DE2259042B2 - Magnetische Speicheranordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Speicheranordnung mit einer Schicht aus magnetischem Material, in welchem einwandige Domänen in Abhängigkeit von einem in der Schichtebenc umlaufenden Magnetfeld übertragbar sind, einem erste und zweite mehrstufige Wege zur Übertragung von Domänen in der Schicht definierenden Elementenmuster, wobei jeder Weg erste und zweite Plätze aufweist, und einer Übertragungsanordnung zur Übertragung einer Domäne zwischen den ersten Platzen 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. In der USA.-Patentschrift 3 618054 ist eine Massenspeicheranordnung für einwandige Domänen beschrieben, bei der mehrere parallele geschlossene Schleifenkanäle und ein in Form einer vertikalen geschlossenen Schleife vorliegender Einzelkanal zur Übertragung einwandiger Domänen durch periodische Muster aus weichmagnetischen Belegungselementen definiert sind, welch letztere mit einer Schicht aus einem magnetischen Material gekoppelt sind, in welcher die Domänenbewegung stattfindet. Ein in der Ebene dieser Schicht umlaufendes Magnetfeld erzeugt in den Elememten Polmuster, welche sich mit der Änderung der Feldorientierung ändern. Die sich ändernden Polmuster erzeugen Feldgraciienien, die in verschiedenen Kanälen in der periodischen Anordnung der Elemente eine synchrone 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 zweckmäßigerweise 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 mil 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 Nebenschleifcn dienen als Dauerspeicher.

Die Übertragungsvorgänge finden dort statt, wc die Nebenschleifen den ihnen zugeordneten Stufen der Hauptschleife am nächsten liegen. In typischei Ausführung findet ein Übertragungsvorgang in Abhängigkeit von einem Impuls in einem elektrischen Leiter statt, welcher alle Ubertragungsplätze koppelt, um eine parallele Übertragung des gesamten Binärworts zu bewirken. Die von dem Impuls erzeugter Felder ändern die Feldgradienten, welche auf die Domänen des ausgewählten Wortes derart Einfluü nehmen, daß sie den Bestimmungsplatz einer Domäne an jeder Übertragungsposition bei einem besonderen Punkt während des Umlaufs des in dei Schichtebene verlaufenden Feldes ändern. Es ist erwünscht, die Geometrie der weichmagnetischen EIemente so wenig als möglich gegenüber derjenigen zu

ändern, welche optimale Schleifenübertragungsgren- impuls und dem in der Schichtebene verlaufenden

zen zeigt, um eine Einengung dieser Grenzen zu ver- Feld bestimmt die Übertragungsrichtung der Domä-

meiden. Demgemäß hängt der Wirkungsgrad des nen.

Übertragungsvorgangs von der Effektivität des ge- Fig. 1 zeigt eine Speicheranordnung 10 für ein-

pulsten Ubertragungsleiters bei der Erzeugung der 5 wandige Domänen mit einer Schicht 11 aus einem

geeigneten Übertragungsfelder ab. Material, in welchem einwandige Domänen übertra-

Das Problem bei den bekannten Anordnungen be- gen werden können. Die Bewegung der Domänenmu-

steht darin, daß der Leiter bei der Fulsbeai'fschla- ster in der Schicht 11 ist von einem periodischen Mu-

gung zur Übertragung einwandiger Domänen zwi- ster aus weichmagnetischen Elemeneten definiert,

sehen vor« magnetischen Elementen definierten We- io welches in typischer Ausführung mit Hilfe photolit-

gen die von dem in der Schichtebene umlaufenden hographischer Methoden als Belegung auf einer ge-

FeId hervorgerufenen konkurrierenden Felder weder eigneten Abstandsschicht (nicht dargestellt) auf der

zu beseitigen noch zu verringern vermag; eine Besei- Oberfläche der Schicht 11 niedergeschlagen ist. Die

tigung dieser Felder würde die Gesamtbetriebsgren- Geometrien der Elemente sowie ihre gegenseitige

zen der Anordnung erhöhen. t₅ Anordnung sind so gewählt, daß sie in Abhängigkeit

Ausgehend von der magnetischen Speicheranord- von einem in der Schichtebene umlaufenden Magnetnung der eingangs angegebenen Art, schlägt die Er- feld bewegliche Polmuster zeigen und derart wirksam findung zur Lösung dieses Problems vor, daß der sind, daß sie Domänen parallel in geschlossenen Neelektrische Leiter der Ubertragungsanordnung eine benschleifen übertragen, welch letztere als ovale solche Geometrie besitzt, daß er ein räumlich verteil- ao Schleifen L1 bis LN dargestellt sind.
te-. Muster aus zur Magnetisierung der Domäne par- Die Belegungselemente definieren außerdem eine allelen und antiparallelen Feldern hervorruft, und Hauptschleife, die in F i g. 1 als vertikal verlaufende bezüglich des Führungselementes derart angeordnet ovale Schleife LM gezeigt ist. Bekanntlich wird die ist. daß er Felder sowohl zum Beseitigen des Einflus- Information in den Nebenschleifcn zur Übertragung ses des in der Schichtebene verlaufenden Feldes zur 25 ausgewählter Daten zur Hauptschleife in Umlauf geÜbertragung der Domäne zu dem zweiten Platz des setzt. Die Daten werden sodann zu einer Lesezugehörigen Weges als auch gleichzeitig zum Anzie- Schreib-Position in der Hauptschleife verschoben, hen der Domäne zum Zentralplatz des Führungsele- welche durch den Doppelpfeil RW in Fig. 1 bementes erzeugt, wenn der Leiter gepulst wird, und zeichnet ist, bevor die ausgewählten Daten zu den inilaß die Geometrie des Führungselemente·: so ge- 3° folge der anfänglichen Übertragung in der Nebenwählt ist, daß es ein Magnetfeld erzeugt, welches die schleife hervorgerufenen zugehörigen Leerstellen zu-Domänenübertrigung zum ersten Platz des aufneh- rückgeführt werden. Die Information in der Hauptmenden Weges abschließt, wenn sich das in der schleife sowie in den Nebenschleifen wird in Abhän-Schichtebene verlaufende Feld in eine nächstfolgende gigkeit von Umläufen des in der Schichtebene verlau-Richtung reorientiert. 35 fenden Feldes bewegt und ist daher durch dieses

In der Zeichnung zeigt Feld derart synchronisiert, daß die ausgewählten Da-

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer ten zu den Ursprungsplätzen in den Nebenschleifen

Speicheranordnung und einfach dadurch zurückgeführt werden, daß eine Da-

F i g. 2 und 3 schematische Darstellungen eines tenrückkehr-Ubertragungsoperation mit einer geeig-

Teils der Speicheranordnung nach F i g. 1. 40 neten Anzahl von Feldumläufen nach einer enfängli-

Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß chen Datenübertragungsoperation stattfindet,
ein haarnadelförmiger Übertragungsleiter, der an je- Eine Eingangsimpulsquelle 12 und ein Verbraudem Übertragungsplatz sowohl zu der Hatfpu>chleif en- eher 13 sind mit der Lese-Schreib-Position gekopachse als auch zu den Nebenschleifenachsen unter pelt. Eine Quelle für das in der Schichtebene verlaueinem Winkel steht, bei Pulsbeaufschlagung ein zur 45 fende Feld ist durch den Block 14 in F i g. 1 darge-Magnetisierung bzw. Polarisation einer Domäne anti- stellt. In der Praxis ist die durch den Block 15 in paralleles Feld hervorruft, das den normalen, von F i g. 1 dargestellte Vormagnetisierungsfeldquelle in dem in der Schichtebene umlaufenden Feld erzeug- bekannter Weise vorgesehen, um Domänen in der ten Feldgradienten entgegengesetzt ist, sowie ein Schicht 11 auf einem speziellen Durchmesser zu haistarkes, zur Magnetisierung einer Domäne an einem 50 ten. Die Quellen 12, 14 und 15 und die Schaltung 13 Platz paralleles Feld, das eine Domäiienübertragung sind mit einer durch den Block 16 dargestellten Steuhervorruft. erschaltung zum Zweck der Synchronisation und An-

Bei einer Alisführungsform der Erfindung wird ein steuerung verbunden. Als Quellen und Schaltungen

weichmagnetisches »Dollarzeichene-förmiges Füh- können Elemente beliebiger Ausführung verwendet

rungselement an jedem Ubertragungsplatz mit einer 55 werden.

gekrümmten Geometrie verwendet, das einen mittle- Die Informationsübertragung findet bei einer sol-

rcn Abschnitt und erste und zweite Abschnitte nahe chen Anordnung an den Übertragungsplätzen bzw.

eines abgebenden bzw. aufnehmenden Kanals oder -positionen statt, welche durch magnetisch weiche

Weges aufweist. Ein auf den Übertragungsleiter gege- Elemente in der Zone definiert sind, wo jede Neben-

bener Impuls erzeugt ein stark anziehendes Feld am C- schleife einer zugehörigen Stufe der Hauptschleife

Mittelabschnitt des Führungselements und beseitigt am nächsten gelegen ist. Eine repräsentative Übertra-

den Effekt der während der nächsten Feldorientie- gungszone ist in der Darstellung gemäß F i g. 1 bei 20

rung im abgebenden Kanal hervorgerufenen Pole. angeordnet und im einzelnen in den F i g. 2 und 3 ge-

Die Führungselementgeometrie ist geeignet gewählt, zeigt. Die Elemente 21 in F i g. 2 bilden Teile der

um anziehende Pole in seinem zweiten Abschnitt für 65 Hauptschleife LM, welche durch den unterbroche-

diese nächste Orientierung des in der Schichtebene nen vertikalen Pfeil in F i g. 2 angedeutet ist. Das

verlaufenden Feldes zu entwickeln. Element 23 bildet einen Teil der repräsentativen Ne-

Die Phasenbeziehung zwischen dem Übertragungs- benschleife L 2, die in F i g. 2 ebenfalls mit dem ent-

sprechend bezeichnet· ι, unterbrochenen Pfeil dargestellt ist. Die Übertragungsstelle umfaßt diese Schleifen definierenden Elemente sowie das schlangenlinienförmige (oder S-förmige) Element 22 zwischen diesen (F i g. 2). Die Übertragungszone weist außerdem einen elektrischen Leiter 24 auf, welcher unter einem WinkelA (z.B. 45°) zu den Achsen 25 und 26 der Nebenschleife L 2 und der Hauptschleife LM in F i g. 2 angeordnet ist. Der Winkel A ist so gewählt, daß er den Feldgradienten für eine Domäne in der Übertragungsrichtung möglichst groß macht und die Pole in der normalen Fortpflanzungsrichtung minimalisiert.

Im Betrieb bewegt sich eine Domäne beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um die Schleife 12, während das in der Schichtebene verlaufende Feld im Gegenuhrzeigersinn umläuft. Wenn das Feld nach rechts gerichtet ist, wie dies durcli den Pfeil// in F i g. 2 angedeutet ist, so besetzt eine Domäne einen Platz 27 in der Schleife L 2. Die nächste normale Position in der Schleife L 2 ist die Position bzw. der Platz 28, der eingenommen wird, wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld als nächstes in eine Aufwärtsrichtung dreht.

Ein Ubertragungsvorgang findet dann statt, wenn der Leiter 24 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 F i g. 2 erzeugt. Wenn angenommen wird, daß eine Domäne eine aus der Schichtebene Jl in Fig. 1 aufwärts gerichtete Magnetisierung (z.B. positiv ( + ) längs einer Z-Achse) hat, so fließt der Strom im Leiter in Richtung des Pfeiles ι in F i g. 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 die Elemente in der durch die entsprechend bezeichneten und nach links bzw. aufwärts weisenden Pfeile (und durch das +-Zeichen) angegebenen Richtung beeinflussen. Die X-Konrponente ruft Pole hervor, welche eine Domäne in der Ansicht gemäß F ig. 2 nach links zu bewegen suchen.

Das in der Schichtebene verlaufende Feld dreht in die Aufwärtsrichtung, während der Übertragungsimpuls angelegt wird, wodurch an der Stelle bzw. am Platz 28 in F i g. 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 Minuszeichen 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 24 wird unterbrochen, wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld das nächste Mal nach links gerichtet ist, wobei die Domäne ihre Bewegung zur Position 31 in F i g. 2 unter dem Einfluß des umlaufenden Feldes beendet.

Es ist wichtig zu beachten, daß bei Fehlen eines Übertragungsimpulses am 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 einem Übertragungsvorgang verläuft die Z-Komponente des Übertragungsfeldes antiparallel zu dem von dem aufwärtsgerichteten, in der Schichtebene verlaufenden Feld hervorgerufenen Feld und beseitigt dadurch den Einfluß der von dem in der Schichtebene verlaufenden Feld an der Stelle 28 hervorgerufenen Pole.
Daher wird die Winkellage des Leiters 24 in bezug

ίο auf die Achsen der Haupt- und Nebenschleifen so gewählt, daß die dadurch hervorgerufenen Felder die normale Progression der Feldänderungen zur Bewegung der 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 ^-Komponente des Feldes unterstützten Übertragungsvorgangs.

Eine Domäne auf dem Platz 31 ist in einer normalen Position für eine Bewegung im Gegenuhrzeigersinn in der Hauptschleife LM, wie dies aus der Figur klar hervorgeht.

Eine Rückübertragungsoperation findet statt. wenn eine in der Schleife LM befindliche Domäne die Position 31 in F i g. 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 Rückübertragungsimpuls in derselben Richtung (F i g. 2) im Leiter 24 ruft an dieser Stelle ein Feld zum Anziehen der Domänen nach rechts aus der Position 31 hervor. Die Z-Komponente des Übertragungsimpulsfeldes erzeugt Polmuster in dem schlangenförmigen 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 starkes anziehendes Feld an det Stelle 30, wie zuvor. Demgemäß wird eine Domäne über das schlangenförmige bzw. S-förmige Elemem

22 übertragen und gelangt zur Position 30 und 27. wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld zunächst nach unten und danach nach rechts gerichtei ist, wie dies durch den Pfeil H in F i g. 3 angedeutet ist. Man sollte sich vergegenwärtigen, daß der Plad

27 eine normale Position in der Nebenschleife Ll ist. Daher wurde die Übertragung sowohl zur Haupt schleife als auch zurück zur Nebenschleife gezeigt.

Selbstverständlich umfaßt die Übertragungszon< zwischen jeder Nebenschleife und einer zugehöriger

Stufe der Hauptschleife dn schlangenförmiges odei S-förmiges Führungselement 22 und einen Leiter 24 Daher sind die in Abhängigkeit von einem im Leite; 24 erscheinenden Impuls erzeugten Feldkomponen ten an jeder der Ubertragungsstellen derart wirksam

daß zur Darstellung einer binären Eins eine Domän< übertragen wird, oder bei Fehlen einer Domäne, ein< binäre Null dargestellt wird. Die gesamte Übertragern Information umfaßt während eines Vorgangs ein Bi närwort zürn sequentiellen Auslesen oder zum Erset zen an der Lese-Schreib-Position.RFFinFig. !,wem

das in er Schichtebene verlaufende Feld weiterdreht Die Form des Führungselementes 22 in der Über

tragungszone ist so gewählt, daß das Führungsele

ment für die Domänenübertragung auf Grund des in der Schichtebene verlaufenden Feldes eine Gruppe günstiger Pole nur in dem Abschnitt des Führungselementes vom Zentrum bis zu demjenigen Kanal erzeugt, zu dem die Domäne übertragen werden soll. Keine die Domänenübertragung begünstigenden Pole werden in dem Abschnitt des Führungselementes zwischen dem die Domäne zur Übertragung abgebenden Kanal und dem Zentrum erzeugt. Diese Anordnung arbeitet mit dem angelegten Übertragungsstromimpuls nur so lange, bis die Domäne zum Zentrum des Führungselements 22 übertragen ist. Nachdem die Domäne das Zentrum erreicht hat, beendet das umlaufende Feid die Übertragung. Das Fehlen von die Übertragung begünstigenden Polen in diesem Abschnitt des Führungselements nahe des abgebenden Kanals verringert die Wahrscheinlichkeit unkontrollierter Übertragung.

Die elektrische Reihenschaltung einer Gruppe von haarnadelörmigen Übertragungsleitern führt zu einem zusätzlichen Vorteil. Die Verbindung ergibt Haarnadelgeometrien zwischen den Übertragungshaarnadel-

geometrien, wo der Übertragungsimpuls ein starkes negatives Feld in der Z-Richtung erzeugt. Die Ausrichtung dieser negativen Felder mit beispielsweise den Positionen bzw. Plätzen 28 der F i g. 2 führt zu

einer Hemmung bzw. Sperrung des normalerweise dort durch das in der Schichtebene verlaufende Feld hervorgerufenen Anziehungsfeldes.

Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde eine Haupt-Massen-Speicheranord-

nung durch magnetisch weiche Elemente in der in F i g. 2 dargestellten Weise definiert. Die Elemente waren nominell 5 X 30 Mikrometer auf 40 Mikrometer Zentren zur Bewegung von Domänen mit einem Durchmesser von 8 Mikrometer in einer 5 Mikrometer dicken Granatschicht. Ein 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 Ampli-

ao tude von 50 Milliampere und eine Dauer von 10 Mikrosekunden. Er wurde in der an Hand der F i g. 2 und 3 beschriebenen Weise angelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. 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 Elementenmuster, wobei jeder Weg erste und zweite. Plätze aufweist, und einer 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 ersteD Plätzen der ersten und zweiten Wege erstreckt, und einen elektrischen Leiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (24) der Ubertragungsanordnung eine solche Geometrie besitzt, daß er ein räumlich verteiltes Muster aus zur Magnetisierung der Domäne parallelen und antiparallelen Feldern hervorruft, und bezüglich des Führungselementes (22) 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 (22) erzeugt, wenn der Leiter gepulst wird, und daß die Geometrie des Führungselementes (22) so gewählt ist, daß es ein Magnetfeld erzeugt, welches die Domänenübertragung zum ersten Platz (27 oder 31) des aufnehmenden Weges (L 2 oder LM) abschließt, wenn sich das in der Schichtebene verlaufende Feld in eine nächstfolgende Richtung reorientiert.

2. Magnetische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (24) der Ubertragungsanordnung mit der Schicht an der Übertragungsstelle unter einem spitzen Winkel zu den Achsen sowohl der ersten (L 2) als auch der zweiten (LM) Wege gekoppelt ist, eine Haarnadelgeometrie besitzt und so angeordnet ist, daß er am Zentralplatz (30) des Führungselementes (22) ein zur Magnetisierung einer Domäne paralleles Feld und an dem zweiten Platz des zugehörigen Weges ein zur Magnetisiening der Domäne antiparalleles Feld erzeugt.

3. Magnetische Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (22) eine S-artige Form mit einem Zentralplatz (30) hat und der elektrische Leiter (24) die Schicht (11) an dem Zentralplatz koppelt.