DE1108954B - Verfahren zur Aufzeichnung binaerer Werte - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

INTEPNAT. KL.

I17391IX/42m

* t' * tr' 'j

'•",'fM,

ANMELDETAG: 17. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 15. JUNI 1961

Zur Aufzeichnung diskreter Wertangaben auf einen Aufzeichnungsträger, beispielsweise eine magnetisierbare Fläche, ist es bekannt, kleine Bereiche des Aufzeichnungsträgers auf bestimmte Weise zu magnetisieren. Ein Grenzfall einer solchen Darstellungsart wäre, dem einen Wert, z. B. der »1«, eine Magnetisierungsstufe zuzuordnen und der »0« eine andere Magnetisierungsstufe. Eine gewünschte Wertangabe läßt sich dann durch geeignete Kombination solcher Magnetisierungsstufen darstellen. Bei jeder solchen Aufzeichnung erhebt sich der Wunsch, für die einzelne Markierung einen möglichst kleinen Bereich des Aufzeichnungsträgers in Anspruch nehmen zu müssen, damit auf einem gegebenen Aufzeichnungsträger eine möglichst große Anzahl von Markierungen Platz findet oder für eine gegebene Zahl von Markierungen ein möglichst wenig umfangreicher Aufzeichnungsträger erforderlich wird.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, die Aufzeichnungsdichte auf einem Träger zu erhöhen, weil dadurch die Kosten für die Speicherung eines Bits verringert und die Zugriffszeit zu der Wertaufzeichnung günstiger gestaltet werden kann. Zur Verkleinerung des von einem Bit eingenommenen Flächenelementes hat man bei magnetischer Aufzeichnung schon versucht, die Abmessungen der aufzeichnenden Magnetköpfe bzw. den aktiven Luftspalt dieser Magnetköpfe (Ringform) entsprechend zu vermindern. Diesem Bestreben sind infolge der Streuung der magnetischen Kraftlinien Grenzen gesetzt. Bei dem Aufzeichnungsverfahren nach der Erfindung ist die Mindestgröße, die eine einzelne Aufzeichnung einnimmt, nicht durch die geometrischen Abmessungen des Aufzeichnungskopfes festgelegt, sondern wird nur durch die Dauer des aufgezeichneten Ereignisses bestimmt. Dies wird durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Aufzeichnung binärer Werte dadurch erreicht, daß zunächst in einem Bereich eine Aufzeichnung eingetragen, dann diese Aufzeichnung mit Ausnahme eines Teilbereiches gelöscht und der ungelöschte Teilbereich als Aufzeichnung beibehalten wird.

Das auf die magnetische Aufzeichnung beschränkte Ausführungsbeispiel der folgenden Beschreibung wird durch Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt das von einem Magnetkopf erzeugte Flußbild;

Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 3 ist ein Aufriß zu Fig. 2:

Fig. 4 bis 7 zeigen Flußbilder zur Erläuterung des Verfahrens;

Verfahren zur Aufzeichnung binärer Werte

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

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

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt, Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1958

Bruce Irving Bertelsen, Vestal, N. Y.,

und Herbert James Kump, Endicott, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 8 ist eine weitere Anordnung zur Ausübung des Verfahrens;

Fig. 9 zeigt eine dritte für das Verfahren brauchbare Anordnung;

Fig. 10 ist ein Flußmuster für die Anordnung nach Fig. 9;

Fig. 11 bis 13 zeigen eine Variante des Aufzeichnungsverfahrens ;

Fig. 14 ist eine Anordnung für das Verfahren der Fig. 11 bis 13;

Fig. 15 ist ein Querschnitt durch Fig. 14 längs der Linie 15 bis 15;

Fig. 16 ist eine weitere Anordnung für das Verfahren nach den Fig. 11 bis 13, und

Fig. 17 ist ein Querschnitt zu Fig. 16 längs der Linie 17 bis 17.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahren wird also zunächst ein Bereich aufgezeichnet und dann mit Ausnahme eines Teilbereiches gelöscht. Bei der Anwendung auf magnetische Aufzeichnungen wird die Aufzeichnung durch Aufbringen einer Magnetisierung in der einen Richtung und die Löschung durch Magnetisieren in der anderen Richtung dargestellt. Der Aufzeichnungsträger wird durch einen Magnetkopf abwechselnd in der einen und dann in der anderen Richtung magnetisiert. Soll eine Aufzeichnung stattfinden, so wird bei der Magnetisierung in die zweite Richtung der Bereich, den der Magnetkopf erfaßt, verringert.

109 617/231

Es bleibt dann ein kleiner Bereich des Aufzeichnungsträgers in der ersten Richtung magnetisiert. Eine andere Möglichkeit, die Aufzeichnung darzustellen, besteht darin, daß während der Zeit, in der eine Aufzeichnung stattfinden soll, das einwirkende Magnetfeld etwas seitlich verschoben wird, so daß auch hier ein kleiner Bereich des Aufzeichnungsträgers in der ersten Richtung magnetisiert bleibt.

Außer dem Vorteil, daß die Größe einer Aufzeichnung nicht von der geometrischen Abmessung des — in diesem Falle — Magnetkopfes abhängt, hat das Verfahren den weiteren Vorteil, daß die Ansprechzeit der aufzeichnenden Anordnung wesentlich verringert ist. Bei bekannten Verfahren, die entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen zur Darstellung der Binärwerte »0« und »1« benutzen, muß jeweils der Strom im Magnetkopf umgekehrt werden, und die Zeit zum Abbau und zum Aufbau des Magnetfeldes begrenzt die Zeichenfolge. Beim Verfahren nach der Erfindung (mit stationärem Magnetkopf) ist eine Flußumkehr im Magnetkopf nicht nötig, sondern es findet lediglich eine Verminderung des aufzeichnenden Flusses statt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren müssen sich die Charakteristiken des Aufzeichnungsträgers und des Magnetkopfes so ergänzen, daß eine Löschung oder Ummagnetisierung eines gewünschten Trägerbereiches vollständig erfolgen kann. In den Ausführungsbeispielen sind Magnetköpfe gezeigt, die ungerichtete Magnetisierungscharakteristiken besitzen, während der Aufzeichnungsträger magnetische Vorzugsrichtung hat. Diese Anordnung wirkt so, als ob ein Aufzeichnungsträger ohne Vorzugsrichtung zusammen mit einem Magnetkopf verwendet würde, der nur in zwei Richtungen magnetisieren kann, und tatsächlich ist mit der letztgenannten Anordnung ein gleiches Resultat erreichbar.

Als Aufzeichnungsträger soll also ein Material dienen, das magnetische Vorzugsrichtungen aufweist. Dafür kann eine Nickel-Kobalt-Legierung mit einer Dicke von 0,2 μ dienen, die fast ausschließlich in longitudinaler Richtung (in der Ebene des Aufzeichnungsträgers) magnetisierbar ist. Diese Eigenschaft ist vorteilhaft, wenn ein Magnetkopf von Sondenform benutzt wird, der einen hohen Anteil von Fluß in senkrechter (senkrecht zur Aufzeichnungsträgerfläche) liefert. Auch wesentlich dickeres, z. B. 15 μ starkes Material wird noch einen hohen Anteil longitudinaler Abmagnetisierung aufweisen. Die Ausdrücke senkrechte und longitudinale Magnetisierung sollen sich auf die sogenannten Weißschen Bezirke beziehen, die in einem unmagnetisierten Material statistisch verteilt in ihre Ausrichtung sind und die sich unter der Einwirkung eines äußeren Feldes ausdehnen und ausrichten, so daß die so beeinflußten Gebiete sich von dem übrigen nicht magnetisierten Teil des Materials unterscheiden. Die Eigenschaft der magnetischen Vorzugsrichtung wird dem Aufzeichnungsträger mitgeteilt, indem während des Aufdampfvorgangs ein Magnetfeld auf es einwirkt oder indem das Material nach dem Aufdampfen in einem Magnetfeld gereckt wird.

Das Lesen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Aufzeichnung kann prinzipiell mit bekannten Anordnungen geschehen, wenn auch zur Anpassung an die Besonderheiten unter Umständen Spezialausführungen vorzuziehen sind.

Die Magnetisierungsrichtung des Aufzeichnungsträgers (Fig. 2) bestimmt die Bedeutung der Aufzeichnung. Im Beispiel soll die Magnetisierung 11 eine »0« und die Magnetisierung 12 eine »1« darstellen. Diese Definition muß in Übereinstimmung mit dem Wickelsinn der Spule 14 des Magnetkopfes 13 und mit der Bewegungsrichtung (Pfeil in Fig. 2) des Aufzeichnungsträgers abgestimmt sein. In Fig. 2 hat der Aufzeichnungsträger 10 beim Eintritt in den Magnetisierungsbereich 15 die Magnetisierung 11 und hat dieselbe Magnetisierung (»0« darstellend) beim Verlassen des Magnetkopfbereiches, außer an den Stellen, wo eine »1« aufgezeichnet werden sollte.
Der Magnetkopf mit seiner Sonderform erzeugt zwar ein nach allen Seiten gleichmäßig nach außen gerichtetes Flußmuster. Da aber der Aufzeichnungsträger eine Vorzugsrichtung aufweist, kann eine Magnetisierung nur in dieser Vorzugsrichtung stattfinden. In einem kreisförmigen Bezirk um die Achse des Magnetkopfes herrscht ein zum Aufzeichnungsträger senkrechter Fluß, der den Aufzeichnungsträger nicht magnetisieren kann. Die Fig. 1 zeigt den vom Magnetkopf beeinflußbaren Bereich des Aufzeichnungsträgers mit den Magnetisierungsrichtungen, die

hier mit 21 und 22 bezeichnet sind. Andere als longitudinale (in der Fläche des Aufzeichnungsträgers liegende) Magnetisierungen sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Aufzeichnungsstellen 16 in Fig. 2 sind erzeugt, indem die Rückmagnetisierung nicht vorgenommen wurde. Die Seitenansicht der für das Verfahren benutzten Aufzeichnungsanordnung (Fig. 3) zeigt den Magnetkopf 13, den Aufzeichnungsträger 10 und den im wesentlichen longitudinalen Verlauf des Flusses sowie die Änderung der Magnetisierung 11 in eine solche 12 und wieder zurück zu 11. Der Träger 10 wird hierbei als vorwiegend longitudinal magnetisierbar angenommen.

Bei den Fig. 2 und 3 ist der Kern des Magnetkopfes entweder ein Permanentmagnet oder aus

einem Material hoher Permeabilität. Ist es ein Permanentmagnet, so verursacht die Spule 14 bei ihrer Erregung ein dem Permanentmagneten entgegengesetztes Feld, das das Feld des Permanentmagneten teilweise aufhebt. Ist der Kern weichmagnetisch, so verursacht die Spule eine zur Ummagnetisierung ausreichende Feldstärke, die für den Fall einer Aufzeichnung durch Vermindern des Stromes unterbunden wird. Der Magnetkopf könnte auch so betrieben werden, daß im Zeitpunkt der Aufzeichnung der Magnetisierungsbereich des Kopfes durch Vergrößern des Spulenstromes vergrößert wird. Analog könnte für den Fall eines permanentmagnetischen Kopfkernes das Permanentfeld dauernd durch einen Spulenstrom reduziert und für den Fall der Aufzeichnung durch Schwächen des Stromes vergrößert werden.

Die Art und Weise, wie die magnetisierten Bereiche 16 von Fig. 2 entstehen, wird durch die Fig. 4 bis 7 veranschaulicht, in denen zeitlich aufeinanderfolgende Magnetisierungszustände dargestellt sind. Es ist angenommen, daß in den Fig. 4 bis 7 der Aufzeichnungsträger sich von unten nach oben bewegt. Der Vektor 11 in Fig. 4 sowie eine Reihe von kleineren Vektoren über und unter dem Magnetisierungsbereich des Kopfes 13 zeigen die Magnetisierung des Aufzeichnungsträgers 10 für den Fall, daß keine Aufzeichnung stattfindet. Die wirksamen Flußlinien 21 und 22 des Kopfes kehren die Magnetisierung um.

In den von den Flußlinien des Kopfes nicht beeinflußten Gebieten 23 und 24 entspricht die Magnetisierung dem Vektor 12. Wenn nun durch einen Impuls auf die Spule 14 im Falle des permanentmagnetischen Kernes oder durch Verminderung des Stromes bei weichmagnetischem Kern der Einflußbereich des Kopfes verringert wird, stellt sich der in Fig. 5 dargestellte Zustand ein. Wächst danach der Einflußbereich wieder auf den ursprünglichen Wert, so entsteht der Zustand der Fig. 6, in der der frühere Einflußbereich gestrichelt und der bestehende Einflußbereich in ausgezogenen Linien gezeigt ist. Man sieht, daß die Gebiete 23 und 24 mit der Magnetisierung 12 Randabschnitte 23 α und 24 a haben, die sich aus dem Wirkungsbereich des Kopfes herausbewegen, während die Gebiete 22 und 21 vermindert waren. Die Ausdehnung dieser Bereiche 23 α und 24 α hängt ausschließlich von der Dauer des Impulses ab und kann so klein gemacht werden, daß sie eben noch lesbar ist. Während die Bereiche 23 α und 24 a entstehen, werden außerdem gleichzeitig Bereiche 26 und 27 mit der Magnetisierung 11 geschaffen. Da bei der praktischen Anwendung Aufzeichnungen nur an vorbestimmten Stellen erfolgen (z. B. mit Hilfe einer Zeitgebereinrichtung), entstehen zwischen zwei Aufzeichnungen notwendigerweise Zwischenräume für die Bereiche 26 und 27.

Wenn der Einflußbereich des Kopfes in Übereinstimmung mit der früher genannten Betriebsart während einer Aufzeichnung vergrößert wird, so wachsen (Fig. 4) beide Bereiche 21 und 22. Wenn 21 wächst, entsteht eine Magnetisierung 12 an entgegengesetzten Ecken des Bereiches 21, die durch den Bereich 22 später nicht gelöscht wird, wenn der Einflußbereich des Kopfes wieder auf die ursprüngliche Größe zurückgeht. Auch hier ist die Größe des Aufzeichnungsbereiches nur von der Impulsdauer und nicht durch die mechanische Abmessung des Kopfes bestimmt. In der jetzt gegebenen Beschreibung des Magnetkopfflusses und der von ihm verursachten Magnetisierung des Aufzeichnungträgers wurde natürlich der Flußverlauf vereinfacht und idealisiert. Die Fig. 8 zeigt eine Anordnung, um den Einflußbereich des Kopfes auf einen Aufzeichnungsträger zu verändern. Der Kern 35 ist ein Permanentmagnet, der senkrecht zur Aufzeichnungsträgerfläche beweglich ist. Durch Betätigen des mechanischen oder elektronischen Schalters 49 wird einer der beiden Leiter 36 und 37, die gegenüber dem Magnetkern 35 durch Isolatoren 38,39 getrennt sind, an Spannung gelegt. Eine andere für das erfindungsgemäße Verfahren brauchbare Anordnung zeigt Fig. 9. Hier bewegt sich ein Aufzeichnungsträger 10 in Richtung des Pfeiles 42 unterhalb des Drahtes 39, so daß über den Schalter 53 eine Stromquelle und die mit dem Aufzeichnungsträger in Berührung stehende Bürste 54 ein geschlossener Stromkreis entsteht, wobei der Draht 39 den Aufzeichnungsträger entweder berührt oder einen Lichtbogen bildet. Der Strom am Berührungspunkt zwischen Draht und Aufzeichnungsträger erzeugt einen in Fig. 9 mit 43 bezeichneten Flußverlauf. Auch hier hat der Aufzeichnungsträger die mit den Pfeilen 40 und 41 gezeigte Vorzugsrichtung der Magnetisierung. Der kreisförmige Flußverlauf 43 enthält Flußkomponenten, die zu 40 und 41 parallel sind. In Fig. 10 sind die wirksamen Komponenten des kreisförmigen Flusses mit 44 und 45 bezeichnet. Die Bereiche 46 und 47 von Fig. 10 wurden früher durch den Bereich 44 magnetisiert. Tritt kein Aufzeichnungsimpuls auf, der den Einflußbereich 43 vergrößert oder verkleinert, so werden die Bereiche 46 und 47 innerhalb des Bereiches wieder zur Richtung 41 zurückgestellt. Wenn der Strom im Draht 39 variiert, so entstehen den Bereichen 16 von Fig. 7 vergleichbare Magnetisierungen.

Bei den mit den Fig. 11 bis 13 erläuterten Aufzeichnungsverfahren wird der Magnetkopf um geringe

ίο Beträge parallel zum Aufzeichnungsträger 61 bewegt, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Aufzeichnungsträger und Magnetkopf haben dieselben Eigenschaften wie bei den früheren Beispielen. In einem Bereich 56 (Fig. 11) erzeugt der Magnetkopf 55 (Fig. 12) die Magnetisierung 62 und in dem Bereich 57 die Magnetisierung 63. Solange sich der Kopf auf gleicher Spur über den Aufzeichnungsträger bewegt, magnetisiert der Bereich 56 in der einen und 57 in der anderen Richtung. Wird der Kopf 55 seitwärts bewegt, entsteht eine Magnetisierung 66, die vom Bereich 57 nicht erfaßt wird. Die Magnetisierung 66 entsteht also durch die Wirkung des Bereiches 56, der in der Richtung 62 wirkt und deren Wirkung durch den Bereich 57 nur teilweise aufgehoben wurde.

Die Winkel der Aufzeichnung 66 sind natürlich abhängig vom Verhältnis der Längs- und Quergeschwindigkeit. Fig. 11 und 12 zeigen außerdem, daß der Kopf anschließend wieder von der Spur 65 zur Spur 64 zurückkehrt und dabei eine ähnliche Aufzeichnung 67 zurückläßt. Hier ist darauf hinzuweisen, daß bei der Rückkehr nach Spur 64 der Bereich 57, der ja die Löschrichtung darstellt, einen diagonalen Weg über die Spur 64 nimmt. Die Fig. 13 zeigt, wie die Aufzeichnung praktisch aussehen würde, deren Prinzip in Fig. 11 dargestellt ist. Der Magnetkopf bewegt sich unmittelbar nach der Auslenkung, die ihn von Spur 73 (Fig. 13) zu Spur 74 führt, wieder zur Spur 73 zurück. Ein Teil der in Spur 71 verbliebenen Aufzeichnung (71) wird bei der Rückkehr des Kopfes zur Spur 73 wieder gelöscht. Dieser wieder gelöschte Teil ist in Fig. 13 mit 72 in gestrichelten Linien bezeichnet. In der Spur 74 verbleibt ein ebenfalls ungelöschter Teil für mit 75 bezeichnete Aufzeichnungen, welche der in der Spur 65 von Fig. 11 entsprechenden Aufzeichnung 67 entspricht. Diese Aufzeichnungen 67 bzw. 75 können bei der späteren Ablesung vernachlässigt oder auch durch einen während des Aufzeichnens schon wirksamen Löschkopf beseitigt werden, so daß nur die Aufzeichnung 66 bzw. 71 übrigbleibt. Die seitliche Auslenkung des Magnetkopfes wird natürlich in Wirklichkeit außerordentlich kleine Beträge annehmen.

In Fig. 14 ist eine Anordnung gezeigt, mit der die eben genannte Auslenkung des Magnetkopfes bewirkt werden kann. Der Kopfkern 55 liegt an einem Pol einer Batterie 86, die über zwei wahlweise zu betätigende Schalter 87 und 88 über Kondensatoren 85 mit Leitern 83 und 84 verbunden sind. Die letztgenannten Leiter sind durch ein Dielektrikum 82 vom Kern 55 getrennt. Ähnlich wie bei Fig. 8 werden auch hier elektrostatische Kräfte wirksam, die den Kopf nach rechts oder links auslenken. Fig. 15 gibt einen Schnitt durch den Kopf wieder.

Eine andere die Auslenkung bewirkende Anordnung ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Hier ist der Kern 55 des Kopfes an einem rechteckigen Körper 93 aus Bariumtitanat befestigt, der seinerseits von Leitern 91 und 96 umgeben ist. Wird die Span-

nung der Batterie 94 über Schalter 95 an die beiden Leiter 91 und 96 angelegt, so erfährt der Bariuratitanatkern eine Volumenveränderung, die den Kern nach der Seite auslenkt. Wird die Spannung abgeschaltet, so kehrt der Kopf in seine Ruhelage zurück.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Aufzeichnung binärer Werte, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in einem Bereich eine Aufzeichnung eingetragen, dann diese Aufzeichnung mit Ausnahme eines Teilbereiches gelöscht und der ungelöschte Teilbereich als Aufzeichnung beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger eine bewegte magnetisierbare Fläche dient, auf welcher die Aufzeichnung durch Magnetisierung in der einen und die Löschung durch Magnetisieren in der anderen Richtung stattfindet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausnehmen des nicht zu löschenden Teilbereiches von der Löschung durch Änderung des vom löschenden Magnetkopf erfaßten Bereiches des Aufzeichnungsträgers erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Magnetkopf erfaßte Bereich durch Variation des Erregerstromes des vorzugsweise sondenförmigen Magnetkopfes geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Magnetkopf erfaßte Bereich durch eine Bewegung des Magnetkopfes senkrecht zur gleichförmigen Bewegung des Aufzeichnungsträgers geändert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger eine in die Richtung seiner Bewegung fallende magnetische Vorzugsrichtung aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 109 617/231 6.