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Schaltungsanordnung zur Durchführung logischer Funktionen Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Durchführung logischer Funktionen mit einem
Ringkern aus magnetischem Material mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife,
welche eine kleine zentrale Öffnung und mehrere größere Öffnungen aufweist, welche
in im wesentlichen gleichen Bogenabständen um die zentrale Öffnung angeordnet sind
und deren Durchmesser größer sind als der Durchniesser der zentralen Öffnung, wobei
die kürzesten Abstände zwischen den jeweiligen Umfangslinien der größeren Öffnungen
zur Umfangslinie der zentralen Öffnung einerseits und zur äußeren Umfangslinie des
Ringkernes andererseits gleich sind, mit einer Rückstellwicklung um jeden Steg zwischen
den größeren Öffnungen und der äußeren Begrenzung des Ringkernes zum Anlegen von
Rückstellimpulsen.
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Die Verwendung von Kernen mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife
zur Durchführung logischer Funktionen ist bereits bekannt. Bei diesen bekannten
Vorrichtungen wird in der Regel das Transfluxorprinzipverwendet. EinTransfluxorbesteht
aus einem Kern mit einer zentralen Öffnung und einer oder mehreren Steueröffnungen,
die am Umfang des Kerns verteilt sind. Eine der Steueröffnungen wird als Ausgangsöffnung
verwendet, durch die eine Treiberwicklung und eine Ausgangswicklung geführt ist.
Der zentralen Öffnung und/oder den anderen Steueröffnungen werden Eingangssignale
zugeführt, wodurch ein Flußbild erzeugt wird, wobei verschiedene Teile entweder
in gleichem Maß, jedoch in entgegengesetztem Sinn gesättigt sind, so daß sich um
die zentrale Öffnung der Summenfluß Null ergibt oder alle Teile um die zentrale
Öffnung in gleichem Richtungssinn gesättigt sind. Wenn die Treiberwicklung erregt
wird, beispielsweise mit Wechselstrom, erhält man an der Ausgangswicklung nur bei
Vorliegen eines dieser beiden Flußbilder eine Ausgangsspannung.
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Weiterhin ist ein Transfluxorkern bekannt, bei dem die zentrale Öffnung
relativ klein ist und als Ausgangsöffnung verwendet wird, durch die eine Treiberwicklung
und eine Ausgangswicklung geführt sind. Die äußeren Öffnungen weisen Vormagnetisierungs-
und Eingangswicklungen auf, wobei die Vormagnetisierungswicklungen ständig durch
einen Vormagnetisierungsstrom erregt werden und an verschiedenen Stellen am Rand
der mittleren Öffnung entgegengesetzt gerichtete, magnetmotorische Kräfte erzeugen.
Hierdurch wird ein Flußbild aus mehreren getrennten Flußschleifen erzeugt, und zwar
je eine Flußschleife um jede der äußeren Öffnungen. Bei Anlegen einer geeigneten
Kombination von Eingangssignalen wird der Vormagnetisierstrom an allen öffnungen
ausgeglichen, an denen er z. B. einen Fluß im Uhrzeigersinn erzeugt, so daß um die
zentrale Öffnung eine Flußschleife gebildet werden kann und die Treiberwicklung,
solange diese Kombination von Eingangssignalen vorliegt, den Fluß dieser Schleife
schalten und ein Signal in der Ausgangswicklung erzeugen kann.
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Durch die vorliegende Erfindung soll hingegen eine Schaltungsanordnung
zur Durchführung logischer Funktionen angegeben werden, die in der Regel in rein
magnetischen, logischen Systemen verwendet werden kann, insbesondere Systemen, die
nur aus Mehrlochkernen und den dazugehörigen Drahtverbindungen bestehen. Es wird
daher eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Ringkern drei um die zentrale Öffnung angeordnete Öffnungen
aufweist und daß der jeweils kürzeste Abstand zwischen den Umfangslinien dieser
öffnungen mindestens doppelt so groß ist wie der jeweils kürzeste Abstand zwischen
den Umfangslinien dieser Öffnungen und derjenigen der zentralen Öffnung einerseits
oder äußeren Umfangslinie des Ringkernes andererseits, daß beim Anlegen von Rückstellimpulsen
an die Rückstellwicklung die Rückstellung eines magnetischen Zustandes um eine der
größeren
Öffnungen in einer Richtung und um die anderen größeren
Öffnungen in entgegengesetzter Richtung erfolgt, daß Eingangswicklungen um die von
den Umfangslinien der ersten und zweiten größeren Öffnung und der äußeren Umfangslinie
des Ringkerns begrenzten äußeren Stege angeordnet sind, zum Empfang von Eingangssignalen,
die die Umkehr des Flusses in diesen Stegen gegenüber dem Rückstellzustand bewirken,
daß eine Vorspannungswicklung um wenigstens einen der von den jeweiligen Umfangslinien
der größeren Öffnungen und der zentralen Öffnung begrenzten inneren Stege gewickelt
ist, die, wenn sie erregt ist, bewirkt, daß der Magnetfluß um die kleinere Öffnung
nur dann umgekehrt wird, wenn die Magnetflüsse in dem ersten zweiten äußeren Steg
beide in Umkehrrichtung verlaufen, und daß der dritte innere Steg mit einer Ausgangswicklung
versehen ist, die auf eine Magnetflußumkehr in diesem inneren Steg anspricht und
hierbei ein Ausgangssignal erzeugt, das einer logischen Kombination der Eingangssignale
entspricht, und daß wenigstens die Ausgangswicklung der Vorrichtung mit Drähten
niederen Widerstandes mit einer ähnlichen Mehrlochmagnetkernschaltung verbunden
ist.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht noch
darin, daß sie bei Verwendung in rein magnetischen Systemen Speichereigenschaften
aufweist, so daß die Ausgangsspannung gewisse Zeit nach dem Vorliegen der Eingangsspannungen
abgenommen werden kann.
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Auf Grund der Verwendung von Impulssignalen ergibt sich ferner ein
verminderter Energieverbrauch. Auch müssen die verschiedenen Treiberströme nicht
gegeneinander abgeglichen werden. Es ist nur erforderlich, daß sie unabhängig von
anderen Strömen die richtige Flußumschaltung durchführen können.
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Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein der Und-Funktion
der Eingänge entsprechendes Signal gleichzeitig mit den Eingangsspannungen auftritt,
falls beide Eingangsspannungen gleichzeitig angelegt werden, und daß ferner, falls
eine zweite Ausgangswicklung mit dem Steg zwischen den beiden Eingangsöffnungen
gekoppelt wird, ein der Exklusiven-Oder-Funktion entsprechendes Signal erhalten
wird. Allerdings können diese Ausgangssignale nur verwendet werden, wenn die Eingangssignale
gleichzeitig auftreten und die Belastung der Ausgangswicklungen sorgfältig gesteuert
wird. Es ist daher nicht immer möglich, den Kern als Halbaddierer in rein magnetischen,
logischen Schaltkreisen zu verwenden.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 schematisch ein »Nur-Draht«
angeschlossenes manetisches Gerät zur Erzeugung der Und-Funktion und F i g. 2 schematisch
einen Halbaddierer.
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Nach F i g. 1 ist ein Ringteil 10 aus einem Ferritmaterial,
welches eine angenähert rechteckige Hysteresisschleife aufweist, mit einer kleinen
Mittelöffnung 11 und drei Hauptöffnungen 12, 13 und 14
versehen.
Die drei inneren Teile 15, 16 und 17, welche eine gleiche radiale Querschnittsfläche
aufweisen, trennen die kleine Öffnung von den drei Hauptöffnungen. Die drei äußeren
Teile 18, 19 und 20, welche eine gleiche radiale Querschnittsfläche aufweisen,
die gleich der der inneren Teile ist, trennen die Hauptöffnungen von dem äußeren
Umfang des Ringteiles. Eine Rückstellwicklung 21 ist um die drei äußeren Teile
18, 19 und 20 gewickelt, so daß ein Rückstellimpuls in der Wicklung
bestrebt ist, Kraftschlüsse zu erzeugen, welche um die Öffnungen 12 und 13 im entgegengesetzten
Uhrzeigersinn wirken und einen Kraftfluß erzeugen, welcher um die Öffnung 14 im
Uhrzeigersinn wirkt. Eine Vorspannwicklung 22 ist um die inneren Teile 15, 16 und
17 gewickelt, so daß, wenn sie durch einen begrenzten Vorspannstrom gleicher Richtung
erregt wird, bestrebt ist, einen Kraftfluß zu erzeugen, welcher um die kleine Öffnung
11 herum im entgegengesetzten Uhrzeigersinn wirkt. Eine Ausgangswicklung
23,
welche durch einen Draht mit niedriger Impedanz an einen Eingangsteil
eines nachfolgenden magnetischen logischen Geräts 23 A angeschlossen ist, ist um
das innere Teil 17 gewickelt und zwei Eingangswicklungen 24 und
25, welche jeweils durch einen Draht mit niedriger Impedanz an die Eingangskreise
der vorhergehenden magnetischen logischen Geräte 24A und 25A angeschlossen
sind, sind um die äußeren Teile 18 bzw. 19 gewickelt.
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Beim Betrieb erzeugt ein Impuls in der RücksteU-wicklung 21 ein Kraftflußbild,
bei dem der Kraftfluß in den Teilen-15 und 16 einen Uhrzeigersinn in bezug auf die
Öffnung 11 aufweist, während der Kraftfluß in dem Teil 17 einen entgegengesetzten
Uhrzeigersinn aufweist. Der Vorspannstrom, welcher an die Vorspannwicklung 22 angelegt
ist, kann die Kraftflußrichtung und die Öffnung 11 in diesem Zustand nicht umkehren.
Ein an die Eingangswicklung 24 angelegtes Eingangssignal wird die Kraftflußrichtung
um die Öffnung 12 umkehren, während ein Eingangsimpuls, welcher an die Eingangswicklung
25
angelegt ist, die Kraftflußrichtung um die Öffnung 13 umkehren wird. Wenn
Eingangssignale an beide Wicklungen 24 und 25 gelegt werden, so daß die Kraftflußrichtung
um die Öffnungen 12 und 13 im Uhrzeigersinn verläuft, dann bewirkt das Feld, welches
durch den Vorspannstrom in der Vorspannwicklung 22 aufgebaut wird, daß der Kraftfluß
um die Öffnung 11 in Uhrzeigersinn wirkt. Beim Auftreten des nächsten Rückstellimpulses
wird der Kraftfluß im Teil 17 umgekehrt, und ein Ausgangs-Signal wird in
der Ausgangswicklung 23 induziert. Falls jedoch eine der Eingangswicklungen 24 und
25 keinen Eingangsimpuls empfängt, kann der Vorspannstrom nicht bewirken, daß der
Kraftfluß um die Öffnung 11 im Uhrzeigersinn wirkt, so daß beim Auftreten eines
folgenden Rückstellimpulses eine Umkehrung des Kraftflusses in den Teil 17 eintritt,
so daß kein Ausgangssignal in der Wicklung 23 induziert wird. Ein Ausgangssignal
kann in der Ausgangswicklung 23 nur dann auftreten, wenn Eingangssignale
sowohl an die Wicklung 24 als auch an die Wicklung 25 angelegt sind, so daß das
Ausgangssignal eine logische Und-Funktion der Eingangssignale darstellt.
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Die Änderung der Kraftflußrichtung, welche durch die Eingangssignale
bewirkt wird, ist von dem Ausgangsteil 17 des Gerätes getrennt und wird nur
durch die Wirkung des Vorspannstromes übertragen. Die Ausgangswicklung 23 kann in
einem Kreis mit einer niedrigen Impedanz vorgesehen sein, wie beispielsweise in
dem beschriebenen Nur-Draht-Schema, wobei Mehrlochkerne, wie in der Zeichnung dargestellt,
verwendet werden.
Vorzugsweise ist bei einem solchen Schema eine
Haltewicklung um das Teil 17 gewickelt, welche ein Feldaufbau, das im Uhrzeigersinn
um die Öffnung 14 wirkt, wenn der an die Ausgangswicklung 23 angeschlossene Mehrlochkern
zurückgestellt wird. Dieses Haltefeld verhindert den Rückfluß von Daten von den
nachfolgenden magnetischen logischen Kreisen beim Zurückstellen. Eine andere Möglichkeit,
wodurch der Rückfluß von Daten in dem Ausgangskreis mit niedriger Impedanz verhindert
werden kann, besteht darin, den Kraftflußwechselaufbau in einer Eingangsöffnung
des nachfolgenden Mehrlochgeräts zu trennen, indem eine zweite Vorspannwicklung
verwendet wird, welche an die Öffnung angeschlossen wird.
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Der in F i g. 2 gezeigte Halbaddierer ist dem in F i g. 1 gezeigten
Gerät ähnlich, wie es durch die Bezugsziffern angedeutet ist. Der Halbaddierer weist
keine Vorspannwicklung auf. Eine weitere Ausgangswicklung 26 ist in Serie um die
inneren Teile 15 und 16 gewickelt. Die Eingangs- und Ausgangswicklungen sind jeweils
den steuerbaren Impedanz-Verstärkerstufen 23B, 24B, 25B und 26B zugeordnet.
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Beim Betrieb wird durch einen Rückstellimpuls ein Kraftfluß aufgebaut,
welcher um die Öffnung 14 im Uhrzeigersinn wirkt, sowie ein Kraftfluß, welcher um
die Öffnungen 12 und 13 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn wirkt. Ein an die Eingangswicklung
24 angelegtes Eingangssignal bewirkt, daß sich der Kraftfluß um die Öffnung
12 umkehrt, und ein an die Eingangswicklung 25 gelegtes Eingangssignal bewirkt,
daß sich der Kraftfluß um die Öffnung 13 umkehrt. Wenn die Eingangssignale gleichzeitig
angelegt werden, so daß der Kraftfluß um die äußeren Umfänge der Öffnungen 12 und
13 gleichzeitig im Uhrzeigersinn verläuft, wird dadurch eine Richtungsumkehrung
des Kraftflusses in dem Teil 17 bewirkt.
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Wenn das Eingangssignal an der Eingangswicklung 24 als A definiert
wird und wenn das Eingangssignal an der Eingangswicklung 25 als B definiert wird,
dann kann das Ausgangssignal an der Ausgangswicklung 26 als AIT -f- ÄB definiert
werden, wobei eine Exclusive-Oder-Funktion der Eingangssignale A und
B erzeugt wird. Das Ausgangssignal an der Ausgangswicklung 23 kann als
AB definiert werden, wobei die Und-Funktion der Eingangssignale A und B erzeugt
wird. Die Kombination dieser Ausgangssignale ergibt die Erfordernisse eines Halbaddierergerätes;
durch AU -f- NB wird die Summen-Funktion und durch AB wird
die übertrag-Funktion geschaffen.
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Obgleich die vollständig magnetisch arbeitende Ausführungsform einen
Halbaddierer darstellt, ist es möglich. andere Funktionen zu erzeugen; beispielsweise
kann durch die Anwendung von Kombinationen der Eingangswicklungen um die Teile 18
und 19 das Ausgangssignal von mehr als zwei Veränderlichen abhängig gemacht werden.
Beispielsweise wird ein Gerät zur Erzeugung einer Und-Funktion, deren Eingangssignale
durch A und B dargestellt werden, ein Ausgangssignal in der Ausgangswicklung
23 immer dann erzeugen, wenn die Signale A und B
gleichzeitig vorhanden
sind. Falls nun eine Wicklung hinzugefügt wird, um Eingangssignale C zu empfangen,
welche dazu dienen, die Eingangssignale A zu unterstützen, wird das Gerät ein Ausgangssignal
in der Ausgangswicklung 23 immer dann erzeugen, wenn das Signal A und C gleichzeitig
mit dem Signal B vorhanden ist. Andererseits, wenn das Eingangssignal C so angeordnet
ist, daß es dem Eingangssignal A entgegengesetzt ist, wird das Gerät das Ausgangssignal
immer dann erzeugen, wenn die Signale A und B gleichzeitig vorhanden
sind, vorausgesetzt, daß das Signal C nicht vorhanden ist.
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Eine Herauslesung der Daten in dem Gerät 10
ohne Verlust des
Speicherinhalts kann erzielt werden, indem die Vorspannwicklung 22 durch einen Wechselstrom
mit begrenzter Amplitude erregt wird anstatt durch einen einseitig gerichteten Stromimpuls,
so daß in der Ausgangswicklung 23 ein Wechselsignal in Übereinstimmung mit den Eingangssignalen
induziert wird, welche an beiden Eingangswicklungen 24 und 25 angelegt sind.
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Im allgemeinen sind die Signale für die Geräte von einer solchen vorbestimmten
Größe, daß sie nur einen kürzesten Kraftflußweg bewirken, welcher ihren entsprechenden
Wicklungen zugeordnet ist. Immer wenn ein Eingangssignal zur Operation vorhanden
ist, ist es von dieser vorbestimmten Größe. Die Ausgangssignale können an den Ausgangswicklungen
bei der Rückstellung gemessen werden, d. h. in dem Moment, wenn der Rückstellimpuls
an die Rückstellwicklung gelegt wird, oder Wechsel-Ausgangssignale können bei einem
Rückstellzustand gemessen werden, d. h. in dem Moment, wenn zwei Eingangssignale
gleichzeitig an die Eingangswicklungen gelegt werden. Kurz gesagt können Ausgangssignale
immer dann gemessen werden, wenn die Richtung des Kraftflusses, welcher einer Ausgangswicklung
zugeordnet ist, geändert wird. Bei Systemen, welche steuerbare Impedanz-Verstärkergeräte
einschließen, sind die Eingangs- und Ausgangssignale für die Operation nicht voneinander
getrennt.
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Bei gesamtmagnetischen Systemen oder »Nur-Draht«-Anschluß-Systemen
ist eine Vorspannwicklung erforderlich, welche bei Erregung durch einen Vorspannstrom
gleicher Richtung oder -einen Vorspannimpuls bestrebt ist, die zugeordneten Kraftflußrichtungen
um eine Öffnung umzukehren. In diesen Fällen kann ein Ausgangssignal, falls erwünscht,
an den Ausgangswicklungen immer dann gemessen werden, wenn die Vorspannwicklung
solch einen Kraftfluß tatsächlich umkehrt. Die Einführung einer Vorspannwicklung
bewirkt eine Umkehrung der Polarität der Ausgangssignale in bezug auf die Eingangssignale
und eine elektrische Trennung der Eingangskreise von den Ausgangskreisen.