielsweise durch einen Hilfskern aus hochfrequentmagnetischem Material, wie z. B. den gestrichelt dargestellten Kern HK. Die Leiter SV und SH können gegebenenfalls auch miteinander in Reihe geschaltet sein. Wenn mithin die Steuerklemme SB mit einer Impulsquelle verbunden wind, werden die Ströme in den Steuerleitern SH und SV praktisch durch die entgegengesetzt gerichteten Ströme in den Kurzschlußleitern ausgeglichen, so daß diese Ströme keine magnetische Einwirkung auf die Speicherkerne ausüben +5 können.

Das Speichern von Information in einen bestimmten Kern, beispielsweise KΌ., erfolgt dadurch, daß eine positive Spannung den Klemmen BH 3 und BVi zugeführt wird, wodurch die Transistoren TH 3 und TV 4 gesperrt werden und das Kurzschlußverhalten der Leiter H 3 und Vi beseitigt wird. Durch einen über die Steuerklemme SB den Leitern SV und SH zugeführten Stromimpuls mit geeignetem Vorzeichen geht der Kern K3i in den erwünschten Remanenzzustand über. Die übrigen Kerne wenden von diesem Impuls nicht beeinflußt, weil jeder dieser Kerne mit mindestens einem kurzgeschlossenen Leiter gekoppelt bleibt, so daß einer etwaigen Änderung des Magnetisierungszustandes durch den Reaktionsstrom in diesen Kurz-Schlußleitern entgegengewirkt wird. Das Abfragen der Information aus einem bestimmten Kern kann entsprechend dadurch erfolgen, daß in der beschriebenen Weise ein Impuls entgegengesetzten Vorzeichens diesem Kern zugeführt wird, wobei ein Leseimpuls einem nicht dargestellten mit sämtlichen Kernen gekoppelten Abfrageleiter entnommen werden kann. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der, daß beim Abfragen die Information verlorengeht und gegebenenfalls neu gespeichert werden muß. Es ist jedoch auch möglich, die Information mit Hilfe eines Wechselstromes abzulesen, dessen Amplitude so gering ist, daß der Remanenzzustand des betreffenden Kernes sich nicht ändert. Wenn z. B. die Information des Kernes K 34 abgefragt werden muß, wird der Kurzschluß der Leiter HZ und Vi dadurch aufgehoben, daß die Transistoren TH3 und TVi gesperrt werden, während zugleich ein Wechselstrom über die Klemme SB den Steuerleitern SH und SV zugeführt wird.

Wenn die Amplitude dieses Wechselstromes nur wenig größer als der Wert IK ist, der dem Knick b der Hystereseschleife nach Fig. 2 entspricht, durchläuft die Magnetisierung umkehrbar eine kleine Hystereseschleife in der Nähe des betreffenden Remanenzzustandes N oder P, derart, daß beim Ausschalten des Wechselstromes der Kern wieder in diesen Remanenzzustand zurückkehrt. Da die Hystereseschleife in der Nähe der beiden Remanenzpunkte N und P verschieden gekrümmt ist, und zwar in der Nähe des Remanenzpunktes P nach unten und beim Remanenzpunkt N nach oben, ergibt sich in einem nicht dargestellten, mit sämtlichen Kernen gekoppelten Abfrageleiter ein asymmetrischer Lesestrom. Wenn der Kern if 34 sich im Zustand N befindet, ist die positive Phase dieses Lesestromes beispielsweise größer als die negative Phase, während umgekehrt, wenn der Kern K 34 sich im Zustand P befindet, die positive Phase des Lesestromes kleiner als die negative Phase ist. Durch Vergleich der beiden Phasen der Leseströme läßt sich so der Remanenzzustand des Kernes feststellen. Es hat sich herausgestellt, daß die Amplitude des Abfragewechselstromes an der Klemme SB größer sein kann als der Wert IK, sofern die Frequenz dieses Wechselstromes hoch genug gewählt wird, beispielsweise größer als 1 MHz, in welchem Falle der Prozeß nach wie vor umkehrbar verläuft, wobei der Wert des Lesestromes ebenfalls größer als bei dem sonst üblichen verhältnismäßig kleinen Wert des Abfragewechselstromes ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Matrixspeichervorrichtung mit einer Vielzahl von Speicherelementen aus magnetischem Material mit rechteckiger Hystereseschleife, die je magnetisch mit einem Leiter einer ersten Gruppe und einem Leiter einer zweiten Gruppe gekoppelt sind, und mit Mitteln zum Ändern des magnetischen Zustandes eines bestimmten Speicherelementes durch Änderung des elektrischen Zustandes der mit diesem Kern gekoppelten Leiter der einen Gruppe und der anderen Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Änderung sämtliche mit dem bestimmten Speicherelement nicht gekoppelten Leiter der ersten und zweiten Gruppe kurzgeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Leiter beider Gruppen mit einem leitenden Rahmen verbunden sind und jeder Leiter gleichzeitig die eine Wicklung eines Transformators bildet, und Mittel zum Kurzschließen einer zweiten Wicklung der Transformatoren vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Zuführen eines Impulses an einen der Leiter der einen Gruppe und zum Beseitigen des Kurzschlusses eines der Leiter der anderen Gruppe vorgesehen sind und der Impuls eine derartige Stärke aufweist, daß das mit

den beiden Leitern gekoppelte Speicherelement in den entgegengesetzten Remanenzzustand überführbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuerleiter vorgesehen ist, der mit sämtlichen Speicherelementen gekoppelt und magnetisch stark mit sämtlichen Leitern mindestens einer der beiden Gruppen gekoppelt ist, derart, daß vom Strom im Steuerleiter ein Reaktionsstrom in den erwähnten Kurzschlußleitern erzeugt wird, der die Wirkung des Steuerstromes aufhebt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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