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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Insgesamt sind für jede Schaltmatrix zwölf Treiberstufen zum Steuern
der Schaltkerne der Matrix notwendig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.