DE1193554B - Datenspeicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-37/66

Nummer: 1193 554

Aktenzeichen: R 33291IX c/21 al

Anmeldetag: 7. August 1962

Auslegetag: 26. Mai 1965

Die vorliegende Erfindung betrifft Datenspeicher. Insbesondere betrifft die Erfindung eine neuartige Anordnung zur Abnahme eines Ausgangssignals aus einem Datenspeicher, insbesondere einem Supraleiterspeicher.

Ein im »Digest of Technical Papers«, 1961, International Solid States Conference, S. 110 bis 111, beschriebener, bekannter Supraleiterspeicher enthält eine Speicherfläche in Form einer dünnen Supraleiterschicht, in der kreisende Dauerströme gespeichert werden können. Die Treiberleitungen des Speichers sind auf der einen Seite der Fläche angeordnet. Siebestehen aus einer Gruppe von Z-Treiberdrähten, die sich in einer bestimmten Richtung erstrecken, und einer Gruppe von F-Treiberdrähten, die sich in einer anderen Richtung erstrecken. Die Schnittpunkte zwischen den X- und F-Treiberdrähten stellen die Speicherplätze dar. Im allgemeinen wird der Speicher so betrieben, daß an jedem Schnittpunkt ein binäres Bit gespeichert wird.

Auf der den Treiberleitungen gegenüberliegenden Seite der Speicherfläche ist eine Ausgangsleitung zur Abfrage der im Speicher gespeicherten Binärziffern angeordnet. Diese Ausgangsleitung besteht aus einer in einem Zickzackmuster aufgebrachten Windung, die genau mit den Schnittpunkten der X- und F-Treiberdrähte ausgerichtet ist. Der Nachteil einer solchen Signalausgangsanordnung besteht in den mit ihr verbundenen Deckungsproblemen. Die Ausrichtung zwischen der Ausgangsleitung und den XF-Treiberleitungskreuzungen muß sehr genau sein und wirft wegen des geringen Abstandes dieser Kreuzungspunkte beträchtliche Probleme auf.

Bei dem obenerwähnten bekannten Speicher beträgt der Abstand zwischen XF-Kreuzungen etwa 1,25 mm in beiden Richtungen. Schon hier ergeben sich beträchtliche Deckungsprobleme. Bei einer in Aussicht genommenen vergrößerten Speicheranordnung sind 128 X-Treiberdrähte und 128 F-Treiberdrähte vorhanden, so daß sich insgesamt 16 384 Speicherplätze ergeben. Die gesamte von diesen Kreuzungen eingenommene Fläche hat eine Kantenlänge von 32,5 mm, und der Abstand zwischen zwei Kreuzungen ist daher kleiner als 0,254 mm. Bei einem Speicher dieser Abmessungen ergeben sich hinsichtlich einer genauen Deckung der im Zickzack verlaufenden Ausgangswicklung mit den einzelnen XF-Treiberdrahtkreuzungen beim derzeitgen Stand der Technik unüberwindliche Schwierigkeiten.

Durch die Erfindung soll daher eine einfache Anordnung zur Abnahme des Ausgangssignals aus einem Speicher, beispielsweise einem Supraleiter-Datenspeicher

Anmelder:

Radio Corporation of America,

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

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Gerard Argant Alphonse, New York, N. Y.;

Leslie Lewis Burns jun.,

Princeton, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. August 1961 (135 045), vom 17. Mai 1962 (195 552) - -

speicher angegeben werden, bei der eine derart genaue Einjustierung zwischen einer Ausgangswicklung und den Speicherplätzen im Speicher nicht erforderlich ist.

Die Anordnung nach der Erfindung enthält eine elektrisch leitende Fläche, die parallel zur Speicherfläche verläuft und mit dieser eine Parallerflächenleitung bildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind am einen Ende der Parallelflächenleitung zwei Ausgangsklemmen angeordnet. Das andere Ende dieser An-Ordnung ist vorzugsweise kurzgeschlossen.

Die Treiberanordnung ist so angeordnet, daß im Zwischenraum zwischen den beiden Flächen eine magnetische Feldkomponente in einer zu den Flächen parallelen Richtung und senkrecht zu der gewünschten Ausgangsstromrichtung induziert werden kann. Das magnetische Feld induziert ein elektrisches Feld, das senkrecht zu den Flächen gerichtet ist. Die beiden Feldkomponenten, also die magnetische und die elektrische Feldkomponente, bilden die Komponenten einer elektromagnetischen Welle im TEM-Modul. Eine Welle dieses Moduls breitet sich senkrecht zur Richtung des elektrischen und magnetischen Feldes und damit in Richtung auf die Ausgangsklemmen aus. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche Abschirmfläche vorgesehen, die die Speicherfläche und die leitende Fläche gegen unerwünschte Störfeldeinflüsse abschirmt.

509 577/166

Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Supraleiterspeichers,

F i g. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Speichers gemäß der Erfindung,

Fig.4 und 5 Schnittansicht längs Flächen 4-4 und 5-5 in F i g. 3, die die Richtungen der Komponenten der elektromagnetischen Welle zeigen, die in einer Parallelflächenleitung induziert wird,

F i g. 6 eine perspektivische, teilweise weggebrochen dargestellte Ansicht eines Teils eines Speichers gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Speichers gemäß der Erfindung mit einer anderen Ausgangsanordnung,

F i g. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig.9 und 10 Schnittansichten längs der Fläche 9-9 und 10-10 der in F i g. 8 dargestellten Anordnung.

In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. Wenn die Speicheranordnung supraleitende Bauteile enthält, wird sie natürlich im Betrieb auf einer niedrigen Temperatur, beispielsweise einigen Grad Kelvin, bei der eine Supraleitung eintreten kann, gehalten, auch wenn dies nicht besonders erwähnt oder dargestellt ist.

Der in F i g. 1 dargestellte bekannte Speicher enthält X-Treiberdrähte 10 und Γ-Treiberdrähte 12. Eine supraleitende Fläche 14 unter den X- und Y-Drähten dient als Speicherfläche. Unterhalb der supraleitenden Fläche 14 ist eine im Zickzack verlaufende Ausgangswicklung 16 angeordnet, mittels derer die in Form von Binärziffern gespeicherte Information aus der Speicherfläche 14 herausgelesen werden kann. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, deckt sich die Ausgangswicklung mit jeder einzelnen XY-Kreuzung.

In der Praxis sind natürlich viel mehr X- und Y-Drähte vorhanden, als dargestellt ist. Außerdem sind die einzelnen Leitungen und Flächen gegeneinander isoliert. Einzelheiten dieser Speicheranordnung sind bekannt und sollen daher nicht im einzelnen beschrieben werden.

Im Betrieb des in F i g. 1 dargestellten Speichers werden einem bestimmten Z-Draht und einem bestimmten Y-Draht Ströme ausreichender Amplitude zugeführt, die an ihrem Kreuzungspunkt zusammen ein Magnetfeld erzeugen, das das kritische Feld der Supraleiterfläche 14 in den in F i g. 2 mit einem Punkt und einem Kreuz bezeichneten Bereichen 18, 20 übersteigt. Der Punkt im Bereich 18 soll in üblicher Weise eine Richtung des Magnetfeldes aus der Zeichenebene heraus und das Kreuz im Bereich 20 eine Richtung des Magnetfeldes in die Zeichenebene hinein darstellen.

Im supraleitenden Zustand wirkt die Speicherfläche 14, die in der Praxis aus einer dünnen Schicht eines Supraleiterwerkstoffes besteht, als ideale Abschirmung gegen Magnetfelder. Wenn jedoch das durch die Treiberströme i_x und i_y erzeugte Magnetfeld den kritischen Wert übersteigt, schalten die Bereiche 18, 20 vom supraleitenden Zustand in den Normalzustand. Das zur Einwirkung gebrachte Magnetfeld kann nun die Fläche 14 durchdringen und in dieser Fläche dauernde Kreisströme induzieren. Diese Ströme kreisen um die normal leitenden Bereiche 18, 20.

Wenn die Stromstärke der Treiberströme wieder auf Null absinkt, bricht das die Leitungen umgebende Magnetfeld zusammen, die Dauerströme in der Supraleiterschicht 14 bleiben jedoch bestehen und kreisen weiterhin in der durch die Pfeile 22 bzw. 24

ίο angegebenen Richtung. Es kann willkürlich festgelegt werden, daß Dauerströme dieser Richtung die Speicherung einer bestimmten Binärziffer, z.B. der Binärziffer 1, bedeuten soll. Dauerströme, die in der umgekehrten Richtung kreisen, dienen dann zur Dar-Stellung der Binärziffer Null.

Um die in einem bestimmten Speicherplatz gespeicherte Binärziffer abzufragen, wird den sich in diesem Speicherplatz kreuzenden X- und F-Drähten ein Strom in einer genormten Richtung zugeführt.

so Die Abfrageströme können beispielsweise in einer solchen Richtung zugeführt werden, daß Kreisströme der die Binärziffer Null darstellenden Richtung induziert werden. Wenn unter diesen Voraussetzungen in dem abgefragten Speicherplatz eine 1 gespeichert ist, schaltet der Abfragestrom diesen Bereich vom supraleitenden Zustand in den Normalzustand, und die Supraleiterfläche kann von einem Magnetfeld durchdrungen werden. Dieses Magnetfeld schneidet die Ausgangswicklung 16 und induziert in ihr einen Strom.

Wenn in dem abgefragten Speicherplatz andererseits eine Null gespeichert ist, induziert das Magnetfeld der Abfrageströme einen Kreisstrom, der dem kreisenden Dauerstrom entgegengerichtet ist und sich daher von diesem subtrahiert. In diesem Falle wird der Speicherplatz (wie die Flächenbrücke zwischen den Bereichen 18 und 20) nicht normal leitend, das Magnetfeld kann die Supraleiterschicht nicht durchdringen, und in der Ausgangswicklung wird kein Strom induziert.

Es war bereits erwähnt worden, daß sich die oben beschriebene Abfrageanordnung nur für verhältnismäßig kleine Speicheranordnungen eignet, also für Anordnungen, bei denen die Speicherplätze verhältnismäßig weite Abstände voneinander besitzen. Die X- und F-Leitungen sind in diesem Falle dann verhältnismäßig groß, und die Abfrageleitung kann ebenfalls groß gemacht werden, so daß eine Deckung zwischen den drei Leitungen zwar nicht einfach erreicht werden kann, unter Verwendung der derzeit verfügbaren Präzisionsabdeckverfahren jedoch durchführbar ist. Wenn jedoch die Speicherkapazität wächst und die Treiberdrahtbreite sowie die Abstände zwischen den Treiberdrahtkreuzungen entsprechend abnimmt, wird das Deckungsproblem praktisch unlösbar.

F i g. 3 zeigt schematisch, wie diese Probleme bei der Erfindung vermieden werden. Die Speicherfläche 30 in F i g. 3 entspricht der Supraleiterfläche 14 in Fig. 1. Eine zweite Leiterfläche 32 ist unter der Supraleiterfläche angeordnet und verläuft parallel zu dieser. Die zweite Fläche kann auch aus einer Supraleiterschicht bestehen, muß es jedoch nicht. Der Ausdruck »leitend« soll hier also sowohl Materialien mit endlichem Widerstand als auch Supraleitermaterialien ohne meßbaren Widerstand umfassen.

Die Fläche 30 ist mit der Fläche 32 am einen Rand 34 verbunden. Vorzugsweise sind die Ränder längs

ihrer ganzen Länge miteinander verbunden, beispielsweise durch einen Supraleiter. Dies kann während des Aufdampfens der Anordnung erfolgen.

Die Y-Treiberdrähte 38 liegen oberhalb der Speicherfläche 30 und sind von dieser isoliert. Die X-Treiberdrähte 36 liegen über den F-Treiberdrähten und sind sowohl von diesen als auch von der Speicherfläche 30 isoliert. Der Einfachheit halber sind hier nur drei X-Treiberdrähte und drei F-Treiberdrähte dargestellt, so daß sich insgesamt neun Speicherplätze ergeben.

Die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Speichers entspricht dem bekannten Speicher, soweit es um Einschreiben und Speichern geht. Jeder Schnittpunkt eines X- und Y-Drahtes kann eine Binärziffer speichern. Die Binärziffern werden ebenso wie in F i g. 2 als kreisende Dauerströme gespeichert.

Zur Abfragung einer im Speicher gespeicherten Binärziffer werden der entsprechenden X- und Y-Treiberleitung 45 bzw. 48 gleichzeitig Abfrageströme i_x bzw. iy in einer genormten Richtung zugeführt, wie in F i g. 3 eingezeichnet ist. Wenn am Kreuzungspunkt der Treiberdrähte 45, 48 eine solche Binärziffer gespeichert ist, daß die Anfrageströme den Speicherbereich in den normal leitenden Zustand schalten können, dringt ein Magnetfeld durch die Speicherfiäche 30.

Wie am deutlichsten aus F i g. 4 ersichtlich ist, verläuft das Magnetfeld H zwischen den beiden leitenden Flächen 30, 32 parallel zu diesen Flächen und senkrecht zu der gewünschten Feldausbreitungsrichtung. Die magnetische Feldkomponente H induziert eine elektrische Feldkomponente, die senkrecht auf der magnetischen Komponente und den beiden Flächen steht. Diese elektrische Feldkomponente ist in F i g. 4 und 5 mit E bezeichnet. Die beiden erwähnten Feldkomponenten bilden eine elektromagnetische Welle, die sich, wie in F i g. 3 und 5 gezeigt, in Richtung des Pfeiles D fortpflanzt. Dies entspricht der Fortpflanzung einer Welle im TEM-Modul, bei dem die Wellenausbreitungsrichtung senkrecht auf der magnetischen und der elektrischen Feldkomponente steht.

Es wurden Versuche mit verschiedenen Abschlüssen für die Parallelflächenleitung 30,32 durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, daß die besten Ergebnisse mit einem Supraleiterabschluß 34 erhalten werden. Auch wenn die beiden Platten 30, 32 bei 34 durch einen Widerstand kleinen Wertes, beispielsweise 1 bis 3 Ohm, verbunden waren, ergaben sich ziemlich gute Ausgangsimpulse, wenn auch niedrigerer Amplitude.

Wenn jedoch alle Ränder der Flächen offen waren, konnten an den Ausgangsklemmen 46 keine nutzbaren Ausgangssignale abgenommen werden. Eine einwandfreie Erklärung hierfür steht noch aus. Wahrscheinlich wirken die beiden Platten jedoch unter diesen Bedingungen wie ein Kondensator, und es breitet sich keine elektromagnetische Welle aus. Eine eingehende theoretische Analyse wurde noch nicht durchgeführt.

Bei einem F i g. 3 entsprechenden, praktisch ausgeführten Speicher besteht die Fläche 30 aus einem Supraleiterwerkstoff, wie Zinn. Die Fläche 32 kann ebenfalls aus Zinn bestehen, es können jedoch auch Blei oder andere supraleitende oder nicht supraleitende Werkstoffe verwendet werden. Der Abstand zwischen den Flächen 30, 32 kann durch einen Isolator, beispielsweise eine Siliciummonoxydschicht, aufrechterhalten werden. Die Dicke der Schicht kann von unter 3000 bis über 10 000 Angström betragen; sie ist nicht kritisch. Gute Ergebnisse wurden sogar bei Verwendung einer etwa 3,2 mm dicken Glasplatte zwischen den Flächen 30, 32 erhalten. Die Flächen 30, 32 können in Form einer dünnen Schicht auf dem Isolator niedergeschlagen werden.

Die X- und Y-Treiberdrähte sollen die Ränder 40, ίο 42 der Speicherfläche 30 vorzugsweise im rechten Winkel schneiden. Bei einer solchen Anordnung sind die durch die in den Treiberdrähten fließenden Ströme erzeugten Magnetfelder so orientiert, daß an den Ausgangsklemmen 46 keine TEM-Modul-Welle induziert wird. Mit anderen Worten gesagt, stehen die gewünschten Magnetfelder, die an den Rändern erzeugt werden, senkrecht auf dem in der F i g. 3 dargestellten Magnetfeld.

Die Fortpflanzungsrichtung von etwa durch diese Magnetfelder erzeugten TEM-Wellen verläuft also nicht parallel zu den Rändern 42, 44 der Supraleiterfläche 30, sondern senkrecht zu diesen. Die Speicheranordnung gemäß der Erfindung arbeitet zwar auch, wenn die Treiberleitungen die Ränder der Speicherfläche nicht im rechten Winkel schneiden. Die in diesen Leitungen fließenden Ströme induzieren dann jedoch Störungen in dem Ausgangssignal an den Klemmen 46. Wie weiter unten in Verbindung mit den F i g. 8, 9 und 10 noch erläutert werden wird, kann dieser Nachteil jedoch weitgehend beseitigt werden.

Die X- und Y-Treiberleitungen sind vorzugsweise in der dargestellten Weise orientiert. Durch diese Orientierung wird die größtmögliche nutzbare magnetische Feldkomponente H für einen gegebenen Strom gewährleistet. Wenn das durch die Ströme induzierte Magnetfeld mit der dargestellten Richtung einen Winkel einschließt, ist nur die senkrecht zu den Rändern 42 ,44 gerichtete Komponente nutzbar. Eine Änderung der Richtung der Treiberdrähte hat daher eine Verringerung der Ausgangssignale zur Folge.

An die Ausgangsklemmen 46 des Speichers wird vorzugsweise eine Ausgangsleitung in Form einer verdrillten Doppelleitung 50 angeschlossen. Diese Leitung führt zu einem Differenzverstärker 52 üblicher Bauart. Eine Bandbreite von 10 MHz reicht aus; bessere Ergebnisse erhält man mit einer etwas größeren Bandbreite, z.B. 20MHz. Die verdrillte Doppelleitung hat sich als wesentlich besser als eine Koaxialleitung erwiesen. Letztere neigt zur Aufnahme von Störsignalen über den Außenleiter, die die Nutzsignale an den Klemmen überdecken können. Bei der verdrillten Doppelleitung heben sich die induzierten Störspannungen auf.

Die Ausgangsanordnung der beschriebenen Ausführungsform wurde mit Treiberimpulsen von 50 ns (5 · 1O^-8 s) Dauer geprüft. Das an den Klemmen 46 verfügbare Ausgangssignal hatte annähernd dieselbe Dauer, jedoch etwas verzerrte Vorder- und Rückflanken. Zwischen dem Treibersignal und dem Ausgangssignal trat praktisch keine Verzögerung auf.

Die durch die parallelen Flächen übertragene Welle hat anscheinend Frequenzkomponenten bis zu 10 oder 20 MHz. Die Amplitude des an den Klemmen 46 abnehmbaren Signals beträgt bei verschiedenen Bedingungen im Mittel etwa 10 mV. Das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal ist überraschend gut, es liegt in der Größenordnung von 20:1 und dar-

über. Die geringen vorhandenen Störungen beruhen anscheinend auf einer direkten Einkoppelung aus dem nicht dargestellten Impulsgenerator und dürften durch Abschirmung und Filterung noch weiter verringert werden können.

In F i g. 6 ist ein Teil einer Speicheranordnung mit den beschriebenen und in F i g. 3 schematisch dargestellten Eigenschaften perspektivisch dargestellt. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3 versehen. In der Praxis befindet sich auf den AT-Treiberleitungen noch eine Isolatorschicht aus Siliciummonoxyd, die jedoch in der Figur nicht dargestellt ist. Die Verlängerungen 60, 62 dienen als Anschlüsse zur Befestigung der Ausgangsleitung. Die Verlängerungen 60, 62 bestehen aus Schichten, die durch entsprechend geformte Masken aufgedampft wurden. Um die Anschlüsse leichter zugänglich zu machen, sind sie an gegenüberliegenden Rändern der Speicherfläche 30 und der supraleitenden Ausgangsfläche 32 angebracht. Die Isolierschicht 64 aus Siliciummonoxyd zwischen der Speicherfläche 30 und der unteren Fläche 32 kann, wie erwähnt, verhältnismäßig dünn sein, ihre Dicke etwa in der Größenordnung von einigen tausend Angstrom liegen.

Die Schicht 34 kann als Teil der Schicht 30 aufgebracht werden. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß man für die Schicht 30 eine Maske verwendet, die den Rand 63 der Siliciummonoxydschicht 64 überlappt.

In der Praxis kann der in F i g. 6 dargestellte Speicher folgende Abmessungen haben:

Glasunterlage 67 ..
Supraleiterflache 32

Dicke der Siliciummonoxydschicht 64

Dicke der Speicherflache 30

25 · 75 · 3,2 mm oder 50 · 50 · 3,2 mm
3000 Angström dicke
Blei- oder Zinnschicht

3000 bis 10 000 Ang

strom

3000 Angström

In der Praxis kann die Speicherfläche 30 statt dessen aus zwei jeweils 1500 Angström dicken Zinnschichten bestehen, die durch eine 1000 Angström dicke Siliciummonoxydschicht getrennt sind.

Dicke der Siliciummonoxydschicht 66

3000 Angstrom

Diese Schicht und alle anderen Isolierschichten, wie die Schicht 64, 68 können als Doppelschichten aufgebracht werden.

X- und F-Treiberleitungen 3000 Angström

Die Breite dieser Leitungen und ihr Abstand voneinander hängt von der Packungsdichte der Speicherplätze ab. Typische Breitenwerte sind 0,12 bis 0,38 mm, bei Speichern großer Kapazität können jedoch unter Umständen auch Treiberdrähte verwendet werden, die wesentlich schmäler sind als 0,12 mm.

Dicke der Siliciummonoxydschicht 68 und
der nicht dargestellten
Deckschicht jeweils 3000 Angström

Es war bereits erwähnt worden, daß die X- und Y-Treiberleitungen die Ränder der Grundfläche möglichts im rechten Winkel schneiden sollen. Es ist auch möglich, entweder die X-Treiberleitungen oder die F-Treiberleitungen über den kurzgeschlossenen Rand der Parallelflächenleitung zu führen, d.h. in Richtung des Pfeiles 70. In diesem Falle spielt die Richtung der Treiberleitungen keine Rolle mehr, da der supraleitende Abschluß 34 der Parallelflächenleitung

ίο gegen die durch die Ströme in den Treiberleitungen erzeugten Felder abschirmt.

Der in F i g. 7 teilweise dargestellte Speicher (die Treiberleitungen und eine Anzahl anderer Elemente sind nicht dargestellt) arbeitet mit einer anderen Ausgangsanordnung als der Speicher der F i g. 6. Die Anschlußlaschen 60', 62' sind in der Mitte der Ränder der Speicherfläche 30 bzw. der Supraleiterfläche 32 gebildet. Die Anschlüsse sind in ihrer Breite verringert und bilden ein Steuerelement 80 in Form eines Kryotrons 82. Das Schleusenelement 84 des Kryotrons ist eine Supraleiterschicht. Das Steuerelement und das Schleusenelement des Kryotrons sind voneinander durch eine Isolierschicht 86 getrennt. Die ganze Anordnung kann in der beschriebenen Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Aufdampfen der verschiedenen Schichten durch entsprechend geformte Masken.

Bei Verwendung eines Kryotrons zur Wahrnehmung der aus dem Speicher abgefragten Ziffern ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß sich das Kryotron in derselben Umgebung befindet wie der Speicher, also z.B. in einem Heliumbad. Hierdurch können die logischen Funktionen in dem den erfindungsgemäßen Speicher enthaltenden Komputer durchgeführt werden, ohne daß das aus dem Speicher abgefragte Signal zuerst aus der auf tiefer Temperatur befindlichen Umgebung herausgebracht werden muß. Die Signalverluste können dadurch beträchtlich herabgesetzt werden.

Ein zweiter Vorteil der in F i g. 7 dargestellten Ausgangsanordnung besteht darin, daß sich das Kryotron unmittelbar bei dem Speicher befindet und daß daher bei der Übertragung des Ausgangssignals des Speichers zu der das Ausgangssignal wahrnehmenden Vorrichtung nur sehr wenig Zeit verlorengeht.

Es war bereits erwähnt worden, daß magnetische Streufelder, die Störwellen an den Ausgangsklemmen der Speichereinrichtung induzieren können, mögliehst vermieden werden sollen. Solche Störungen sind als »Randerregung« bekannt. Eine Möglichkeit zur Verringerung dieser unerwünschten Effekte besteht darin, die X- und F-Treiberleitungen so anzuordnen, daß sie die Ränder der Fläche unter einem Winkel von genau 90° schneiden. Es ist leicht einzusehen, daß dies sehr genaue Herstellungsverfahren erfordert.

An Hand der F i g. 8, 9 und 10 soll nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, bei der unerwünschte Randeffekte weitgehend vermieden werden und wesentlich ungenauere Herstellungsverfahren anwendbar sind.

Die Anordnung nach F i g. 8 kann bei Supraleiterspeichern mit einer sehr großen Anzahl von Speicherplatzen, beispielsweise zehntausend oder mehr, angewandt werden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind jedoch sechzehn Speicherplätze dargestellt. Das Arbeitsprinzip ist in beiden Fällen jedoch das gleiche.

Die in den F i g. 8, 9 und 10 dargestellte Speicheranordnung enthält vier Y-Treiberdrähte 110-1 bis 110-4 und vier X-Treiberdrähte 112-1 bis 112-4. F i g. 9 und 10 zeigen, daß diese Drähte voneinander und von der Speicherfläche 118 isoliert sind; in der schematischen perspektivischen Ansicht der F i g. 8 ist diese in der Praxis vorhandene Isolation der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die F-Treiberdrähte können mit einer Kryotron-Wahlschaltung 114 und die X-Treiberdrähte mit einer Kryotron-Wahlschaltung 116 verbunden sein. Diese Wahlschaltungen 114, 116 sind in F i g. 8, jedoch nicht in F i g. 9 und 10 dargestellt.

Die Supraleiterfläche 118 liegt unterhalb der Treiberdrähte. Parallel zur Speicherfläche 118 verläuft eine zweite leitende Fläche 120. Wie erwähnt, kann die zur Abnahme des Ausgangssignals dienende Fläche 120 aus einem supraleitenden oder nicht supraleitenden Werkstoff bestehen. Die Ausgangsoder Lesefläche 120 ist am einen Rand 122 mit der Supraleiterfläche 118 verbunden. An den anderen Rändern 124, 126, 93 besteht keine Verbindung zwischen der Lesefläche und der Speicherfläche.

Eine dritte Fläche 128, die im folgenden als »Abschirmungsfläche« bezeichnet werden soll, verläuft parallel unter der Lesefläche 120. Drei Ränder 130, 132, 134 der Speicherfläche 118 sind nach unten gebogen und mit der Abschirmfläche 128 verbunden. Die herabreichenden Teile 130,132 verlaufen im Abstand von den entsprechenden gegenüberliegenden Rändern 124, 126 der Lesefläche. Vorzugsweise bestehen alle Verbindungen zwischen der Speicherfläche 118 und der Lesefläche 120 sowie zwischen der Speicherfläche 118 und der Fläche 128 aus supraleitendem Material.

Zwei Ausgangsklemmen 135, 136 sitzen an den gegenüberliegenden Rändern 126 bzw. 124 der Lesefläche 120. Zwei weitere Ausgangsklemmen 140, 142 reichen von der Speicherfläche 118 heraus. Die Klemmen 135, 140 sind mit den Enden einer Primärwicklung 144 eines Transformators 146 verbunden. Die Klemmen 136 142 sind an die Enden einer Primärwicklung 148 eines Tranformators 150 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 152, 154 der beiden Transformatoren sind in Reihe geschaltet und liefern ein Ausgangssignal an einen nicht dargestellten Leseverstärker.

Im Betrieb des in Fig. 8 dargestellten Speichers kann Information dadurch eingeschrieben oder herausgelesen werden, daß bestimmten X- und Y-Eingangsklemmen geeignete Signale zugeführt werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß den X-Wahl-Eingangsklemmen 180, 182 und den Γ-Wahl-Eingangsklemmen 184, 186 geeignete Stromsignale zugeführt werden. Das der Klemme 180 zugeführte Signal schaltet die Kryotrorie 158,160 in den normal leitenden Zustand. Das der Klemme 182 zugeführte Signal schaltet das Kryotron 162 in den normal leitenden Zustand. Der einzige Stromweg zwischen der Z-Treiberklemme 164 und Masse, der supraleitend bleibt, führt daher über den X-Treiberdraht 112-4. In entsprechenderweise schalten die denT-Wahl-Eingangsklemmen 184, 186 zugeführten Signale die Kryotrone 166,168,170 in den normal leitenden Zustand. Der einzige supraleitende Stromweg, der für einen der Y-Treiberklemme 172 zugeführten Treiberstrom verbleibt, führt dann durch den Γ-Treiberdraht 110-2. Unter diesen Voraussetzungen wird dann der Speicherplatz am Schnittpunkt des X-Treiberdrahtes 112-4 und des Γ-Treiberdrahtes 110-2, d. h. der Speicherplatz 174, ausgewählt.

Wenn der unterhalb des Schnittpunktes 174 Hegende Bereich der Speicherfläche in den normal leitenden Zustand getrieben wird, dringt das durch die beiden Treiberdrähte an diesem Schnittpunkt erzeugte Magnetfeld durch die Supraleiterfläche 118 hindurch und bewirkt, daß sich eine elektromagneo tische Welle längs der TEM-Parallelflächenleitung ausbreitet. An den Primärwicklungen 144,148 treten daher Ausgangssignale auf. Die Transformatoren 146, 150 sind so gewickelt, daß sich diese Signale in den Sekundärwicklungen 152, 154 addieren, so daß ein is Ausgangssignal verhältnismäßig großer Amplitude zum Leseverstärker gelangt. Der nicht dargestellte Leseverstärker kann ein Impulsverstärker sein.

Ein wichtiger Vorteil der in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß die ao TEM-Parallelflächenleitung an den Rändern 124 bis 126 durch die herabgebogenen Teile 130, 132 vollständig abgeschirmt ist. Die den Klemmen 180, 182, 184, 186 zugeführten Signale der halben zur Auswahl nötigen Amplitude können daher keine Störsignale induzieren, d.h., daß in dem TEM-Wellenleiter keine Ausbreitung störender elektromagnetischer Wellen infolge von Randeffekten auftreten kann, Versuche haben bestätigt, daß bei dieser Anordnung eine Randerregung praktisch ausgeschaltet ist.

Ein zweiter Vorteil dieser Ausführungsform beruht in der Anordnung der Ausgangsklemmen. Bei einer Speicherfläche endlicher Größe ist die Amplitude des Lesesignals an den Rändern 91, 93 (den vorderen Rändern in Fig. 8) der Parallelflächenleitung unter Umständen nicht gleichförmig. Wenn beispielsweise ein Speicherplatz nahe der rechten Seite 130 der Speicherfläche 118 in den normalen Zustand getrieben wird, kann das Ausgangssignal an den vorderen Rändern 91, 93 in der Nähe des rechten Randes 124 der Parallelflächenleitung eine größere Amplitude besitzen als in der Nähe des linken Randes 126 der Leitung.

Bei Verwendung von längs der Ränder 91, 93 im Abstand voneinander angeordneten Ausgangsklemmen ergeben sich gleichförmigere Ausgangssignale der Speicheranordnung. Die an den Ausgangsleitungen 95, 97 abnehmbaren Ausgangssignale haben also ungefähr die gleiche Amplitude unabhängig davon, welcher Speicherplatz in den normal leitenden Zustand ausgesteuert wird. Bei sehr breiten Flächen können drei oder mehr Gruppen von längs der Ränder 91, 93 im Abstand angeordneten Ausgangsklemmen verwendet werden. Die Primärwicklungen werden dann wie bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform so angeordnet, daß sich- die in den Sekundärwicklungen induzierten Ausgangssignale mit der gleichen Polarität addieren.

Die Erfindung wurde an Hand eines Supraleiter-Speichers beschrieben, sie läßt sich jedoch auf beliebige' ' Speicheranordnungen anwenden, die zur Speicherung eine Fläche oder eine--dünne Schicht aus einem Material verwenden, die normalerweise ein Magnetfeld abschirmt, bei geeigneter Erregung während des Lesens dagegen ein Magnetfeld durch die Schicht durchdringen läßt. Die Verwendung von Supraleitern für die Parallelflächenleitung hat jedoch den Vorteil, daß Stromwärmeverluste des Signals bei

- -.-■ -; 509 577/166

der Ausbreitung längs der Leitung vernachlässigbar klein sind.

Die in den F i g. 6, 7 und 8 dargestellten Strukturen entsprechen jeweils einer Speicherfläche der dargestellten Ausführungsform. In der Praxis werden im allgemeinen eine große Anzahl solcher Speicherflächen aufeinandergeschichtet. Bei einem Speicher für Wörter mit einer Länge von 50 Bits können beispielsweise fünfzig solcher Flächen verwendet werden, von denen jede einzelne ihre eigene TEM-Leirung enthält. Die fünfzig Flächen können parallel abgefragt werden.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Datenspeicher, bei welchem Binärziffern in einer Speicherfläche speicherbar sind, die normalerweise Magnetfelder abschirmt, unter der Einwirkung von Abfragesignalen jedoch ein Magnetfeld durchdringen lassen kann, das dann von einer Ausgangsanordnung wahrnehmbar ist, g e kennzeichnet durch eine elektrisch leitende Fläche (32, 120), die parallel zur Speicherfläche (30, 118) verläuft und mit dieser eine Parallelflächenleitung bildet.

2. Datenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfläche und/oder die elektrisch leitende Fläche aus Supraleitern bestehen.

3. Datenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelflächenleitung am einen Ende kurzgeschlossen ist.

4. Datenspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfläche (30, 118) und die elektrisch leitende Fläche (32, 120) längs eines Randes (34, 122) durchgehend miteinander verbunden sind.

5. Datenspeicher nach Anspruch 3 oder 4 und 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (34,122) zwischen der Speicherfläche (30, 118) und der elektrisch leitenden Fläche (32, 120) aus einem Supraleiter besteht.

6. Datenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfläche und die elektrisch leitende Fläche am einen Ende durch einen Widerstand miteinander verbunden sind.

7. Datenspeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem verbundenen Ende der Leitung entgegengesetzten Ende mindestens ein Paar von Ausgangsklemmen (60, 62; 135, 140; 136, 142) vorgesehen ist.

8. Datenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen aus supraleitenden Verlängerungen (60', 62') der Speicherfläche (30) und der elektrisch leitenden Fläche (32) bestehen, die ein Steuerelement (80) Kryotrons (82) bilden, das ein Schleusenelement (84) des Kryotrons einschließt.

9. Datenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangsklemmen eine verdrillte Hochfrequenzleitung (50) angeschlossen ist.

10. Datenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Ausgangsklemmen (135, 140; 136, 142) nahe der gegenüberliegenden Ränder der beiden Flächen (30, 118; 32, 120) angeordnet sind.

11. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dritte Fläche (128) aus Supraleiterwerkstoff, die mit der elektrisch leitenden Fläche (120) lediglich an dem mit der Speicherfläche (118) verbundenen Rand (122) verbunden ist und die ganze leitende Fläche mit Ausnahme ihres dem verbundenen Rand gegenüberliegenden Randes umschließt.

12. Datenspeicher nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfläche (118) und die dritte Fläche (128) eine zusammenhängende, flache, rohrförmige und am einen Ende geschlossene Struktur (118, 128, 130, 132) bilden, innerhalb derer die leitende Fläche (120) parallel zur Ebene der rohrförmigen Struktur verläuft, und daß die Ausgangsklemmen (135, 140; 136, 142) am offenen Ende der rohrförmigen Struktur an die Speicherfläche bzw. die leitende Fläche angeschlossen sind.

13. Datenspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am offenen Ende der rohrförmigen Struktur mehrere Paare von Ausgangsklemmen (135, 140; 136, 142) im Abstand voneinander angeordnet sind, daß an jedes Ausgangsklemmenpaar eine Primärwicklung (144, 148) eines Transformators (146,150) angeschlossen ist, und daß die Sekundärwicklungen (152, 154) der Transformatoren mit einem solchen Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind, daß sich die in den Sekundärwicklungen induzierten Ausgangssignale addieren.

14. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Flächen eine Isolierschicht (64) vorgesehen ist.

15. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Fläche (32, 120) und die Speicherfläche (30,118) eine homogene TEM-Leitung bilden.

16. Datenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der elektrisch leitenden Fläche (32, 120) gegenüberliegenden Seite der Speicherfläche (30, 118) Treiberleitungen (36, 38; 110, 112) angeordnet sind.

17. Datenspeicher nach Anspruch 2 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberleitungen (36,38; 110,112) wenigstens annähernd senkrecht von den Rändern der supraleitenden Speicherfläche (30, 118) und elektrisch leitenden Fläche (32, 120) weglaufen.

18. Datenspeicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberleitungen innerhalb der Begrenzung der Speicherfläche zum größten Teil schräg zu den Rändern der Speicherfläche verlaufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

569 577/166 5.65 ® Biradesdruckerei Berlin