DE1239732B - Magnetisierungsverfahren fuer ein magnetisches Speicherelement - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 al - 37/06

Nummer: 1239 732

Aktenzeichen: 113916 IX c/21 al

1 239 732 Anmeldetag: 30.Oktober 1957

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein Magnetisierungsverfahren für ein magnetisches Speicherelement, dessen um eine Mittelöffnung verlaufender Flußpfad an zwei Stellen in Teilflußpfade aufgeteilt ist.

Wenn die bekannten toroidförmigen Magnetkerne nach Art einer Matrix angeordnet und durch koinzidente Erregung der zeilen- und spaltenweise verbundenen Wicklungen magnetisiert werden, dann darf der Strom in einer Spalte oder Zeile in den angeschlossenen Kernen nur eine Feldstärke hervorrufen, die kleiner ist als die Koerzitivkraft; Zeilen- und Spaltenstrom zusammen müssen andererseits in einem Kern wenigstens die Sättigungsmagnetisierung hervorrufen können. Innerhalb dieser Grenzen sind also die Stromimpulse in ihrer Amplitude festgelegt, obwohl es wünschenswert wäre, die Amplitude zu erhöhen, um dadurch die Geschwindigkeit der Ummagnetisierung und damit die Arbeitsgeschwindigkeit des Speichers zu steigern.

Es ist bekannt (Proceedings IRE, März 1956, S. 321 bis 332), das unter dem Namen »Transfluxor« bekanntgewordene magnetische Element durch eine weitere, dritte Öffnung so umzugestalten, daß die Einstellfeldstärke, welche durch eine Wicklung in dieser zusätzlichen Öffnung zugeführt wird, nach oben nicht begrenzt ist. Eine Wicklung durch die Mittelöffnung kann dabei das Element in einen Zustand versetzen, in dem keine Ausgangssignale entnehmbar sind (Blockierung).

Es ist weiter vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1029 414), einen Transfluxor, der ebenfalls eine Blockierungswicldung durch die Mittelöfrnung enthält, mit einer zusätzlichen Öffnung zu versehen, durch deren Wicklung die Blockierung des Transfluxors aufhebbar ist.

Aus dem USA-Patent 2734184 ist es weiter bekannt, toroidförmige Magnetkerne, die als Schalterkerne zur Aufgabe von Erregungsimpulsen benutzt werden, mit einer konstanten Vormagnetisierung ins Sättigungsgebiet zu versehen. Diese magnetische Sättigung erfaßt dabei den gesamten Magnetkern. Solche Schalterkerne haben keine Speichereigenschaften; bei jeder Ansteuerung eines Kernes durchläuft dieser vom Sättigungspunkt der Vormagnetisierung ausgehend eine volle Hystereseschleife und kehrt zu diesem Sättigungspunkt zurück.

Bei dem Betrieb von magnetischen Speicherelementen in Matrixanordnungen ergab sich der Nachteil, daß die den Magnetisierungsstrom liefernden Einrichtungen, die Treiber, auf wechselnde Lastwiderstände arbeiten müssen. Die wechselnden Lastwiderstände rühren von der jeweils wechselnden An-Magnetisierungsverfahren für ein magnetisches
Speicherelement

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,

Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:
Samuel Kalman Raker,
Washington, D. C. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1956
(619484)

zahl umzumagnetisierender Speicherelemente her, die mit den in Reihe geschalteten, vom Treiber gespeisten Wicklungen verkettet sind. Um trotz dieser wechselnden Lastwiderstände für die Treiber gleichmäßige Stromwerte für die Erregerleitungen zu erhalten, sind besondere Maßnahmen, d.h. umfangreichere und kompliziertere Treiber, erforderlich.

Ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, die genannten Nachteile zu bestehen und ein Magnetisierungsverfahren für ein Speicherelement zu schaffen, das durch Anwendung hoher Treiberströme eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit gestattet und bei dem die Treiber aus konstante Lastwiderstände arbeiten können.

Ausgehend von einem magnetischen Speicherelement mit einer Mittelöffnung und zwei Seitenöffnungen, welche den Flußpfad um die Mittelöffnung in je zwei unter sich gleiche Teilpfade teilen, macht die Erfindung von einer in immer gleicher Richtung wirkenden Magnetisierung zweier benachbarter Teilpfade durch wenigstens eine Wicklung Gebrauch; diese Magnetisierung kann in einer dauernden Gleichstrommagnetisierung bestehen oder durch zu bestimmten Zeitpunkten des Magnetisierungsprogramms vorübergehend wirkende Ströme erfolgen. Die Konstanz der Treiberbelastung wird dadurch erreicht, daß die Treiber jeweils, unabhängig vom Speicherzustand, die gleichen Kernquerschnitte umzumagnetisieren haben.

709 578/225

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Magnetisierungsverfahren für ein magnetisches Speicherelement mit einem um eine Mittelöffnung verlaufenden geschlossenen Flußpfad, der an zwei Stellen in je zwei untereinander gleiche Teilpfade aufgeteilt ist, mit einer die Mittelöffnung durchsetzenden Einstellwicklung und mit einer Ausgangswicklung auf dem äußeren Teilpfad der zweiten Aufteilungsstelle mit dem Merkmal, daß durch mindestens eine die Mittelöffnung durchsetzende Wicklung die dem gewünschten Speicherwert zugeordnete Flußrichtung um die Mittelöffnung eingestellt, daß durch eine mit den Teilpfaden der ersten Aufteilungsstelle verkettete Wicklung ein nur die beiden Teilpfade der ersten Aufteilungsstelle in immer gleicher Richtung durchlaufender Fluß erzeugt und daß schließlich durch die die Mittelöffnung durchsetzende(n) Wicklung(en) ein Fluß um die Mittelöffnung in einer vorbestimmten Bezugsrichtung eingestellt wird.

Die nachfolgende Beschreibung wird durch Zeichnungen erläutert.

Fig. IA ist eine Hystereseschleife mit eingetragenen Magnetisierungsfeldstärken;

F i g. 1B ist ein Kern zur Erklärung der F i g. 1 A;

F i g. 2 und 3 sind zwei Formen des benutzten Kernes; .

F i g. 4 bis 7 zeigen den im Kern nach F i g. 2 möglichen Feldlinienverlauf;

Fig. 8 A bis 8C sind Impulsdiagramme;

F i g. 9 und 10 zeigen mögliche Kernwicklungen;

Fig. 11 ist das Schema einer Speichermatrix unter Verwendung des Erfindungsgedankens.

Der Kern 10 der F i g. 1B nimmt ohne eingeprägte Feldstärke einen der stabilen Punkte b oder d der Hystereseschleife Φ = f (I) von Fig. IA ein. Mit einem Gleichstrom I_b durch WickIungll läßt sich der jenseits der Sättigung liegende Punkt a2 erreichen. In gleicher Richtung wirkende Ströme I₀ durch die Leiter 12 und 13 bringen den Kernwerkstoff entgegen der Vormagnetisierung I_b zum Punkt c der Schleife. Ein Strom I₀ durch X oder Y allein läßt nur den Punktfe erreichen, es treten keine merklichen Flußänderungen auf. Die Größen von I_b und I₀ müssen aufeinander abgestimmt sein, ihre Absolutwerte sind aber grundsätzlich nicht begrenzt. Bei kleinen Anstiegszeiten der Stromimpulse ist also eine außerordentlich rasche Kernumschaltung möglich. Der Kern nach Fig. IB ist als Speicher nicht brauchbar, da Wicklung 11 am Ende der Ströme in 13, 14 immer wieder den Zustand des Punktes a2 herstellt. Natürlich ist auch ein anderes Verhältnis der Ströme möglich, z. B. I_y und 3 ■ I_x (Fig. 1A).

Der Magnetkern der F i g. 2 oder 3 kann nach einem älteren Vorschlag mit den Wicklungen 18 um den Piad A, 20 um den Pfadß und 22 um den PfadD betrieben werden. Dazu wird durch gleichzeitige Erregung der beiden Wicklungen 18 und 20 ein die Mittelöffnung 13 in gleichem Sinn umgebender Fluß eingestellt. Durch Erregung der beiden Wicklungen in entgegengesetztem Sinn läßt sich die Richtung des Flusses um die Mittelöffnung 13 umkehren. Die Erregung nur einer der Wicklungen 18 oder 20 bewirkt eine Änderung des Flußverlaufs im Kern derart, daß ein nur die Pfade A und B durchsetzender, um die Öffnung 12 verlaufender Fluß erzeugt wird; die Flußrichtung in dem mit der Ausgangswicklung verketteten PfadD wird dann nicht geändert.

Die Erfindung benutzt die gleiche Kernform. Bei der Anwendung des eingangs erwähnten Magnetisierungsverfahrens auf den Magnetkern der F i g. 2 und 3 werden die Teilpfade^ und B der ersten Stelle durch die in Form einer Acht geführte zusätzliche Wicklung 16 in der mit den Pfeilen in F i g. 2 angedeuteten Richtung magnetisiert. Auf dem Teilpfad A liegt die Wicklung 18, die als Entnahmewicklung bezeichnet werden kann; auf dem Teilpfad B

ίο ist die Wicklung 20 aufgebracht, die als Eingabewicklung betrachtet werden kann. Die Richtungen ihrer Ströme sind angegeben. Der TeilpfadD der zweiten Stelle trägt die Ausgangswicklung 22, wie bereits angegeben wurde. Der Strom in Wicklung 16 kann ein dauernd wirkender Gleichstrom oder ein die Eingabe- oder Entnahmeimpulse zeitlich überdeckender Stromimpuls sein; er bringt den Kemwerkstoff in die Nähe der Punkteal oder a2 der Fig. 1A.

Wird der Wicklung 18 oder der Wicklung 20 ein Stromimpuls der Amplitude des in Wicklung 16 fließenden, der Einfachheit halber als Gleichstrom angenommenen Stromes zugeführt, so erfährt der Kern keine bleibende Änderung, da der Punkt e am Knie der Hystereseschleife von F i g. 1A nicht überschritten wird. Bei der Zufuhr des doppelten Stromimpulses (2 1₀) wird der eine der Teilflußpfade (A oder B mit dem Differenzwert (Impuls minus Gleichstrom) ummagnetisiert und im Gesamtquerschnitt des Kernes eine Flußrichtung im Sinn oder im Gegensinn des Uhrzeigers eingestellt. Auch die Teilflußpfade nehmen diese Flußrichtung an. Hört der Strom in der Wicklung 18 oder 20 auf, so stellt der Gleichstrom von Wicklung 16 in den Flußpfaden A und B wieder die ursprüngliche Flußrichtung (Pfeile der F i g. 2) her, die Flußrichtung des Pfades D wird jedoch von der Rückstellung nicht erfaßt.

Die F i g. 4 bis 7 enthalten mit gestrichelten Linienzügen den Feldlinienverlauf für Betriebszustände eines solchen als Speicherelement verwendeten Magnetkernes. Statt der Wicklungen 18 und 20 der F i g. 2 und 3 wurden hier die Wicklungen 26 und 28 vorgesehen, die als Koordinatenwicklungen X und Y einer Magnetkern-Matrix aufgefaßt werden können.

Es ist leicht einzusehen, daß diese die Öffnungen 13 des Kernes durchsetzenden Wicklungen den Gesamtquerschnitt des Kernes ebenso beeinflussen wie die Wicklungen 18, 20. Zur Eintragung eines Wertes in den Kern fließt ein Strom geeigneter Größe in der durch Pfeile gezeigten Richtung durch beide Leiter (oder auch Wicklungen) 26, 28, bei der Entnahme in Gegenrichtung. Willkürlich wird die Flußrichtung in Pfad D von unten nach oben als Kennzeichen des Speicherwertes »1« festgelegt.

Den Vorgang des Eintragens einer »1« gibt die F i g. 4 wieder. Die Ströme der Wicklungen 26, 28 überwinden die Vormagnetisierung der Wicklung 16 und verursachen im ganzen Querschnitt eine Flußrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn, im Pfad D also von unten nach oben.

In F i g. 5 hat sich nach dem Ende des Schreibimpulses in 26, 28 der Ruhezustand eingestellt: Die Wicklung 16 hat in den Pfaden A und B wieder die einander entgegengesetzten Flußrichtungen zustande gebracht, Pfad D behält seine Flußrichtung bei, die von PfadC kehrt sich um. Der letztere Vorgang ist darauf zurückzuführen, daß der magnetische Widerstand und das umzumagnetisierende Volumen von

Claims (3)

dem umgeschalteten Pfad B aus gesehen durch Pfad C kleiner sind als durch D. Die Entnahme der gespeicherten »1« geschieht mit Strömen umgekehrter Richtung in 26 und 28, welche die Flußrichtung im Uhrzeigersinn im ganzen Querschnitt erzeugen. Auch im Pfad D wechselt die Flußrichtung, die Wicklung 22 Hefert dabei ein Signal (Fig. 6). Nach dem Entnahmevorgang nehmen die Pfade A und B wieder den Zustand von Fig. 5 ein, Pfad Ζ) behält die der gespeicherten »0« entsprechende Flußrichtung von oben nach unten bei (F i g. 7). Ein weiterer Entnahmevorgang, ausgehend vom Zustand der F i g. 7, läßt den Pfad D unverändert. Da die Wicklung 16 nach jedem Schaltvorgang die Teilflußpfade der ersten Stelle immer wieder in den gleichen Zustand zurückversetzt, arbeiten die an die Wicklungen 18, 20 bzw. 26, 28 angeschlossenen Treiber auf den gleichen Lastwiderstand, unabhängig von der zufälligen Verteilung der Speicherwerte in den Kernen, die mit den in Reihe am Treiber liegenden Wicklungen verkettet sind. Die Fig. 8A bis 8C zeigen die Impulsformen in den Wicklungen 26, 28 und 22 während der mit den F i g. 4 bis 7 beschriebenen Vorgänge. In der Zeitspanne T1 findet der Werteintrag (W) entsprechend Fig. 4 statt. In Fig. 8A und 8B erscheinen die (nach unten verlaufenden) Impulse der Leiter 26 und 28; Pfad D wechselt die Flußrichtung, Wicklung 22 liefert einen negativen, nicht auszuwertenden Impuls, den Fig. 8C wiedergibt. Während der Zeitspannen T2 herrscht der Zustand der F i g. 5, es tritt kein Impuls auf. Für die Entnahme (R) in der Spanne Ts führen die Wicklungen 26, 28 entgegengesetzte Impulse (Fig. 8A und 8B), die Ausgangswicklung gibt ein den Wert »1« charakterisierendes Signal ab (Fig. 8C). Die Wiederholung desselben Vorganges zur Zeitspanne T5 ergibt das Signal »0«, nämlich kein Signal. Wenn (zur Zeit T7) nur eine der Wicklungen 26 oder 28 Strom führt, entsprechend der Impulsgabe auf nur eine Koordinate einer Kernmatrix, dann entsteht ebenfalls kein Ausgangssignal, da der Pfad D unbeeinflußt bleibt. Dasselbe wäre der Fall, wenn der Impuls zur Zeit T7 in der F i g. 8 A in negativer Richtung verlaufen würde. Für die Verwendung des Magnetkernes in einem Speicher ist es von Interesse, daß die Wirkung der X- und Y-Impulse durch einen diesen entgegenwirkenden Impuls in einer weiteren Wicklung und von der Größe des X- oder F-Impulses verhindert werden kann. Die F i g. 9 zeigt als Beispiel dafür die Wicklung 37, welche die Kernumschaltung durch die Wicklungen 35 und 36 unterbindet. Die restlichen Bezeichnungen der Figur stimmen mit den früher besprochenen überein. Statt eines Impulses auf Wieklung 37 könnte auch währenddessen der Strom der Wicklung 16 auf den doppelten Wert erhöht werden. Die F i g. 10 zeigt, wie auch die Wicklung 16 der F i g. 2 bis 7 und 9 durch einen die Öffnung 12 zwischen den Pfaden A und B durchdringenden Leiter ersetzbar ist, der allerdings den doppelten Strom (2/ö) führen muß. Ein Beispiel für die Anwendung eines vorgespannten Magnetkernes in einem Matrixspeicher mit mehreren Kernebenen gibt die Fig. 11, die eine solche Ebene mit dreimal drei Kernen zeigt. Jeder Kern 40 trägt eine hier wieder achtförmige Vormagnetisierungswicklung, deren Reihenschaltung an der Stromquelle 44 liegt. Die den Wicklungen 26, 28 von Fig.4 entsprechenden, längs der Koordinaten verbundenen Leiter X und Y erhalten wahlweise Stromimpulse von ihren Treibern 42, während die Auswahl der Leiter durch von Adressenregistern 43 gesteuerte Adressenentschlüsseler 41 erfolgt. Die in Reihe geschalteten Ausgangswicklungen auf PfadD gelangen über den Entnahmeverstärker 45 und das von einer Eingabe-Entnahme-Steuerung 49 geöffnete Tor 46 zu einem Zwischenspeicher 47. Zum Wiedereintragen läßt die Steuerung 49 die entnommenen Werte über das Tor 48 zu einem weiteren Treiber 50 gelangen, welcher der Wicklung 37 von F i g. 9 entsprechende Wicklungen (zur Verhinderung der Umschaltung) speist. In Übereinstimmung mit dem Wert im Zwischenspeicher 47 wird der Treiber 50 betätigt. Patentansprüche:

1. Magnetisierungsverfahren für ein magnetisches Speicherelement mit einem um eine Mittelöffnung verlaufenden geschlossenen Flußpfad, der an zwei Stellen in je zwei untereinander gleiche Teilpfade aufgeteilt ist, mit einer die Mittelöffnung durchsetzenden Einstellwicklung und mit einer Ausgangswicklung auf dem äußeren Teilpfad der zweiten Aufteilungsstelle, dadurch gekennzeichnet, daß durch mindestens eine die Mittelöffnung durchsetzende Wicklung (26, 40) die dem gewünschten Speicherwert zugeordnete Flußrichtung um die Mittel-Öffnung eingestellt, daß durch eine mit den Teilpfaden der ersten Aufteilungsstelle verkettete Wicklung (16,38) ein nur die beiden Teilpfade der ersten Aufteilungsstelle in immer gleicher Richtung durchlaufender Fluß erzeugt und daß schließlich durch die die Mittelöffnung durchsetzende^) Wicklungen) ein Fluß um die Mittelöffnung in einer vorbestimmten Bezugsrichtung eingestellt wird.

2. Magnetisierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nur die beiden Teilpfade der ersten Aufteilungsstelle durchlaufende Fluß durch eine dauernde Gleichstromerregung oder durch die Eingabe- oder Entnahmeimpulse zeitlich überdeckende Impulse hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nur die beiden Teilpfade der ersten Aufteilungsstelle durchlaufende Fluß durch eine Wicklung hervorgerufen wird, welche diese Teilpfade in Form einer Acht gemeinsam umschlingt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2519 426, 2734184;
»Proceedings IRE«, März 1956, S. 321 bis 332.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1029 414.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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