DE1499747C3 - Semlpermamenter Matrixspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen semi-permanenten Matrixspeicher mit einer Vielzahl von Magnetschichtelementen, einer Gruppe von ersten Leitern, die mit den Speicherelementen jeweils einer Zeile gekoppelt sind, einer Gruppe von zweiten Leitern, die orthogonal zu den ersten Leitern angeordnet und mit den Speicherelementen jeweils einer Spalte verbunden sind, einer Informationssignalzuführung zum Einschreiben einer Binärinformation auf zumindest einen Leiter auf einer der beiden Leitergruppen und einer Einrichtung zum Zuführen eines Treibersignals zu zumindest einem Leiter aus der anderen Leitergruppe, wobei die stabile Richtung der Magnetisierung jedes Speicherclements sich in einer von zwei Richtungen befindet, von denen jede einer bestimmten, zu speichernden Binärinformation entspricht.

Ein derartiger Matrixspeicher ist aus der französischen Patentschrift 13 28 849 bekannt. Dabei liegt die stabile Richtung der Magnetisierung parallel zu den Leitern, welchen das Trcibersignal zugeführt wird. Damit aber muß jedem Speicherelement ein Permanentmagnet zugeordnet weiden, entsprechend der Binärinformation »0« und »1«. Der Betrieb des Speichers wird damit bezüglich aller seiner Speicherelemente auf eine semi-permanente Speicherung beschränkt. Bei vielen Operationen ist es jedoch so, daß nur ein Teil der Daten, etwa die Konstanten eines Programms, mehrfach ausgelesen werden, also permanent bzw. semi-permanent zu speichern sind, während ein anderer Teil der Daten nur einmal ausgelesen wird. Bei dem vorbekannten semi-permanenten Speicher werden aber auch durch diese nur einmal auszulesenden Daten die Speicherelemente auch nach der erfolgten Auslesung besetzt bleiben bzw. müssen durch ein besonderes Löschsignal wieder für eine neue Einschreibung freigemacht werden. Dies aber führt entweder zu einer vergleichsweise geringen Kapazität des Speichers oder aber zu einer verminderten Zuverlässigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den semi-permanenten Matrixspeicher der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß er eine hohe Zuverlässigkeit mit großer Kapazität und Arbeitsgeschwindigkeit verbindet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ausgewählte Teilbereiche für eine semi-permanente Speicherung und Restbereiche mit freiem Zugriff gebildet sind, wobei die Richtung der magnetischen Remanenz der ferromagnetischen Filmschicht der Magnetschichtelemente in Richtung einer Symmetrieachse gelegt ist, die in der Filmschicht liegt und im wesentlichen parallel zu den ersten Leitern oder den zweiten Leitern verläuft und jede der Speicherzellen, die in einem der ausgewählten Teilbereiche der Matrix |

liegt, eine von zwei stabilen Richtungen hat, die semipermanent festgelegt sind und deren eine parallel zu den ersten Leitern und deren zweite parallel zu der Symmetrieachse verläuft.

Mit der Erfindung wird also ein semi-pcrmanenter Speicher geschaffen, der Teilbereiche mit freiem Zugriff hat, wobei dann nur die mehrfach auszulesenden informationen in die semi-permanenten Bereiche, die nur einmal auszulesenden Informationen dagegen in die Bereiche mit freiem Zugriff eingeschrieben werden.

Dadurch wird die Kapazität des Speichers bei gegebener Zahl von Speicherelementen wesentlich vergrößert und seine Arbeitsgeschwindigkeit erhöht. Die Festlegung bzw. die Veränderung der Teilbereiche kann dabei auf sehr einfache Weise durchgeführt werden, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Speicherelement zur Erläuterung einer ersten Ausführungsfcrm der erfindungsgemäßen Speichevmatrix,

F i g. 2 eine Kennlinie zur Erläuterung der Betriebsweise des Speieherelenents von F i g. 1.

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein Speicherelement zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform einer

Speichermatrix nach der Erfindung,

Fig.4 eine Kennlinie zur Erläuterung der Betriebsweise des Speicherelements von F i g. 3,

F i g. 5 eine Hysteresisschleife zur Erläuterung der Betriebsweise des Speicherelements von F i g. 3,

F i g. 6 und 7 Schaltbilder zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Speichermatrix, und

F i g. 8 einen Querschnitt durch einen magnetischen Zeilenleiter.

Zunächst soll an Hand von F i g. 1 der konstruktive Aufbau der Speichermatrix an Hand eines einzelnen Speicherelements beschrieben werden. Das Speicherelement besteht aus einer dünnen, ferromagnetischen Filmschicht 1, einem ersten Leiter 2, einem zweiten Leiter 3 und später beschriebenen Mitteln zur Festlegung einer bestimmten Richtung der Remanenz der Filmschicht 1 bezüglich einer von zwei stabilen Richtungen, deren jede einer zu speichernden Binär-Information entspricht. Die Filmschicht 1 hat eine leicht magnetisierbar Achse, wie durch den gestrichelten Pfeil Me angedeutet ist, so daß die Richtung der Remanenz der Schicht 1 durch eine vorbestimmte Linie (Me) gegeben ist, die in der Schicht 1 liegt. Der erste Leiter 2 verläuft im wesentlichen parallel zu dieser leicht magnetisierbaren Achse Me und ist mit der Filmschicht 1 gekoppelt. Der zweite Leiter 3 ist orthogonal zum ersten Leiter 2 angeordnet und ebenfalls mit der Filmschicht 1 gekoppelt. In F i g. 1 deutet der Pfeil Hd ein Magnetfeld an, das dann aufgebaut wird, wenn ein Treibersignal Id in dem ersten Leiter 2 fließt. Der Pfeil Hw\ (oder Hwi) deutet ein Magnetfeld an, das dann aufgebaut wird, wenn ein Informationssignal Iw\ (oder Iwi) im zweiten Leiter 3 fließt. Schließlich gibt der Pfeil Ho\ (bzw. H01) ein äußeres Magnetfeld Ho an, das dazu dient, die Richtung der Remanenz der Filmschicht 1 semi-permanent .auf eine von zwei verschiedenen Richtungen festzulegen. Demgemäß entspricht das Magnetfeld Ho den erwähnten Mitteln, etwa einem kleinen Magneten.

Wenn ein Treibersignal Id konstanter Intensität im ersten Leiter 2 fließt, so wird über eine Laslimpedanz, die mit dem zweiten Leiter 3 gemäß F i g. 2 verkettet ist, eine Ausgangsspannung entsprechend F i g. 2 induziert. Die Intensität und Polarität dieser Ausgangsspannung Eo ändert sich gemäß der Intensität und der Richtung des äußeren Magnetfelds Ho. Wenn nun die Riehtungen der Felder Ho und Hd untereinander gleich sind, so ändert sich die Spannung Eo gemäß der Kurve 1 und erreicht den Wert Null, wenn die Intensität des Feldes Ho über eine bestimmte Intensität Hi ansteigt, wobei dann die Filmschicht 1 gesättigt ist. Wenn die Richtungen der Felder Ho und Hd dagegen einander entgegengerichtet sind, so ändert sich die Spannung Eo gemäß der Kurve II und dann gemäß der Kurve III. Wenn die Intensität des Feldes Ho über einer Intensität Hi liegt, so wird die Ausgangsspannung Eo zu Null. und zwar infolge der Sättigung der Filmschicht 1. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß dann, wenn die Intensität des Feldes Ho ungefähr den Wert Hi erreicht hat, die Ausgangsspannung Eo die umgekehrte Polarität bezüglich derjenigen Ausgangsspannung Eo aufweist, die auftritt, wenn die Intensität des Feldes Ho Null ist.

Auf den F i g. 3, 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform eines Speicherelements dargestellt. Das Speicherelement von F i g. 3 unterscheidet sich jedoch nur in der Richtung des äußeren Magnetfelds von einem Speicherelement nach Fig. 1, während die anderen Merkmale identisch sind. Bei dieser Ausführungsform nach F i g. 3 wird die Richtung der Remanenz auf eine der beiden entgegengesetzten Richtungen eingestellt, die im wesentlichen parallel mit dem ersten Leiter 2 sind und der zu speichernden Binär-Information entsprechen. Fig.4 zeigt die Pegelhöhe und die Polarität der Ausgangsspannung Eo, die im zweiten Leiter 3 induziert wird, wenn das Feld Hddie Filmschicht 1 beeinflußt.

Durch Verwendung einer Vielzahl von Speicherelementen gemäß der obigen Beschreibung kann eine Speichermatrix aufgebaut werden, bei welcher die Speicherzellen nur eines Teilbereichs der Matrix semipermanent festgelegt werden. Die F i g. 6 und 7 zeigen Ausführungsformen einer derartigen Speichermatrix. Bei diesen Ausführungsformen sind eine Vielzahl von Leitern (W\, Wi, Wi ...) vorgesehen, deren jede aus einem diamagnetischen Draht, beispielsweise aus Kupfer, Beryllium-Kupfer oder Phosphorbronze, oder aber einem paramagnetischen Draht, etwa aus Aluminium, das mit einem ferromagnetischen Film, beispielsweise Permalloy, durch elektrische oder chemische Plattierung oder aber durch Vakuumbeschichtung umgeben ist, besteht.

Die in F i g. 6 gezeigte Ausführungsform enthält eine Anzahl von derartigen Magnetschicht-Leitern 3 (W\, Wi, Wi ...), eine Anzahl von Leitern 2 (Du Di, Di ...), Magnete 4 zur Aufrechterhaltung einer Remanenzrichtung in jeder der Speicherzellen, Einrichtungen 5 zum Anlegen eines der Binär-Information entsprechenden Signals auf zumindest einen der Leiter 2. Die leicht magnetisierbare Achse der Schicht auf dem Leiter 3 wird in die Umfangsrichtung des Leiters 3 gelegt. Die magnetischen Zeilenleiter 3 und die Spaltenleiter 2 schneiden sich orthogonal, wodurch an jedem Schnittpunkt Speicherzellen aus der ferromagnetischen Schicht rund um jeden der Schnittpunkte der Leiter 3 und der Spaltenleiter 2 gebildet werden. Die Magnete 4 führen zu einer bestimmten Remanenzrichtung jeder der Speicherelemente eines Teilbereichs der Matrix, wobei die Richtung in einer der beiden unterschiedlichen Richtungen liegt, deren eine im wesentlichen parallel zum Zeilenleiter3 und deren andere im wesentlichen parallel zum Spaltenleiter 2 verläuft. Diese beiden unterschiedlichen Richtungen entsprechen den zu speichernden Binär-Informationen. Dieser Teilbereich der Matrix ist durch die gestrichelten Blöcke in F i g. 6 angedeutet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Informationsbit semipermanent in jeder der Speicherzellen des Teilbereichs gespeichert und außerdem mit freiem Zugriff in jeden der Speicherelemente des übrigen freiem der Matrix, wenn durch Anregung mittels eines Informationssignals und des Treibersignals eine Einschreibung erfolgt. Das Informationssignal wird von einer Informationszuführung 8 über einen Umsetzer 9 auf zumindest einen der Zeilenleiter 3 gegeben. Das Treibersignal dagegen wird von einem Signalerzeuger 6 über einen Schalter 7 auf eine der Spaltenleiter 2 gegeben. Wenn zum Zwecke des Auslesens des gespeicherten Informationssignals eine Abfragung durch Zuführen eines Treibersignals geeigneter Intensität auf zumindest einen der ausgewählten Spaltenleiter erfolgt, so wird eine Bit der permanent gespeicherten Information ausgelesen, und zwar von jedem der Zeilenleiter 3 als ein Ausgangssignal mit positiver oder negativer Polarität, je nach der gespeicherten Binär-Information des angesteuerten Speicherelements. Eine Gleichstromquelle 10 und ein veränderbarer Widerstand 11 dienen dazu, das Hilfsfeld Hw auf die Filmschichten 1 der Speicherelemente zu geben. Die Inten-

sität des Hilfsfelds ist kleiner als die Koerzitivkraft der ferromagnetischen Schicht, so daß die in den Speicherelementen eingespeicherte Binär-Information des anderen Speicherbereichs permanent ausgelesen werden kann, wenn nicht ein zu großes Treibersignal zugeführt wird. Wie oben erwähnt, ist die in F i g. 6 gezeigte Matrix aus Speicherelementen aufgebaut, deren jedes dem Speicherelement von F i g. 1 entspricht.

Die in F i g. 7 gezeigte Speichermairix ist aus Speicherelementen aufgebaut, deren jedes dem Speicherelement von F i g. 3 entspricht. Bei dieser Ausführungsform der Matrix ist die leicht magnetisierbare Achse so eingestellt, daß sie im wesentlichen parallel zur Achse der magnetischen Zeilenleiter 3 verläuft. Das Treibersigna! wird auf die Leiter 3 und das Informationssignal auf die Spaltenleiter 2 gegeben. Mittel 4 in Form kleiner Magnete legen die Remanenzrichtung je_r des der Speicherelemente in einem Teilbereich der Matrix fest, derart, daß sie in einer von zwei entgegengesetzten Richtungen liegt, die im wesentlichen parallel jo zu den Zeilenleitern 3 verlaufen und der Binär-Information, die zu speichern ist, entsprechen. Die gespeicherte Information wird dann aus dem Spaltenleiter 2 ausgelesen. Besondere Hilfsmittel können hier weggelassen werden. Die Intensität des äußeren Magnetfelds Ho ist größer als die Koerzitivkraft des ferromagnetischen Films. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie derjenige der Ausführungsform nach F i g. 6. Eine dritte Ausführungsform ergibt sich offensichtlich an Hand, der beschriebenen Betriebsweise der Speicherelemente von F i g. 3 und der in F i g. 6 gezeigten Speichermatrix, wobei sich eine Einzelbeschreibung erübrigt.

Als Mittel 4 zum Anlegen des äußeren Magnetfelds Ho eignen sich für die Praxis die folgenden Systeme. Beispielsweise kann eine Vielzahl von kleinen Magneten vorgesehen werden, die sich auf einer Unterlage befinden. Ein anderes Beispiel besteht aus einer ferromagnetischen Schicht, die gleichmäßig auf eine Unterlage niedergeschlagen ist, wobei wesentliche Teile der Filmschicht in den entsprechenden erforderlichen Richtungen magnetisiert sind, während die Magnetisierungen der übrigen Stellen gelöscht werden. Ein weiteres Beispiel besteht in einer ferromagnetischen Filmschicht, in welcher eine Vielzahl von kleinen, rechteckigen Löchern an den erforderlichen Stellen ausgespart sind, wodurch das äußere Magnetfeld durch diamagnetische Felder der entsprechenden Löcher erhalten wird.

Wenn darüber hinaus jeder der kleinen Magnete oder entsprechenden Teile einer ferromagnetischen Schicht 12 gemäß F i g. 8 mit der Filmschicht 1 durch magnetische Elemente 13a, 136, 13c... magnetisch verbunden ist und entsprechende Schleifenbahnen (durch gestrichelte Linien angedeutet) in der erforderlichen Richtung magnetisiert werden, so werden die durch Streuflüsse entstehenden Interferenzen von benachbarten kleinen Magneten vermindert. Diese Art von Mitteln 4 ist geeignet, eine große Kapazität der Speichermatrix zu gewährleisten.

Durch Auswahl bestimmter Formen der verwendeten kleinen Magnete können die semi-permanenten Speicherelemente an irgendeiner Stelle der Speichermatrix angeordnet werden, ohne Änderung der anderen Aufbauformationen. Selbstverständlich können ohne Veränderung der Betriebsweise an Stelle der semi-permanenten Speicherzellen auch Speicherzellen mit freiem Zugriff Verwendung finden.

Als Treibersignal kann ein Pulssignal oder ein Hochfrequenzsignal für beide Fälle des Einschreibens und des Auslesens verwendet, werden. Wenn ein pulsierendes Treibsignal verwendet wird, so ist selbstverständlich auch das Ausgangssignal ein Pulssignal. Wenn ein Hochfrequenz-Treibsignal verwendet wird, so weist das Ausgangssignal eine Frequenz auf, welche doppelt | so groß ist wie diejenige des Treibersignals und von positiver oder negativer Polarität, je nach den gespeicherten Informationen.

Eine Speichermatrix nach der Erfindung wurde in der Praxis unter den folgenden Bedingungen aufgebaut. Als Magnetleiter für eine Matrix gemäß F i g. 6 wurden Beryllium-Kupfer-Drähte mit 0,2 mm Durchmesser elektrisch mit einem Permalloy-Dünnschichtfilm von 7000 A plattiert. Die leicht magnetisierbare Achse des Films wurde in Umfangsrichtung (für die Ausführungsform von F i g. 1) bzw. in Axialrichtung (für die Ausführungsform von F i g. 3) des Leiters gelegt. Der Spaltenleiter bestand aus einem Kupferstreifen, mit einer Breite von 1 mm und einer Dicke von 0,05 mm. Die Größe des Hilfsstroms betrug 15 bis 50 Milliampere. Die Intensität der Treiberimpulse betrug 1 Ampere, und die Aufbauzeit der Treiberimpulse 20 Nanosekunden. Unter diesen Bedingungen wurde eine Ausgangsspannung von ± 10 Millivolt in einer Spule induziert, die mit den Zeilenleitern verbunden war, gemäß einem äußeren Magnetfeld von »Null« und »5 Oe« (für die Ausführungsformen von F i g. 1) bzw. von »± 5 Oe« (für die Ausführungsform von F i g. 3).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Semi-permanenter Matrixspeicher mit einer Vielzahl von Magnetschichtelementen, einer Gruppe von ersten Leitern, die mit den Speicherelementen jeweils einer Zeile gekoppelt sind, einer Gruppe von zweiten Leitern, die orthogonal zu den ersten Leitern angeordnet und mit den Speicherelementen jeweils einer Spalte verbunden sind, einer Informationssignalzuführung zum Einschreiben einer Binärinformationen auf zumindest einen Leiter auf einer der beiden Leitergruppen und einer Einrichtung zum Zuführen eines Treibersignals zu zumindest einem Leiter aus der anderen Leitergruppe, wobei die stabile Richtung der Magnetisierung jedes Speicherelements sich in einer von zwei Richtungen befindet, von denen jede einer bestimmten zu speichernden Binärinformation entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Teilbereiche für eine semi-permanente Speicherung und Restbereiche mit freiem Zugriff gebildet sind, wobei die Richtung der magnetischen Remanenz der ferromagnetischen Filmschicht (1) der Magnetschichtelemente in Richtung einer Symmetrieachse (Me) gelegt ist, die in der Filmschicht (1) liegt und im wesentlichen parallel zu den ersten Leitern (IVi, IV2, ...) oder den zweiten Leitern (D\. Di, ...) verläuft und jede der Speicherzellen, die in einem der ausgewählten Teilbereiche der Matrix liegt, eine von zwei stabilen Richtungen hat, die semi-permanent festgelegt sind und deren eine parallel zu den ersten Leitern und deren zweite parallel zu der Symmetrieachse (Me) verläuft.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Filmschicht (1) eine leicht magnetisierbar Achse in der Symmetrieachse (Me)aufweist (F i g. 1 und 7).

3. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Filmschicht (1) isotrop und die Remanenzrichtung der Schicht durch ein Hilfsfeld (Hw) auf der Symmetrieachse (Me) gehalten ist.

4. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stabilen Magnetisierungsrichtungen einander entgegengerichtet sind und im wesentlichen parallel zu den ersten Leitern (W\, W2,.. .^verlaufen (F i g. 7).

5. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden stabilen Magnetisierungsrichtungen im wesentlichen parallel zu den ersten Leitern (IVi, W2, ...) und die andere Magnetisierungsrichtung im wesentlichen parallel zu den zweiten Leitern (D\, Ch,...) verläuft (F i g. 6).