DE1089011B

DE1089011B - Magnetkern-Speichereinrichtung

Info

Publication number: DE1089011B
Application number: DEB31105A
Authority: DE
Inventors: Andrew Donald Booth
Original assignee: International Computers and Tabulators Ltd
Current assignee: International Computers and Tabulators Ltd
Priority date: 1953-10-14
Filing date: 1954-05-20
Publication date: 1960-09-15
Also published as: FR1107636A; GB730165A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetkern-Speichereinrichtung, bei der zwischen den einzelnen Speicherstufen Schaltelemente angeordnet sind, die bewirken, daß bei Zuführung aufeinanderfolgender Schaltimpulse jeweils um eine Speicherstufe umgeschaltet wird.

Es ist bekannt, ein Verschieberegister herzustellen, das magnetische Kerne für jede Registerstufe benutzt, wobei die Ausgangswindung aus jeder Stufe über eine Signalverzögerungsschaltung an die Eingangswindung der nächsten Stufe angeschlossen ist. Die Signalverzögerungsschaltung kann durch einen Abschnitt einer Übertragungsleitung oder durch ein punktförmig verteiltes Verzögerungsnetzwerk gebildet werden. Verschiebeimpulse werden gleichzeitig an alle Stufen angelegt, um jedenKern, derauf »1« gesetzt war, auf »ö« zu schalten. Eine solche Umschaltung erzeugt einen Impuls auf der Ausgangswindung. Dieser Impuls wird durch die Verzögerungsschaltung so verzögert, daß er erst an die Eingangswindung der nächsten Stufe angelegt wird, wenn der Verschiebeimpuls abgeklungen ist. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Dauer des Verschiebeimpulses bedenklich mit der Zeitverzögerung, die durch die Verzögerungsschaltung verursacht wird, verknüpft ist. Auf diese Weise verursacht jede Änderung in der Dauer oder in der Wiederholungsfrequenz der Verschiebeimpulse möglicherweise einen Fehler in dem Betrieb des Registers.

Es wurde vorgeschlagen, ein Verschieberegister mit magnetischen Kernen herzustellen, in dem jede Verzögerungsschaltung durch einen Kondensator ersetzt ist, der über eine Diode durch eine Ausgangswindung aufgeladen und über eine Reihenschaltung, die eine zweite Diode und die Eingangswindung der nächsten Stufe enthält, entladen wird. Die zweite Diode wird durch die Spannung, die in der Verschiebewindung durch den Verschiebeimpuls entwickelt wird, vorgespannt. Die Verschiebewindungen sind alle parallel mit einer gemeinsamen Verschiebeimpulsquelle verbunden. Diese Form der Zwischenstufenschaltung ist besser gegenüber der Verzögerungsschaltung, da sie einen relativ weiten Bereich der Dauer und Frequenz der Verschiebeimpulse vorsieht, in dem eine befriedigende Wirkung erhalten wird.

Die Impedanz, die durch die Verschiebewindungen bei einem Verschiebeimpuls, wenn der Kern sich im Zustand »0« befindet, vorliegt, ist sehr klein im Vergleich mit der Impedanz der gleichen Windung, wenn der Kern sich im Zustand »1« befindet. Diese Änderung der Impedanz führt zu ernsthaften Schwierigkeiten beim Betrieb des vorgeschlagenen Registers. Die Verschiebewindung jedes Kernes, der sich im Zustand »0« befindet, wirkt wie ein Nebenschluß mit einer kleinen Impedanz gegenüber den Verschiebewindungen derjenigen Kerne, die sich im Zustand »1« Magnetkern-Speichereinrichtung

Anmelder:

International Computers and Tabulators Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. W, Cohausz, Dipl.-Ing. W. Florack und Dipl.-Ing. K.-H. Eissel, Patentanwälte,

Düsseldorf, Schumannstr. 97

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 14. Oktober 1953

Andrew Donald Booth,

Fenny Compton, Warwickshire (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

befinden. Es besteht somit eine ernste Gefahr, daß eine ungenügende Spannung gegenüber den Verschiebewindungen entwickelt wird, die verursacht, daß die Kerne in dem Zustand »1« nicht vollständig in den Zustand »0« geschaltet werden. Andererseits, wenn die Verschiebeimpulsquelle genügend Leistung entwickelt, um die vollständige Schaltung zu gewährleisten, fließt in den Windungen mit niedriger Impedanz ein so starker Strom, daß übermäßige Wärmeentwicklung in den Windungen erzeugt wird, die auf die Schalteigenschaften der Magnetkerne einwirken kann. Diese hohe Spannung wird als Rückspannung an die zweite Diode der Schaltung angelegt. Infolgedessen muß diese Diode in der Lage sein, der hohen Rückspannung zu widerstehen und muß außerdem einen niedrigen Vorwärtswiderstand besitzen, um sicherzustellen, daß der Entladestrom des Kondensators stark genug ist, die Kerne zu schalten, so daß die Eigenschaften dieser Diode sehr schwierig zu verwirklichen sind.

Das Register gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt eine Verbindungsschaltung, die gleich derjenigen des vorhergehend vorgeschlagenen Registers ist, jedoch sind die Verschiebewindungen der verschiedenen Stufen in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der Windungen stellt sicher, daß der gleiche Strom durch alle Verschiebewindungen fließt und daß ein größerer Teil der angelegten Verschiebespannung in den Windungen, die eine hohe Impedanz darstellen, entwickelt wird als in den Windungen, die eine nied-

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rige Impedanz darstellen. Auf diese Weise stellt ein Verschiebeimpuls von einer Verschiebeimpulsquelle mit einer geringen Energie die volle Schaltung der Kerne sicher, und der Energieverbrauch in den Windungen wird auf einem Minimum gehalten. Die Betriebszustände der zweiten Diode der Verbindung werden weiterhin durch Ableitung der Vorspannung von einem festen Widerstand verbessert, durch den· der Verschiebestrom fließt an Stelle von der veränderlichen Impedanz, die durch die Verschiebewindungen gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird eine Magnetkernspeichereinrichtung mit einer Mehrzahl von binären Speicherstufen vorgeschlagen, deren Magnetkerne aus einem remanenten Material bestehen und in einer Reihe angeordnet sind und eine Schaltwicklung für jeden Kern besitzen, wobei ein gleichzeitig auf die Schaltwicklungen angelegter Schaltimpuls jeden Magnetkern, der sich im Zustand »1« befindet, in den Zustand »0« umschaltet und Übertragungskreise die Angaben zwischen einem benachbarten Paar von Kernen übertragen, wobei jeder der Übertragungskreise einen Kondensator enthält, der durch einen ersten Gleichrichter durch den Ausgangsimpuls aus einem der beiden Kerne aufgeladen wird, und ferner ein Entladekreis für den Kondensator vorgesehen ist, der eine Eingangsspule oder -spulen des anderen Kernes, einen zweiten Gleichrichter und eine Verbindung zum Anlegen einer Vorspannung an den zweiten Gleichrichter enthält, um eine Entladung des Kondensators über die Eingangsspule durch den Ausgangsimpuls während des Aufladens des Kondensators zu verhindern, wobei der Schaltimpuls auf die Schaltwindungen in einer Reihenschaltung angelegt wird.

Vorzugsweise ist dabei für jede Speichereinrichtung eine Schaltwicklung vorgesehen, zusammen mit Einrichtungen zum Aufbringen eines Schaltimpulses auf die Schaltwicklungen, und Einrichtungen, durch die der Schaltimpuls eine Vorspannung für den zweiten Gleichrichter erzeugen kann. In Reihe mit den Schaltwicklungen kann ein Widerstand liegen, über dem die Vorspannung erzeugt wird.

In jeder Speicherstufe kann ein einziger Magnetkern vorgesehen sein, der aus einem Material mit rechteckiger Hysteresisschleife besteht, wobei der Kern eine Eingangswicklung, eine Ausgangswicklung und eine Schaltwicklung besitzt. Zweckmäßig wird die Windungszahl der Ausgangswicklung etwa doppelt so groß gewählt wie die Zahl der Windungen der Eingangswicklung.

Wenn für die Kerne ein Material verwendet wird, das keine rechtwinklige Hysteresisschleife hat, erhält zweckmäßig jede Speicherstufe zwei Kerne, von denen jeder eine Eingangswicklung, eine Ausgangswicklung und eine Schaltwicklung hat und wobei gleichartige Wicklungen derart in Reihe geschaltet sind, daß die Ausgangswicklungen nur dann ein Ausgangssignal liefern, wenn ein Schaltimpuls nach einem Eingangsimpuls gegeben wird.

Die beschriebenen Schaltungen können in einer Schaltregistereinrichtung als Kette zusammengeschaltet sein und entsprechende Stromkreise zum Übertragen von Daten u. dgl. zwischen je zwei zugeordneten Speichern liegen. Dabei können die Schaltwicklungen auf jedem Kern mit je einem Widerstand in Reihe liegen und die Schaltwicklungen und Widerstände aller Kerne in Reihe geschaltet sein, wobei die Vorspannung für den zweiten Gleichrichter jedes Kernes über je einen der erwähnten Widerstände erzeugt wird und die Reihenschaltung an Einrichtungen zum Einführen von Schaltimpulsen angeschlossen ist. Auch können die Schaltwicklungen in Reihe mit dem Widerstand liegen und die Vorspannungen für alle Kerne über diesem Widerstand erzeugt werden.

Die Erfindung bietet gegenüber den beiden erwähnten bekannten Ausführungsformen wesentliche Vorteile, da die Verzögerung sich nach der Dauer des Schaltimpulses richtet. Der Verzögerungskreis ist in vorteilhafter Weise derart ausgelegt, daß eine Übertragung eines Impulses zwischen zwei Kernen nicht eher möglich ist, als der Schaltimpuls beendet ist. Bei Anwendung der Erfindung kann der Schaltimpuls so weit verlängert werden, bis sich die Entladung des Speicherkondensators über den Sperrwiderstand des Gleichrichters auszuwirken beginnt. Da dieser Widerstand in der Größenordnung von Megohms liegt, kann der Schaltimpuls wesentlich länger sein als bei der bekannten Einrichtung, ohne daß irgendein Nachteil hinsichtlich der Wirkungsweise des Kreises zu befürchten ist. Die Grenzen sind dabei nur durch die Ladezeit des Kondensators über den Durchgangswiderstand des ersten Gleichrichters und die Entladezeit durch den Durchgangswiderstand des zweiten Gleichrichters gesetzt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert:

Fig. 1 zeigt drei Stufen eines Schaltregisters mit Magnetkernen;

Fig. 2 zeigt einen Übertragungskreis für eine Magnetkern-Speichereinrichtung, in der zwei Kerne je Stufe vorgesehen sind.

In der folgenden Beschreibung wird die Sättigung eines magnetischen Speicherkernes in Richtung der magnetomotorischen Kraft, welche durch einen Schaltoder Rückschaltimpuls bewirkt wird, als der Zustand »0« des Kernes bezeichnet; die Sättigung in entgegengesetzter Richtung wird als der Zustand »1« des Kernes bezeichnet. Der Kern besitzt also betriebsmäßig zwei Zustände; er wirkt als binäre Einrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellten Kerne 1, 2 und 3 bilden die drei Stufen des Registers und bestehen aus Aufschichtungen eines magnetischen Materials mit rechteckiger Hysteresisschleife. Vorzugsweise sind die Kerne als Toroide ausgebildet.

Zunächst wird ein negativer Impuls auf eine Leitung 5 aufgebracht, welcher zu einem Stromfluß durch Schaltwicklungen 4 und in Reihe geschaltete Widerstände 11, 13 und 14 führt. Der durch die Schaltwicklungen 4 hervorgerufene magnetische Fluß ist stark genug, die Kerne 1, 2 und 3 zu sättigen und in den Zustand »0« zu versetzen. Nun können Daten usw. in das Register durch Aufbringen eines Impulses auf eine Eingangswicklung 6 eingeführt werden; die Amplitude des Impulses ist so zu wählen, daß ein Fluß erzeugt wird, welcher den Kern 1 in entgegengesetzter Richtung sättigt, d.h. ihn in den Zustand »1« versetzt.

Wenn nun ein negativer Impuls in die Leitung 5 eingeführt wird, so wird der Kern 1 von dem Zustand »1« in den Zustand »0« versetzt werden. Die Flußänderung in dem Kern 1 induziert eine Spannung in einer Ausgangsspule 7, welche eine Kapazität 9 über einen Gleichrichter 8 oder einen sonstigen asymmetrischen Leiter lädt. Die Verbindung des Gleichrichters 8 und der Kapazität 9 ist über einen zweiten Gleichrichter 10 und eine Eingangswicklung auf dem zweiten Kern 2 mit einem Ende des Widerstandes 11 verbunden. Die andere Seite der Kapazität 9 ist mit der Verbindung zwischen dem Wider-

Claims

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stand 11 und der Wicklung 4 auf Kern 1 verbunden. magnetischen Speichervorrichtung verwenden, wenn Der Widerstand 11 ist so ausgelegt, daß der Span- man zwei Kerne derart zusammenschaltet, daß sie die nungsfall über diesem Widerstand bei Einführung Funktion eines Kernes des beschriebenen Ausfüheines Schaltimpulses in Leitung 5 etwas größer ist als rungsbeispieles übernehmen. Da diese Art von die durch Wicklung 7 erzeugte Ausgangsspannung. 5 Speichereinrichtungen einen Ausgangsimpuls erzeugt, Daher wird während der Dauer des Schaltimpulses wenn von »1« auf »0« gesqhaltet wird, kann sie einen die Seite des Gleichrichters 10, welche mit der Wick- einzigen Kern unmittelbar ersetzen, welcher Material lung 12 verbunden ist, auf einem positiven Potential mit rechteckiger Hysteresisschleife enthält,
gehalten, welches höher als die maximale Spannung Eine Stufe einer solchen mit zwei Kernen ausist, auf die die Kapazität 9 aufgeladen wird. Während io gestatteten Speichereinrichtung ist in Fig. 2 dardes Schaltimpulses sperrt daher der Gleichrichter 10, gestellt. Teile, welche dieselben Funktionen wie in und es wird kein Weg zum Entladen der Kapazität 9 Fig. 1 erfüllen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen freigegeben. versehen. Bezugszeichen mit einem Strich werden für Sobald der Schaltimpuls beendet ist, tritt kein den einen Kern und Bezugszeichen mit einem Doppel-Spannungsabfall mehr über dem Widerstand 11 auf, 15 strich für den anderen Kern verwendet,
und die Kapazität 9 entlädt sich über den niedrigen Die Schaltwicklungen 4' und 4" und die Ausgangs-Durchlaßwiderstand des Gleichrichters 10, die Wick- wicklungen 7' und 7" sind so verbunden, daß, wenn lung 12 auf den Kern 2, und den in Reihe geschalteten die beiden Kerne 1' und 1" sich in demselben magne-Widerstand 11. Der Fluß, welcher in dem Kern 2 tischen Zustand befinden, bei Einführen eines Schaltdurch den Entladestrom der Kapazität 9 erzeugt wird, 20 impulses in die Leitung 5 gleiche Spannungen in den ist so stark, daß er den Kern sättigt und ihn in den Wicklungen T und 7" induziert werden, so daß die Zustand »1« bringt. Dadurch ist die Nachricht von Spannung über den in Serie geschalteten Wicklungen dem Kern 1 auf den Kern 2 durch die Wirkung eines Null ist. Wenn ein Eingangsimpuls auf Spulen 6' und einzigen Schaltimpulses übertragen worden. 6" aufgebracht wird, so werden die Kerne 1' und 1" Solange der Schaltimpuls andauert, ist keine Mög- 25 umgekehrt magnetisiert, so daß bei einem weiteren lichkeit für die Entladung der Kapazität 9 vorhanden, Schaltimpuls ein Ausgangsimpuls über den Ausgangsso daß die Wirkungsweise des Stromkreises unab- spulen erscheint.

hängig von der Dauer des Schaltimpulses und des Die in Serie geschalteten Spulen T und 7" entzeitlichen Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden sprechen daher der einfachen Wicklung 7 der Fig. 1, Schaltimpulsen ist. Weiter ist durch die Gleich- 30 und sie sind in gleicher Weise so zusammengeschaltet, richter 8 und 10 verhindert, daß eine in der Spule 12 daß sie die Kapazität 9 durch den Gleichrichter 8 induzierte Spannung auf die Wicklung 7 einwirkt. laden. Wenn der Schaltimpuls beendet ist, wird die Wenn ein weiterer Schaltimpuls in die Leitung 5 Kapazität durch die Eingangsspule 12' und 12" des eingeführt wird, wird der Kern 2 von »1« auf »0« nächsten Kernes entladen.

umgeschaltet und induziert dabei eine Spannung in 35 Obwohl die Erfindung insbesondere bei Magneteiner Ausgangswicklung 17. Diese Spannung lädt eine kern-Schaltregistereinrichtungen verwendbar ist, kann Kapazität 15 über einen Gleichrichter 16. Wenn der sie auch vorteilhaft in allen Fällen angewendet wer-Schaltimpuls beendet ist, wird die genannte Kapazität den, in denen Daten usw. von einer Magnetkernüber die Eingangswicklung auf dem Kern 3 entladen Speichereinrichtung auf eine andere übertragen wer- und bringt diesen vom Zustand »0« in den Zu- 40 den sollen und in denen die beiden Einrichtungen stand »1«. Der Kern 1 ist schon im Zustand »0«, so zugleich Schaltimpulse erhalten,
daß der Schaltimpuls ihn nicht beeinflußt und keine
Spannung in der Wicklung7 induziert wird. Patentansprüche:

In praktischen Versuchen wurde festgestellt, daß

aus im Handel erhältlichem Band aufgebaute Toroide 4-5 1. Magnetkern-Speichereinrichtung mit einer mit einer Bandstärke von etwa 0,0025 bis 0,005 cm Mehrzahl von binären Speicherstufen, deren bei 30000 Schwingungen je Sekunde zufrieden- Magnetkerne aus einem remanenten Material bestellend arbeiten. Die Daten des Kreises können z. B. stehen und in einer Reihe angeordnet sind und sein: eine Schaltwicklung für jeden Kern besitzen,

Eingangswicklung 75 Windungen ⁵° ^wobf f ⁿ ^ichzeitig auf die Schaltwicklungen

Ausgangswicklung 150Windungen angelegter Schaltimpuls jeden Magnetkern der

Schaltwicklung . 200 Windungen ^sich F¹, j²«stand >>1« befindet, m den Zustand «0«

w;,Wo+anri 11 1 ς PiVim umschaltet und Ubertragungskreise die Angaben

Kondensator 19 0,1 Mikrofarad zwischen einem benachbarten Paar von Kernen

Schaltimpuls 15 MikroSekunden ⁵⁵ übertragen wobei jeder der ÜWagungskreise

einen Kondensator enthalt, der durch einen ersten

Die Widerstände 11, 13 und 14 erzeugen einzeln Gleichrichter durch den Ausgangsimpuls aus einem die Vorspannungen, die die Entladung der Kapazi- der beiden Kerne aufgeladen wird, und ferner ein täten während des Schaltimpulses verhindern. Diese Entladekreis für den Kondensator vorgesehen ist, Spannung kann auch über einen einzigen Widerstand 6o der eine Eingangsspule oder -spulen des anderen gemeinsam für alle Stufen erzeugt werden. Zum Bei- Kernes, einen zweiten Gleichrichter und eine Verspiel könnten die Leitungen von den Eingangswick- bindung zum Anlegen einer Vorspannung an den lungen und Kapazitäten der Kerne 2 und 3 mit dem zweiten Gleichrichter enthält, um eine Entladung Widerstand 11 verbunden werden. Die Lösung ist des Kondensators über die Eingangsspule durch aber dann nicht befriedigend, wenn die Zahl der Kerne 65 den Ausgangsimpuls während des Aufladens des groß ist, da der Widerstand dann den Entladestrom Kondensators zu verhindern, dadurch gekennzeidialler Kapazitäten aufzunehmen hat, welche während net, daß der Schaltimpuls auf die Schaltwindungen des Schaltimpulses geladen werden. in einer Reihenschaltung angelegt wird.

Man kann auch remanentes magnetisches Material, 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

das keine rechteckige Hysteresisschleife hat, in einer 7° durch einen Widerstand (11), über dem die Vor-

spannung erzeugt wird und der in Reihe mit den Schaltwindungen (4) liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Speicherstufe ein einziger Magnetkern (1, 2, 3) vorgesehen ist, der aus einem Material mit rechteckiger Hysteresisschleife besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Ausgangswindung (7) im wesentlichen doppelt so groß ist wie die Zahl der Windungen der Eingangswindung (6).

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherstufe zwei Kerne (1', 1") besitzt, von dem jeder eine Eingangswindung (6', 6"), eine Ausgangswindung (T, 7") und eine Schaltwindung (4', 4") hat, wobei gleichartige Windungen derart in Reihe geschaltet sind, daß die Ausgangswindungen (7', 7") nur dann ein Ausgangssignal liefern, wenn ein Schaltimpuls nach einem Eingangsimpuls gegeben wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung weitere Kerne enthalten sind, die mit den

ersten beiden Kernen in genau der gleichen Art geschaltet sind und die hierdurch ein Verschieberegister bilden.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwindung (4', 4") auf jedem Kern mit je einem Widerstand (11) in Reihe liegt und die Schaltwindungen und Widerstände aller Kerne in Reihe geschaltet sind, wobei die Vorspannung für den zweiten Gleichrichter jedes Kernes über je einen der erwähnten Widerstände (11) erzeugt wird und die Reihenschaltung an Einrichtungen zum Einführen von Schaltimpulsen angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schaltwindungen (4', 4") in Reihe mit einem Widerstand (11) liegen und die Vorspannung für alle Kerne über diesen Widerstand (11) erzeugt wird, wobei die Reihenschaltung an Einrichtungen zum Einführen von Schaltimpulsen angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 652 501.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen