DE1774832B1

DE1774832B1 - Verfahren zur verminderung der durch die informations stroeme in einem kernspeicher verursachten verlustleistung

Info

Publication number: DE1774832B1
Application number: DE19681774832
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Brune; Dr-Ing Duell Ernst H; Edgar Polly; Guenter Dipl-Ing Schwartz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-09-17
Filing date: 1968-09-17
Publication date: 1971-03-18
Also published as: CH507567A; FR2018277A1; GB1277305A; NL6913759A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wie nun aus den vorstehenden Darlegungen

Verminderung der durch die Informationsströme in klar hervorgeht, sind vor allem die Informations-

einem Kernspeicher verursachten Verlustleistung. ströme für die verursachte Verlustleistung verant-

Ein Kernspeicher besteht üblicherweise aus η Spei- wortlich.

cherebenen. Entsprechend den η Ebenen eines Kern- 5 Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein

Speicherblocks ist es möglich, η binäre Ziffern (Bits) Verfahren anzugeben, durch das die Verlustleistung,

zu einem verschlüsselten Wort zusammenzufassen. hervorgerufen durch die Informationsströme im Kern-

Die Zahl der speicherbaren und abrufbaren Wörter, speicher, vermindert wird. Erfindungsgemäß gelingt

d. h. der adressierbaren Wörter, ist abhängig von der dies bei einem Kernspeicher, der entsprechend der Zahl der Speicherelemente einer Ebene. Im allgemeinen io Wortlänge von η Bit aus η Speicherebenen besteht,

finden als Speichermedien Ferritkerne Verwendung, dadurch, daß bei jedem einzuschreibenden Wort eine

die in Form einer Matrix, bestehend aus χ Zeilen und Prüfung dahingehend erfolgt, ob die Zahl der »0«-

y Spalten, angeordnet sind. Entsprechend den χ Zeilen- wertigen Bits innerhalb eines Wortes größer oder

kernen und y Spaltenkernen beträgt sodann die « . bejahenden Fall eine Invertierung

speicherbare Wortkapazitat m — χ · y Worter. 15 ^& 2 ^{J &}

Zum Einschreiben und Auslesen von Informationen des einzuschreibenden Wortes erfolgt und daß in einer

sind durch alle Kerne in x- und j-Richtung Treiber- zusätzlichen (μ + l)-ten Speicherebene für jedes Wort

leitungen hindurchgefuhrt. Die weitverbreiteste Me- in einem (n + l)-ten Bit festgehalten wird, ob beim

thode, Informationen in die Kerne einzuschreiben bzw. Auslesen des betreffenden Wortes die Information

auszulesen, macht von dem Koinzidenzprinzip (Teil- 20 invertiert werden muß oder nicht.

Stromprinzip) Gebrauch. Hierbei werden beim Schrei- An Hand der F i g. 1 bis 4 der Zeichnung soll im

ben positive Halbstromimpulse + ^- in den x- und ^"m'einieln^^^{ndung näher erIäUtert W<aden}· ^ES

j-Treibern erzeugt. Nur in den Kreuzungspunkten, F i g. 1 einen einzelnen Ferritkern mit den er-

wo sich Zeilen- und Spaltenleitung kreuzen, addieren 25 forderlichen Treiberdrähten,

• u j· TT tu * ■ ι ,Im ■ w 11 * F i g. 2 den prinzipiellen Auf bau eines Kernspeicher-

sich die Halbstromimpulse + -=- zu einem Vollstrom- ,, , ° .. / £ , ..„ .^e

^v 2 blocks mit der erfindungsgemaß vorgesehenen zu-

impuls + Im, der ausreicht, die Kerne in den positiven sätzlichen Speicherebene,

Remanenzzustand zu bringen, dem der Digitalwert »Z.« F i g. 3 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung

zugeordnet ist. Zum Lesen der Kerne ist es erforderlich, 30 des Zusatzbits ZB,

negative Halbstromimpulse zu erzeugen bzw. die F i g. 4 ein logisches Schaltglied zum Invertieren der

Stromrichtung umzukehren. Kerne, die positiv magne- Wortinformation.

tisiert sind und die sich im Kreuzungspunkt der beiden In F i g. 1 ist ein einzelner Ferritkern dargestellt,

negativen Lesehalbströme befinden, kippen nun in den durch den die x- und j>-Treiberdrähte zwecks Schreinegativen Remanenzzustand, dem der Digitalwert »0« 35 bens und Lesens der Information gefädelt sind und zugeordnet ist. Durch einen Lesedraht, der durch alle durch den weiterhin der Lesedraht und der Infor-Kerne einer Matrix gefädelt ist, kann festgestellt werden, mationsdraht gefädelt ist.

ob ein sich im Kreuzungspunkt der Halbströme befind- F i g. 2 zeigt einen Speicherblock mit η Speicherlicher Kern im positiven Remanenzzustand war. ebenen entsprechend der Wortlänge von η Bit, mit

Nun weist ein eingeschriebenes Kernspeicherwort 40 einer weiteren Speicherebene für ein Prüfbit PB und nicht in allen seinen Binärstellen den Wert digital »Z.« erfindungsgemäß mit einer zusätzlichen Speicherauf. Vielmehr kommt im statistischen Mittel der Wert ebene für ein Zusatzbit ZB. In der vordersten Ebene digital »0« innerhalb eines Wortes ebenso häufig vor. sind die Kerne einer Matrix und die zugehörigen Das bedeutet, daß man in manchen Speicherebenen Spalten und Zeilentreiberleitungen eingezeichnet. Des die Bildung eines »Z.« in den Kreuzungspunkten der 45 weiteren sind der alle Kerne einer Matrix durch-Treiberleitungen verhindern muß. Hierzu ist pro laufende Informationstreiberdraht und der Lesedraht Speicherebene ein Informationsdraht (»Inhibitdraht«) angedeutet.

vorgesehen, der alle Kerne einer Matrix durchsetzt Die Vorteilhaftigkeit des erfinderischen Verfahrens

und beispielsweise den j-Treiberdrähten entgegen- soll nun im folgenden an einem konkreten Beispiel wirkt. Durch Erregung dieses Informationsdrahtes mit 5" erläutert werden:

einem Halbstromimpuls kann das Einschreiben eines Der Kernspeicher besitze beispielsweise inklusive

»Z.« verhindert werden. Während die Schreib- und Prüfbit eine Wortlänge von 13 Bit. Das Speicherwort Leseimpulse jeweils nur χ Kerne einer Zeile und selbst hat dann eine Länge von η = 12 Bit. Von diesen y Kerne einer Spalte durchsetzen, müssen die In- η Bit seien jeweils K₁ Bit »0«-wertig und K₂ Bit »Z,«- formationsimpulse alle m = χ · y Kerne einer Spei- 55 wertig. Das Prüfbit PB ist dann z. B. jeweils so bechermatrix durchsetzen. Bei einer typischen Speicher- schaffen, daß die Anzahl K₂ der »L«-wertigen Bits zukapazität von beispielsweise m = 4 Kilobit (64 · 64 sammen mit dem Prüfbit PB geradzahlig wird (Pari- = 4096) ergibt sich somit für eine Speichermatrix, tätsprüfung). Zu den η Bit der Wortinformation und daß die Koordinatenströme beim Schreiben nur dem Prüfbit, die die Wortlänge von 13 Bit ergeben, 2 ]/m = 128 Kerne und die Informationsströme alle 60 kommt gemäß dem erfinderischen Vorschlag noch ein m = 4096 Kerne durchsetzen müssen. Zusatzbit ZB hinzu.

Jeder Strom durch die Kerne erzeugt in erster Linie Im bekannten Verfahren bestimmt sich die Anzahl

Verluste in den Drähten. Auf der anderen Seite ist es der erforderlichen Informationsströme aus der Anzahl bekannt, daß eine Temperatur um etwa 1O⁰C die der »0«-wertigen Bit innerhalb der Wortinformation Lebensdauer der betroffenen Bauteile des Kern- 65 und des Prüfbits, so daß sich im ungünstigsten Fall die Speichers etwa um die Hälfte verringert. Jeder Strom Erfordernis ergibt, in allen 13 Ebenen die Informadurch die Kerne verursacht weiterhin elektrische tionsströme durch die Kerne zu treiben. Gemäß dem Störungen anderer Kernspeicherbauelemente. Vorschlag der Erfindung gelingt hier eine entscheidende

Verbesserung, indem eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob von den η Bit der Wortinformation -»- öder

mehr Bit die Wertigkeit »0« aufweisen. Ist dies der Fall, so werden die einzuschreibende Wortinformation und das Prüfbit invertiert. Die Information, daß eine Invertierung erfolgt, wird in einer 14. Speicherebene durch Markierung einer »L« an entsprechender Stelle niedergelegt. Solange keine Invertierung erfolgt, ist es erforderlich, jeweils eine »0« an entsprechender Stelle in der 14. Speicherebene zu markieren, was einen zusätzlichen Informationsstrom bedingt. Dieser gering? fügige Nachteil vermag jedoch insgesamt den Vorteil des erfinderischen Verfahrens nicht zu beeinträchtigen.

An Hand der nachstehend aufgeführten Tabelle tritt der Unterschied zwischen bekannten und neuen Verfahren deutlich hervor.

Wortinformation It = (K₁ + K₂) Bit	Wert »I«	Prüfbit	Bekanntes Verfahren	Zusatzbit PB = »La für	Neues Verfahren
Anzahl der Bits mit dem	K₂	PB	Anzahl der		Anzahl der T .. I-, M-, If-., t ■ Ij-Ii-La. j*
Wert »0«	12	Wert	Inhibitströme C T	K₁ > j	iniu Ditströme SJ₁
K₁	11			Wert
0	10	»0«	1	»0«	2
1	9	»L«	1	»0«	2
2	8	»0«	3	»0«	4
3	7	»L«	3	»0«	4
4	6	»0«	5	»0«	6
5	5	»L«	5	»0«	6
6	4	»0«	7	»L«	6
7	3	»L«	7	»L«	6
8	2	»0«	9	»L«	4
9	1	»L«	9	»L«	4
10	0	»0«	11	»L«	2
11	»L«	11	»L«	2
12	»0«	13	»L«	0

Aus dieser Tabelle ersieht man, daß bei Anwendung des erfinderischen Verfahrens die Anzahl der gleichzeitig fließenden Informationsströme im günstigsten Fall von 13 auf 6 zurückgegangen ist.

Das bedeutet zunächst einmal eine Verringerung der Verlustleistung. Da die elektrischen Daten der verwendeten Magnetkerne und die Alterung der Bauteile temperaturabhängig ist, kann einmal bei Beibehaltung der Auslegung des Kernspeichers, d. h. Beibehaltung des zulässigen Betriebstemperaturbereiches, eine Verringerung der statistischen Fehlerwahrscheinlichkeit und damit eine erhöhte Sicherheit gegen Fehlfunktionen erreicht werden. Auf der anderen Seite bietet sich eine Möglichkeit, den zulässigen Betriebstemperaturbereich auszudehnen, was beispielsweise bei Speichern für militärische Anwendungen von großem Interesse ist.

Weiterhin erreicht man bei Anwendung des erfinderischen Verfahrens sowohl eine Reduzierung der durch die Informationsströme bewirkten elektrischen Störungen anderer Kernspeicherschaltungen als auch eine Reduzierung des für die Informationsströme benötigten maximalen Leistungsbedarfes. Letzterer Sachverhalt ermöglicht zusammen mit der sich durch das erfinderische Verfahren ergebenden geringen Schwankung des Leistungsbedarfes (maximal sechs Informationsströme anstatt dreizehn) Einsparungen an der die Informationsströme liefernden Speisequelle.

Bei Ausfall einer Speicherebene ergibt sich infolge der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigten zusätzlichen Speicherebene der Vorteil, daß diese Speicherebene an die Stelle der ausgefallenen Speicherebene treten kann. Dadurch kann der Speicher nach der bisher bekannten Weise weiter in Betrieb bleiben. Für diesen Fall muß die Speisespannungsquellenleistung mit ausreichender Reservekapazität versehen sein. Das Zusatzbit dient demnach als Reservebit.

Zur schaltungstechnischen Verwirklichung des erfinderischen Verfahrens ist einmal — wie bereits erwähnt — der Speicherblock um eine weitere Ebene für das Zusatzbit ZB zu erweitern.

Des weiteren ist eine Schaltungsanordnung vorzusehen, die für den Fall, daß γ oder mehr als -y Bits der einzuschreibenden Kernspeicherinformation die Wertigkeit »0« aufweisen, die Information invertiert und zusätzlich ein Zusatzbit ZB der Wertigkeit »L« erzeugt.

Zur Entscheidung K₁ > γ, wobei UT₁ die Zahl der Bits der Wertigkeit »0« repräsentiert, kann mit Vorteil eine Schaltung benutzt werden, die aus einem Digital-Analog-Umsetzer und einem nachgeschalteten Vergleichsglied besteht, wie dies aus der F i g. 3 der Zeichnung ersichtlich ist. Die Ausgänge des Informationsregisters für die η Bit der Wortinformation JA₁ ... JA_n sind auf die Eingänge des Digital-Analog-Umsetzers 30 geführt, der jeden Eingang mit gleichem Gewicht bewertet. Im einfachsten Fall kann der Digital-Analog-Umsetzer aus der Parallelschaltung von η gleich großen Widerständen bestehen, die in einem gemeinsamen Summenpunkt zusammengeführt sind. Der analoge Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers ist sodann mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 31 verbunden. An den anderen Eingang des Differenzverstärkers ist eine Referenzspannung U gelegt, die in der Größe so gewählt ist, daß der Differenzverstärker ein ».!.«-Zusatzbit ZB ausgibt, wenn JsT₁ > -^- ist. Dieses Zusatzbit ist in der zusätzlichen Speicherebene abzuspeichern.

Es ist sodann zwischen den Ausgängen des Informationsregisters für die η Bit der Wortinformation JA₁ ... JA_n und das Prüfbit JApb und den Kern-

speicher-Informationseingängen KJA₁ . . . KJA_n, KJApB ein logisches Schaltglied vorzusehen, das folgende Boolsche Gleichung erfüllt:

KJΑμ = JAμ ■ ZB + JAμ -ZB.

Diese Gleichung wird erfüllt von einem ODER-NICHT-Glied 42, dem zwei UND-Glieder 40 und 41 vorgeschaltet sind, wobei den beiden Eingängen des einen UND-Gliedes 40 der jeweilige valente Informationsregisterausgang JAμ und das Zusatzbit ZB zugeführt ist und die beiden Eingänge des zweiten UND-Gliedes 41 jeweils von den hierzu antivalenten Signalen beaufschlagt werden. Wie man an Hand der F i g. 4 dar Zeichnung erkennen kann, ist die Kern-Speicherinformation KJΑμ immer dann bezüglich des Informationsregisterinhaltes JAμ negiert, wenn das Zusatzbit ZB = L ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der durch die Informationsströme in einem Kernspeicher verursachten Verlustleistung, wobei der Kernspeicher entsprechend der Wortlänge von η Bit aus η Speicherebenen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem einzuschreibenden Wort eine Prüfung dahingehend erfolgt, ob die Zahl der »O«-wertigen Bits innerhalb eines Wortes

größer oder gleich -^- ist, daß im bejahenden Fall eine Invertierung des einzuschreibenden Wortes erfolgt und daß in einer zusätzlichen (n + l)-ten Speicherebene für jedes Wort in einem (n + l)-ten Bit festgehalten wird, ob beim Auslesen des betreffenden Wortes die Information invertiert werden muß oder nicht.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge eines Informationsregisters für die η Bit der Wortinformation auf die Eingänge eines alle Bit gleichbewertenden Digital-Analog-Umsetzers (30) geführt sind, dessen analoger Ausgang auf einen Eingang eines Differenzverstärkers (31) geführt ist, und daß der andere Differenzverstärkereingang an einer Referenzspannung Urtf liegt, die so gewählt ist, daß der Differenzverstärker nur dann ein L-Ausgangssignal (ZB = L) liefert, wenn die Hälfte oder mehr Bits der Wortinformationen den Digitalwert »0« aufweisen.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ausgänge des Informationsregisters für die η Bit der Wortinformation (JA₁ ... JA_n) und das Prüfbit (JA pb) und die Kernspeicher-Informationseingänge jeweils logische Schaltungsglieder (40, 41, 42) geschaltet sind, die die Boolsche Gleichung

KJΑμ = JAμ ■ ZB
realisieren.

JAμ ■ ZB

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen