DE2259042A1 - Magnetische speicheranordnung - Google Patents

Magnetische speicheranordnung

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Description

Western Electric Company, Inc. Kish 6-33 New York, N.Y.
Magnetische Speicheranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Speicheranordnung mit einer Schicht aus magnetischem Material, in welchem einwandige Domänen in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Magnetfeld übertragbar sind, einem erste und zweite mehrstufige Wege zur Übertragung von Domänen in der Schicht definierenden Eleraentenmuster, wobei jeder Weg erste und zweite Plätze aufweist, und einer Übertragungsanordnung zur Übertragung einer Domäne zwischen den ersten Plätzen der ersten und spalten Wege, wobei die Übertragungsanordnung ein Führungselement mit einem Zentralplatz, der sich zwischen den ersten Plätzen der ersten und zweiten Wege erstreckt, und einen elektrischen Leiter aufweist. In der US-PS 3,618,054 ist eine Massenspelcheranordnung für einwandige Domänen beschrieben, SSei der mehrere parallele geschlossene Schleifenkanäle und ein in Form einer vertikalen geschlossenen Schleife vorliegender Einselkasial -aur- Übertragung einwandiger Domänen durch periodische !taster aus welchmagnetisehen Belegung-selementen definiert sind,, -ielch letztere mit einer Schicht aus einem magnetischen Material, gekoppelt sind, in welcher die Domätienbewegung stattfindet ο Ein in der
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Ebene dieser Schicht umlaufendes Magnetfeld erzeugt in den Elementen Polmuster, welche sich mit der Änderung der Feld· orientierung ändern. Die sich ändernden Polmuster erzeugen Feldgradienten, die in verschiedenen Kanälen in der periodisdBn Anordnung der Elemente eine sytthrone Domänenbewegung hervorrufen.
Eine einzige Lese-Schreib-Zone ist für die gesamte Schicht definiert. Diese Zone fällt mit einem ausgewählten Abschnitt der vertikalen Schleife zusammen, welch letztere gewöhnlich mit "Hauptschleife" bezeichnet wird. Demgemäß wird ein durch ein Domänenmuster dargestelltes ausgewähltes Binärwort von den als "Nebenschleifen" bezeichneten parallelen Schleifen zur Hauptschleife übertragen, wo es zur Lese-Schreib-Zone vorgeschoben wird·
Ein Binärwort enthält bei dieser Anordnung zweckmäßiger Weise ein Bit aus Jeder Nebenschleife. Wenn daher eine Übertragung zur Hauptschleife stattfindet, so ergibt sich eine "Leerstelle" an dem ursprünglichen Platz in jeder der Nebenschleifen· Durch überlegte Wahl der Beziehung zwischen der Zahl von Nebenschleifen und der Zahl von Stufen sowohl in der Hauptschleife als auch den Nebenschleifen kann Information zu diesen Leerstellen allein durch eine Rückkehr-Übertragungsoperation mit einer geeigneten Anzahl von Umläufen des in der Schichtebene verlaufenden Feldes nach der anfänglichen Übertragungsoperation rückübertragen werden. Bei dieser Betriebsweise wirkt die Hauptschleife als Zwischenspeicher» und die Nebenschleifen dienen als Dauerspeicher.
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Die Übertragungsvorgänge finden dort statt, wo die Ncbenschleifen den ihnen zugeordneten Stufen der Hauptschleife am nächsten liegen. In typischer Ausführung findet ein Übertragungsvorgang in Abhängigkeit von einem Impuls in einem elektrischen Leiter statt,' welcher alle Übertragungspiätze koppelt, um eine parallele Übertragung des gesamten Binärworts zu bewirken« Die von dem Impuls erzeugten Felder ändern die Feldgradienten, welche auf die Domänen des ausgewählten Wortes derart Einfluß nehmen, daß sie den Bestimmungspia te einer Domäne an jeder Übertragungsposition bei * einem besonderen Punkt während des Umlaufs des in der Schichtebene verlaufenden Feldes ändern· Es ist erwünscht, die Geometrie der wichmagnetischen Elemente so wenig als möglich gegenüber derjenigen zu ändern, welche optimale Schleifenübertragungsgrenzen zeigt, um eine Einengung dieser Grenzen zu vermeiden. Demgemäß hängt der Wirkungsgrad des Übertragungsvorgangs von der Effektivität des gepulsten Übertragungsleiters bei der Erzeugung der geeigneten Übertragungsfelder ab«
Das Problem bei den bekannten Anordnungen besteht darin, daß der Leiter bei der Pulsbeaufschlagung zur Übertragung einwandiger Domänen zwischen von magnetischen Elementen definierten Wegen die von den in der Schichtebene umlaufenden Feld hervorgerufenen konkurrierenden Felder weder zu beseitigen noch zu verringern vermag; eine Beseitigung dieser Felder würde die Gesamtbetriebsgrenzen der Anordnung erhöhen.
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Ausgehend von der magnetischen Speicheranordnung, der eingangs angegebenen Art» schicigt die Erfindung zur Lösung dieses Problems vor, daß der elektrische Leiter der tfbertragungranordnung eine solche Geometrie besitzt» daß er ein räumlich verteiltes Muster aus zur Magnetisierung der Domäne parallelen und antiparollelen Feldern hervor» ruft, und bezüglich des Führungselementes derart angeordnet ist, daß er Felder sowohl zum Beseitigen des Einflusses des in der Schichtebene verlaufenden Feldes zur Übertragung der Domäne zu dem zweiten Platz dec zugehörigen Weges als auch gleichzeitig zum Anziehen der Domäne zum Zentralplatz des Führungselemente.^ erzeugt, wenn der Leiter gepulst wird, und daß die Geometrie des Führungselementes so gewählt ist,
es
daß ein Magnetfeld erEeugt, welches die Domänenübertragung sum ersten Platz des aufnehmenden Weges abschließt, wenn sich das in der Schichtebene verlaufende Feld in eine nächstfolgende Richtung reorientiert.
in der Zeichnung zeigent
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Speicheranordnung; und
Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen eines Teils der Speicheranordnung nach Fig. 1.
Die Erfindung stiätr.t Eich auf die Erkenntnis, daß «in Haarnadei-förmiger tJbertr-'jgtingol niter, dt"· an Jedem überiragungspliitz sowohl zu der Hauptrdileiienacln·.» als> auch $su den
3 Π fl Β ? L / 0 B U 7 ßAD ORIQINAL
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Nebenschleifenachsen unter einem Winkel steht, bei Puls— beaufschlagung ein zur Magnetisierung bzw· Polaisation einer Domäne antiparalleles Feld hervorruft, das den normalen, von dem in der Schichtebene umlaufenden Feld erzeugten Feldgradienten entgegengesetzt ist, sowie ein starkes, zur Magnetisierung einer Domäne an einem Platz paralleles Feld, das eine Domänenübertragung hervorruft·
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein weichmagnetisches "DollarzeichenH-förmiges Führungselement an jedem Übertragungsplatz mit einer gekrümraten Geometrie verwendet, das einen mittleren Abschnitt und erste und zweite Abschnitte nahe eines abgebenden bzw· aufnehmenden Kanals oder Weges aufweist· Ein auf den Übertragungsleiter gegebenen Impuls erzeugt ein stark anziehendes Feld am Mittelabschnitt des Führungselements und beseitigt den Effekt der während der nächsten Feldorientierung im abgebenden Kanal hervorgerufenen Pole· Die Führungselement— geometrie ist geeignet gewählt, um anziehende Pole in seinem zweiten Abschnitt für diese nächste Orientierung des in der Schichtebene verlaufenden Feldes zu entwickeln»
Die Phasenbeziehung zwischen dem Übertragungsimpuls und dem in der Schichtebene verlaufenden Feld bestimmt die Übertragungsrichtung der Domänen·.
Fig. 1 zeigt eine Speicheranordnung 10 für einwandige Domänen mit einer Schicht 11 aus einem Material, in welchem einwandige
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Domänen übertragen werden können. Die Bewegung der Domäenmuster in der Schicht 11 ist von einem periodischen Muster aus weichmagnetischen Elementen definiert, welches in typischer Ausführung mit Hilfe photolithographischer Methoden als Belegung auf einer geeigneten Abstandsschidfc (nicht dargestellt) auf der Oberfläche der Schicht 11 niedergeschlagen ist· Die Geometrien der Elemente sowie ihre gegenseitige Anordnung sind so gewählt, daß sie in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Magnetfeld bewegliche Polmuster zeigen und derart wirksam sind, daß sie Domänen parallel in geschlossenen Nebenschleifen übertragen, welch letztere als ovale Schleifen Ll bis LN dargestellt sind.
Die Belegungslemente definieren außerden eine Hauptschleife, die in Fig. 1 als vertikal verlaufende ovale Schleife LM gezeigt ist. Bekanntlich wird die Information in den Nebenschleifen zur Übertragung ausgewählter Daten zur Hauptschleife in Umlauf gesetzt. Die Daten werden sodann zu einer Lese-Schreib-Position in der Hauptschleife verschoben, welche durch den Doppelpfeil RW in Fig.3 bezeichnet ist, bevor die ausgewählten Daten zu dem infolge der anfänglichen übertragung in der Hebenschleife hervorgerufenen zugehörigen Leerstellen zurückgeführt werden. Die Information in der Hauptschleife sowie in den Nebenschleifen wird in Abhängigkeit von Umläufen des in der Schichtebene verlaufenden Feldes bewegt und ist daher durch dieses Feld derart synchronisiert, daß die ausgewählten Daten zu den IJrsprungspl ätzen in den Nebenschleifen einfach dadurch
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zurückgeführt werden, daß eine Datenrüekkehr-tJbertragungsoperation mit einer geeigneten Anzahl von Feldumlaufen nach einer anfänglichen Datenübertrapngsoperation stattfindet*
Eine Eingangsimpulsquelle 12 und ein Verbraucher 13 sind mit der Lese-Schreib-Position gekoppelt» Eine Quelle für das in der Schichtebene verlaufende Feld ist durch den Block 14 in Fig. 1 dargestellt· In der Praxis ist die durch den Block 15 in Fig* 1 dargestellte VormagnetisierurrBfeldque3,le in bekannter V/eise vorgesehen, um Domänen in der Schicht 11 auf einem speziellen Durchmesser zu halten. Die Quellen 12» 14 und 15 und die Schaltung 13 sind mit einer durch den Block 16 dargestellten Steuerschaltung zum Zweck der Synchronisation und Ansteuerung verbunden* Als. Quellen und Schaltungen körnen Elemente beliebiger Ausführung verwendet werden* die in der1 erfindungsgemäßen Weise beschrAßben werden können*
Die Informationsübertragung findet bei einer solchen Anordnung an den Übertragüngsplätzen bzw* -Positionen stattι welche durch magnetisch weiche Elemente in der Zone definiert sind* wo jede NebensdSLeife einer zugehörigen Stufe der Haupt- -■ schleife am nächsten gelegen ist* Eine repräsentative Übertragungszone ist in der Darstellung gemäß Fig* 1 bei 2Ö angeordnet und im einzelnen in den Fig. 2 und 3 gezeigt* Öle Elemente 21 in Fig* 2 bilden Teil d^r Hauptochleife 'JM t welche durch den unterbrochenen vertikale?! Pfeil in Fig* 2 angfi>-dmitet 3it. Das Element 23 bildet einen Teil der repräsentativen
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Ne - benschleife L2, die in Fig. 2 ebenfalls mit dem entsprechend bezeichneten, unterbrochenen Pfeil dargestellt ist. Die Übertragungsstelle umfaßt diese Schleifen definierenden Elemente sowie das schlangenlinienförmige (oder $-förmige) Element 22 zwischen diesen (Flg. 2). Die Übertragungszone weist außerdem einen elektrischen Leiter 24 auf, welcher unter einem Winkel Λ (z.B. 45 ) zu den Achsen 25 und 26 der Nebenschleife L2 und der Hauptschleife LM in Fig. 2 angeordnet ist. Der Winkel A istso gewählt, daß er den Feldgradienten für eine Domäne in der übertragungsrichtung möglichst groß macht und die Pole in der normalen Fortpflanzung sr ich tung roinimalisfert.
Im Betrieb bewegt sich eine Domäne beispielsweise im Gegen— Uhrzeigersinn um die Schleife L2, während das In der Schichtebene verlaufende Feld im Gegenuhrzeigersinn umläuft· Wenn das Feld nach rechts gerichtet ist, wie dies durch den Pfeil H in Fig. 2 angedeutet ist, so besetzt eine Domäne einen Platz 27 in der Schleife L2. Die nächste normale Position in der Schleife L2 ist die Position bzw. der Platz 28, der eingenommen wird, wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld als nächstes in eine Aufwärtsrichtung dreht.
Ein Übertragungsvorgang findet dann statt, wenn der Leiter gepulst wird, während die ausgewählte Domäne die Position bzw. den Platz 27 einnimmt. Die Polarität des angelegten Impulses ist so gewählt, daß er ein Feld parallel zur Magnetisierung einer Domäne in der Zone der Position 30 in Flg. 2
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erzeugt· Wenn angenommen wird, daß eine Domäne eine aus der Schichtebene 11 in Fig. 1 aufwärts gerichtete Magnetisierung (z.B. positiv:·( + ) längs einer Z-Achse) hat, so fließt der Strom im Leiter in Richtung des Pfeiles i in Fig. 2» Wenn das Muster aus weichmagnetischen Elementen die Ebenen des Leiters 24 und der Schicht 11 trennt, so besitzt das vom Impuls im Leiter erzeugte Feld Feldkomponenten X und Y (und Z), welche tie Elemente in der durch die entsprechend bezeichneten und nach links bzw, aufwärts weisenden Pfeile (und durch das +"Zeichen) angegebenen Richtung beeinflussen· Die X-Komponente ruft Pole hervor, welche eine Domäne in der Ansicht gemäß Fig. 2 nach links zu bewegen suchen.
Das in der Schichtebene verlaufende Feld dreht in die Auf— wärtsrichtung, während der Übertragungsimpuls angelegt wird, wodurch an der Stäle bzw« ara Platz 28 in Fig· 2 und längs der Oberseite des Führungselementes 22 an der Stelle 29 in den Fig. 2 und 3 anziehende Pole erzeugt werden« Die Z-Komponente des Übertragungsimpulses beseitigt dagegen das von dem anziehenden Pol erzeugte Feld an der Stelle 28, wie dies durch die Minuszeichnen angedeutet ist, und die Y-Komponente verstärkt die Polstärke in dem Abschnitt des Führungselementes 22 zwischen den Plätzen 29 und 30, Daher wird eine Domäne von der Stelle bzw· Position 27 zur Stelle 30 und danach längs des Abschnitts des schlangenförmigen Elements 22 zwischen den Positionen 30 und 31 übertragen. Der Impuls auf dem Leiter wird unterbrochen, wenn das in der Schichtebene verlaufende
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Feld das nächste Mal nach links gerichtet ist» wobei die Domäne ihre Bewegung zur Position 31 in Flg.2 unter den Einfluß des umlaufenden Feldes beendet.
Es ist wichtig zu beachten, daß bei Fehlen eines Übertragungsinpulses an Leiter 24 eine Domäne von der Position 27 zur Position 28 übertragen wird, wenn sich das in der Schichtebene verlaufende Feld von der Rechtsrichtung in die Aufwärtsrichtung dreht· Bei einen Übertragungsvorgang ver· läuft die Z-Komponente des Übertragungsfeldes antiparallel zu den von den aufwärtsgerichteten, in der Schichtebene verlaufenden Feld h ervorgerufenen Feld und beseitigt dadurch den Einfluß der von dem in der Schichtebenen verlaufenden Feld an der Stelle 28 hervorgerufenen Pole·
Daher wird die Winkellage des Leiters 24 in Bezug auf die Achsen der Haupt- und Nebenschleifen so gewählt, daß die dadurch hervorgerufenen Felder die normale Progression der Feldänderungen zur Bewegung Ar Domänen in einer Schleife ändern, ohne die normale Geometrie der magnetisch weichen, diese Schleife definierenden Elemente zu modifizieren· Gleichzeitig liefert der gepulste Übertragungsleiter das erforderliche Feld (z.B. ein positives Feld längs der Z-Achsen) zum Verschieben einer Domäne während eines von der X-Komponente des Feldes unterstützten Übertragungsvorgangs.
Eine Domäne auf den Platz 31 ist in einer normalen Position für eine Bewegung im Gegenuhrzeigersinn in der Hauptschleife
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LM, wie dies aus der Fig. klar hervorgeht.
Eine Rücktibertragungsoperation findet statt, wenn eine .in der Schleife LM befindlicheDomäne die Position 31 in Fig. 3 bei einer Orientierung des in der Schichtebene verlaufenden Feldes nach links einnimmt. Die nächste normale Position für diese Domäne in der Schleife LM ist die Position 35 bei abwärts gerichtetem, in der Schichtebene verlaufendem Feld. Ein Rückübertragungsirapulsin derselben Richtung (Fig. 2) im Leiter 24 ruft an dieser Stelle ein Feld zum Anziehen der Domänen nach rechts aus der Po* sition 31 hervor· Die X-Komponente des Übertragungsimpulsfeldes erzeugt Polmuster in dem schlangenform!gen Element 22, welche eine Domäne nach rechts verschieben. Die Z-Komponente dieses Feldes beseitigt auch den Einfluß von anziehenden Polen, welche von dem in der Schichtebene verlaufenden Feld an der Position 35 hervorgerufen werden, und bildet ein&taÄss anziehendes Feld an der Stelle 30, wie suvor. uessgesiäß wird eine Domäne über das schlangenform!ge bzw. S-förmige Element 22 übertragen und gelangt zurPosition 30 und 27, wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld zunächst nach unten und danach nach rechts gerichtet ist, wie dies durch den Pfeil H in Fig. 3 angedeutet ist. Man sollte sich vergegenwärtigen, daß der Platz 27 eine normale Position in der Nebenschleife L2 ist· Daher wurde die Übertragung sowohl zur Haptschleife als auch zurück zur Nebenschleife gezeigt.
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Selbstverständlich umfaßt die Übertragungszone zwischen jeder Nebenschleife und einer agehörigen Stufe der Hauptschleife ein schlangenförmiges oder S-förmiges Führungselement 22 und einen Leiter 24. Daher sind die in Abhängigkeit von einem im Leiter 24 erscheinenden Impuls erzeugten Feldkomponenten an jeder der Übertragungsstellen derart wirksam, daß zur Darstellung einer binären Eins eine Domäne übertragen wird, oder bei Fehlen einer Domäne, eine binäre Null dargestellt wird. Die gesamte übertragene Information umfaßt während eines Vorgangs ein Binärwort zum sequentiellen Auslesen oder zum Ersetzen an der Lese-Schreib-Position RW in l".g. 1, wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld weiterdreht.
Die Form des Führungselementes 22 in der Über tr agings zone ist so gewählt, daß das Führungselement für die Domänenübertragung aufgrund des in der Schichtebene verlaufenden Feldes eine Gruppe günstiger Pole nur in dem Abschnitt des Führungseleraentes vom Zentrum bis zu demjenigen Kanal erzeugt, zu dem die Domäne übertragen werden soll« Keine die Domänenübertragung begünstigen· den Pole werden in dem Abschnitt des Führungselementes zwischen vi'ira die Domäne zur Übertragung abgebenfen Kanal und dem Zentrum • rz< igt. Diese Anordnung arbeitet mit dem angelegten 'ibertxagungsstromimpuls nur so lange, bis die Domäne zum Zentrum des Führungselements 22 übertragen 1st. Nachdem die Domäne das Zentrum erreicht hat, beendet das umlaufende Feld die Übertragung. Das Fehlen von die Übertragung begünstigenden Polen
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in diesem Abschnitt des Führungselements nahe des abgebenden Kanals verringert die Wahrscheinlichkeit unkontrollierter Übertragung·
Die elektrische Reihenschaltung einer Gruppe von haarnadel— förmigen Übertragungsleitern führt zu einem zusätzlichen Vorteil. Die Verbindung ergibt Haarnadelgeometrien zwischen den Übertragungshaarnadelgeometrien, wo der Übertragungsimpuls ein starkes negatives Feld in der 2-Richtung erzeugt. Die Ausrichtung dieser negativen Felder mit beispielsweise den Positi-onen bzw· Plätzen 28 der Fig. 2 führt z\i einer Henaming bzw. Sperrung des normalerweise dort durch das in der Schichtebene verlaufende Feld hervorgerufenen Anziehungsfeldes.
Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde eine Haupt-Massen-Speicheranordnung durch magnetisch weiche Elemente in der in Fig. 2 dargestellten Weise definiert. Die Elemente waren nominell 5x30 Mikrometer auf 40 Mikrometer Zentren zur Bewegung von Domänen mit einem Durchmesser von 8 Mikrometer in einer SMikrometer dicken Granatschicht. Sin Vormagnetisierungsfeld von 100 Oersted hielt die Domäne auf einem bestimmten Durchmesser. Ein in der Schichtebene verlaufendes Feld von 30 Oersted wurde mit 25 kHz gedreht, und ein Übertragungsimpuls hatte eine Amplitude von 50 Milliampere und eine Dauer von 10 Mikrosekunden. Er wurde in der anhand derFiguren 2 und 3 beschriebenen Weise angelegt.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    Cl) Magnetische Speicheranordnung mit einer Schicht aus magnetischem Material, in welchem einwandige Domänen in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Magnetfeld übertragbar sind, einem erste und zweite mehrstufige Wege zur Übertragung von Domänen in der Schicht de-finierenden Elementenmuster, wobei Jeder Weg erste und zweite Plätze» aufweist, undeiner Übertragungsanordnung zur Übertragung einer Domäne zwischen den ersten Plätzen der ersten und zweiten Wege, wobei die Übertragungsanordnung ein Führungselement mit einem Zentralplatz, der sich zwischen den ersten Plätzen der ersten und zweiten Wege erstreckt, und einen elektrischen Leiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (24) der Übertragungsanordnung eine solche Geometrie besitzt, daß er ein räumlich verteiltes Muster aus zur Magnetisierung der Domäne parallelen und antiparallelen Feldern hervorruft, und bezüglich des Führungselementes (29) derart angeordnet ist, daß er Felder sowohl zum Beseitigen des Einflusses des in der Schichtebene verlaufenden Feldes (H) zur Übertragung der Domäne zu dem zweiten Platz (28 oder 35) des zugehörigen Weges als auch gleichzeitig zum Anziehen der Domäne zum Zentralplatz (30) des Führungselementes (29) erzeugt, wenn der Leiter gepulst wird, und daß die Geometrie des Führungselementes (29) so gewählt ist, daß es ein Magnetfeld erzeugt, welches die Doraänen-
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    übertragung zum ersten Platz (27 oder 31) des aufnehmenden Weges (L2 oder LM) abschließt, wenn sich das in der Schichtebene verlaufende Feld (14) in eine nächstfolgende RMitung reorientiert·
    Magnetische Speieheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» diß der elektrische Leiter (24) der Übertragung sanordnung mit der Schicht an der Übertragungsstelle unter einem spitzen Winkel zu den Achsen sowohl der erste.n (L2) als auch der zweiten (LM) Wege gekoppelt 1st* eine Haarnadel geometrie besitzt und so angeordnet ist, daß er am Zentralplatz (30) des Führungseleraentes (22) ein zur Magnetisierung einer Domäne paralleles Feld und an dem zweiten Platz des zugehörigen Weges ein zur Magnetisierung der Domäne antiparalleles Feld erzeugt.
    3. Magnetische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (22) eine $—artige Form mit einem Zentralplatz (30) hat und der elektrische Leiter (24) die Schicht (11) an dem Zentralplatz koppelt*
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