DE1955364A1 - Dreidimensionales Speichersystem - Google Patents

Description

M GmbH 30. Oktober

München

EM 3097

Dreidimensionale» Speichersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreidimensionales Speichersystem zum Speichern großer Informationsmengen, wobei dessen Speicherplätze wahlfrei zugreifbar sind.

Bei den bisher verwendeten Datenspeichern mit wahlfreiem Zugriff (random access), beispielsweise bei Zentraleinheiten von Rechenanlagen, werden zur Vereinfachung der Selektion, d.h. der Ansteuerung eines gewünschten Üits aus der großen vorhandenen Anzahl, die Speicherelemente in Matrixform angeordnet. Die Auswahl eines oder mehrerer der Speicherelemente erfolgt durch strom- oder spannungsführende X-Zeilen und Y-Spalten.

Durch die Anordnung der einzelnen Speicherelemente ist auch die Anzahl der Leitungen bestimmt, die in den Speicher hineingehen. Für eine quadratische Anordnung ist die Anzahl der Leitungen hierbei proportional zu ~|N, bei einer kubischen

Anordnung proportional zu iN, wenn N die Zahl der Bits im Speicher ist. Derart verdrahtete Speicher werden aufgrund ihres äußerst großen Verdrahtungsaufwands nur als schnelle Zentraleinheiten baw. als Regieterspeicher verwendet« Massenepeicher mit 10' oder mehr Bits dagegen werden heute nur bei Speichereinheiton realisiert, die keinen wahlfreien Zugriff zulausen. Allerdings väirden die heute im Aufdampfvorfahren herstellbaren Mikrofilniapoicher zwar auf begrenztem Raum eins

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der Erfindung enteprechende Speicheranzahl mit wa Zugriff zulassen, die äußere Verdrahtung dieser Elemente aber wirft enorme, kaum lösbare Probleme auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Nachteile zu beseitigen und einen Masseiispexcher zu schaffen, der einen wahlfreien Zugriff erlaubt, und dessen räumliche Dimensionen und Verdrahtungsaufvrand wesentlich verringert ißt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in drei Raumrichtungen (X,Y,Z) Leiterbahnen angeordnet sind, von denen jeweils drei aufeinander senkrecht stehende Leiterbahnen miteinander zu einem System leitend verbunden sind und dieses Leiterbahnon-system so angeordnet ist, daß es mit jedem anderen Leiterbahnensystem an mindestens einer Stelle einen Überkreuzungspunkt bildet, welcher jeweils den Speicherplatz darstellt.

Hierzu wird weiterhin vorgeschlagen, doß jeder Speicherplatz nur von vier Anwahlleitungen gleichzeitig ansteuerbar ist.

In einem Ausführungsbeispiel wird weiterhin vorgeschlagen, daß jeweils alle Leiterbahnsysteme an einer der Außenseiten des Gesaratsysteme die in einer gemeinsamen Spalte enden und alle Leiterbahnensysteme, die in einer gemeinsamen Ilfihe enden, jeweils eine einzige gemeinsame Ansteuerleitung besitzen und Jeweils zwei dieser zueinander senkrecht stehenden Ansteuerleitungen miteinander ein elektronische« Gatter bilden, welches

zwischen den Leiterbahnenden und dem Speichersystem einen Schalter bildet.

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Außerdem sieht die Erfindung vor, daß alle Enden der Leiterbahnen einer Ylhcne auf einem konstanten Potential liegen und die Leitcrb&lmenden tier anderen libcne ebenfalls, welches jedoch gegenüber· dem ersten Potential einen unterschiedlichen Wert besitzt void daß die elektronischen Gatter als Spe-rrschicht-Feldoffekt-Tranaistoren ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung reduziert für eine große Speichereinheit in beträchtlicher Weise die Zahl ufir äußeren Anschlußstellen, erbringt daher eine beträchtliche Verringerung des Verdrahtungsaxifwondp.s und führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des gesamten Systems*

Die Erfindung ist nachfolgend beschrieben und gezeichnet, so daß auch hieraus weitere Vorteile und Maßnahmen entnehmbar sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen scheaatischen Ατι fbau einer zweidimensional cm Speicheranordnung,

Fig. 2 einen schematiachcn Aufbau eines Ausschnittes der Erfindungsgemäßen Speicheranordnung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 einen ßchemctiiclien Aufbau in perspektivischer Darstellung der Lrfindunr; iciit den niatrixförmig angeordnet ·:·η Anvahlleitim«^%;im.

Das orfindungsgeraäßi» .Spoicherpystnrn besteht aus einer großen ZaJi3 dicht berwehbhrinr vor:;·.'e;:.weiße aufgedampfter

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bahnsysteine X, , , Y, , , Z, , bzw. X ,Y , - Z ■ usw. , die in ^J kl kl 'kl mn' imi' mn *

vielen Schichten übereinander gelagert sind. Zwischen .den Kreuztmgspunkten 13*25 etc. der verschiedenen Leitungsbahnsysterae X,- , Y, ., Z,_ usw. befindet sich das Speicherelement, das ebenfalls vorzugsweise in Aufdampftechnik hergestellt ist. Es gibt eine große Zahl physikalischer Phänomene, die als Übergang zwischen zwei Leitern zur Informationsspeicherung verwendet werden können. Wie bereits erwähnt, eignen sich für das erfindungsgemäße dreidimensionale Speichersystem fast alle aktiven und passiven elektrischen Zweipole, die zu einer bistabilen Schaltung verwendbar sind.

Prinzipiell kann in einer zweidimensionalen und in einer dreidimensionalen Anordnung jede Leiterbahn X., X_n, .... X

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usw. mit jeder anderen überkreuzt werden, wie das in Abb. 1 für den Fall der zweidimensioiialen Anordnung veranschaulicht

ist. Die X. bis X Leiterbahnen liegen in einer höheren Ebene 1 η

als die Y, bis Y Leiterbahnen. Hierbei ist die X. und die Y. In 11

Leiterbahn an der Stelle 11 leitend verbunden, die X« und dio

Y_n Leiterbahnen an der Stelle 22 und so fort. Die Speicheret -

platze befinden eich an den Überkreuzungsstellen der X₁ mit den Yj£ Leiterbahnen, wenn i ^ k ist, so z.B. der Speicherplatz 25 an der Überkreuzung von Χ_ς mit Y_. Bei Anwahl zweier verschiedener Leiterbahnen z.B. X mit X- mit verschiedenen Spannungen kann man Auskunft über die gespeicherte Information auf dem Speicherplatz 25 erhalten. Auf diesem Prinzip können alle Speicherplätze durch Variation zvrnier angewählter Leiter-

i / k erreicht τ

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bahnen X; und X, mit i / k erreicht worden.

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Um Fehlinformationen über den Uniweg anderer Speicherplätze zu vermeiden, z.B. von Leitung X- zu Leitung X_ über die Speicher 2¹I₁ Ik und 15 muß jeder Speicherübergang eine Übei^gangsschicht besitzen, welche in jedem Fall in einer Richtung sperrt« Die Information wird auf das Speicherelement gebracht, in dem man die andere Übergangsrichtung hochohinig oder niederohmig macht.

Dieses Prinzip der sich überkreuzenden Leiterbahnen eignet sich vorallem für dreidimensionale Speichersysteme nach der Erfindung.

Jedes Leiterbahnsystem besteht dann aus drei miteinander koriaktierten Leiterbahnen X._, Y. und Z _ (Fig. 2). Auch hier kann jedes Leiterbahnsystem mit jedem anderen eine Überkreuzungsstelle 100 besitzen, die dann den Speicherplatz darstellt.

Die Forderungen an derartige Speieherübergänge sind dieselben wie die oben beim zweidimensionalen Fall geschilderten. Die übereinanderliegenden Leiterbahnen, deren Kontaktstellen und die Speicherelemente Tferden vorzugsweise in Aufdampftechnik

hergestellt.

Vorallera in der dreidimensionalen Anordnung, wie in der Flg. 2 auszugsweise schematisch dargestellt, ergibt sich eine wesentliche Verminderung des äußeren Verdrahtungsaufwandes, wie nachfolgend hervorgeht. Der Speicherplatz 100 (kl, mn) z.B. wird durch Anwahl der Leiterbahnen X_t, und Y . erreicht. Gemäß der

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Erfindung sind alle Enden der Leiterbahnen X bzw. Y bzw. Z in einer Matrixform angeordnet, so daß alle in einer gemeinsamen Spalte bzw. in einer gemeinsamen Reihe liegenden Leiterbahnenden gemeinsame Ansteuerleitungen 50 besitzen (Fig. 2 und 3)· Eine derartige Anordnung führt zu einer wesentlichen Verringerung der äußeren Verdrahtung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle X-Leitungsenden auf einem konstanten Potential U? "K und alle Y-Leitungsenden ebenfalls auf einem konstanten, jedoch von φ ίζ verschiedenen Potential Φ V . Diese Leitungsenden sind durch elektronische Gatter 110, die vorzugsweise als Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sind, von der eigentlichen Speichereinheit getrennt.

Durch Anwahl zweier Ansteurleitungen u, und v_ wird das Gatter HO einer Leiterbahn geöffnet und das gesamte Leiterbahnsystem X. _, Y. _, Z. . liegt dadurch auf dem außen anliegenden Potential φ χ « Werden gleichzeitig in einer anderen äußeren Ebene zwei weitere Ansteinleitungen U und V angewählt, so wird ein weiteres Gatter 110 geöffnet und das Leiterbahnsystem X , Y ,Z liegt dadurch auf dem anderen Potential φ V mn mn mn γ_ [

Da, wie oben beschrieben, jedes Leiterbahnsystem mit jedem anderen mindestens eine Überkreuzungsstelle 100 besitzt, liegt an dues er die Spannung Iy -my an. Mit Hilfe des resultierenden Stromsignals ist nun die Information auf dem angewählten Speicherplatz 100 greifbar.

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Die Verminderung der äußeren Verdrahtung resultiert aus der Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeder Speicherplatz 100 durch gleichzeitige Anwahl von vier Anwahlleitungen u. , ν , U , V erreicht vrird. Eine Ausnahme hiervon bildet k = 1 und gleichzeitig m = n, da diese Anwahl zum Kurzschluß führen würde. Jede andere Kombination dieser vier Anwahlleitungen ergibt einen eigenen speziellen Speicherplatz. »

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß durch die äußere Verdrahtung von vier η An-

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wahlleitungen über 2n interne Leiterbahnsysteme prinzipiell 1/2 η (η - l) Speicherplätze erreicht werden können.

Im Gegensatz zu den bisher üblichen Speichern, wo für zweidimensionale Speicher mit N-Elementen der äußere Verdrahtungsaufwand proportional γΝ und für einen dreidimensionalen Speicher, wo er auf "\jN steigt, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Verdrahtungsaufwand nur proportional V/v

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Claims (1)

1. 30. Oktober 1969 - 8 Patentansprüche r-·. ^

   (y. Dreidimensionales Speichersystem zum Speichern großer Informationsmengen, deren Speicherplätze wahlfrei zugreifbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß in drei Raumrichtungen ( X, Y, Z) Leiterbahnen angeordnet sind, von denen jeweils drei aufeinander senkrecht s'tehende Leiterbahnen (beispielsweise X. . , Y. _ , Z. . ) miteinander zu einem System leitend verbunden sind und dieses Leiterbahnensystem so angeordnet ist, daß es mit jedem anderen Leiterbahnsystem an mindestens einer Stelle einen Überkreuzungspunkt bildet, welcher jeweils den Speicherplatz darstellt.

   2. Speichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Speicherplatz (lOO) nur von vier Anwahlleitungen (50 bzw. υ , ν., U , V ) ansteuerbar ist.

   3· Speichersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils alle Leiterbahnensysteme, die an einer der Außenseiten des Gesamtsystems in einer gemeinsamen Spalte enden und alle Leiterbahnensysterne, die in einer gemeinsamen Reihe enden, jeweils eine einzige gemeinsame Ansteuerleitung (u. , v,, U , V

   κ & πι χι

   bzw. 50) besitzen und jeweils zwei dieser zueinander senkrecht stehenden Ansteuerleitungen (u, , v, , bzw. U ,

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   - V ) miteinander ein elektronisches Gatter (1Λ0) bilden, welches zwischen den Leiterbahnenden und dem Speicher-

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   system einen Schalter bildet.

   k. Speichersystem nach Anspruch 1 und 3 t dadurch gekennzeichnet , daß alle Enden der Leiterbahnen einer Ebene auf' einem konstanten Potential (φχ) liegen und die Leiterbahnenden der anderen Ebene auf einem konstanten Potential { φ y ) liegen, welches jedoch gegenüber dem ersten Potential ( (fr χ ) einen unterschiedlichen Wert besitzt.

   5- Speichersystem nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich~ net, daß die elektronischen Gatter (HO) als Sperrschicht-Feldaffekt-Transistoren ausgebildet sind.

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