DE1104740B - Ausleseverfahren fuer Magnetkernspeicher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Speichereigenschaft von Magnetkernen beruht auf der Tatsache, daß manche Materialien etwa rechteckiger Hystereseschleife zwei unterscheidbare, magnetisch stabile Zustände einnehmen können. Das Erkennen oder Auslesen eines Speicherwertes erfolgt durch Anlegen einer magnetischen Feldstärke in immer gleicher Bezugsrichtung und durch Auswerten des in einer Ausgangswicklung entstehenden Signals. Das Ausgangssignal ist abhängig von der Größe und von der Geschwindigkeit der Flußänderung innerhalb des Materials. Die Amplitude des Ausgangssignals ist von Kern zu Kern verschieden wegen der notwendigerweise etwas unterschiedlichen Eigenschaft der Kerne, wegen der Unterschiede in ihren Abmessungen (z. B. Durchmesser oder Querschnitt) oder wegen Temperaturänderungen. Mit steigender Temperatur vermindern sich die Remanenz, die Koerzitivkraft und die Umschaltgeschwindigkeit mit der Annäherung an die Curietemperatur.

Da die mit Magnetkernspeichern ausgerüsteten Geräte (z. B. Rechengeräte) mit immer höheren Geschwindigkeiten arbeiten sollen, ist es erwünscht, Magnetkerne sehr rasch umzuschalten. In dem Kernmaterial entsteht beim Durchlaufen der Hystereseschleife infolge der Umschaltung eine Wärmemenge, die proportional dem an die Wicklung angelegten Strom mal der angelegten Spannung ist. Infolge der Erwärmung wächst die Umschaltgeschwindigkeit. Zunächst vergrößert sich dadurch die Ausgangsspannung, fällt aber danach besonders nahe bei der Curietemperatur wegen des scharfen Abfalles der Induktion rasch ab. Um das Nutzsignal vom Störsignal trennen zu können, hat man Schwellwerteinrichtungen vorgesehen oder die Kerne durch Luftkühlung oder Eintauchen in eine Badflüssigkeit auf Zimmertemperatur gehalten und Materialien mit relativ hohem Curiepunkt angewendet.

Um aber mit hohen Schaltgeschwindigkeiten arbeiten zu können, wäre es vorteilhaft, Materialien mit niedrigem Curiepunkt zu benutzen. Die Erfindung zeigt einen Weg, um trotz der Anwendung von Materialien mit niedrigem Curiepunkt eine sichere Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignal zu erzielen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Auslesen einer Information aus einem Magnetkernspeicher mit bistabilen Speicherkernen mit dem Merkmal, daß dem auszulesenden Magnetkern die zur Überführung des Kernes in den Bezugszustand erforderliche magnetische Feldstärke für jeden Lesevorgang zweimal nacheinander aufgeprägt und die Differenz beider Ausgangssignale als Information verwertet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der nachfolgend genannten Zeichnungen beschrieben.

Ausleseverfahren für Magnetkernspeicher

Anmelder:
International Business Machines

Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. jur. E. Eisenbraun, Rechtsanwalt,
Böblingen (Württ), Poststr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. September 1958

Andrew Herbert Eschenfelder, Poughkeepsie, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt schematisch eine Hysteresekurve des verwendeten Materials;

Fig. 2 zeigt eine Speichermatrix mit zweimal zwei Magnetkernen;

Fig. 3 zeigt ein Impulsdiagramm der Magnetisierungsströme ;

Fig. 4 zeigt die Auswerteeinrichtung für die Ausgangssignale ;

Fig. 5 zeigt ein Impulsdiagramm der in der Auswerteeinrichtung auftretenden Impulse.

In der idealisierten Hystereseschleife der Fig. 1 (B über H) sind mit 1 und 0 die Remanenzzustände bezeichnet, welche zur Darstellung einer Information (1 Bit) benutzbar sind. Die Schleife b-c-d-e gilt für Zimmertemperatur, die Schleife b'-c'-d'-e' gilt für gegenüber dieser erhöhte Temperatur.

Wenn das Kernmaterial sich im Zustand 0 befindet und ihm eine magnetische Feldstärke zugeführt wird, die weiterhin als Lesesignal bezeichnet wird, so durchläuft das Kernmaterial das Schleifenstück vom Remanenzpunkt 0 zum Punkt b und von dort zu dem als S ättigungspunkt bezeichneten Punkt a. Die gestrichelte, senkrecht zur Ordinate durch den Punkt α verlaufende Linie endet im Punkt g, und die Entfernung von Punkt 0 zum Punkt g ist ein Maß für die gesamte aufgetretene Flußänderung. Sie verursacht in einem mit dem Kernmaterial verketteten Ausgangsleiter eine Spannung, die als »0«-Signal bezeichnet werden soll. Befindet sich das Kernmaterial jedoch im Zustand 1, so durchläuft das Kernmaterial den Schleifenteil 1-e-b-a. Die eintretende Flußänderung ist proportional

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der Entfernung des Remanenzpunktes 1 vom Punkt g, und das im Ausgangsleiter induzierte Signal soll als »1 «-Signal bezeichnet werden. Die ebenfalls in Fig. 1 eingezeichnete kleinere Kurve b'-c'-d'-e gilt für höhere Temperaturen. Beim Auslesen eines Kernes, der sich im Zustand 0' befindet, entsteht eine Flußänderung proportional dem Abstand der Punkte 0' und g'. Befand sich der Kern im Zustand 1', so ist die entstehende Flußänderung proportional der Punkte 1' und g'. Beide Werte sind im gleichen Verhältnis kleiner geworden. Die innere Kurve zeigt eine geringere Koerzitivkraft und eine kleinere Flußänderung, liefert ein kleineres Ausgangssignal, erlaubt aber höhere Schaltgeschwindigkeiten.

Die Fig. 2 zeigt eine 2X2-Speichermatrix, deren Magnetkerne 10 in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Alle Kerne in einer Zeile sind über Leitungen 12 mit einem Zeilentreiber verbunden, alle Kerne einer Spalte über Leitungen 14 mit einem Spaltentreiber. In dem Ausgangsleiter 16, der mit allen Kernen verkettet ist, wird eine Spannung induziert, wenn in einem der Kerne eine Flußänderung auftritt. Der Leiter 16 ist an eine Auswerteeinrichtung 18 angeschlossen. Der an die Spannungsquelle 22 angeschlossene Leiter 20 liefert an alle Kerne eine Vormagnetisierung. Auch der Leiter 24 ist mit allen Kernen verkettet und liefert eine Sperrmagnetisierung (gesteuert vom Spannungstreiber 26), welche jede Flußänderung in den Kernen verhindert, auch wenn die Leitungen 12 und 14 Impulse führen. Um eine »1« zu speichern, müssen die Zeilenleitungen 12 und die Spaltenleitungen 14 gleichzeitig in gleicher Richtung wirkende Ströme führen. Durch gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung fließende Ströme derselben Leitungen 12 und 14 wird die gespeicherte »1« ausgelesen. Xach dem Lesevorgang befindet sich der betreffende Kern im Remanenzzustand 0.

Das Impulsdiagramm der Fig. 3 zeigt die von den Zeilen- und Spaltentreibern gelieferten Stromimpulse, die mit I_R und /_c bezeichnet sind. Diese Impulse treten zweimal nacheinander auf. Die in der Zeit t₁ und t„ der Fig. 3 auftretenden Leseimpulse bringen einen Magnetkern 10 aus dem Zustand 0 zum Zustand α (Fig. 1) und rufen in der Ausgangsleitung 16 ein »0«-Signal hervor, welches der Auswerteeinrichtung 18 zugeführt wird. Zu der Zeit t₂ bis t_s kehrt der Kern zum Zustand 0 zurück. Bei der Wiederholung des Lesesignals zwischen t₃ und t_i erfolgt dieselbe Flußänderung, und ein gleiches Ausgangssignal (»0«- Signal) wird der Auswerteeinrichtung 18 zugeführt. Befand sich jedoch der ausgewählte Kern im Zustand 1, so verursacht das erste Lesesignal im Leiter 16 ein »1 «-Signal und das zweite Lesesignal ein »0«- Signal.

Die Aufgabe der Auswerteeinrichtung 18 ist es nun, das erste Lesesignal mit dem zweiten zu vergleichen und es zu unterdrücken, falls sie gleich sind, und die Differenz zu liefern, wenn sie ungleich waren. Die Differenz ist ein Zeichen dafür, daß der Kern im Zustand 1 war, während ihre Gleichheit zeigt, daß der Kern im »0«-Zustand war. Da sowohl das »1 «-Signal als auch das »0«-Signal mit ansteigender Temperatur des Kernes kleiner werden, ist eine Unterscheidung in jedem Falle möglich.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Auswerteeinrichtung 18. Die beiden Enden des Ausgangsleiters 16 der Fig. 2 werden an die Eingangswicklung 52 des links gezeigten Transformators der Fig. 4 angeschlossen. An die mittelangezapfte Sekundärwicklung 54 des Transformators sind die beiden Vollweggleichrichter 62, 70 und 64, 68 angeschlossen. Die Spannung des einen Vollweggleichrichters ist am Widerstand R₁ (Punkt 72) abgreifbar, die Spannung des zweiten Vollweggleichrichters am Widerstand R₂ (Punkt 78). Ein Signal von Punkt 72 gelangt über die Verzögerungseinrichtung 74, ein Signal vom Punkt 78 über den Inverter 80 an die einen der beiden Eingänge des Differenzverstärkers 76. Der Ausgang des Differenzverstärkers 76 gelangt über Leitung 82 und die Diode 86 zum Punkt 84. Die Torimpulsquelle 88 liefert über die Diode 90 Spannung an denselben Punkt 84. Zusammen mit dem Widerstand R_s bilden die beiden Dioden 86 und 90 eine UND-Schaltung, die nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Quelle 88 und die Leitung 82 gleichzeitig ein Signal führen.

Fig. 5 zeigt die Form der Spannungsimpulse an verschiedenen Punkten der Auswerteeinrichtung von Fig. 4, die entsprechend bezeichnet sind.

In der Zeit ^₁ bis i₂ (Fig. 5) tritt ein Lesesignal auf (/_c, I_K). Ein Ausgangssignal V₀ (Fig. 4 und 5) gelangt zur Primärwicklung 52 des Transformators. Dieses Ausgangssignal kann positiv oder negativ sein, weil die Ausgangswicklungen (Fig. 2) die Kerne mit verschiedenem Wickelsinn umschlingen. Außerdem kann das Ausgangssignal groß oder klein sein (Zeile V₀ von Fig. 5), je nachdem, ob eine »1« oder »0« in dem ausgelesenen Kern enthalten war.

Die an den Widerständen R₁ und R₂ entstehenden gleichgerichteten Spannungen V₂ bzw. V₁ sind gleich und entgegengerichtet. Die Spannung V₂ läuft zur Verzögerungseinrichtung 74, die Spannung V₁ über den Inverter 80 zum Differenzverstärker 76; in dem Zeitraum ij bis t₂ ruft nun die Spannung V₁ eine Ausgangsspannung am Differenzverstärker 76 hervor. Diese Ausgangsspannung F₃ kann am Punkt 84 nicht wirksam werden, da die UND-Schaltung aus den Dioden 86 und 90 undurchlässig ist und weil die Impulsquelle 88 während dieser Zeit kein Signal V_SG (Fig. 5) liefert. Auf der Ausgangleitung 92 erscheint kein Signal.

In der Zeit von t_% bis t_i tritt ein weiteres Lesesignal auf, das jetzt an der Eingangswicklung 52 ein »0«-Signal erzeugt. Am Differenzverstärker 76 erscheinen nun gleichzeitig ein »0«-Signal vom Inverter 80 und das verzögerte Ausgangssignal, herrührend vom ersten Lesevorgang. Der Differenzverstärker vergleicht die beiden Signale, und wenn der gelesene Kern im Zustand 1 war, so liefert er das in Fig. 5 gestrichelt gezeichnete Signal F₃; war der Kern im Zustand 0, so liefert der Differenzverstärker kein Ausgangssignal. Da die Impulsquelle 88 zu diesem Zeitpunkt einen Impuls liefert Vsg (Fig· 5), kann die Ausgangsspannung V₃ die L^TND-Schaltung (86, 90) passieren, und auf der Ausgangsleitung 92 erscheint ein Ausgangssignal. Das in die Verzögerungseinrichtung 74 eingespeiste Signal des zweiten Lesevorganges kann auf der Ausgangsleitung keine Wirkung hervorrufen, da die Impulsquelle 88 zu dieser Zeit keinen Impuls abgibt. Bei der Arbeitsweise der soeben beschriebenen Einrichtung ist es nicht erforderlich, daß die Hystereseschleife des magnetischen Materials scharfe Knicke besitzt, die bei üblichen mit koinzidenten Stromimpulsen ausgelesenen Kernspeichern erwünscht sind. Das Verhältnis Br: Bs soll jedoch so hoch als möglich sein, damit der »1 «-Ausgang leicht von einem »0«-Ausgang unterschieden werden kann. Durch Verringerung der Curietemperatur der Kerne ist es möglich, in einem bestimmten Temperaturbereich mit kleineren Leseströmen und bei höherer Geschwindigkeit zu arbeiten.

Claims (1)

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   p„. zulesenden Magnetkern die zur Überführung des

   Kernes m den Bezugszustand erforderliche magne-

   Verfahren zum Auslesen einer Information aus tische Feldstärke für jeden Lesevorgang zweimal

   einem Magnetkernspeicher mit bistabilen Speicher- nacheinander aufgeprägt und die Differenz beider

   kernen, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus- 5 Ausgangssignale als Information verwertet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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