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Anordnung zur Erzeugung vorbestimmter binärer Zeichenkombinationen
Bei datenverarbeitenden Anlagen, wie z. B. programmgesteuerten elektronischen Rechenmaschinen,
werden bekanntlich außer den- eigentlichen Speichern, an deren Ausgängen der jeweils
eingeschriebene Inhalt lesbar ist, auch solche speicherähnliche Anordnungen benötigt,
die in fester Zuordnung zu bestimmten Eingangssignalen vorbestimmte Ausgangssignale
(Zeichenkombinationen) abgeben. In derartigen Anordnungen können beispielsweise
häufig gebrauchte Konstanten, Funktionstabellen oder andere gleichbleibende Informationen
niedergelegt sein. Sie werden daher verschiedentlich als Konstantenregister bezeichnet,
wobei aber auch die Bezeichnungen Dauer- oder Festspeicher, Codeumsetzer oder Zuordner
gebräuchlich sind.
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Die feste Zuordnung der Ein- und Ausgangssignale ermöglicht bei diesen
Anordnungen gegenüber den eigentlichen Speichern gewisse Vereinfachungen des Aufbaues
bei gleichzeitiger Verbesserung gewisser Betriebseigenschaften, wie z. B. der Zugriffszeit.
Ebenso wie für Speicher kleiner und mittlerer Kapazität werden auch hier als logische
Elemente vorteilhaft magnetisch wirkende Speicher- bzw. Schaltelemente verwendet.
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Es ist für den genannten Zweck beispielsweise ein sogenannter Paralleldauerspeicher
bekanntgeworden, bei dem eine Vielzahl von Wortauswahlleitungen durch magnetisch
wirkende Koppelelemente mit je einer dem gewünschten Ausgangswort entsprechenden
Auswahl aus einer Gesamtheit von Ausgangsleitungen verknüpft ist. Jede Auswahlleitung
dient also zum Aufruf eines durch diese Verknüpfung bestimmten, aus einer Zeichenkombination
bestehenden Ausgangswortes; jede Ausgangsleitung entspricht einer Stelle dieses
Wortes. Hierbei werden als Koppelelemente Ringkerner aus ferromagnetischem Material
mit möglichst rechteckigem Hystereseverlauf verwendet, durch die jeweils eine Ausgangsleitung
und im allgemeinen mehrere Auswahlleitungen unter magnetischer Kopplung hindurchgeführt
sind. Diese Kerne wirken als sogenannte »Oder«-Elemente und geben jeweils dann einen
Impuls an die betreffende Ausgangsleitung weiter, wenn (zumindest) eine der hindurchgeführten
Auswahlleitungen in geeigneter Weise erregt wird. Als Erregungssignalquellen für
die Auswahlleitungen dienen übertragerkerne (Schaltkerne) mit ähnlichen magnetischen
Eigenschaften, die in Form einer zweidimensionalen Matrix zusammengeschaltet sind,
ihrerseits durch die Koinzidenz von zwei entsprechend angelegten Eingangssignalen
aufgerufen werden und dabei mittels einer Sekundärwicklung einen Erregungsimpuls
in die angeschlossene Wortauswahlleitung senden. Jeder Wortauswahlleitung ist also
ein solcher Schaltkern zugeordnet, so daß für beispielsweise sechzehn Auswahlleitungen
eine Schaltmatrix mit vier mal vier Schaltkernen erforderlich ist. Abgesehen von
diesem relativ großen Aufwand an Schaltkernen ergibt sich für das Betriebsverhalten
einer solchen Anordnung und für die übertragungskapazität ihrer Koppelelemente folgende
Beschränkung: Bei Erregung einer der Auswahlleitungen werden in allen anderen Auswahlleitungen,
die entsprechend der ihnen zugeordneten Zeichenkombination über gemeinsame Koppelelemente
mit dieser verknüpft sind, Störsignale entgegengesetzter Polarität induziert, die
in gewissen Fällen durch die Summierung ihrer Amplituden in einzelnen Kernen ein
in diesen erregtes Nutzsignal auslöschen können. Um die Wirkung solcher Störsignale
herabzusetzen und die durch sie beschränkte Übertragungskapazität der Koppelelemente
zu erhöhen, ist in jede Auswahlleitung ein Reihenwiderstand eingefügt. Diese Reihenwiderstände
bedingen aber neben anderen ungünstigen Auswirkungen eine entsprechende Erhöhung
der zur Erregung der Auswahlleitungen erforderlichen Leistung. Um diese Nachteile
zu vermeiden, ist es auch schon bekannt, die Reihenwiderstände als richtungsabhängige
Widerstände, insbesondere als Dioden, auszubilden. Auf diese Weise wird das Auftreten
von Störströmen in nicht erregten Auswahlleitungen verhindert.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei solchen Anordnungen
die Anforderungen an den Hystereseverlauf des ferromagnetischen Materials der Koppelelemente
beträchtlich geringer sind, als bei Anordnungen mit richtungsunabhängigen Widerständen
in den Auswahlleitungen.
Gemäß der Erfindung wird daher bei der
erwähntenAnordnung zurErzeugung vorbestimmter Zeichenkombinationen für die Koppelelemente
ein ferromagnetisches Material verwendet, welches im Aussteuerbereich nur relativ
geringe Permeabilitätsänderungen und ein Rechteckigkeitsverhältnis B -tlm12:
BH. wesentlich kleiner als Eins aufweist.
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F i g. 1 der Zeichnung bezieht sich nicht auf die Erfindung, sondern
dient zur Erläuterung der Nachteile einer bekannten Anordnung; F i g. 2 zeigt an
Hand eines Ausschnittes aus F i g. 1 die bekannte Einfügung der Dioden, durch welche
die Anwendung der Erfindung möglich wird; F i g. 3 a zeigt in Draufsicht und F i
g. 3 b im Querschnitt eine besonders vorteilhafte Ausbildung der magnetischen Koppelelemente
sowie eine damit zusammenhängende schaltungstechnische Maßnahme; F i g. 4 und 5
schließlich beziehen sich auf zwei verschiedene räumliche Anordnungen von Koppelelementen
nach F i g. 3, unter Darstellung von damit gegebenen Verdrahtungsmöglichkeiten.
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In F i g. 1 ist schematisch der eingangs erwähnte, bekannte Paralleldauerspeicher
dargestellt. Seine fünf Ausgangsleitungen 1...5; die über je einen Verstärker 6
fünf Ausgangsklemmen 7 speisen, sind mit je einem als magnetisches Koppelelement
dienenden Ringkern 8... 12 aus ferromagnetischem Material mit möglichst rechteckigem
Hystereseverlauf induktiv gekoppelt. Sie können z. B. durch diese Kerne hindurchgeführt
sein oder auch sie mit einer oder mehreren Windungen umschlingen. Jede Ausgangsleitung
bzw. der mit ihr gekoppelte Kern entspricht einer Stelle des Ausgangswortes, so
daß also insgesamt 25 = 32 verschiedene Zeichenkombinationen (Ausgangsworte) möglich
wären. Der Einfachheit halber ist jedoch in F i g.1 nur die Auswahl von vier dieser
möglichen Zeichenkombinationen dargestellt. Demgemäß sind vier Wortauswahlleitungen
13 ... 16 vorgesehen, die entsprechend den durch sie erzeugbaren Zeichenkombinationen
induktiv mit den Kernen 8-9-10-12, 8-10-11, 8-9-12 bzw. 8-9-10 gekoppelt, also z.
B. durch sie hindurchgeführt sind. Jede der Auswahlleitungen liegt in Reihe mit
der Sekundärwicklung eines übertragerkernes (Schaltkernes) 17...20 sowie mit je
einem Widerstand 21. Die Schaltkerne, aus ähnlichem Material bestehend wie die Kerne
der Koppelelemente 8 ... 12, sind in den Kreuzungspunkten einer durch vier
Aufrufleitungen x l, x2, y 1 bzw. y 2 gebildeten Matrix induktiv mit diesen
Leitungen gekoppelt. Letztere stehen mit nicht dargestellten Aufrufschaltorganen,
wie z. B. Röhren-oder Transistorschaltungen, in Verbindung, die derart ausgebildet
sind, daß für den Aufruf eines Ausgangswortes der gezeigten Anordnung jeweils gleichzeitig
eine x- und eine y-Leitung durch einen Stromstoß geeigneter Amplitude erregt wird.
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Sowohl die Schaltkerne 17...20 als auch die Kerne 8
... 12 sind derart vormagnetisiert, daß sich nach dem Aufhören einer durch
die x -y-Leitungen bzw. durch eine Wortauswahlleitung induzierten Erregung ohne
besonderen Rückstellimpuls wieder der ursprüngliche Magnetisierungszustand einstellt.
Die Kerne, die an sich zwei stabile Magnetisierungszustände besitzen, werden also
monostabil betrieben. Bei den Kernen 8 ... 12 wird diese Vormagnetisierung
.durch eine gleichstromgespeiste Magnetisierungsleitung 22 bewirkt, wobei ein Widerstand
23 zur Einstellung des vorgesehenen Arbeitspunktes dient. Bei den Schaltkernen 17
... 20 ist der übersichtlichkeit halber die entsprechende Leitung nicht dargestellt.
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Soll bei dieser Anordnung nach F i g.1 beispielsweise das Ausgangswort
mit der Zeichenkombination 1-2-3-4-5, entsprechend einem Signal an den Ausgangsleitungen
1, 2, 3 und 5 aufgerufen werden, so wird mittels der erwähnten Aufrufschaltorgane
in den Aufrufleitungen x 1 und y 1 gleichzeitig je ein Stromimpuls erzeugt, dessen
Amplitude unter Berücksichtigung der Vormagnetisierung allein nicht ausreicht, um
die Magnetisierung eines Kernes zum Umklappen zu bringen. Am Schaltkern 17, der
mit beiden Leitungen gekoppelt ist, tritt jedoch die dop= pelte Amplitude auf. Er
wird dadurch kurzzeitig in den anderen Magnetisierungszustand getrieben, und seine
Ausgangswicklung gibt zur Erzeugung je eines Signals in den Ausgangsleitungen 1,
2, 3 und 5 einen Erregungsimpuls in die Wortauswahlleitung 13, die über die Koppelelemente
8, 9, 10 und 12 mit diesen Ausgangsleitungen induktiv verknüpft ist. Durch die genannten
Koppelemente sind jedoch entsprechend den vorgesehenen Zuordnungen auch die anderen
Auswahlleitungen hindurchgeführt, und jede solche gemeinsame Verknüpfung hat in
diesen nicht erregten Auswahlleitungen einen dem Erregungsimpuls entgegengerichteten
Sekundärimpuls zur Folge. Die Summe dieser Gegenimpulse kann beipsielsweise in dem
mit allen drei anderen Leitungen 14, 15 und 16 gekoppelten Koppelelement 8 eine
solche Amplitude erreichen, daß dort die durch die Auswahlleitung 13 vermittelte
Erregung ausgelöscht wird. Dieser Erscheinung, durch welche die Anzahl der gemeinsam
durch ein Koppelelement führbaren Auswahlleitungen beschränkt wird, kann man zwar
durch Vergrößern der in jeder Auswahlleitung liegenden Widerstände 21 entgegenwirken,
doch ist dann zur Erregung der gewählten Auswahlleitung eine entsprechend höhere
Erregungsleistung notwendig. Ferner ist zu beachten, daß die Erregungssignalquelle
- im beschriebenen Fall die Sekundärwicklung des Schaltkernes 17 - im Ausmaß der
gemeinsamen Verknüpfungen auch mit den Widerständen 21 der nicht erregten Auswahlleitungen
belastet ist.
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Die geschilderte störende Rückwirkung über die nicht erregten Auswahlleitungen
wird bei dieser bekannten Anordnung durch den Umstand ermöglicht, daß die Auswahlleitungen
nicht im eigentlichen Sinne geschaltet, also bei Nichterregung unterbrochen werden,
sondern über die relativ niederohmige Sekundärwicklung des betreffenden »Schaltkernes«
17...20 stets einen geschlossenen Stromkreis bilden. Eine gleichartige Rückwirkung
kann daher bei Anordnungen ähnlich der oben beschriebenen auch dann auftreten, wenn
als Erregungssignalquellen an Stelle von Schaltkernen andere Elemente verwendet
sind, die gleichfalls den Stromkreis der nicht 'erregten Wortauswahlleitungen nicht
unterbrechen.
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Die obengenannten Nachteile bzw. Beschränkungen werden vermieden,
wenn man in bekannter Weise nach F i g. 2 in jede Auswahlleitung als Reihenwiderstand
einen richtungsabhängigen Widerstand wie insbesondere eine Diode 24 einfügt. Die
übrige Anordnung in F i g. 2 entspricht jener der F i g.1. Die Diode 24 hat in der
Arbeitsrichtung einen sehr kleinen Durchgangswiderstand, so daß die von den Schaltkernen
17 ... 20 aufzubringende Erregerleistung relativ klein sein kann. Da die
in den jeweils nicht
erregten Auswahlleitungen induzierten sekundären
Impulse entgegengesetzte Polarität haben, werden sie von den betreffenden Dioden
gesperrt. Es kann daher weder an irgendeinem der Koppelelemente 8...12 eine störende
Verkleinerung bzw. Auslöschung eines Erregungsimpulses auftreten, noch können die
Stromkreise der nicht erregten Auswahlleitungen als zusätzliche Belastung des erregenden
Schaltkernes wirken.
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Während es bei den bekannten speicherähnlichen Anordnungen (Zuordnern)
gemäß F i g. 1 unbedingt erforderlich ist, als ferromagnetisches Material für die
Koppelelemente 8 ... 12 solches mit möglichst rechteckigem Hystereseverlauf
zu verwenden, ist es bei der Abwandlung gemäß F i g. 2 möglich, gemäß der Erfindung
den magnetisch wirksamen Teil dieser Koppelelemente aus einem Material herzustellen,
welches im Aussteuerbereich nur relativ geringe Permeabilitätsänderungen, also keineswegs
einen annähernd rechteckigen Hystereseverlauf aufweist. Hierbei kann das sogenannte
Rechteckigkeitsverhältnis, definiert durch das Verhältnis aus dem Betrag der Induktion
bei der negativen halben Maximalerregung und jenem bei positiver Maximalerregung
(B-Hml2' BH.), wesentlich kleiner als Eins sein. Es kann sogar ein Material
verwendet werden, welches bei sehr kleiner Koerzitivkraft eine große Permeabilität
aufweist. Die Verwendung von magnetischen Koppelelementen aus derartigem Material
hat den Vorteil, daß sich damit eine kürzere Zugriffszeit erreichen läßt als mit
den bisher üblichen Materialien (z. B. 0,5 #ts gegenüber einigen Rs) und daß auch,
wegen des Entfallens der Magnetisierungsverluste, ein geringerer Erregungsstrom
ausreicht (z; B. 40 mA gegenüber 700 mA). Die Koppelelemente werden dann ferner
ohne Vormagnetisierung betrieben.
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Es ist ferner möglich, eine derartige Anordnung in solcher Weise zu
gestalten, daß die Erregung der Wortauswahlleitungen durch zwei voneinander unabhängige
Gruppen von je n bzw. m Erregungssignalquellen erfolgt, deren Ausgänge so
mit den Auswahlleitungen verbunden sind, daß das eine Ende von jeweils
m der insgesamt möglichen n - m Auswahlleitungen an den Ausgang ein
und derselben Erregungssignalquelle der ersten Gruppe und das andere Ende an den
Ausgang je einer anderen Erregungssignalquelle der zweiten Gruppe angeschlossen
ist.
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Die magnetisch wirksamen Koppelelemente 25 können in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung in der Weise hergestellt sein, daß jeweils eine Vielzahl solcher Koppelelemente
aus einem zusammenhängenden Körper aus ferromagnetischem Material gebildet wird.
Dieser ist dann mit Löchern versehen, durch welche je eine Ausgangsleitung und eine
oder eine Anzahl von mit ihr zu koppelnden Auswahlleitungen hindurchgeführt sind.
Dieser Körper kann als Leiste oder als Platte ausgebildet sein und kann dementsprechend
eine oder mehrere Reihen solcher Löcher aufweisen. Bei der Ausführung als Platte
ist es zweckmäßig, parallel zu jeder zur Herstellung der Koppelelemente dienenden
Lochreihe eine zweite Reihe mit gegebenenfalls größeren Löchern vorzusehen, die
ein Hindurchführen von Leitungen auf die andere Plattenseite ermöglichen, ohne eine
magnetische Kopplung zwischen Auswahl- und Ausgangsleitungen zu bewirken. Bestehen
diese zusammenhängenden Körper, wie es durch die Erfindung vorgesehen ist, aus magnetischem
Material mit sehr kleiner Koerzitivkraft, so ist ferner vorgesehen, die Auswahlleitungen
und die Ausgangsleitungen in solcher Richtung durch die einzelnen Löcher hindurchzuführen,
daß bei Erregung der entsprechenden Auswahlleitungen die wirksame Magnetisierungsrichtung
in benachbarten Löchern jeweils verschieden ist. Bei solchem Material erstreckt
sich nämlich die magnetische Kopplung über einen größeren Abstand vom jeweils durchfluteten
Loch, so daß die Induktion in den jeweiligen Nachbarlöchern groß genug wäre, um
Störimpulse gleicher Polarität zu verursachen. Durch den Wechsel der vorgesehenen
Magnetisierungsrichtung bekommt jedoch dieses Störsignal die entgegengesetzte Polarität
wie das Nutzsignal und kann sich daher nicht störend auswirken. Erst in den übernächsten
Löchern herrscht wieder gleiche Polarität, doch ist dort die Kopplungswirkung bereits
so gering, daß sie nicht stört.
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F i g. 3 a zeigt einen solchen mit einer Reihe von fünf Löchern versehenen
Körper 36 in Draufsicht. F i g. 3 b ist eine Ansicht dieser Leiste und läßt die
Verwirklichung der vorerwähnten Maßnahme erkennen. Hierbei geht durch jedes der
Löcher dieser Reihe eine jeweils andere Ausgangsleitung 1...5, und es kann durch
jedes Loch eine Anzahl von mit der betreffenden Ausgangsleitung zu koppelnden Auswahlleitungen
34 hindurchführen. Der Übersichtlichkeit halber ist jedoch nur eine solche Auswahlleitung
dargestellt. Diese ist hier mit den Ausgangsleitungen 1, 3 und 4 gekoppelt. Sie
ist daher durch die betreffenden Löcher hindurchgeführt, während sie bei den nicht
benutzten Löchern außen vorbeigeführt ist. Hierbei ist der Durchlaufsinn beider
Leitungsarten so gewählt, daß sich für die benachbarten Löcher abwechselnd eine
jeweils verschiedene Magnetisierungsrichtung ergibt.
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Falls der betreffende Codeumsetzer (Zuordner) so viele Auswahlleitungen
umfaßt, daß diese aus Platzgründen nicht durch die Löcher einer einzigen Leiste
nach F i g. 3 hindurchgeführt werden können, dann kann man gemäß F i g. 4 mehrere
solcher Leisten so nebeneinander anordnen, daß die entsprechenden Löcher fluchten,
wobei dann die Ausgangsleitungen 1... 5 geradlinig durch die jeweils fluchtenden
Körper hindurchgeführt sind. Bei dieser Anordnung können zunächst die Auswahlleitungen
34 durch die einzelnen Leisten hindurchgeführt werden. Danach werden die Leisten
zusammengebaut und zum Schluß die Ausgangsleitungen 1...5 durch die jeweils fluchtenden
Löcher geführt. Wie die Schnittdarstellung eines der Löcher erkennen läßt, verlaufen
jedoch bei dieser Art der Verdrahtung alle Wortauswahlleitungen in einem spitzen
Winkel zur Lochachse. Der Lochquerschnitt wird daher nur zum Teil ausgenutzt.
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F i g. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher infolge andersartiger Verdrahtung
die einzelnen Löcher besser ausgenutzt werden können. Im Gegensatz zu der Ausführungsform
nach den F i g. 3 und 4 ist hier jede Ausgangsleitung 1... 5 durch die Löcher ein
und derselben, ihr zugeordneten Lochreihe einer Leiste hindurchgeführt. Die Anzahl
der Leisten ist daher gleich der Anzahl der Ausgangsleitungen. Sie sind auch hier
so nebeneinander angeordnet, daß die einander entsprechenden Löcher fluchten. Durch
die
fluchtenden Löcher werden jedoch entsprechend der ihnen zugeordneten
Zeichenkombination die Auswahlleitungen 34 hindurchgeführt, und zwar, wie an dem
im Schnitt dargestellten Loch ersichtlich ist, im wesentlichen geradlinig. Es können
daher mehr Auswahlleitungen durch ein und dasselbe Loch hindurchgeführt werden wie
bei der Anordnung nach den F i g. 3 und 4.
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Die Verdrahtung und Anordnung gemäß F i g. 5 ermöglicht eine weitere
vorteilhafte Ausbildung der Leisten in der Weise, daß die Ausgangsleitungen, wie
bei der Ausgangsleitung 5 angedeutet, als leitender Belag 5' auf die Leisten aufgebracht
und durch deren Löcher hindurchgeführt sind. Aus den oben erklärten Gründen verlaufen
dabei die die einzelnen Löcher verbindenden Abschnitte dieses Belages ebenfalls
abwechselnd auf der Vorder- und auf der Rückseite der betreffenden Leiste. Verfahren
zum Aufbringen leitender Beläge auf Ferritkörper sind bekannt.