DE1271192B - Magnetkernspeicher fuer Datenverarbeitungsmaschinen - Google Patents

Magnetkernspeicher fuer Datenverarbeitungsmaschinen

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DE1271192B
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magnetic core
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DE19571271192
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Dr-Ing Karlheinz Gosslau
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/06Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using single-aperture storage elements, e.g. ring core; using multi-aperture plates in which each individual aperture forms a storage element
    • G11C11/06007Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using single-aperture storage elements, e.g. ring core; using multi-aperture plates in which each individual aperture forms a storage element using a single aperture or single magnetic closed circuit

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Description

  • Magnetkernspeicher für Datenverarbeitungsmaschinen Für Datenverarbeitungsmaschinen werden vielfach sogenannte Magnetkernspeicher verwendet. ' Unter derartigen Speichern werden ganz allgemein Anordnungen verstanden, die aus einer Vielzahl von Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife aufgebaut sind. Einem ganz bestimmten »Bit« eines »Wortes« ist hierbei im Speicher definiert ein Magnetkern zugeordnet, der beim »Einschreiben« des Wortes je nach dem Informationsgehalt des Bits in die eine oder andere Remanenzlage gebracht wird. Beim Herauslesen (Abfragen) des nämlichen Wortes wird dann durch Zuführung eines Impulses bestimmter Polarität in der Ausgangswicklung dieses Kernes je nach dem eingespeicherten Informationsgehalt ein Impuls oder kein Impuls induziert, so daß durch Abfragen der zu einem Wort gehörenden Kerne die eingespeicherte Information wiedergewonnen werden kann.
  • Der Vorteil eines derartigen Magnetkernspeichers liegt in der sehr kurzen Zugriffszeit zum Speicher selbst, da durch entsprechende Programmierung und Steuerung das gewünschte Wort ohne Zeitverlust eingespeichert bzw. herausgelesen werden kann.
  • Für die meisten Datenverarbeitungsmaschinen wird ein verhältnismäßig großer Speicher benötigt, in dem viele Wörter eingespeichert werden können. Man ist deshalb dazu übergegangen, den zunächst nach Art einer ebenen Matrixform aufgebauten Speichern die Form einer dreidimensionalen, insbesondere kubfschen Matrix zu geben, da in diesem Fall besonders viele Magnetkerne untergebracht werden können, so daß in einem einzigen Speicher viele Bits und damit viele Wörter gespeichert werden können.
  • Die Technik der Datenverarbeitungsmaschine hat hinsichtlich der Arbeitsweise zwei Wege beschritten. Es sind sowohl sogenannte Serien- als auch Parallelmaschinen bekanntgeworden. Unter einer Serienmaschine wird hierbei zunächst eine Maschine verstanden, bei der ein bestimmtes Wort in Seriendarstellung vorliegt, d.h., wenn ein Wort durch eine Impulskombination wiedergegeben wird, dann treten die einzelnen Impulse, die zu dieser Kombination gehören, an einem bestimmten Punkt in der Maschine zeitlich nacheinander auf. Bei einer Parallelmaschine hingegen werden die Impulse der Impulskombination gleichzeitig in parallelen Kreisen verarbeitet. Es ist bei Datenverarbeitungsmaschinen auch eine Verarbeitungsweise bekanntgeworden, die sich eines gemischten Parallel-Serien-Betriebs bedient. Dieser gemischte Betrieb, der innerhalb einer Rechenmaschine gegen-über dem reinen Serienbetrieb einen gewissen Mehraufwand mit sich bringt, hat hinsichtlich der Rechengeschwindigkeit gewisse Vorteile. Bei einem reinen Serienbetrieb ist die Umrechnung, insbesondere bei der Ausgabe von Ergebnissen, besonders schwierig und zeitraubend. Verschlüsselt man hingegen z. B. eine Dezimalzahl Stelle für Stelle binär, dann kann man das Ergebnis, das dann zwar auch binär vorliegt, verhältnismäßig leicht ermitteln, da in diesem Fall lediglich Binärtetraden in die Dezimalzahlen 0 bis 9 zu entschlüsseln sind bzw. umgekehrt und dies mit einem einfachen Decoder erfolgen kann. Beim Rechenvorgang selbst ist lediglich darauf zu achten, daß die zu einer ganz bestimmten Stelle gehörenden Impulse in ihrer Zuordnung zu dieser Stelle eindeutig bestimmt sind. Für die Verschlüsselung von Dezimalziffern benötigt man vier Binärstellen. Diese vier Stellen könnten an sich sechzehn Dezimalziffern 0, 1, 2 ... 15 wiedergeben. Die Ziffern 10 bis 15 müssen deshalb bei Rechenoperationen entsprechend unterdrückt werden. Innerhalb einer Maschine wird nun im allgemeinen so vorgegangen, daß die vier Bits, die vier Binärstellen entsprechen und zu einer bestimmten Stelle einer Dezimalzahl gehören, parallel verarbeitet werden, während die den einzelnen Stellen zugeordneten Ziffern nacheinander, also im sogenannten Serienbetrieb, durch die Maschine laufen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkernspeicher für Datenverarbeitungsmaschinen, der dazu bestimmt ist, derartig binär verschlüsselte Dezimalzahlen zu speichern. Mit dem Magnetkernspeicher nach der Erfindung soll der Aufwand an notwendigen Schaltelementen, insbesondere Treiberstufen, weitgehend herabgedrückt, trotzdem aber ein einwandfreies Arbeiten der Ansteuerglieder des ganzen Speichers erzielt werden. Es mag zwar naheliegen, einen normalen dreidimensionalen Magnetkernspeicher für reinen Parallelbetrieb, wie er in »Electronics«, April 1953, S. 147, Fig. 2 B, gezeigt ist, dadurch im gemischten Serien-Parallel-Betrieb zu betreiben, daß die Parallelinformation über die Z-Koordinate mittels Inhibittechnik zugeführt wird, wobei beispielsweise Tetraden entweder in X-Richtung oder in Y-Richtung parallel aneinandergereiht werden; eine derartige Tetradenabspeicherung erfordert aber die zeitliche Steuerung der X- und Y-Treiber, wobei die X-Koordinate oder die Y-Koordinate so viele Stufen erhält, wie Tetraden pro verschlüsseltem Dezimalwort vorhanden sind, und die jeweils andere Koordinate in so viel Stufen angesteuert werden muß, wie der Speicher insgesamt Dezimalwörter aufnehmen soll. Hinsichtlich Treiberaufwand und Auswählmittel ist eine derartige Lösung somit unzweckmäßig.
  • Der erfindungsgemäße Magnetkernspeicher für gemischten Serien-Parallel-Betrieb, bei dem die für die Speicherung der -Impulse vorgesehenen Magnetkerne in mehreren hintereinanderliegenden gleichen Speicherebenen zu einer dreidimensionalen Matrix angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß schaltungstechnisch jede Speicherebene in eine der Anzahl der parallel vorliegenden Informationseinheiten entsprechende, mit gleicher Anzahl von Kernen ausgerüstete Abschnitte unterteilt ist, in die die jeweils parallel vorliegenden Informationseinheiten parallel eingespeichert werden, die in Serienbetrieb, d.h. nacheinander einzuspeichernden Irnpulsgruppen in die hintereinanderliegenden Speicherebenen eingespeichert werden, wobei die Anzahl der Speicherebenen der Anzahl der nacheinander einzuspeichemden Impulsgruppen entspricht, und daß zur jeweiligen Speicherplatzauswahl in jeder Speicherebene je ein einer ersten Koordinate zugeordneter Leiter in jedem Speicherebenenabschnitt in Koinzidenz mit einem sämtliche Abschnitte in einer Speicherebene erfassenden, einer zweiten Koordinate zugeordneten Leiter auswählbar ist und durch zusätzliche Koinzidenz über einen einer dritten Koordinate zugeordneten Leiter die Speicherebene bestimmbar ist, in die die durch die auswählbaren Leiter der ersten und zweiten Koordinate allen Speicherebenen gleichzeitig angebotenen, parallel vorliegenden Informationseinheiten einzuspeichern sind.
  • Bei dem Magnetkernspeicher nach der Erfindung wird also eine Anzahl von Speicherebenen hintereinander angeordnet, und zwar gerade so viele, wie Binärgruppen, die voraussetzungsgemäß der Länge des einzuspeichernden Wortes der Dezimalzahl entsprechen, eingespeichert werden sollen. Die einzelnen Impulsgruppen, deren Informationseinheiten parallel vorliegen, werden jeweils einer einzigen Ebene zugeführt, die gemäß einer Weiterbildung der Erfindung über kubische Schaltmatrizen angesteuert wird.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Magnetkernspeicher dreidimensional aufzubauen, wobei die die parallel auftretenden Informationseinheiten enthaltenden Irnpulsgruppen entsprechend der Anzahl i der Impulse einer Gruppe einer Vielzahl von Ebenen zugeführt werden. Mit Hilfe je einer Speiseleitung ist in den drei möglichen Dimensionen der dreidimensionalen Matrix jeder einzelne Kern mit den in der gleichen Spalte und Zeile einer Ebene und den ent- i spiechenden Kernen der anderen Ebenen verkettet. Zwar ist aus diesem älteren Vorschlag der Aufwand an notwendigen Schaltelementen bereits weitgehend reduziert, doch hegt auch bei ihm ein Nachteil insbesondere darin, daß einzelne Speicherebenen nur mit großem Aufwand ausgewechselt werden können.
  • Bei dem Magnetkernspeicher nach der Erfindung hingegen sind die Kerne jeder Ebene lediglich in dieser Ebene zusammengefaßt. Verbindungsleitungen zwischen den Speicherebenen sind außerhalb des Kernspeicherblocks angeordnet und sind damit leicht zugänglich. Daß sich bei der Parallelverdrahtung eines Magnetkernspeichers Lötverbindungen einsparen lassen, ist bereits durch Journal of Applied Physics«, Bd. 22, Nr. 1, S. 46, Fig. 5, nachgewiesen.
  • Weitere Einzelheiten des Magnetkernspeichers nach der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand des in der Zeichnung im Prinzip dargestellten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einigen Impulsplänen erläutert.
  • Die F i g. 1 zeigt zunächst im Prinzip eine Speichermatrix #M. Diese Speichermatrix ist dreidimensional aufgebaut, und zwar sind die Keine in einzelnen, in der Z-Richtung hintereinanderliegenden Trägerebenen zusammengefaßt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind diese Trägerebenen ohne bzw. an Stelle der Vielzahl von Magnetkernen eingezeichnet. Für die weitere Beschreibung werden die Dimensionen X-Seite, Y-Seite und Z-Dimension der dreidimensionalen Matrix eingeführt. An der X-Seite werden die X-Leitungen, also die Leitungen, die zur Auswahl einer bestimmten X-Kernebene dienen, an der Y-Seite die Y-Leitungen und an der Z-Seite die Z-Leitungen zugeführt. Dabei ist die Feststellung wichtig, daß man in einem dreidimensionalen Speicher im elektrischen Sinne von einer X-Ebene, einer Y-Ebene und einer Z-Ebene sprechen kann. Wesentlich ist beim erfindungsgemäßen Speicher, daß die mechanische Trägerebene mit der elektrischen Z-Ebene zusammenfällt. In Richtung der Z-Seite sind die einzelnen Trägerebenen, die im übrigen alle völlig gleich ausgebildet sind, hintereinander angeordnet. Die einzelnen Trägerebenen sind völlig quadratisch aufgebaut, d.h., es werden an der X- und Y-Seite gleich viel Leitungen zur Ansteuerung der Kerne benötigt. Die Y-Seite ist schaltungstechnisch in vier Abschnitte unterteilt. Diese Unterteilung kommt in den Trägerebenen selbst mit Ausnahme der Abfragewicklung nicht sichtbar zum Ausdruck, sondern ist lediglich für die Ansteuerung der Kerne von besonderer Bedeutung. Die Auswahl der Y-Leitungen, d.h. die Ansteuerung der Y-Seite, erfolgt von der kubisch aufgebauten Matrix SI aus, die Auswahl der X-Leitangen von der entsprechend aufgebauten Schaltmatrix SII, während dieZ-Seite, über die die Z-Ebenenauswahl erfolgt, von der Schaltmatrix SIII aus gesteuert wird.
  • Zur Erläuterung eines Einspeicher- bzw. eines Lesevorganges sei als Zahlenbeispiel angenommen, daß jede einzelne Trägerebene aus 64 - 64 Kernen besteht. Im übrigen seien 18 Ebenen hintereinander angeordnet. In diesem Fall können dann bei der Verwendung eines Tetradencodes, also eines Binärcodes, der sich zur Wiedergabe von DezimalzilTern einer Impulstetrade bedient, wobei die Tetradenbits parallel auftreten und dementsprechend parallel eingespeichert werden müssen, 1024 Wörter Dezimalzahlen zu 18 Bits (18stellige Zahl) eingespeichert werden.
  • Ein einziger Vorgang geht nun so vor sich, daß von der Schaltmatrix SI aus parallel über je eine der jeweils sechzehn Leitungen aus den Leitungsgruppen I bis IV der Y-Seite eine bestimmte Kernspalte in sämtlichen Z-Ebenen angesteuert wird. Je nach dem Informationsgehalt, der der Schaltmatrix SI über die vier Leitungen J zugeführt wird, wird über diese vier genannten Leitungen 1 bis IV dann ein Impuls der Größe J12 gegeben oder nicht. Die Auswahl einer X-Ebene erfolgt von der Schaltmatrix SII aus, die durch Ansteuerung über eine der 64 Leitungen der X-Richtung einen Strom von J12 an die gewünschte X-Ebene gibt. Sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung sind alle X- bzw. Y-Leitungen einander parallel geschaltet. Wenn also beispielsweise ein bestimmtes Bit in einem der in jedem Abschnitt rechts oben eingezeichneten Kerne K eingespeichert werden soll, so würde von der Schaltmatrix Sll die oberste X-Ebene und die der Kernlage entsprechende Y-Ebene angesteuert werden. Ein bestimmtes Bit würde dann in diesem Fall ohne Berücksichtigung einer Ansteuerung über die Z-Leitungen in allen Z-Ebenen an den gleichen Stellen eingespeichert werden. Über die Z-Leitungen erfolgt nun aber eine Z-Ebenenauswahl, wobei an alle die Z-Ebenen, in die dieses Bit nicht eingespeichert werden soll, ein Gegenimpuls gegeben wird, der mit Sicherheit verhindert, daß irgendein Kern dieser Ebenen umgesteuert werden kann. Wird nicht nur eine Y-Ebene angesteuert, sondern werden entsprechend der gewünschten Information vier Y-Ebenen angesteuert, so wird eine Tetrade in einer Z-Ebene abgespeichert, bei Einspeicherung der ersten Tetrade eines bestimmten Wortes muß also der Gegenimpuls an die Ebenen 2 bis 18 gegeben werden.
  • Beim Auftreten der zweiten Tetrade eines Wortes wird dann die Ansteuerung von der Schaltmatrix SII aus völlig beibehalten. Die Ansteuerung von der Schaltmatrix SI ändert sich entsprechend dem Informationsgehalt der zweiten Tetrade, und über die Z-Richtung werden in diesem Fall alle Z-Ebenen, außer der zweiten Z-Ebene, gesperrt. So werden nacheinander die einzelnen Tetraden in die verschiedenen Z-Ebenen eingespeichert, so daß am Ende das gesamte Wort in einer X-Ebene der dreidimensionalen Speichermatrix SM eingespeichert ist. Die zu einer Tetrade gehörenden Bits sind dabei also in einer Z-Ebene in entsprechend gelegenen Kernen eingespeichert, während die einzelnen Tetraden durch entsprechende Kerne in verschiedenen Z-Ebenen festgehalten sind.
  • Das Herauslesen einer bestimmten Information erfolgt entsprechend, wobei über die Schaltmatrizen SI und Sll entsprechend der Adresse des herauszulesenden Wortes Abfrageimpulse gegeben werden, die dann einen Leseimpuls in den Ausgangsleitungen A 1 bis A 4 indizieren oder nicht, je nach der Remanenzlage eines angesteuerten Kernes. Die Leseimpulse treten ebenfalls wiederum in Tetraden auf, da innerhalb einer Z-Ebene die vier zusammengehörenden Kerne gleichzeitig abgefragt werden, während durch entsprechende Ansteuerung von der Schaltmatrix Slll aus die einzelnen Z-Ebenen nacheinander abgefragt werden, so daß in den Leseleitungen wiederum das berausgelesene Wort im Parallel-Serien-Betrieb auftritt und entsprechend weiterverarbeitet werden kann.
  • In der F i g. 1 ist bereits angedeutet, daß die Schaltmatrizen SI und SII als kubische Matrizen aufgebaut sind, wobei die Ansteuerimpulse für den Speicher von sogenannten Schaltkernen abgeleitet werden, die ihrerseits über Treiberstufen, und zwar ähnlich wie die Kerne des Speichers, dreidimensional angesteuert werden. Die Verwendung von kubischen Schaltmatrizen ist bereits vorgeschlagen und für sich nicht Gegenstand dieser Erfindung.
  • Die Schaltmatrix Slll hingegen ist als einfaches Schieberegister oder als Ringzähler aufgebaut, wobei dieser Ringzähler genau so viele Stellen hat wie die Speichermatrix Z-Ebenen. Zu jeder einzelnen Takteinheit werden an alle Z-Ebenen mit Ausnahme einer Z-Ebene Sperrimpulse gegeben. Dies heißt für einen Ringzähler beispielsweise, daß in ihm lauter Einser und eine einzige Null eingespeichert werden, wobei diese eingespeicherte Zahl ständig, und zwar mit der Taktfrequenz umläuft. Während einer Taktzeit wird dann von jedem einzelnen Glied dieses Ringzählers ein Impuls abgegeben, lediglich das Glied, in das gerade die Null eingespeichert ist, gibt dann keinen Impuls an die ihm zugeordnete Speicherebene weiter.
  • Die F i g. 2 zeigt in einem Blockschaltbild den Steueraufwand für einen Speicher nach der Erfindung. Der Steueraufwand hinsichtlich der Schaltmatrizen SI und SII und der für die Ansteuerung dieser Schaltmatrizen notwendigen Schaltglieder ist bereits für eine einzige Z-Ebene notwendig, da die X- und Y-Leitungen aller X- und Y-Ebenen lediglich miteinander parallel geschaltet sind. Für die Ansteuerung einer Vielzahl von parallel angeordneten Speicherebenen fällt also der an sich schon geringe Aufwand an Steuergliedern besonders ins Gewicht.
  • Lediglich die Schaltmatrix SIII muß entsprechend der Anzahl der Z-Ebenen ausgelegt werden, und zwar muß für jede Z-Ebene eine eigene Stufe vorgesehen werden.
  • In der F i g. 2 sind für eine Erläuterung der Arbeitsweise der Ansteuerglieder Zahlen eingeführt, die sich auf die Vielzahl von einzelnen Ansteuerleitungen und damit auf die Anzahl der Kerne innerhalb einer Speicherebene beziehen. Diese Zahlen sind dem bei Erläuterung der F i g. 1 zugrunde gelegten Ausführungsbeispiel entnommen. Es ist selbstverständlich für die Arbeitsweise eines Magnetkernspeichers nach der Erfindung keineswegs zwingend, einen Speicher gerade so zu dimensionieren, daß in jeder einzelnen Z-Ebene 64 - 64 Kerne angeordnet sind und daß die Schaltmatrix SMIII gerade für 18 Ebenen ausgelegt ist.
  • Eine Speicherebene E ist also erfindungsgemäß in vier Abschnitte unterteilt, die jeweils parallel über je sechzehn Y-Leitungen entsprechend angesteuert werden. Die Schaltmatrix SI und die Schaltmatrix Sll werden ihrerseits beispielsweise über eine Codierungseinrichtung C so angesteuert, daß von ihnen gerade die gewünschte Ausgangsleitung und damit die entsprechende Eingangsleitung der X-Seite bzw. die entsprechenden vier Eingangsleitungen der Y-Seite des Speichers mit einem Steuerimpuls belegt werden. Die Schaltmatrix SI erhält außerdem über vier Leitungen J die entsprechend verstärkte Information in Form von Impulstetraden.
  • Insgesamt sind für jede Schaltmatrix zwölf Treiberstufen zum Steuern der Schaltkerne der Matrix notwendig.
  • Die Z-Ebenenauswahl erfolgt von der Schaltmatrix SIII aus, wobei es gegebenenfalls notwendig sein kann, auch in den Ausgangsleitungen dieser Schaltmatrix eine Treiberstufe anzuordnen. Die über die Klemmen zugeführte Information wird zunächst über Sperrgatter Spl und Sp2 und die Treiberstufen der Schaltmatrix SI zugeführt. Die Sperrgatter Spl sind dazu bestimmt, eine Informationszuführung dann zu verhindern, wenn über die Klemmen R eine gerade herausgelesene Information wieder eingespeichert werden soll, was mitunter von einem Speicher gefordert wird. Insbesondere bei Magnetkernspeichern ist ein Wiedereinschreiben einer gerade herausgelesenen Information dann notwendig, wenn diese Information später nochmals gebraucht wird, da die eingespeicherte Information beim Lesevorgang naturgemäß aus dem Speicher selbst entfernt worden muß. Zu diesem Zweck ist es also möglich, die Ausgangsklemmen A mit den Eingangsklemmen R zu verbinden und hierbei ge- gebenenfalls unter Zwischenschaltung von Kontrolleinrichtungen die herausgelesene Information erneut einzuschreiben. Namentlich dann, wenn für das Herauslesen und Einschreiben verschiedene Taktphasen eines Steuertaktes verwendet werden, ist es möglich, innerhalb einer Taktzeit eine Information herauszulesen und wieder einzuschreiben. Ein derartiger mehrphasiger Betrieb ist auch demAusführungsbeispiel nach F i g. 2 zugrunde gelegt. Die verschiedenen Phasen eines Taktes werden den Klemmen Tl bzw. T2 zugeführt und steuern entsprechend die Zuführung der Information an den Kernspeicher zu den gewünschten Zeiten mit Hilfe der Sperrgatter Sp 2. Da der Sperrimpuls für die Auswahl einer Z-Ebene, wie er von der Schaltmatrix SHI abgeleitet wird, ebenfalls taktrichtig mit dem gerade gewünschten Vorgang (Lesen oder Schreiben) erfolgen muß, werden beide Phasen des Taktes auch dieser Schaltmatrix zugeführt.
  • In den Ausgangsleitungen sind die Koinzidenzgatter Kl -bis K4 vorgesehen. An den von der Speicherebene kommenden Eingängen dieser Koinzidenzgatter liegt bei einem Lesevorgang je nachdem, ob in einem bestimmten Kern gerade eine »Null« oder »Eins« eingespeichert war, ein sehr kleiner oder ein größerer Impuls, wie er in Form eines Diagramms rechts oben in F i g. 2 angedeutet ist. Zur vorgegebenen Abtastzeit wird nun über die Leitung Ll ein sogenannter Abtastimpuls (strobe) gegeben, der zeitlich so liegt, wie er dem Diagramm gestrichelt eingezeichnet ist. War nach einem Lesevorgang ein kleiner Impuls von der Ausgangsleitung aufgetreten, dann wird das entsprechende Koinzidenzgatter nicht ausgesteuert, da dieser Impuls abgeklungen ist. Beim Herauslesen einer Eins hingegen liegt an beiden Eingängen des entsprechenden Koinzidenzgatters ein verhältnismäßig hohes Potential, das dann an den nachgeschalteten Verstärker weitergegeben wird.
  • An Hand der F i g. 3 sei im einzelnen nochmal der Aufbau einer Z-Ebene des Speichers erläutert. Wie erläutert, enthält eine Z-Ebene eine Vielzahl von Kernen, und zwar beispielsweise 64 - 64 (4096) Kerne. Jeder einzelne Kern ist mit drei Ansteuerleitungen, nämlich einer X-Leitung, einer Y-Leitung und einer Z-Leitung verkettet. Alle Z-Leitungen einer Z-Ebene sind zusammengeführt und werden über die KlemmeKz mit einem Impulsstrom versorgt. Die X- und Y-Leitaugen hingegen werden getrennt über die Schaltmatrizen angesteuert. Diese Leitungen sind hingegen mit den entsprechenden Leitungen anderer Ebenen verbunden.
  • Außer den drei genannten Ansteuerleitungen ist auchjedereinzelneKernmiteinerAusgangswicklunga verkettet. Über diese Wicklung werden bei einem Lesevorgang die durch das Lesen induzierten Impulse abgenommen. Die F i g. 4 zeigt einen Impulsplan, an dem die Arbeitsweise des Speichers dargelegt wird. Der Magnetkernspeicher nach der Erfindung eignet sich besonders für einen Betrieb, bei dem mit mindestens drei gegeneinander phasenverschobenen Taktpulsen gleicher Impulsfolgefrequenz gearbeitet wird, wobei mindestens drei dieser Steuertakte eine immer gleiche Funktion zugeordnet wird. Mit dem zeitlich während einer Taktzeit zuerst auftretenden Impulsen eines der drei Taktpulse wird beispielsweise immer gelesen, während die Impulse des zeitlich nachfolgenden Steuertaktes für einen Schreibvorgang herangezogen werden und bei dem der dritte Taktpuls zum Wechselstromausgleich der Steuerströme verwendet wird. Diese Art der Ansteuerung eines Speichers ist deshalb besonders vorteilhaft, weil -über größere Betriebszeiten eines Speichers keine Gleichstrommittelwerte auftreten können, die die magnetischen Eigenschaften der Speicher- und Schaltkerne sowie von eventuell in der Schaltung verwendeten Übertragern ungünstig beeinflussen. Diese Betriebsweise wird im folgenden »Wechselstrombetrieb« genannt und ist an sich bekannt.
  • In den Impulsplan nach F i g. 4 sind in der linken Spalte die Impulsverhältnisse an einem Speicher aufgezeichnet, die dann vorhanden sind, wenn während einer Taktperiode eine Information herausgelesen und sofort anschließend wieder eingeschrieben werden soff. In der rechten Spalte sind die Impulse amplituden-und zeitrichtig aufgetragen, für den Fall, daß aus einem Speicher nur herausgelesen werden soll. Der Fall, daß in einem Speicher nur eine Information hereingeschrieben werden soll, ohne daß vorher gelesen wird, tritt bei einem derart angesteuerten Speicher überhaupt nicht auf, da voraussetzungsgemäß vor jedem Schreibvorgang ein Lesevorgang durchgeführt wird und nur durch diesen Lesevorgang gewährleistet ist, daß sich alle Magnetkerne eindeutig in einer bestimmten Ausgangslage befinden.
  • In dem Impulsdiagramm sind jeweils in den vier untereinander aufgetragenen Teildiagrammen die Stromverhältnisse auf den einzelnen Steuerleitungen, also in der ersten Zeile auf der X-Leitung, in der zweiten auf der Y-Leitung, in der dritten Zeile auf der Z-Leitung dargestellt. Die vierte Zeile zeigt dann das Summendiagramm aller Ströme, die sich in dem gerade angesteuerten Kern addieren. Es sind jeweils in den oberen vier Teildiagrammen die Stromverhältnisse in den Leitungen der gerade angesprochenen Z-Ebene und in den unteren die Stromverhältnisse auf den entsprechenden Leitungen aller anderen Z-Ebenen dargestellt.
  • Bei einem Lesevorgang wird also nun über die X-Leitung (erstes Teildiagramm links oben) und über die Y-Leitung (zweites Teildiagramm links oben) zur Taktzeit Tl ein Impuls von der Größe J/2 gegeben. Die Größe J soll hierbei dem Strom entsprechen, der gerade in der Lage ist, einen Magnetkern von einer Remanenzlage in die andere Remanenzlage überzuführen. Diese beiden Ströme, die über die beiden Leitungen X und Y geführt werden, addieren sich in ganz bestimmten Kernen jeder einzelnen Z-Ebene. Zur Auswahl der Kerne einer bestimmten Z-Ebene wird nun gerade an diese Z-Ebene über die Z-Leitung kein Impuls gegeben, während über die Z-Leitungen aller anderen Z-Ebenen ein Impuls der Größe J/2 mit entgegengesetztem Vorzeichen gegeben wird, so daß eine Addition aller drei Teilströme lediglich den Wert J12 ergibt, der voraussetzungsgemäß nicht ausreicht, einen Magnetkern umzumagnetisieren. Lediglich in der Z-Ebene, in der kein Gegenimpuls über die Z-Leitung gegeben wird, wird ein bestimmter Kern bzw. vier Kerne, die in den den verschiedenen Tetraden zugeordneten Abschnitten der Z-Ebene liegen, angesteuert und eine Information herausgelesen. Das Teildiagramin in der dritten Zeile der linken Spalte zeigt den Fall, daß über die Z-Leitung kein Gegenimpuls gegeben wird. In diesem Falle addiert sich, wie das Teildiagrainin in der vierten Zeile der linken Spalte zeigt, der Steuerstrom bei den genannten Kernen zu dem Wert +J, der ausreicht, den Kern in eine bestimmte Remanenzlage zu bringen, so daß je nach der Art der eingespeicherten Information ein Ausgangsimpuls induziert wird oder nicht.
  • Bei nicht angesprochenen Z-Ebenen ergibt eine Addition der Steuerströme (wie das siebente Teildiagramin in der linken Spalte erkennen läßt) zur Taktzeit Tl maximal lediglich den Wert J12.
  • Einem Lesevorgang schließt sich unmittelbar ein Schreibvorgang an. Abhängig davon, ob nun eine Null oder eine Eins eingeschrieben werden soll, wird über die Y-Leitung zur Taktzeit T2 ein Impuls von -J12 oder aber kein Impuls gegeben. Über die X-Leitung hingegen wird ein Strom von -J12 zugeführt. Je nach der Art, um welche Z-Ebene es sich handelt, wird dann durch zusätzliche Addition des über die Z-Leitung zugeführten Stromwertes ein bestimmter Magnetkern bzw. eine Gruppe von Magnetkernen in einer Z-Ebene in den dem Informationsgehalt 1 entsprechenden Zustand übergeführt. Dies zeigt das vierte bzw. das achte Teildiagramm in der linken Spalte.
  • Für den Fall, daß eine Null eingeschrieben werden soll, was gleichbedeutend ist mit dem Zustand, daß -überhaupt nur die Information aus dem Speicher herausgelesen wird, wird zur Taktzeit T3 auch über die Y-Leitung ein Impuls von -J12 gegeben, da nur dadurch ein wechselstrommäßiger Ausgleich der Steuerströme erfolgt. Dieser Strom von -J12 findet in den über die X-Leitung zugeführten Steuerströmen keine Unterstützung und reicht aus diesem Grunde nicht aus, irgendeine Remanenzänderung in den Magnetkernen zu erzielen.
  • Wie die in der vierten bzw. achten Zeile dargestellten Summendiagramme und auch alle anderen Teildiagramme eindeutig erkennen lassen, ist während einer Taktperiode die Summe aller positiven und negativen Ströme gleich Null, d.h., der Speicher arbeitet in reinem Wochselstrombetrieb.
  • Für den Betrieb des Speichers wurde die Verwendung von Steuerströmen der Größe J/2 gewählt. Rein theoretisch ist es ohne weiteres möglich, zur Steuerung Stromwerte der Größe J13 zu verwenden und sowohl über die X- als auch über die Y-Leitung und dann auch über die Z-Leitung jeweils zu den entsprechenden Taktzeiten einen derartigen Strom zu schicken, Auch in diesem Fall kann erreicht werden, daß nur ganz bestimmte Kerne in einer Ebene so angesteuert werden, daß eine Änderung ihrer Remanenzlage erreicht werden kann. In diesem Fall würde dann über die Z-Leitung eine positive Ansteuerung einer Z-Ebene erfolgen, d. h., die Z-Ebene, in die gerade eingeschrieben werden soll, würde mit einem entsprechenden Strom angesteuert, während die anderen Z-Ebenen über die Z-Leitung stromlos bleiben. Mit Rücksicht darauf, daß die Hysteresekurve der einzelnen Kerne nicht streng rechteckig ist und außerdem von Kern zu Kern in gewissen Grenzen toleriert, empfiehlt sich aber ein derartiger Betrieb eines Speichers nicht, da eine wiederholte Ansteuerung mit z. B. einem Summenstrom von 2 - J13 die Eigenschaften eines Kernes störend beeinflussen könnte. In diesem Falle wäre dann auch der reine Wechselstrombetrieb nur mit einem etwas größeren Aufwand durchzuführen. Rein theoretisch ist aber ein derartiger Betrieb durchaus möglich.
  • Zur Ansteuerung der einzelnen Leitungen werden, wie bereits an Hand der Fig. 1 erläutert wurde, sogenannte kubische Schaltmatrizen verwendet. Die einzelnen Schaltmatrizen bestehen hierbei aus Schaltkernen, also Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife, die auf Grund ihres gegenüber dem Speicherkern größeren Querschnittes und einer besonderen Ansteuerung in der Lage sind, Impulse abzugeben, die ausreichen, einen nachgeschalteten Speicherkern bei Unterstützung durch einen Impuls eines anderen Schaltkernes von einer Remanenzlage in die andere Reinanenzlage zu bringen. Die Schaltkerne werden, im Regelfall über eine Vormagnetisierungswicklung, so vormagnetisiert, daß sie jeweils eine ganz bestimmte Ausgangslage einnehmen.
  • Diese Schaltkerne sollen nun wiederum über drei Steuerleitungen angesteuert worden. Die Ansteuerung selbst erfolgt ähnlich wie die Ansteuerung der Speicherkerne, d.h. also über drei Leitungen, die über Codiereinrichtungen abhängig von der Adresse und dem einzuspeichernden Wort unter Verwendung von Treiberstufen, z. B. Röhrenverstärkern, angesteuert werden.
  • Die F i g. 5 zeigt beispielsweise einen Impulsplan der Schaltniatrix Sl. Jeder einzelne Kern ist, wie aus der vierten Zeile dieses Diagramms zu ersehen ist, mit einem Strom von -J vormagnetisiert, so daß er einen ganz bestimmten Remanenzzustand einnimmt. Soll ein Kern angesteuert werden, dann wird ihm zur Taktzeit Tl über jede einzelne Steuerleitung ein Strom von 2 - J13 zugeführt, so daß nach Addition aller Ströme bei einem ganz bestimmten Kern insgesamt ein Summenstrom von + J auftritt (vgl. F i g. 5), der ein Umkippen des Kernes und damit die Induzierung eines Stromes in der Abgangswicklung verursacht. Nach Abklingen der Steuerströme führt dann der Vormagnetisierungsstrom den Schaltkern in seine Ausgangslage zurück. Die Strornzustände in der Ausgangswicklung sind idealisiert in der sechsten Zeile der Diagramme dargestellt.
  • Soll von der Schaltmatrix lediglich ein reiner Lesevorgang gesteuert werden, dann wird lediglich über eine der Steuerleitungen, z,B. über die in der dritten Zeile des Diagramms dargestellte Steuerleitung, der Strom 2 - J13 auch über die Taktzeit T2 aufrechterhalten, so daß zur Taktzeit T2 der Schaltkern nicht zurückkippen kann, da an ihm lediglich ein Summenfäld von -J13 anliegt, während für ein Zurückkippen ein Feld von -J notwendig wäre. Das Zurückkippen des Schaltkernes erfolgt dann zur Taktzeit T3. Zu dieser Zeit ist dann aber, wie an Hand des Impulsplanes nach F i g. 4 erläutert wurde, eine Ansteuerung der Kerne über die übrigen Leitungen bereits abgeschlossen.
  • Die Arbeitsweise der Schaltmatrix S2 ist entsprechend. Bei dieser Schaltmatrix wird lediglich das Zurückkippen in keinem Fall zeitlich verschoben, da ja über die X-Seite auch für den Fall, daß nur gelesen werden soll, ein Steuerimpuls auftreten kann und darf. An sich könnte natürlich auch die Schaltmatrix zur Auswahl der Z-Ebenen, also die Schaltmatrix SIII, analog aufgebaut sein, d.h., es könnte ohne weiteres eine kubische Schaltmatrix Verwendung finden. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es aber, wie erwähnt, besonders vorteilhaft, ein einfaches Schieberegister vorzusehen, das so aufgebaut ist, daß von seinen sämtlichen Stufen außer einer ein Steuerimpuls abgenommen werden kann und daß der Inhalt dieses Schieberegisters in jeder Taktperiode gerade um eine Stufe weitergeschaltet wird, so daß immer die nächstfolgende Stufe gerade keinen Sperrimpuls abgibt.
  • Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke dahingehend weiter,geführt werden könnte, auch einen Magnetkernspeicher aufzubauen, bei dem jeder einzelne Kern mit mehr als drei Ansteuerleitungen verkettet ist. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich (vgl. F i g. 3), auch noch parallel zu den Y-Leitungen eine Steuerleitung vorzusehen, wobei dann diese Steuerleitung für eine ganze dreidimensionale Matrix zusammengefaßt werden muß und der gesamte Speicher aus einer Vielzahl von dreidirnensionalen Matrizen, wie sie an Hand der F i g. 1 erläutert wurde, aufgebaut ist, wobei durch die parallel zu den Y-Leitungen geführten Steuerleitungen jeweils eine Auswahl der dreidimensionalen Matrix selbst gewählt wird, in die gerade eine Information eingeschrieben werden soll. Diese Erweiterung eines Speichers würde praktisch außer den zu verwendenden Magnetkernen kaum mehr Aufwand an Schaltgliedern erfordern, d. h., natürlich müßten für die Auswahl der einzelnen Matrizen pro Matrix je eine Röhre (Treiberöhre) vorgesehen werden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Magnetkernspeicher für gemischten Serien-Parallel-Betrieb, bei dem die für die Speicherung der Impulse vorgesehenen Magnetkerne in mehreren hintereinanderhegenden gleichen Speicherebenen zu einer dreidimensionalen Matrix angeordnet sind, dadurch gekennzeichn e t, daß schaltungstechnisch jede Speicherebene in eine der Anzahl der parallel vorliegenden Informationseinheiten entsprechende, mit gleicher Anzahl von Kernen ausgerüstete Abschnitte unterteilt ist, in die die jeweils parallel vorliegenden Informationseinheiten parallel eingespeichert werden, die in Serienbetrieb, d.h. nacheinander einzuspeichernden Impulsgruppen in die hintereinanderliegenden Speicherebenen eingespeichert werden, wobei die Anzahl der Speicherebenen der Anzahl der nacheinander einzuspeicherndenImpulsgruppen entspricht, und daß zur jeweiligen Speicherplatzauswahl in jeder Speicherebene je ein einer ersten Koordinate (Y) zugeordneter Leiter in jedem Speicherebenenabschnitt in Koinzidenz mit einem sämtliche Abschnitte in einer Speicherebene erfassenden, einer zweiten Koordinate M zugeordneten Leiter auswählbar ist und durch zusätzliche Koinzidenz über einen einer dritten Koordinate (Z) zugeordneten Leiter die Speicherebene bestimmbar ist, in die die durch die auswählbaren Leiter der ersten und zweiten Koordinate allen Speicherebenen gleichzeitig angebotenen, parallel vorliegenden Informationseinheiten einzuspeichern sind.
  2. 2. Magnetkernspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kerne durch Leiter lediglich flächenweise miteinander verkettet sind und daß sämtlichen Leitern einer Koordinate dieser Fläche ein durch sämtliche Kerne dieser Fläche verlaufender Leiter derart parallel geführt ist, daß über ihn alle betroffenen Kerne für einen Einspeichervorgang gesperrt oder freigegeben werden können. 3. Magnetkernspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung zumindest in der X- und Y-Richtung kubische Schaltmatrizen vorgesehen sind. 4. Magnetkernspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Z-Ebenenauswahl des Speichers ein im Ring geschaltetes, vorzugsweise aus Schaltkernen aufgebautes Schieberegister vorgesehen ist, das in seiner Länge gerade der Anzahl der Kernebenen (Z) innerhalb des Speichers entspricht. 5. Magnetkernspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Kerne erregenden Ströme so abgestimmt sind, daß eine Erregung -über nur einen Leiter an dem magnetischen Zustand des Kernes nichts zu ändern vermag, während bei gleichzeitiger Erregung über zwei Leitungen ein Kern in seinen anderen Remanenzpunkt übergeführt werden kann, und daß zur Auswahl der gewünschten Speicherebene (Z) an alle nicht betroffenen Ebenen (Z) jeweils ein Sperrimpuls gegeben wird. 6. Magnetkernspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen reinen Wechselstrombetrieb des Speichers dadurch, daß zur Steuerung mindestens drei gegeneinander phasenverschobene Taktpulse gleicher Impulsfolgefrequenz bereitgestellt werden, wobei mindestens drei dieser Steuertakte eine immer gleiche Funktion zugeordnet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1095 967; »Electronics«, April 1953, S. 147; »SEG-Nacbrichten«, 1953, Nr. 5, S. 8 bis 12; Joumal of Applied Physics«, Bd. 22, Nr. 1, Januar 1951, S. 44 bis 48; »IRE, Transactions on Electronic Computers«, 1956, S. 219 bis 223.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR1095967A (fr) * 1953-02-20 1955-06-08 Rca Corp Commutateur magnétique

Patent Citations (1)

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