DE1198852B - Magnetische Vorrichtung zur Durchfuehrung logischer Funktionen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

M 54459 VIII a/21 al
11. Oktober 1962
19. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Vorrichtung zur Durchführung logischer Funktionen, die durch Boolsche Algebra ausgedrückt werden können, mit einem Magnetkern mit mehreren Öffnungen aus einem Kernmaterial mit rechteckiger Hysteresisschleife und mit einer ersten und einer zweiten Hauptöffnung zur Begrenzung eines ersten und eines zweiten Magnetflusses in dem magnetischen Kernmaterial sowie mit einer Anzahl von kleineren Öffnungen und einer durch die Hauptöffnungen gehenden Wicklung zur Blockierung dieser Öffnungen hindurchgeht und dazu dient, den magnetischen Fluß in der Umgebung dieser Öffnungen umzukehren.

Es gibt viele industrielle und militärische Anwendungen für magnetische Schaltsysteme, bei denen logische Funktionen ausgeführt werden, z. B. in Daten verarbeitenden Maschinen, Entfernungsmeßeinrichtungen und Verfahrens-Steuereinrichtungen. Solche Systeme arbeiten üblicherweise mit Signalen die eine Information beinhalten, die in binärer Form kodiert ist. Dabei ist es wünschenswert, ein Signal einer Polarität zur Darstellung des einen binären Elementes und ein Signal mit entgegengesetzter Polarität zur Darstellung des anderen binären Elementes zu verwenden. Eine in der angelsächsischen Literatur als »true and complement divice« (»Basis- und Komplement«-Vorrichtung) bezeichnete magnetische Kernanordnung, die vorteilhaft zum Schalten von solchen bipolaren Signalen benutzt werden kann, vermag zwei unterscheidbare Ausgangssignale (neben dem Nichtvorhandensein eines Signals) zu liefern, von denen das eine das Komplement des anderen ist. Es sind magnetische Vorrichtungen bekannt, die zur Realisierung logischer Funktionen dienen und Magnetkerne mit mehreren Öffnungen aufweisen. Diese bekannten magnetischen Vorrichtungen erfüllen aber nicht alle Bedingungen, die man an sie stellen muß, wenn sie in speziellen elektronischen Geräten und Datenverarbeitungsmaschinen verwendet werden sollen.

Ein Hauptnachteil der bekanten Vorrichtungen ist in der Höhe des Geräuschpegels zu erblicken. Eine Einschränkung der Verwendungsmöglichkeiten der bekannten magnetischen Vorrichtungen besteht darin, daß die Anzahl von Stufen, die man beispielsweise in einem Verschieberegister mit Kernen mit mehreren Öffnungen verwendet, stark begrenzt ist. Es wurde gefunden, daß in jeder einzelnen Stufe Geräusche erzeugt werden, die infolge ihrer Verstärkung von Stufe zu Stufe so stark zunehmen, daß nur wenige Stufen benutzt werden können, bevor man

Magnetische Vorrichtung zur Durchführung
logischer Funktionen

Anmelder:

Motorola Inc., Franklin Park, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Lawrence R. Smith, Phoenix, Ariz. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Oktober 1961
(145 052)

das Verhältnis ein von Signalspannung zu Grundgeräuschspannung erhält. Ein weiterer sehr schwerwiegender Nachteil der bekannten Magnetkerne besteht darin, daß man in Überwachungsanlagen und Datenverarbeitungsmaschinen zur Realisierung logischer Funktionen bisher unterschiedliche Kernformen und insbesondere Öffnungsformen benötigte. Die Auf-Wendungen bei der Herstellung, Lagerung und Bewicklung einer solchen Vielzahl von Kernen erwiesen sich als untragbar. Es ist schließlich auch gefunden worden, daß sich das Verhalten der Kerne allzusehr mit der Temperatur ändert, was ihre Verwendung überall dort unmöglich macht, wo große Temperaturänderungen zu erwarten sind.

Der Erfindung liegt dennoch die Aufgabe zugrunde, bei einer magnetischen Vorrichtung der eingangs geschilderten Art mit Magnetkernen mit mehreren Öffnungen eine derartige Wicklungsanordnung zu treffen, daß diese Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine erste und eine zweite Eingangswicklung, die wenigstens durch eine der kleineren Öffnungen innerhalb der größeren Magnetflüsse hindurchgeführt sind, wobei die Eingangswicklungen im gleichen Wicklungssinn durch die gleiche kleinere Öffnung im Pfad eines solchen Magnetflusses hindurchgehen, um eine Gatterwirkung zu erzielen, und durch die kleineren Öffnungen im Pfad des anderen Magnetflusses in einem solchen Sinne hindurchgeführt sind, daß sich

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eine Aufhebung der Gatterwirkung ergibt, und ferner gekennzeichnet durch eine Ausgangswicklung, die durch weitere kleine öffnungen innerhalb der Pfade des magnetischen Flusses hindurchgeht und dazu dient, das Kernmaterial in der Umgebung dieser öffnung im entgegengesetzten Sinne zu magnetisieren und dadurch eine Geräuschunterdrückung herbeizuführen, wobei diese Ausgangswicklung gleichzeitig dazu dient, einen Strom in einer Richtung zu führen, die den Gatterausgang bewirkt und andererseits einen Strom in der entgegengesetzten Richtung, der die Aufhebung des Gatterausgangs herbeiführt.

Die magnetische Vorrichtung nach der Erfindung weist nicht nur die obengenannten Nachteile nicht auf, sondern stellt auch eine Vorrichtung dar, mit der man bei Verwendung eines einzigen Kernes eine praktisch vollständige Unterdrückung des Störgeräusches erzielt; außerdem können mit ihr bipolare Signale sowohl in der Eingangs- als auch in der Ausgangswicklung verarbeitet werden.

Bei den im folgenden beschriebenen »Basis- und Komplement«-Vorrichtungen wird das Merkmal genutzt, daß die Grenzcharakteristiken des magnetischen Materials nicht kritisch sind. Der Grund hierfür ist, daß die Arbeitsweise einer solchen Komplementvorrichtung nur von dem absoluten Betrag eines Flusses abhängt, der an zwei Ausgangsöffnungen eines Mehrlochkernes umgeschaltet wird, und nicht von einem Fluß, der an einer Ausgangsöffnung entweder umgeschaltet oder nicht umgeschaltet wird, welches die typische Arbeitsweise bekannter Vorrichtungen ist. Dies bringt den Vorteil, daß die Vorrichtung in einem größeren Temperaturbereich zuverlässig betrieben werden kann und größere Schwankungen der Erregersignale zuläßt, als Vorrichtungen bekannter Art. Zwei unterscheidbare binäre Ausgangssignale werden von der Vorrichtung geliefert, was die Ausführung der Schaltungs- und Logikoperationen vereinfacht. Weiterhin können die Wicklungen für den Mehrlochkern so angeordnet werden, daß die Vorrichtung als konstante Belastung für die Signalquellen wirkt; dies macht es möglich, die Schaltung der Signalquellen zu vereinfachen.

Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung können logische UND- sowie ODER-Funktionen und Kombinationen davon in einem einzigen Kern ausgeführt werden. Die beiden Eingangswicklungen des Magnetkernes können mit Strom der einen oder anderen Polarität beschickt werden. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes ODER-Gatter erzeugt einen Strom einer bestimmten Richtung in der Ausgangswicklung, wenn durch eine oder beide Eingangswicklungen ein Strom geleitet wird, der einem binären Element entspricht (z.B. ein Strom, der einer binären »1« entspricht), und erzeugt einen Strom entgegengesetzter Richtung in der Ausgangswicklung, wenn beide Eingangswicklungen einen Strom enthalten, der dem anderen binären Element entspricht (z. B. einen Strom, welcher der binären »0« entspricht).

Ein UND-Gatter erzeugt einen Ausgangsstrom einer bestimmten Richtung nur dann, wenn die beiden Eingangswicklungen eine bestimmte Kombination von Stromrichtungen erhalten. Ein UND-Gatter kann z. B. so eingerichtet werden, daß es eine binäre »1 «-Ausgangsinformation liefert, wenn positiver Strom durch beide Eingangswicklungen fließt, und daß es eine binäre »0«-Ausgangsinformation liefert, wenn irgendeine andere Kombination von Eingangsstrom-Richtungen auf den Kern gelangt. Der einzige bauliche Unterschied zwischen einem UND-Gatter und einem ODER-Gatter besteht darin, daß eine Wicklung des einen umgekehrt ist relativ zu der Wicklung des anderen; dies bedeutet, daß schwierige Logiksysteme gebaut werden können mit einer einzigen Grundlogikvorrichtung, die zur Ausführung verschiedener logischer Funktionen benutzt werden

ίο kann, lediglich durch Veränderung der Wicklungen. Logische Kombinationsfunktionen, wie exklusives ODER- können wie weiter unten beschrieben, mit einem einzigen Kern durchgeführt werden. Da beide Elemente der binären Information durch tatsächliche Signale dargestellt werden, kann der Zustand, in welchem kein Signal vorhanden ist, dazu benutzt werden, um ein Versagen anzuzeigen, damit ein fehlerfreier Betrieb gesichert ist.
Die nachfolgend benutzten Ausdrücke seien wie folgt definiert.

Eine »öffnung« in einem Kern ist eine durch das Kernmaterial sich hindurch erstreckende Aussparung, die einen geschlossenen Kraftlinienweg im Kernmaterial begrenzt.

Eine »Nebenöffnung« ist eine kleine Öffnung im Kern, die den Kraftlinienweg um eine größere öffnung des Kernes in mehrere Zweige aufteilt. Die größere öffnung wird als »Hauptöffnung« bezeichnet. Die betreffenden Kraftlinienwege, die um die Haupt- und Nebenöffnungen herumlaufen, sind mit »Hauptkraftlinienweg« und »Nebenkraftlinienweg« bezeichnet.

Der »blockierte« Zustand eines Mehrlochkernes bezeichnet den Zustand, bei welchem der Fluß um seine Nebenöffnungen herum unterbrochen ist und deshalb nicht umgekehrt werden kann, wenn nicht der Fluß um die Hauptöffnung ebenfalls umgekehrt wird. Ein Mehrlochkern befindet sich normalerweise im blockiertem Zustand, bevor er eine logische Funktion durchführt. Die Blockierfunktion wird manchmal als »Löschen« bezeichnet.

Ein Mehrlochkern befindet sich im »gesetzten« Zustand, wenn der Fluß um irgendeine oder alle seine Nebenöffnungen kontinuierlich ist. Dieser Fluß kann örtlich umgekehrt werden, ohne den Fluß um die Hauptöffnung umzukehren.

»Einstellen« eines Mehrlochkernes ist das Verfahren bei dem der Fluß um eine oder mehrere der Nebenöffnungen umgekehrt wird ohne Änderung des Informationsinhalts des Kernes, damit sich der Kern für einen späteren Zeitpunkt in einem gewünschten Zustand befindet. Zum Beispiel kann ein Kern eingestellt werden, um ihn in einen Zustand zu versetzen zum Übertragen seiner Information auf einen nachfolgenden Kern.

»Übertragung« ist, wie der Ausdruck besagt, das Verfahren zum Entnehmen einer Information in Form eines Ausgangssignals aus dem Kern, nachdem er gesetzt wurde, und zum Übertragen der Information an eine geeignete Stelle. Die Übertragungsfunktion kann entweder mit der Einstellfunktion oder der Blockierungsfunktion gewünschtenfalls kombiniert werden; sie wird manchmal als »Lese«-Funktion bezeichnet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungs,-möglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

und führt durch eine Öffnung 25 in entgegengesetzter Richtung. Auf diese Weise werden die Nebenkraftlinienwege um die Öffnungen 23 und 25 durch die Wicklung 13 in entgegengesetztem Sinn verkettet. Die einzige Ausgangswicklung 14 des Kernes führt durch Öffnungen 26 und 27 in entgegengesetzter Richtung, wodurch die Nebenkraftlinienwege um die Öffnungen 26 und 27 gleichermaßen durch die Wicklung 13 in entgegengesetztem Sinn verkettet werden.

nationen von Stromrichtungen in diesen Wicklungen können zur Erzeugung einer Eingangs- und Ausgangsinformation benutzt werden.

Im vorliegenden Fall ist in den F i g. 1 und 2 ein positiver Strom in der Eingangswicklung 12 im Uhrzeigersinn mit X bezeichnet. Ein positiver Strom in der Eingangswicklung 13, ebenfalls im Uhrzeigersinn, ist mit Y bezeichnet. X bedeutet den negativen

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung. eines Basis- und Komplement-UND-Gatters nach der Erfindung einschließlich eines Mehrlochkernes zusammen mit Wicklungen und Schaltungen zum Betrieb des Kernes;

F i g. 2 ist die vereinfachte schematische Darstellung des UND-Gatters nach F i g. 1 in der nur der Kern und die Eingangs- und Ausgangswicklung dargestellt sind;

F i g. 3 ist die schematische Darstellung einer ma- ίο Ein Strom kann in jeder Richtung durch die Wickgnetischen Basis- und Komplementvorrichtung, die lungen 12, 13 und 14 fließen. Verschiedene Kombizur Erstellung der beiden Eingangsstromquellen benutzt werden kann, die in F i g. 1 durch Rechtecke
dargestellt sind;

F i g. 4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung ähnlich F i g. 2, die lediglich eine veränderte Ausführungsform der magnetischen Vorrichtungen zeigt, die als Basis- und Komplement-ODER-Gatter dient;

F i g. 5 ist eine vereinfachte schematische Darstel- 20 Eingangsstrom in der Wicklung 12 und Y den negalung einer Basis- und Komplement-Vorrichtung zur tiven Eingangsstrom in der Wicklung 13. Die binäre

»!«-Information wird durch einen positiven Strom dargestellt und die binäre »O«-Information durch einen negativen Strom. Die Höhe des Eingangsstromes muß ausreichen, um den Fluß um die Hauptöffnungen 17 und 18 des Kernes 11 umzukehren.

Gemäß F i g. 1 weist der Kern 11 eine Blockierwicklung 16 auf, die den Ringkern sowohl im Basisabschnitt als auch im Komplementabschnitt und 30 ebenfalls die beiden Mittelschenkel 21 und 22 des Kernes miteinander verkettet. Die Windungen der Blockierwicklung 16 sind so angeordnet, daß beim Fließen eines Stromes durch die Wicklung von der Stromquelle 31 in Richtung des Pfeiles, wie er bei gen des Kernes sind mit 12, 13, 14, 15 und 16 be- 35 der Wicklung 16 gezeigt ist, der Fluß kontinuierlich zeichnet. Da sich in F i g. 1 alle Wicklungen nur im Uhrzeigersinn um die Hauptöffnung 17 und ebenschwierig verfolgen lassen, ist in F i g. 2 der Kern 11 falls kontinuierlich im Uhrzeigersinn um die Hauptnur mit den zwei Eingangswicklungen 12 und 13 und öffnung 18 fließt. Der Fluß ist dann unterbrochen um der Ausgangswicklung 14 dargestellt. Die Ausgangs- alle Nebenöffnungen, wodurch sich der Kern in wicklung 14 der Fig. 1 besitzt mehr als eine Win- 40 einem Blockierzustand befindet, wie oben angegedung, in F i g. 2 ist aber der Übersicht halber die ben ist.

~ Die Wirkungsweise des UND-Gatters 10 kann am

besten an Hand der F i g. 1 und 2 erklärt werden. Wenn eine binäre »1« in die Wicklung 12 von der 45 Stromquelle 32 und eine binäre »0« in die Wicklung 13 von der Stromquelle 33 geliefert wird, verlaufen die Eingangsströme in den Richtungen X und Y. Die X- und Y-Ströme fließen durch die Eingangsöffnung 23 in entgegengesetzten Richtungen, so daß keine gestellt werden, daß sie den gewünschten Werkstoff- 50 Flußumschaltung in dem oberen oder Basisabschnitt eigenschaften für den Kern entsprechen. Der Kern 11 des Kernes 11 stattfindet, da sich die magnetomotobesitzt zwei Abschnitte, die begrenzt werden durch rischen Kräfte, die durch diese Ströme erzeugt werzwei Hauptöffnungen 17 und 18 zusammen mit zwei den, gegenseitig aufheben. Der Y-Strom schaltet je-Mittelschenkeln 21 und 22 mit einer dritten Haupt- doch den Fluß in dem Hauptkraftlinienweg um die öffnung 19 dazwischen. Die Kernabschnitte mit den 55 Öffnung 18 in dem Komplement-Abschnitt des Ker-Hauptöffnungen 17 und 18 werden als Basis- bzw. nes um. Diese Flußumschaltung kehrt die Richtung Komplementabschnitte bezeichnet, obwohl es ein- des Flusses im inneren Schenkel neben der unteren leuchten wird, daß diese Bezeichnungen auch umge- Ausgangsöffnung 26 um, mit dem Ergebnis, daß der kehrt werden können. Der Kern weist sechs Neben- Fluß um diese Ausgangsöffnung kontinuierlich ist. öffnungen auf, die zur Isolierung der verschiedenen 60 Zu diesem Zeitpunkt wird die Ausgangsöffnung 26 Kernwicklungen voneinander dienen. gesetzt und die andere Ausgangsöffnung 27 blockiert.

Die Eingangswicklung 12 führt durch eine Öffnung Hierdurch ist der Kern in den binären »O«-Zustand 23 in einer Richtung und durch eine Öffnung 24 versetzt.

in entgegengesetzter Richtung, so daß die Neben- Anschließend wird der Kern eingestellt, indem

kraftlinienwege um diese öffnungen durch die Wick- 65 ein Strom von der Quelle 34 durch die Einstellwicklung 12 in entgegengesetztem Sinne verkettet sind. lung 15 geschickt wird in Richtung der in F i g. 1 bei Die andere Eingangswicklung 13 führt durch die öff- der Wicklung 15 dargestellten Pfeile. Die Einsteilnung 23 in derselben Richtung wie die Wicklung 12 wicklung 15 läuft so durch die öffnungen 23 und 24,

Ausführung von exklusiver ODER-Logik, unter Benutzung des gleichen Mehrlochkernes, wie er in den F i g. 1 bis 4 gezeigt ist, aber mit einer unterschiedlichen Anordnung der Wicklungen;

F i g. 6 zeigt ein UND-Gatter allgemeiner Art, wie es in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, jedoch mit einer unterschiedlichen Anordnung der Wicklungen, so daß die Vorrichtung eine konstante Belastung für die Eingangssignale darstellt.

In F i g. 1 ist ein Basis- und Komplement-UND-Gatter 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Das UND-Gatter 10 enthält einen mit mehreren öffnungen versehenen Kern 11. Die verschiedenen Wicklun-

Wicklung 14 nur als eine Windung gezeichnet. Es ist einleuchtend, daß die für die verschiedenen Wicklungen zu verwendenden Windungszahlen von Fall zu Fall verschieden sein können.

Der Kern 11 besteht aus magnetischem Material mit einer im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Hysteresisschleife. Ferritwerkstoffe für solche Kerne sind handelsüblich; sie können so her-

daß der Fluß umgekehrt wird, der gegebenenfalls an diesen Öffnungen durch die Eingangsströme umgeschaltet worden ist, damit später (beim Übertragen) keine Energierückübertragung auf die Eingangsstromquellen 32 und 33 erfolgt. Die Einstellwicklung 15 läuft ferner durch Öffnungen 26 und 27 in einem Sinne, daß der Fluß örtlich um eine dieser Öffnungen umgekehrt wird, die gegebenenfalls vor dem Anlegen von Strom an die Einstellwicklung gesetzt worden sind. Daher wird in dem beschriebenen Beispiel der Einstellstrom den Fluß um die Öffnung 26 umkehren, so daß er sich in der entsprechenden Richtung befindet zum Übertragen der binären »0«-lnformation aus dem Kern bei einem darauffolgenden Übertragungsschritt des Betriebsumlaufes. Der Pegel oder die Amplitude des Einstellstromes ist so begrenzt, daß er nicht den Umschaltschwellenwert des Hauptkraftlinienweges um die Hauptöffnungen 17 und 18 überschreitet. Folglich wird die Flußumkehrung um die Öffnung 26 durch den Einstellstrbm einen Strom in der Ausgangswicklung 14 erzeugen, der aber nicht ausreicht, um den Fluß in irgendeinem nachfolgenden Kern umzuschalten, der für das UND-Gatter 10 eine Belastung darstellt.

Nach dem Einstellen des Kernes 11 kann die in ihm gespeicherte Information durch die Ausgangswicklung 14 in einem nachfolgenden Kern oder eine andere Belastung übertragen werden. Die Übertragungsfunktion erfolgt durch Blockieren des Kernes in der oben beschriebenen Weise. Ein Strom durch die Blockwicklung 16 kehrt den Fluß um die Öffnung 26 um, wodurch ein negativer Strom in der Ausgangswicklung 14 erzeugt wird, der mit ZY bezeichnet ist Der XY-Strom reicht aus, um den Fluß in einem nachfolgenden Kern umzuschalten, wodurch eine binäre »0« in diesen Kern übertragen wird. Die Amplitude des Blockierstromes braucht nicht begrenzt zu sein, so daß genügend Leistung vorhanden ist, um jede gewünschte Ausgangsstromstärke von dem Kern bei der Übertragung zu erhalten.

Es gibt vier verschiedene UND-Gatter, die durch verschiedene Kombinationen zweier Eingänge erhalten werden können. Diese können als XY, XY, XY XY bezeichnet werden. Eine Kombination der X- und Y-Eingänge zu dem UND-Gatter 10 erzeugt den in den F i g. 1 und 2 mit XY bezeichneten Ausgang. Der Betriebszyklus ist derselbe wie oben beschrieben. Die positiven X- und Y-Eingangsströme in den Wicklungen 12 bzw. 13 schalten den Fluß in dem Hauptweg um die Öffnung 17 um, wodurch ein kontinuierlicher Fluß um die Ausgangsöffnung 27 für den Basisabschnitt des Kernes erzeugt wird. Die X- und Y-Flüsse bewirken eine weitere Sättigung des Hauptkraftlinienweges um die Öffnung 18, wobei kein wirksamer Fluß im Komplementabschnitt des Kernes durch diese Eingangsströme erzeugt wird. Nach der Einstellung erzeugt der Blockierstrom einen Strom in der Ausgangswicklung 14 in der Richtung XY; dieser Strom reicht aus, um den Fluß in einem nachfolgenden Kern umzuschalten, der eine Belastung für den Kern 11 darstellt. Wenn ein oder beide Eingangsströme für den Kern 11 der Fig. 1 in negativer Richtung verlaufen, ist der bei der Übertragung erzeugte Ausgangsstrom in der negativen Richtung XY. 6g

Hieraus ist ersichtlich,, daß verschiedene UND-Gatter für die ZY-, ΎΥ- und ZY-Kombinationen durch einfache Umkehrung eines oder beider Eingangsströme erhalten werden können. Um das XY-UND-Gatter zu erhalten, können die positiven Ströme in den Wicklungen 12 und 13 mit Z bzw. Y bezeichnet werden. Für das ZY-UND-Gatter wird der positive Strom in der Wicklung 12 mit X und der positive Strom in der Wicklung 13 mit Y bezeichnet. Entsprechend wird für das ZY-UND-Gatter der positive Strom in der Wicklung 12 mit Z und der positive Strom in der Wicklung 12 mit Y bezeichnet. Diese Umkehrungen entsprechen einfach der Umkehrung eines oder beider Treiberkerne, welche die Eingangsstromquellen 32 und 33 darstellen, wie weiter unten beschrieben.

Eine magnetische Vorrichtung, die für die beiden Eingangsstromquellen 32 und 33 benutzt werden kann, ist in Fig. 8 dargestellt. Der Kern der Vorrichtung 36 ist mit dem Kern 11 der F i g. 1 und 2 identisch, so daß gleiche Kernteile mit denselben Bezugszeichen versehen wurden. Die Eingangswicklung 37 verkettet die Flußwege um die Nebenöffnungen 23 und 24 gegensinnig in Reihe. Die Ausgangswicklung 38 verkettet die Flußwege um die Öffnungen 26 und 27 gegensinnig in Reihe. Die Einstellwicklung 39 läuft durch die Öffnungen 23, 24, 26 und 27 und dient zum selben Zweck wie die Einstellwicklung 15 der Fig. 1. Die Blockierwicklung40 ist ebenfalls auf die in Fig. 1 beschriebene Art und Weise angeordnet.

Wenn sich der Kern der Vorrichtung 36 anfangs im blockierten Zustand befindet, setzt ein positiver (im Uhrzeigersinn) Strom X durch die Eingangswicklung 37 eine binäre »0« in den Kern, wodurch ein gleichmäßiger Fluß um die Ausgangsöffnung 27 erzeugt wird. Der Kern kann dann durch einen Strom in der Wicklung 39 eingestellt werden, um den Fluß um die Öffnung 27 umzukehren. Der Einstellstrom ist begrenzt, so daß er den Fluß um die Hauptöffnungen 17 und 18 des Kernes 11 nicht umkehren und der in der Ausgangswicklung erzeugte Strom keinen Fluß in einem nachfolgenden Kern umschalten wird, der mit dem Kern 11 gegebenenfalls verbunden ist. Der binäre »1 «-Ausgang wird von dem Kern erhalten durch einen Strom in der Blockierwicklung 40, wodurch ein positiver Strom in der Richtung X in der Ausgangswicklung 38 erzeugt wird.

Die binäre »0«~Information wird in die Vorrichtung 36 in derselben Weise eingesetzt, wie soeben für das Einsetzen einer binären »1« dargelegt wurde, allerdings mit dem Unterschied, daß die Stromrichtungen in den Eingangs- und Ausgangswicklungen umgekehrt sind. Insbesondere wird der Strom in Richtung Z in der Eingangswicklung 37, nach dem Einstellen und Blockieren des Kernes, einen Strom in Richtung Z in der Ausgangswicklung 38 erzeugen. Daher kann die Kernvorrichtung 36 als Eingangsstromquelle32 der Fig. 1 und eine identische Kernvorrichtung als Eingangsstromquelle 33 der Fig. 1 benutzt werden. Gegebenenfalls können die Stromquellen 32 und 33 als UND-Gatter bzw. ODER-Gatter der beschriebenen Art ausgebildet sein an Stelle der Vorrichtung 36.

Für das ZY-UND-Gatter können zwei Vorrichtungen 36 unmittelbar die Stromquellen 32 und 33 der Fig, 1 ersetzen. Für das XY-UND-Gatter würde die Ausgangswicklung 38 jeder der beiden Antriebsvorrichtungen umgekehrt sein, d. h. das untere Ende der Wicklung 38 würde mit dem oberen

Ende der entsprechenden Eingangswicklung 12, 13 verbunden werden. Für das ZF-UND-Gatter würde die Ausgangswicklung einer Treibervorrichtung umgekehrt sein, während die Ausgangswicklung der anderen Treibervorrichtung nicht umgekehrt wird. Auf diese Weise können vier verschiedene UND-Gatter durch geeignete Auswahl der Verbindungen zwischen der Vorrichtung36 nach Fig. 3 und der Vorrichtung 10 nach F i g. 1 erhalten werden.

Daraus ergibt sich, daß jede Treibervorrichtung zum Treiben zweier UND-Gatter benutzt werden kann. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß eine andere Ausgangswicklung für die Vorrichtung 36 vorgesehen wird, welche die Nebenflußkraftlinienwege um die öffnungen 25 und 28 gegensinnig in Reihe verkettet, und daß diese Ausgangswicklung an eines der UND-Gatter in der oben beschriebenen Art angeschlossen wird. Wenn alle vier UND-Gatter in einem Magnetsystem vorhanden sein sollen, können sie auf diese Weise von zwei Vorrichtungen 36 getrieben werden, die beide zwei Ausgangswicklungen besitzen. Dies bedeutet, daß eine Aufteilung in mehr als zwei Schritte in einem System nicht erforderlich ist, wenn es auf Zwei-Niveau-Logik beschränkt ist.

Fig. 4 zeigt ein ODER-Gatter 41, das dem UND-Gatter 10 der Fig. 1 und 2 sehr ähnlich ist. Das Kernelement 11 des ODER-Gatters 41 entspricht dem der F i g. 1 und 2, so daß die gleichen Bezugszeichen benutzt werden konnten. Eine Einstellwicklung und eine Blockierwicklung sind für das ODER-Gatter 41 vorgesehen; da sie aber den Wicklungen 15 und 16 der Fig. 1 und 2 entsprechen können, sind sie der Übersicht halber in Fig. 4 nicht dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Eingangswicklung 43 durch die Öffnungen 24 und 28 in dem ODER-Gatter 41 hindurchgeht, während die Eingangswicklung 13 beim UND-Gatter 10 durch die öffnungen 23 und 25 hindurchgeht. In allen anderen Punkten entspricht die Vorrichtung 10 der Vorrichtung 41.

Die Arbeitsweise des ODER-Gatters 41 ist folgende: Wenn positiver Strom auf eine der beiden Eingangswicklungen 12 oder 43 gegeben wird, dann wird eine binäre »1« in den Kern eingesetzt, und es wird ein gleichmäßiger Fluß um die Ausgangsöffnung 27 sein. Nach dem Einstellen und anschließender Blockierung des Kernes wird ein positiver Strom in der Richtung X + Y in der Ausgangswicklung 42 erzeugt, was einem binären »!.«-Ausgang entspricht. Der Vorgang kann ausgedrückt werden als I=X+ Y. Daraus folgt, daß ein negativer Ausgangsstrom in der Wicklung 42 nur dann erzeugt werden kann, wenn beide Eingangswicklungen 12 und 43 einen Eingangsstrom in negativen Richtungen Z und Y erhalten.

Das ODER-Gatter 41 ist eines von vier verschiedenen ODER-Gattern, die mit einem Kern 11 bei Verwendung von zwei Eingangswicklungen erhalten werden können. Die Ausdrücke für die vier ODER-Gatter sind folgende:

I = X +Y
I = Z + Y I = X + Y

Das ODER-Gatter für die Z + Y-Operation kann erhalten werden durch Umkehren der Eingangsstrombezeichnungen für die Wicklung 12, so daß der positive Strom mit Z und der negative mit X bezeichnet ist. Das ODER-Gatter für die X+ Y-Operation kann erhalten werden durch Umkehren lediglich der Eingangsstrombezeichnungen für die Wicklung 43. Das ODER-Gatter für die X + Y-Operation kann erhalten werden durch Umkehrung der Eingangsbezeichnungen für beide Eingangswicklungen 12 und 43. Wie vorher auseinander- gesetzt wurde, entspricht dies der Umkehrung der Treiberkernvorrichtungen. Zwei ODER-Gatter können von einem einzigen Treiberkern getrieben werden, wie oben beschrieben. Ebenso kann ein ODER-Gatter-Kern wenigstens zwei andere ODER-Gatter oder UND-Gatter treiben.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Kombinationslogik durch einen einzigen Kern ausgeführt wird. Diese Ausführungsform ist eine exklusive ODER-Vorrichtung, deren

ao Betrieb durch die Booleschen Gleichungen ausgedrückt werden kann:

EXKLUSIVE ODER = XY + ΎΥ
EXKLUSIVE ODER = XY + XY

Die exklusive ODER-Vorrichtung 46 enthält einen gleichen Kern 11, wie oben beschrieben. Die Ein-> stell- und Blockierwicklungen des Kernes können dieselben wie in Fig. 1 sein; der Übersicht halber sind sie deshalb in Fig. 5 fortgelassen worden. Die Ausgangswicklung 47 des Kernes entspricht der Wicklung 14 der F i g. 1 und 2. Positiver Strom in der RichtungX nach Fig. 5 läuft durch die öffnung 28 von oben nach unten, durch die Öffnungen 23 und 24 von unten nach oben und durch die Öfl· nung25 wiederum von oben nach unten. Positiver Strom in der Richtung Y in der Eingangswicklung 49 läuft durch die Öffnung 28 von unten nach oben, durch die öffnung 23 von oben nach unten, durch die Öffnung 24 von unten nach oben und durch die öffnung 25 von oben nach unten.

Jede Kombination positiven Stromes in einer der beiden Eingangswicklungen 48 und 49 ruft zusammen mit einem negativen Strom in der anderen Eingangswicklung einen positiven Ausgangsstrom in der Ausgangswicklung 47 beim Übertragen hervor. Der positive Ausgangsstrom wird mit XY + XY bezeichnet. Ein positiver Strom in beiden Eingangswicklungen 48 und 49 oder ein negativer Strom in den beiden Eingangswicklungen 48 und 49 ruft einen negativen Strom in der Ausgangswicklung 47 bei der Übertragung hervor. Der negative Ausgangsstrom wird mit XY + XY bezeichnet.

Vier verschiedene exklusive ODER-Vorrichtungen können durch Umkehrung der Eingangsströme der Vorrichtung in gleicher Weise erhalten werden wie oben beschrieben. Weil ein ODER-Gatter die Negation eines UND-Gatters ist, ist es ersichtlich, daß je zwei der vier möglichen Kombinationen von ODER-Signalen (X +Y, X+ Y, Ύ + Υ und X+ Y) in ähnlicher Weise in UND-Signale umgewandelt werden können.

Fig. 6 zeigt ein geändertes UND-Gatter 50. Bei dieser Ausführungsform hat der Kern 51 acht Nebenöffnungen anstatt sechs wie bei dem Kern 11 nach den Fig. 1 und 2. Die vom UND-Gatter50 geleistete Logikfunktion ist dieselbe wie die des UND-Gatters 10. Die Belastung, der die Eingangswicklungen 52 und 53 des UND-Gatters 50 ausge-

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setzt werden, ist jedoch konstant, unabhängig von der Kombination der Eingangssignale, was nicht für das UND-Gatter 10 zutrifft. Der positive Strom X in der Eingangswicklung 52 läuft durch die Öffnungen 54 und 55 von unten nach oben und durch die Öffnungen 56 und 57 von oben nach unten. Positiver Strom Y in der Eingangswicklung 53 läuft durch die öffnung 54 von unten nach oben, durch die Öffnung 55 von oben nach unten, durch die öffnung 56 von unten nach oben und durch die öffnung 57 von oben nach unten. Es ist ersichtlich, daß eine binäre »1« nur dann in den Kern eingesetzt werden kann, wenn ein positiver Strom in beiden Eingangswicklungen 52 und 53 vorhanden ist. Wenn negativer Strom in einer Eingangswicklung und positiver Strom in der anderen Eingangswicklung ist, heben sich die magnetomotorischen Kräfte an der Öffnung 54 gegenseitig auf und kein Fluß wird im Basisabschnitt umgeschaltet. Wenn beide Eingangsströme negativ sind, bewirken die Ströme eine wei- tere Sättigung der Kraftlinienwege um die öffnung 61, so daß kein wirksamer Fluß im Basisabschnitt umgeschaltet wird. -

Der Grund, daß die Vorrichtung 50 eine konstante Belastung für die Eingangswicklungen darstellt, liegt darin, daß ein Fluß nur dann entweder in der oberen Hälfte des Kernes oder der unteren Hälfte vorhanden ist, wenn der Eingangsstrom durch eine Nebenöffnung in beiden Eingangswicklungen in derselben Richtung fließt. Zum Beispiel fließen X- und Y-Ströme beide durch die Öffnung 54 in derselben Richtung, um eine binäre »1« in den Kern einzusetzen. Wenn X- und Y-Ströme beide durch die Öffnung 55 fließen, wird eine binäre »0« in den Kern eingesetzt. Eine binäre »1« wird in den Kern eingesetzt, wenn die X- und Y-Ströme beide von unten nach oben durch die öffnung 56 fließen. Wenn die Z- und Y-Ströme beide von unten nach oben durch die Öffnung 57 fließen, wird eine binäre »0« in den Kern eingesetzt.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung einen Grundtyp einer magnetischen Basis- und Komplementvorrichtung schafft, die eine Vielzahl von Logikfunktionen mit zwei Eingängen ausführen kann. Komplexe Logiksysteme können unter Verwendung der hier beschriebenen ODER-Vorrichtungen bzw. UND-Vorrichtungen gebaut werden. Praktisch jede komplexe Logikoperation kann auf diese Weise durchgeführt werden. Solange das System auf Zwei-Niveau-Logik beschränkt ist, ist eine Aufteilung in mehr als zwei Schritte nicht notwendig; dies vereinfacht die Schaltung, vermindert die Anzahl der benötigten Kerne, und verkleinert die Leistungsverluste.

Claims (4)

55 Patentansprüche:

1. Magnetische Vorrichtung zur Durchführung logischer Funktionen mit einem Magnetkern mit mehreren Öffnungen aus einem Kernmaterial mit rechteckiger Hysteresisschleife und mit einer ersten und einer zweiten Hauptöffnung zur Begrenzung eines ersten und eines zweiten Magnetflusses in dem magnetischen Kernmaterial sowie mit einer Anzahl von kleineren Öffnungen und einer durch die Hauptöffnungen gehenden Wicklung zur Blockierung dieser öffnungen und mit einer weiteren Wicklung, die durch die kleineren Öffnungen hindurchgeht und dazu dient, den magnetischen Fluß in der Umgebung dieser Öffnungen umzukehren, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Eingangswicklung, die wenigstens durch eine der kleineren Öffnungen innerhalb der größeren Magnetflüsse hindurchgeführt sind, wobei die Eingangswicklungen im gleichen Wicklungssinn durch die gleiche kleinere Öffnung im Pfad eines solchen Magnetflusses hindurchgeht, um eine Gatterwirkung zu erzielen, und durch die kleineren Öffnungen im Pfad des anderen Magnetflusses in einem solchen Sinne hindurchgeführt sind, daß sich eine Aufhebung der Gatterwirkung ergibt, und ferner gekenzeichnet durch eine Ausgangswicklung, die durch eine weitere kleine Öffnung innerhalb der Pfade des magnetischen Flusses hindurchgeht und dazu dient, das Kernmaterial in der Umgebung dieser öffnung im entgegengesetzten Sinne zu magnetisieren und dadurch eine Geräuschunterdrückung herbeizuführen, wobei diese Ausgangswicklung gleichzeitig dazu dient, einen Strom in einer Richtung zu führen, die den Gatterausgang bewirkt und andererseits einen Strom in der entgegengesetzten Richtung, der die Aufhebung des Gatterausganges herbeiführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangswicklung durch eine erste Nebenöffnung in dem ersten Hauptkraftlinienweg und durch eine zweite Nebenöffnung in dem zweiten Hauptkraftlinienweg hindurchläuft und die zweite Eingangswicklung durch die erste Nebenöffnung und weiter durch eine dritte Nebenöffnung im zweiten Hauptkraftlinienweg hindurchläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Wicklungen eine erste und zweite Nebenöffnung in dem ersten Hauptkraftlinienweg und weiter eine dritte und eine vierte Nebenöffnung in dem zweiten Hauptkraftlinienweg verketten, wobei die Eingangswicklungen durch die erste Nebenöffnung und durch die zweite Nebenöffnung jeweils in entgegegengesetzter Richtung und durch die dritte Nebenöffnung beide in gleicher Richtung und durch die vierte Nebenöffnung beide in gleicher Richtung, bezüglich der dritten öffnung aber in entgegengesetzter Richtung hindurchlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Eingangswicklungen in der gleichen Richtung durch eine Nebenöffnung im ersten Hauptkraftlinienweg und durch drei Nebenöffnungen im zweiten Hauptkraftlinienweg hindurchlaufen, und zwar durch zwei dieser drei öffnungen in entgegengesetzten Richtungen und durch die dritte dieser Öffnungen in der gleichen Richtung relativ zueinander.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 079 109,
078 614.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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