DE1499634A1 - Magnetkernspeichersystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. GÜNTHER KOCH ⁹ DR. TINO HAIBACH MÜNCHENS, 13. Juli 1966 UNSEdZEICHENr 1 0428 - H/Sfe

EHGlISH EEECTRIC-IiBO-MARCONI COMPILERS LIMITED, London, W.C, 2 /England

Magnetke rnspe i ehersystem

Die Erfindung betrifft ein Magnetkernspeichersysteia.

Kernspeicher wurden bisher als Hauptspeicher für Computer verwendet. Typische Merkmale derartiger bekannter Kernspeicher sind ein Speichervermögen von

*■----einigen Tausend Worten, die Verwendung von diagonal gefädelten Auslese-(Ausspeicher-) -leitungen in den Kernspei eherebenen _t ein niedriges Signal-/ήausch-Yerhältnis während des Ablesexorgangs, eine Zyklus- bzw. Gangzeit im Bereich von zwei MikroSekunden oder weniger, sowie ein relativ hohes Verhältnis von Schaltungskosten zu den Kosten für die Kernmatrix. Des weiteren war es bisher nicht möglich., die Speicherkapazität derartiger Speicher ohne Inkaufnahme eines starken Eostenanstiegs

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wesentlich zu erhöhen.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Speichersystem geschaffen werden, das sich zur Anwendung als Speicher für große Datenmengen mit einer Speicherkapazität von beispielsweise einer halben Hillion Datenworte bei verhältnismäßig niedrigen Kosten pro Wort eignet. Dies wird gemäß der Erfindung durch eine besondere Anordnung von Wicklungen auf der Speicherebene der Kernspeichermatrix erreicht.

Die Erfindung betrifft somit ein Kernspeichersystem mit einer zweidimensionalen Anordnung von Magnetspeicherelementen. (Speicherebene), in welcher χ bzw. % Elemente längs der X-bzw. Y-Koordinate angeordnet sind.

Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich ein derartiges System durch, je eine mit jeder Y-Reihe von Elementen gekoppelte, getrennt erregbare Y-Leitung, durch mehrere jeweils mit £ X-Reihen von Elementen gekoppelte, getrennt erregbare Wortgruppenleitungen, wobei η eine ganze Zahl größer als 1 und "ein Faktor von χ ist, sowie durch eine jeweils mit jeder X-Beihe von Elementen gekoppelte gesonderte Digitleitung, wobei jeweils einander entsprechende Digitleitungen jeder Wdrtgruppe miteinander gekoppelt

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sind, derart daß x/n Sätze von Elementen gebildet werden, deren jeder mit einer zugehörigen Ablese-Sperreinheit gekoppelt ist.

Gernäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß mehrere gleichartige Anordnungen (Speicherebene) vorgesehen sind, deren einander entsprechende Y-Leltungen und Digitleitungen miteinander verbunden sind.

Mit Hilfe der Anordnung gemäß der Erfindung erhält man einen Speicher für große Datenmengen mit einem Speichervermögen von beispielsweise einer halben Million Worte, für welchen keine diagonal eingefädelten Leitungen benötigt werden, der ein gutes Signal/Rausch-Verhältnisbesitz t und bei welchem das Verhältnis der Kosten für den Schaltungsaufwand zu den Kosten der Kernmatrix sehr klein ist. Die Zyklus- bzw. Gangzeit eine r derartigen Anordnung gemäß der Erfindung beträft typisch fünf bis zehn MikrοSekunden.

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Weitere Vorteile und-Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in dieser zeigen:

fig. 1 in Teilansicht eine zweidimensionale Matrix oder Speieherebene;

Pig. 2 eine Reihe von Wellenformen im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des.Kerns 21 des Datenworts 20 in der Matrix gemäß fig. 1; ...

fig. 3 ein Blockschaltbild eines Systems mit einer dreidimensionalen Speicheranordnung;

fig. 4 eine Teilansicht der dreidimensionalen Anordnung des Systems aus fig. 3;

fig. 5 ein Teilschaltbild der Lese- und Sperrschaltung des Systems aus fig. 3.

fig. 1 zeigt in Teilansicht eine Matrixebene 60 von magnetischen Elementen 10, beispielsweise Toroidspeicherkernen. Die beiden Koordinaten der Speicherebene sind als X und. Y-Koordinaten bezeichnet, die in horizontaler bzw. vertikaler Richtung verlaufen. Längs jeder Y-Reihe,

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d.h. jeder horizontalen Zeile, sind insgesamt χ Elemente /vorhanden, entsprechend entlang jeder ]!>Reihe, d.h. jeder vertikalen Spalte, insgesamt "j Elemente,.

Durch jede Reihe, von χ Elementen ist eine gesonderte Y-Leitung gefädelt; in der Zeichnung sind die Leitungen Y1, Y2, Y3 und Y 4 dargestellt; insgesamt gibt es χ derartige Leitungen. Durch jede Spalte von Elementen sind jeweils zwei Leitungen gefädelt. Die Spalten sind in Gruppen von η Leitungen gruppiert, wobei jeweils jede G-ruppe eine durch sämtliche Elemente in der G-ruppe gefädelte Wortgruppenleitung aufweist, von welchen in der Zeichnung die Wortgruppenleitungen WG1-1, WQ-2-1 und- WG3-1 dargestellt sind* Die als Digit- bzw. Zifferaleitung bezeichnete jeweilige zweite Spaltenleitung ist jeweils durch jede Spalte von Elementen parallel zu der Wort- ; gruppenleitung gefädelt; in der Zeichnung sind die Digitleitungen D1-1, D1-2, Dl-3, DI-^a* D2-1 usw. dargestellt. Die Zahl η ist ein Faktor von x, derart daß x/njfortgruppenleitungen vorhanden sinct, deren jede mit ng Elementen gekoppelt ist, sowie k getrennte Digitleitungen, deren jede jeweils mit ^ Elementengekoppelt ist.

Jede Wortgruppenleitung und Y-Leitung ist über entsprechende Schalter und Selektionsmatrizen mit (nieht dargestellten) Stromtreibern verbunden, welche einen Halbstrom ("half-select

-. · / ^: ■■■■■■■ ■■■ ./·

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current") von beiderlei Polarität erzeugen können." Jeweils entsprechende Digitleitungeii'in den verschiedenen Wortgruppen sind miteinander verbunden, beispielsweise mittels Verbindungsleitungeii 23 wie dies in der Zeichnung für die Digitleitungen D1-1, D2-1 und D3-I dargestellt ist, derart daß sie η Sätze von .uiteinauder gekoppelten Digitleitungen bildenj jeder derartige-Satz, von Digitleitungen ist mit einer entsprechenden Lese-(Abfühl- bzw. Abtast-) -Sperreinheit ^elroppelt. Diese Einheit dient zur Abtastung von Information .während dem Auslesen und zur Erzeugung von Halbströmen einer best immeRten Polarität während des Einschreibens,

Im Betrieb werden x/n Datenworte von jeweils n, Bits von

den .'""■.-

±K Elementen jeder Y-Reihe gespeichert, und zwar wird jeweils jedes Wort von den η Elementen gespeichert, mit welchen eine einzige Wortgruppenleitung gekoppelt ist. So speichern die den Leitungen WG2-1 und Y3 gemeinsamen Elemente, die in dem Rechteck 20 enthalten sind, ein Datenwort; im folgenden wird anhand der Wellenformdar-"Stellungen in Pig. 2 die Art und Weise erläutert, in welcher dieses Datenwort abgelesen und eingeschrieben wird.

Zum Ablesen (entsprechend der Periode R in Fig. 2) vdrd die Wortgruppenleitung WG2-1 zuerst mit einem Halbstrom erregt, derart daß sämtliche mit dieser leitung verknüpfte' Elemente mit Halbstrom beaufschlagt werden. Da die Digit-

leitungen D2-1 bis D2-n mit sämtlichen Elementen in ihren entsprechenden Spalten in der gleichen Richtung wie die Leitung WG2—1 gekoppelt bsw. verknüpft sind, hat dies die 'Induktion eines großen Rauschinipulses 50 auf der Leitung, D2-1 (nur für diese Digitleitung sind die Wellenfarmen dargestellt) und selbstverständlich auch auf den anderen Digitleitungen D2-2 TdIs D2-n zur Folge, nachdem dieser 2auschimpuls 30 abgeklungen'ist, wird auch auf der Leitung Y3 ein Halbstrom augeführt, wodurch das Datenwort 20 suu Ablesen gewählt wird. Die Kombination der beiden Halbstromflüsse durch die Elemente in dem Rechteck 20 schaltet diese sämtlich in den ^M0"-Zustand um. Diejenigen unter den Elementen, die sich ursprünglich im "1"-Zustand befanden, induzieren daher Ausgangssignalimpulse in den Digitleitungen, mit welchen sie gekoppelt sind, während diejenigen Elemente, die sich ursprünglich im "O"-Zustand befanden, im wesentlichen unbeeinflußt bleiben und nur kleine Rauschausgangsinipulse in den Digitleitungen, mit welchen sie gekoppelt sind, erzeugen. (Das beim Ablesen einer "1" erhaltene Ausgangssignal ist wesentlich größer als der beira Ablesen einer "0" erhaltene Rauschausgang, kann jedoch erheblich kleiner sein als der Rauschimpuls 50). Der im Able se Zeitpunkt auf der Digitleitung D2-1 erzeugte Impuls hat daher die in Fig. '2 durch die "0"- oder "1"-Spannungswellenformen angedeutete Form, je nachdem ob in dem Element 21 (das eines der Elemente 10 darstellt)

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eine "O" oder "1" gespeichert war. Die mit den Sätzen ■ von Digitleitungen verbundenen Ausleseschaltlcreise werden zu dieser Zeit wirksam gemacht und erzeugen Ausgänge, die zusammen eine Anzeige des gespeicherten Datenworts darstellen.

Zum Einschreiben (entsprechend Periode W in Pig. 2) werden die Halbströme auf den Leitungen WG2-1 und Y3 umgekehrt, im Sinne einer Umschaltung sämHieher Elemente in dem Rechteck 20 in den "1"-Zustand. Falls eine "1^M in ein Element einzuschreiben ist, läßt man diese Umschaltung eintreten; falls jedoch eine "0" eingeschrieben werden soll, wird diese Umschaltung durch Erregung einer mit dem betreffenden Satz von Digitleitungen gekoppelten

Steuer
Sperrxxeikixstufe unterbunden, wodurch die betreffende Digitleitung mit einem Halbstrom beaufschlagt wird, welcher den Halbströmen auf den leitungen WG2-1 und Y3 entgegenwirkt. Somit ist, wie in Pig. 2 in der untersten Wellenformdarstellung gezeigt, die Stromzufuhr zu der Digitleitung D2-1 von der Form "0" bzw. "1", je nachdem ob eine "0" oder eine "1" in das Element 21 eingeschrieben werden soll.

Das vorstehend beschriebene System stellt einen Gedächtnisspeicher mit einer Gesamtspeicherkapäzität von xv/n Datenworten von jeweils η Bits dar, wobei jedes dieser Daten-

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worte mit sämtlichen Bits parallel abgelesen (ausgespeichert) und eingeschrieben (eingespeichert) werden kann. Die Matrix 60 von Magnetelementen bildet eine einzige Speicherebene und jedes Element ist nur mit drei Leitungen verknüpft, Das Gesamtsystem ist ähnlich wie das in Pig. 3 dargestellte, und die Digitleitungen können alternativ in ähnlicher Weise wie in Fig* 5 gezeigt geschalte* sein.

Im folgenden wird nunmehr anhand der Fig. 3 bis 5 ein dreidimensionales System beschrieben, bei welchem die Speicherkernanordnung aus N Ebenen von je χ mal ^ Elementen besteht. Die Anzahl der Datenworte, die gespeichert werden können, beträgt daher Nxy/n, In dem beschriebenen System beträgt beispielsweise N = 16, χ = 512 und χ = 2048, derart daß annähernd eine halbe Hillion Worte von je 32 Bits gespeichert werden können.

Wie im einzelnen aus Fig. 4 ersichtlich, sind mehrere Ebenen 1?1,.P2, P3 ... P16 in einem Stapel 600 angeordnet. Die einandei/bntsprechendenY-Iieitungen. und Digitleitungen der einzelnen Speicherebenen sind in der in der Zeichnung angedeuteten Weise miteinander verbunden, derart daß sie insgesamt einen zusammengesetzten Satz von Y-Leitungen YI bis Y2048 und Digitleitungen D1-1 bis D16-32 bilden» deren jede mit 16 entsprechenden Reihe» oder Spalten von

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ααυ

Elementen, jeweils einer in jeder Ebene, verbunden sind. Jede Ebene besitzt 16 unabhängige Wortgruppenleitungen, insgesamt somit 256 Wortgruppenleitungen (WG1-1 bis W016-16)

Wie aus dem Blockschaltbild gemäß Fig. 3 ersichtlich, ist ein 19-Bit Adressenregister 8 vorgesehen; die Ausgangsgrößen von 11 Stufen dieses Registers werden einem als Ganzes durch den Block 2 angedeuteten Aggregat aus einer Decodiersehaltung, einem Sat2 von Y-Steuerschaltunfjen, Schaltern und Selektionsmatrizen zugeführt; die Ausgangsgrößen der verbleibenden 8 Stufen des Registers werden einem als Ganzes durch den Block 3 angedeuteten Aggregat aus einer Decodierschaltung, einem Satz von Wortgruppen-S teuer schaltungen, Schaltern und Selektionsmatriserx zugeführt. Die Blöcke 2 und 3 werden auch vor- einer Taktsteuerung 6 gespeist; die Brücke 2 und 3 ihrerseits speisen den Speicherstapel 600, und zwar sind sie jeweils mit den. Anschlußklemmen paaren Y1 und Y1, Y2 und Y2 usw. bis Y204-8 bzw. WG1-1_t WG-2-1 usw. bis WG16-16 verbunden. Von dem Adressenregister 8 wird jeweils je eine Steuerleitung der beiden Blöcke 2* und 3 und damit ein bestimmtes Datenwort in dem Speicherstapel 600 gewählt; die Taktsteuerung 6 liefert Taktsteeuersignale an die Blöcke 2 und 3, derart daß die ausgewählten Steuerleitungen mit den in Fig. 2 in den beiden, oberen Darstellungen gezeigten. Stromwellenformen, erregt werden.

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In: folf-eaden wird anhand der Figuren 3 und 5 die Art und Weise beschrieben, in welcher die Digitleitungen mit der Ablese-Digitschaltung verbunden werden. Da das 'System mit Datenworten von 32 Bits arbeitet, besteht dieser zuletst erwähnte Ablese-Digitschaltungsteil im wesentlichen zur Gänze aus 32 getrennten Sätzen von Schaltungen. In Fig. 3 veranschaulicht jeder der Blöcke y1 bis 53 die 32 Schaltungssätzej in Pig. 5 sollen die entsprechend numerierten Blöcke nur jeweils einen der 32 Schaltungssätze veranschaulichen.

In de:;i Stapel 600 (Fig. 4) sind 16 Digit-Wicklung en für jedes Bit vorhanden; diese Wicklungen sind mit D1-1 bis D1Ö-1 für das erste Bit tmä usw. bezeichnet. In Fig. 5 sind Digit wicklungen D1-1, D2-1, D3-1 und D4-1 dargestellt; die übrigen Digitwicklungen für das erste Bit sind in gleicher Weise mit diesen verbunden. Die Digitwiclclungen sind in acht Paaren gesohaltet, wobei beispielsweise die oberen Enden jedes Paares miteinander und mit der Sekundärwicklung eines Transformators 61 und die unteren Enden mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators 62 verbunden sind, deren liitteTanzapfung mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators 61 verbunden ist. Diese Anordnung hat zu,r Folge, daß Rauschsignale, die in den beiden Wicklungen jedes Paares durch Erregung einer Y-leitung induzier.t werden, sich gegen-

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seitig aufheben, während die gewünschten Signale jeweils nur in einer Leitung des Paares induziert und über die Sekundärwicklung des*Transformators 62 einem Verstärker 63 zugeführt werden. Es sind acht derartige Verstärker 63 vorgesehen, deren jeder während der Ablesung durch ein von der Taktsteuerung 6 auf der Leitung 64 geliefertes Signal getastet wird. Die Ausgangsgrößen der Verstärker 63 werden einem ODER-Gatter 65 zugeführt, das die entsprechende Stufe eines 32-Bit Eingangs-Ausgangs-Daten-.registers 52 speist.

Des weiteren ist eine Sperrsteuerung 55 vorgesehen, welche von der Taktsteuerung 6 und der jeweiligen zugehörigen Stufe des Datenregisters 52 so gesteuert wird, daß sie einen Halb-Sperrstrom ("0% unterste Wellenform in Pig. 2) erzeugt, falls dies erforderlich ist. Diese Sperrsteuerung 55 ist mit dem einen*Ende der Primärwicklungen sämtlicher Transformatoren 61 verbunden» während die anderen Enden dieser Primärwicklungen über entsprechende Dioden 66 mit einer Decodlerschaltung 59 verbunden sind. Von den aoht Paaren von Digitleitungen 3λ1-1 bis D16-1 braucht beim Einschreiben nur dasjenige Paar erregt zu werden, mit J welchem das erste Element des einzuschreibenden Wortes gekoppelt ist. Die Decodierschaltung 59, welche aus den letzten drei Stufen des Adressenregisters,8 gespeist wird, nimmt die erforderliche Auswahl des geeigneten ■ Paares von Digitwickluftgen vor. Zum Einschreiben von

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•Ό" liefert die Steuerstufe 53 daher einen Stromimpuls duroh die Primärwicklung des jeweiligen betreffenden Transformators 61, wie er durch die Decodierschaltung ausgewählt wurde, und induziert so den erforderlichen Stromimpuls in demjenigen Paar von Steuerwicklungen, mit welchen das betreffende Bit des Worts, das gerade eingeschrieben wird, gekoppelt ist.

Die in Pig. 5 gezeigte Sohaltung ist offensichtlich in mannigfacher Weise modifizierbar. Beispielsweise kann die Art, in weloher die Ablessignale zur Erzeugung der einen Ausgangsgröße des Registers 52 miteinander kombiniert werden, abgewandelt werden, indem man beispielsweise einige der Sekundärwicklungen der Transformatoren 61 in Reihe schaltet und die Anzahl der Vorverstärker 63 verringert.

Patentansprüche)

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^Bad_°*iqinal.

Claims (9)

U99634 Patentansprüche

1. MagnetkernspeichersyBteni mit einer sv/eidimensionale*! Anordnung von Magnetspeicherelementen (Speicherebene), in welcher χ bzw. j[ Elemente län^s der X- bzw. Y-Koordinate angeordnet sind, ge kennzeichnet durch je eine mit jeder Y-Heihe von Elementen gekoppelte, getrennt erregbare Y-Ieitung (Y1, Y2 ..., Pig. 1, Piß. 0» durch mehrere jeweils mit η X-Reihen von Elementen gekoppelte, getrennt erregbare Wortgruppenleitunken (WG1-1, WG2-1 ... Pig. 1, 4), wobei η eine _£janae Zahl größer als 1 und ein Paktor von χ ist, sowie durch eine jeweils mit jeder X-Reihe von Elementen gekoppelte gesonderte Digitleitung (D1-1 ... D1-n| D2-1 .. .D2-n; ..., Fig. T₁ 4), wobei jeweils einander entsprechende Digitleitungen (D1-1, D2-1, D3-1 usv/. ...) jeder Hortgruppe miteinander gekoppelt sind, derart daß x/n Sätze von Elementen gebildet werden, deren jeder mit einer zügehörigen Ablesi-Sperreinheit gekoppelt ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige Anordnungen (SpeicherebeneX?!, P2, ... P1-6, Pig". 4) vorgesehen sind, deren einander entsprechende Y-Leitungen (Y1 ... Y2048) und

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Digitleitungen (D1-1 ... D16-32) miteinander verbunden sind*

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e Ic e η η " ζ e i c h η e t , daß sum Auslesen (Ausspeichern) eine ausgewählte Wortgruppenleitung (V/G2-1, Fig. 1-) mit einem Halb-Auslesestroni erregt wird und daß nach dem Abklingen des als Folge des Anstiege dieses Halbstroms in den Digitleitungen induzierten Rausohimpulses (30, Fig. 2) zusätzlich eine ausgewählte (Y-Leitung (Y3, Fig. 1) mit einem Halb-Auslesestrom erregt wird.

4. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aussprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t _f da0 die Kopplung der Digitleitungen Jedes der genannten Säfee mit der zugehörigen Auslese-Digiteinheit wenigstens einen Aüslese*iransformator (62, Fig. 5) mit einer Kittelanzapfung der Primärwicklung/ sowie einen entsprechend zugehörigen Sperrtransformator (61) aufweist, dessen Sekundärwicklung mit ihrem einen Ende mit der Mitte !anzapfung der Primärwicklung des Ausleeetransformators (62) verbunden ist, wahrend die BigitMtungen inentgegengesetzten Richtungen zwischen dem anderen Ende der Sekundäi*- wicklung(en) des bzw. der Sperrtransformators(en) und den Enden der Primärwicklung des bzw« 'der Attslesetraiisformators(en) (62, Fig- 5) liegen, derart daß das durch

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die Erregung einer Y-Leitung verursachte Häuschen sich gegenseitig aufhebt.

System nach Anspruch 4, dadurch ;; e r. e η η ζ e i c h · net, daß für jeden Satz von Digitleituii_tjen mehrere Auslese—'.transformatoren (ό2) und entsprechend mehrere Sperrtransforr.iatoren (61) sowie eine Selei:tionssohaltu:i₍; (b5) vorgesehen ist, welche während des Einschreibvoriiangs die Primärwicklung nur des ,jeweils geeigneten Sperrtransformators (öl) zur Erregung mit einem das betreffende einzuschreibende Bit- wiedergebenden Strom auswählt.

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