DE1154514B

DE1154514B - Ausleseschaltung fuer Kernspeicher

Info

Publication number: DE1154514B
Application number: DEI14065A
Authority: DE
Inventors: Harold Clark Goodman; Joseph Carl Logue
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1956-12-05
Filing date: 1957-12-04
Publication date: 1963-09-19
Also published as: GB849142A; NL222944A; FR1194464A; US3007056A

Description

JÜHk

Magnetkernspeicher für elektronische Rechenmaschinen sind meist in Form von Ebenen angeordnet, in denen je Reihe und Spalte je eine Leitung durch die darin befindlichen Magnetkerne geführt ist. Durch dieses Leitungssystem wird das Einspeichern und Abfragen der an einzelnen Kreuzungspunkten befindlichen Magnetkerne bewirkt. Eine weitere Leitung, die Abfühlleitung, ist der Reihe nach durch alle Kerne geführt. Um das Störsignal, das durch geringe Flußänderungen in allen den Kernen erzeugt wird, die nicht in den anderen magnetischen Zustand umklappen, möglichst gering zu halten, ist die Abfühlleitung abwechselnd in entgegengesetztem Richtungssinn durch die Kernebene geführt. Dies bewirkt natürlich, daß das abgefühlte Signal je nach Lage des abgefühlten Kernes positiv oder negativ gerichtet sein kann.

Infolge der kapazitiven Kopplung zwischen dem Einschreibleitungssystem und der Abfühlwicklung kann das Potential des ganzen Abfühldrahtes in bezug auf Erde schwanken. Dies ergab bei den bisher benutzten einfachen Ausgangsverstärkern für den einseitig geerdeten Abfühldraht Anlaß zu ungewollten Signalen. Auch bereitet die gleichmäßige Verstärkung bipolarer Signale mit einem einfachen Ausgangsverstärker Schwierigkeiten. Um die beim Einspeichern in der Abfühlwicklung erzeugten Signale zu unterdrücken, wurde ferner bisher jeder Ausgangsverstärker einer der parallel nebeneinander angeordneten Kernebenen über je eine Torschaltung gesteuert.

Die erfindungsgemäße Ausleseschaltung für Kernspeicher vermeidet die angeführten Nachteile, indem die Abfühlwicklung symmetrisch gegen Masse mit dem Eingang eines an sich bekannten Gegentaktverstärker verbunden ist, dessen Ausgangssignale nach Vollweggleichrichtung dem ersten Eingang einer an sich bekannten Torschaltung zugeführt werden, deren zweiter Eingang derart über einen Impulsverstärker gesteuert wird, daß am Ausgang der Torschaltung nur während der Auslesezeiten Ausgangssignale entstehen.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist ein gemeinsamer Impulsverstärker für mehrere jeweils einer Abfühlwicklung zugeordnete Torschaltungen vorgesehen.

Durch die symmetrisch mit den Enden der Abfühlwicklung verbundenen Eingänge des Gegentaktverstärker werden Potentialschwankungen der gesamten Abfühlwicklung unschädlich gemacht. Zugleich wird eine gleichmäßige Verstärkung der bipolaren Impulse erzielt. Durch die nachfolgende Vollweggleichrichtung wird die wechselweise Führung Ausleseschaltung für Kernspeicher

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen (Württ.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Dezember 1956

Joseph Carl Logue, Poughkeepsie, N. Y.,
und Harold Clark Goodman, Rosemont, Pa.

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

der Abfühlwicklung kompensiert, so daß nach der Gleichrichtung einwandfreie unipolare Signale vorhanden sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Darstellung der Anwendung auf eine dreimal drei Kerne enthaltende Kernspeicherebene erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für die Gewinnung der gewünschten Signale aus der Abfühlwicklung des Speichers,

Fig. 2 Impulsformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Kernebene, deren neun Magnetspeicherkerne 5 in einer 3 · 3-Matrix angeordnet sind, und zwar in drei räumlich getrennten Reihen X₁, X₂ und Xs, die in einer ersten Richtung verlaufen, und in drei weiteren, räumlich getrennten Reihen F₁, F₂ und F₃, die quer zu den X-Reihen

verlaufen, so daß sie diese überkreuzen. An jedem Schnittpunkt einer X-Reihe mit einer F-Reihe ist ein Speicherkern 5 angeordnet. Tatsächlich ist jede X-Reihe und jede F-Reihe eine elektrische Leitung, welche von einer Ausgangsklemme eines X-Treibers 6 oder F-Treibers 7 ausgeht und dann in gleicher Weise durch jeden der drei zugeordneten Kerne in der entsprechenden X- bzw. F-Spalte hindurchgeführt ist. Jede durch einen Kern hindurchgeführte Leitung bildet auf diesem eine sogenannte X- oder F-Wicklung, durch welche bei Erregung der betreffenden Leitung ein Magnetfeld an den Kern angelegt wird. Nach dem Durchgang durch den letzten Kern der zu-

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geordneten Reihe ist jede X- oder Y-Leitung an eine gemeinsame geerdete Leitung 8 angeschlossen.

Jeder Magnetkern hat zwei verschiedene magnetische Zustände, und zwar einen ersten Zustand, der z. B. eine binäre Null darstellt, und einen zweiten Zu₇ stand, der dann entsprechend eine -binäre Eins darstellt. Wenn angenommen wird, daß die Speicherdarstellung einer binären Null der normale Zustand eines Kerns ist, kann Jeder ,beliebige; Kern in der Kernebene aus dem Null- in den Eins-Zustand umgeschaltet werden. Dies geschieht durch gleichzeitige Betätigung der X- und Y-Treiber in bekannter Weise, wodurch ein sogenannter >>+V2jff_e«-Wählstrom an diejenigen X- und F-Leitungen angelegt wird, in denen sich der betreffende Kern befindet. Das kombinierte Feld, das durch den »+V2i?_e«-Wählstrom der X-Reihe und den »+V2 /?_e«-Wählstrom der F-Spalte in dem gewünschten Kern am Schnittpunkt der beiden erregten Leitungen erzeugt wird, bildet dann einen »1 !^«-Strom an dem gewählten Kern. Der in diesem Kern erzeugte Magnetfluß ist gerade so groß, daß der Kern aus dem binären Null- in den binären Eins-Zustand ummagnetisiert wird. Alle anderen Kerne in der ausgewählten X-Reihe und der F-Reihe sind je einem dem »+ ^xkH_e «-Wählstrom der betreffenden Reihe entsprechenden Feld ausgesetzt, welches nur die halbe der zum Umschalten des Kernes nötigen Stärke hat. Daher bleiben diese Kerne unbeeinflußt.

Außer den X- und Y-Wicklungen, die durch die zugeordneten X- und· Y-Leitungen auf jedem Kern gebildet sind, geht eine Abfühlwicklung 10 durch jeden Kern nacheinander. Jedes Ende der Abfuhlwicklungsleitung 10 ist über eine zugeordnete Leitung 10 a bzw. 10 b mit dem Emitter 11 eines zugeordneten Transistors 12 bzw. 13 verbunden.

Die Basiselektrode 15 jedes der Transistoren 12 und 13 ist geerdet, und an jeden der entsprechenden Emitter 11 wird eine Vorspannung, durch einen Stromkreis angelegt, welcher von einer +10-Volt-Quelle aus über einen. Widerstand 1.7 zur Mitte eines aus den Widerständen 18 und 19 bestehenden Spannungsteilers verläuft. Das andere Ende jedes der Widerstände 18 und 19 ist mit dem Emitter 11 des zugeordneten Transistors 12 bzw. 13 verbunden. Die Kollektorelektrode 21 jedes der Transistoren 12 und 13 speist ein entsprechendes Ende der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 22 in einer Gegentaktanordnung. Die Primärwicklung des Transformators 22 ist in der Mitte abgegriffen und über einen Widerstand 23 mit einer — 5-Volt-Quelle 24 verbunden. Der Kern.des Transformators 22 besteht aus sogenanntem »ff«-Ferritkernmaterial, dessen B-H-KuTve ziemlich linear ist. ..

Für die Entnahme der gespeicherten Information in einem beliebigen ausgewählten Kern in der Kernebene werden »V2 i?_e«-Wählströme an die entsprechenden Z-Reihen- und Y-Spalten-Leitungen an dem Schnittpunkt angelegt, an dem sich der gewünschte Kern befindet. Diese »V2 i7_t,«-Wählströme werden jedoch im umgekehrten Sinne zu den »V2.ff,,«-Strömen zum Speichern einer binären Eins angelegt. Durch die kombinierte Wirkung dieser Entnahmewählströme auf_; den X- und F-Wicklungen des gewünschten Kerns am Schnittpunkt der ausgewählten X- und !,-Leitungen entsteht ein Magnetfeld von ausreichender Stärke, so daß dieser Kern, wenn er in dem die binäre Eins darstellenden magnetischen Zu-* Stand ist, in den binären Null-Zustand umgeschaltet wird. Wenn der gewählte Kern bereits vor Anlegung des Entnahmefeldes eine binäre Null enthält, ist er nach der Anlegung des Entnahmefeldes natürlich auch in der.binären Null-Stellung.

•Wenn ein ausgewählter Kern durch Anlegung des Entnahmefeldes aus dem Eins- in den Null-Zustand umgeschaltet wird, entsteht durch die Umschaltung ein kurzdauernder Potentialunterschied zwischen den Enden der Abfühlwicklung. Das an jedem Ende einer Kernabfühlwicklung als Ergebnis einer Entnahme-Umschaltung des magnetischen Zustandes des Kerns erzeugte Potential wird über die Leitung 10 a zum Emitter 11 des Transistors 12 oder über eine Leitung 10 b zum Emitter 11 des Transistors 13 geleitet. Das heißt also, daß bei Erzeugung einer Potentialdifferenz zwischen den Enden einer ausgewählten Kernabfühlwicklung diese Potentialdifferenz zwischen den Emitterelektroden 11 der Transistoren 12 und 13 angelegt wird.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Abfühlwicklung so durch die verschiedenen Kerne der Kernebene hindurchgeführt, daß jedes etwa in einer bestimmten Kernabfühlwicklung erzeugte Abfühlsignal stets die Umkehrung eines in den unmittelbar benachbarten Kernabfühlwicklungen erzeugten Signals ist. Ein aus der Kernebene kommendes Abfühlsignal kann daher positiv oder negativ sein (bipolar) in Abhängigkeit davon, welcher Kern das Signal erzeugt. Dies zeigt Fig. 2 A, in der — zeitlich von links nach rechts fortschreitend — das erste Abfühlsignal positiv ist, während das zweite Abfühlsignal negativ ist. Eine solche Anordnung vergrößert das Verhältnis zwischen Nutz- und Störsignal in der Abfühlwicklung.

, Wenn nun willkürlich angenommen wird, daß ein positives Abfühlsignal als Ergebnis einer »Entnahme« der gespeicherten binären Eins in einem bestimmten Kern erzeugt wird, so bewirkt die resultierende positive Potentialänderung des Emitters 11 des Transistors 12 eine entsprechende positive Potentialänderung der entsprechenden Kollektorelektrode 21, die damit auch an das entsprechende obere Ende der Primärspule des Transformators 22 gelangt. Ähnlich bewirkt die gleichzeitige negative Potentialänderung des Emitters des Transistors 13 eine entsprechende negative Änderung der entsprechenden Kollektorelektrode, die an das andere Ende der Primärwicklung des Transformators 22 angelegt wird. Die zwischen den Enden einer Abfühlwicklung erzeugte Potentialdifferenz wird durch die Verstärker 12 und 13 verstärkt an die Primärwicklung des Ausgangstransformators angelegt.

Wenn während einer Aufzeichnungsoperation ein ausgewählter Kern aus dem binären Null- in den binären Eins-Zustand umgeschaltet wird, induziert diese magnetische Richtungsänderung außerdem ein Signal in der entsprechenden Abfühlwicklung. Dieses letztgenannte Signal, das als Aufzeichnungssignal bezeichnet werden kann, hat jedoch gegenüber dem in einer Abfühlwicklung durch die Entnahme einer binären Eins (Umschaltung des Kerns aus dem binären Eins- in den binären Null-Zustand) für den betreffenden Kern induzierten Abfühlsignal die umgekehrt? Richtung. Wenn also gemäß Fig. 2 A ein positives Abfühlsignal bei der Entnahme aus einem bestimmten Kern erzeugt wird, wird bei einer Aufzeichnung einer binären Eins in dem betreffenden Kern ein negatives Aufzeichnungssignal erzeugt. Ähnlich wird, wenn ein

negatives Abfühlsignal bei der Entnahme aus einem Kern entsteht, ein positives Aufzeichnungssignal bei der Aufzeichnung einer binären Eins erzeugt.

Die aus einer Kernebene kommenden bipolaren Abfühl- und Aufzeichnungssignale werden in den zugeordneten im Gegentakt geschalteten Transistorverstärkern 12 und 13 verstärkt und an die Klemmen der Primärwicklung 22 a des Ausgangstransformators 22 angelegt, und entsprechende bipolare Signale werden dann in der Sekundärwicklung 22 b des Ausgangstransformators induziert.

Gemäß Fig. 1 enthält jeder Arm der Sekundärwicklung 22 & eine zugeordnete Diode 25 oder 26, und ein Mittelabgriff der Sekundärwicklung ist mit einer — 5-Volt-Quelle 28 verbunden. Die Dioden 25 und 26 sind elektrisch zusammengeschlossen und über einen geeigneten Belastungswiderstand 29 mit einer — 15-Volt-Quelle 30 verbunden und bilden so eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung, deren Ausgang über eine Leitung 31 an die Basis eines NPN-Ausgangsumkehrtransistors 33 angeschlossen ist. Infolge der Vollwellen-Gleichrichtungswirkung der Dioden 25 und 26 werden die in der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators erzeugten bipolaren Abfühl-Aufzeichnungs-Signale in unipolare positive Signale umgewandelt, wie sie Fig. 2 B zeigt, und diese Signale werden über die Leitung 31 an die Basis 33 eines NPN-Tor-Verstärkers 34 angelegt. Der Verstärker 34 wird so gesteuert, daß nur die positiven Signale auf der Leitung 31, die durch Entnahmeoperationen in der Kernebene entstehen, den Verstärker 34 passieren, während die positiven Signale auf der Leitung 31, die durch Aufzeichnungsvorgänge in der Kernebene entstehen, unwirksam sind.

Die Emitterelektrode 35 des Verstärkers 34 ist über eine Leitung 36 mit der Kollektorelektrode 39 eines NPN-Transistors 40 verbunden. Die Emitterelektrode 41 des Transistors 40 ist an eine — 5-Volt-Speiseklemme 42 angeschlossen, welche außerdem über einen Widerstand 43 mit der Basiselektrode 45 des Transistors verbunden ist. Die Basiselektrode 45 ist weiter über einen Widerstand 46 mit einer —15-Volt-Speiseklemme 47 und über einen aus Widerstand 48 und Kondensator 49 bestehenden Eingangskreis mit einer Klemme 51 verbunden, an die positive Torimpulse (s. Fig. 2C) von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) aus angelegt werden. Diese Entnahme-Torimpulse werden in bekannter Weise erzeugt und sind zeitlich so gesteuert, daß jeder Torimpuls den Zeitabschnitt überspannt, in dem ein Abfühlsignal in einer Abfühlwicklung erzeugt werden kann. Dieser zeitliche Zusammenhang ist durch die Wellenformdarstellungen in Fig. 2 A und 2 C veranschaulicht. Alle Wellenformdarstellungen in Fig. 2 A bis 2 E beziehen sich auf dieselbe Zeitskala.

Wenn kein Entnahme-Torimpuls an der Eingangsklemme 51 liegt, ist die Basiselektrode 45 des NPN-Transistors 40 von der — 15-Volt-Klemme 47 aus auf einen Wert vorgespannt, der negativer als die von der Klemme 42 an die zugeordnete Emitterelektrode 41 angelegten —5 Volt ist. Infolgedessen ist der NPN-Transistor 40 nichtleitend, und das Potential der zugeordneten Kollektorelektrode 39 ist gleich Null. Dieses Null-Potential wird über Leitung 36 an den Emitter 35 des Transistors 34 für jede Kernebene angelegt. Wenn kein Signalausgang von den Dioden 25 oder 26 kommt, haben die Leitung 31 und die zugeordnete Basiselektrode 33 des Transistors 34 für jede Kernebene einen stetigen Zustand oder Ruhewert von etwa —5,5 Volt bei den angegebenen Stromkreisparametern. Es sei erwähnt, daß in Fig. 1 für die angegebenen Stromkreisparameter die verschiedenen Transistoren 12, 13, 34 und 40 ein a oder β von 35 haben. Da nun der Emitter 35 über Leitung 36 auf 0 Volt gehalten wird und die zugeordnete Basiselektrode einen Ruhewert von — 5,5 Volt hat, ist das Potential einer zugeordneten Kollektorelektrode 52 und damit einer angeschlossenen Ausgangsklemme 53 für die betreffende Kernebene gleich NuU.

Zur Aufzeichnungszeit wird ein positives Aufzeichnungssignal (s. Fig. 2B) über die Leitung 31 angelegt und bringt die Basiselektrode 33 von ihrem -5,5-Volt-Potential auf das Potential Null. Das Aufzeichnungssignal ist jedoch nicht stark genug, um das Basispotential über das durch die Leitung 36 an den zugeordneten Emitter 35 angelegte Potential Null hinauszutreiben, und daher bleibt das Potential des entsprechenden Kollektors 52 und der angeschlossenen Ausgangsklemme 53 gleich Null. Die auf Grund von Aufzeichnungsoperationen in der entsprechenden Kernebene an einen Transistor 34 angelegten Signale haben also keine Wirkung auf die Ausgangsklemme 53 für die betreffende Ebene. Zur Entnahmezeit findet jedoch folgendes statt:

Während des Zeitabschnitts, in dem eine Abfühloperation in dem Speichersystem stattfinden kann, wird ein positives Entnahme-Torsignal der in Fig. 2 C dargestellten Wellenform an die Klemme 51 in dem Basiseingangskreis des Transistors 40 angelegt. Durch den Entnahme-Torimpuls wird das Potential der Basis 45 gegenüber dem Potential des zugeordneten Emitters 41 um einen genügenden Wert positiv erhöht, so daß der Transistor 40 in die Sättigung getrieben wird, und das zugeordnete Kollektorpotential .fällt gemäß Fig. 2 D auf etwa -5 Volt ab. Dieser Abfall des Kollektorpotentials wird über Leitung 36 an den Emitter 35 des Verstärkers 34 jeder Kernebene angelegt. Da nun der Emitter 35 während des Zeitabschnitts, in dem in der Kernebene eine Entnahmeoperation stattfinden kann, auf —5 Volt gehalten wird, wird durch die Anlegung eines Abfühlsignales über die Leitung 31 an die Basis 34 des entsprechenden Transistorverstärkers 34 der Verstärker 34 zur Sättigung getrieben, und das Potential der entsprechenden Kollektorelektrode 52 fällt von 0 auf — 5VoIt ab, wie Fig. 2 E zeigt. Es dürfte also klar sein, daß unter der Steuerung eines einzigen NPN-Transistors 40, der seinerseits durch die Entnahme-Torsignale (Fig. 2C) gesteuert wird, der NPN-Ausgangstransistor 34 für jede Kernebene durch die in Fig. 2 D dargestellte Wellenform wirksam gemacht wird. Daher können nur die Signale, die durch Abfühloperationen in einer Kernebene bedingt sind, den zugeordneten Verstärker 34 so betätigen, daß er als Ausgang ein darstellendes Abfühlsignal gemäß Fig. 2 E bildet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ausleseschaltung für Kernspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlwicklung (10) symmetrisch gegen Masse mit dem Eingang eines an sich bekannten Gegentaktverstärkers verbunden ist, dessen Ausgangssignale nach Vollwellengleichrichtung dem ersten Eingang (33) einer an

sich bekannten Torschaltung (34) zugeführt werden, deren zweiter Eingang (35) derart über einen Impulsverstärker (45) gesteuert wird, daß am Ausgang (53) der Torschaltung (34) nur während der Auslesezeiten Ausgangssignale entstehen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kernspeicher mit

mehreren Matrixebenen allen Torschaltungen (34) nur ein gemeinsamer Impulsverstärker (45) zugeordnet ist.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerund Torelemente Schichttransistoren verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen