DE2535371C3 - Digitaler Schiebespeicher aus einem ferromagnetischen Film von uniaxialer Anisotropie in einer Dicke von 100 bis 300 Angström mit einer Querschwellenwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Schiebespeicher aus einem ferromagnetischen Film von uniaxialer Anisotropie, bei dessen Dicke von 100 bis 300 A eine Querschwellenwand ausgebildet ist, in der die binären Einsen in Form invertierter Neelwandabschnitte speicherbar sind, die an ihrem einen Ende von einer Querschwelle und an ihrem anderen Ende von einer Blochlinie begrenzt sind, aus einem leitenden Band und aus einer Treibleitung, zwischen denen der Film eingeschoben ist, und die miteinander derart zusammenwirken, daß von Treibstromsignalen bewirkte Magnetfelder die invertierten Neelwandabschnitte längs der Queischwellenwand stufenweise weiterschieben.

Die Fortpflanzung von invertierten Neelwand-Abschnitten, die an Stelle von magnetischen Blasendomänen angewendet werden, ist in Verbindung mit einem Speichersystem für einen seriellen Zugriff erstmals von L. J. Schwee im Aufsatz: »Proposal on Cross-Tie Wall and Bloch Line Propagation in Thin Magnetic Films« in der Zeitschrift: »IEEE Transactions on Magnetics«, MACi S, Nr. 3, Seiten 405 407, Ausgabe vom September 1972. erläutert. Die Speicherelemente eines derartigen Speichersysteins enthalten ferromagnetische Filme aus 80% Nickel und 20% Eisen in einer Dicke zwischen 100 und 300 A, in denen Querschwellenwände in Neelwände und Neelwände in Querschwellenwände überführt werden können, wenn entsprechende Magnetfelder angelegt werden. Der Querschwellenwand ist ein Abschnitt einer invertierten Neelwand zugeordnet, deren eines Ende von einer Querschwelle und deren anderes Ende von einer Blochlinie begrenzt ist. Bei einem derartigen Querschwellenwände benutzenden Speicher wird die Information an dessen einem Ende dadurch eingespeist, daß ein invertierter Neelwandabschnitt erzeugt wird, der eine binäre Eins darstellt, während ein nicht invertierter Neelwandabschnitt die binäre Null bedeutet; durch eine aufeinanderfolgende Erzeugung und Vernichtung der invertierten Neelwandabschnitte in den hintereinander liegenden Speicherzellen wird die Information längs der Querschwellenwand weiter bewegt.

Derselbe Verfasser hat in einer weiteren Druckschrift: »Naval Ordnance Laboratory Report« 73-185 neuere Entwicklungen der Speichertechnik mit Querschwellenwänden veröffentlicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Schiebespeicher der eingangs bezeichneten Art diejenigen Hilfsmittel anzugeben, die sowohl zu einer Stabilisierung der aufgenommenen Informationen während der Ruhe als auch zur Fortpflanzung innerhalb der Querschwellenwand beitragen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Treibleitung aus mehreren in gleichförmigen Abständen längs der Querschwellenwand hintereinander angeordneten Abschnitten zusammengesetzt ist, die im zugeordneten Bereich des Filmes längs der Querschwellenwand je eine Speicherzelle bilden, daß, längs der Querschwellenwand ausgerichtet, die Speicherzelle je einen Ubertragungs- und Speicherbereich aufvcist, zwischen denen eine derartige Kopplung besteht, daß bei einer Erregung durch den Treibstrom in der Ebene des Filmes jeweils zugehörige lokalisierte Magnetfelder zueinander antiparallel und senkrecht zur Ebene des Filmes aufgebaut werden, und daß Haltestücke von hoher magnetischer Remanenz dem Ubertragungs- bzw. Speicherbereich derart zugev>rdnet sind, daß an ihren Enden lokalisierte Felder senkrecht zur Ebene des Filmes austreten, die die Querschwelle und die Blochlinie eines invertierten Neelwandabschnittes örtlich stabilisieren.

Jeder Abschnitt der Treibleitung, der eine Speicherzelle innerhalb des ferromagnetischen Filmes bildet, enthält bei dieser Anordnung zwei derart miteinander gekoppelte Bereiche, daß sie bei einer Erregung durch einen Strom lokalisierte Felder senkrecht zu ihren Rändern koppeln, die in der Filmebene senkrecht zur Querschwellenwand, aber antiparallel zueinander verlaufen Ferner liegen die beiden Bereiche über magnetischen Haltestücken von hoher magnetischer Remanenz, die an ihren Enden die lokalisierten Felder senkrecht zur Filmebene austreten lassen. Von den lokalisierten Feldern wird die Lage eines invertierten Neelwandabschnittes der Querschwellenwand bei seiner Übertragung von Speicherzelle zu Speicherzelle längs der Querschwellenwand stabilisiert, (wobei das eine Ende des invertierten Neelwandabschnittes von der Querschwelle und das andere Ende von einer Blochlinie gebunden ist).

Der erste Bereich der Treibleitung, dem der sich fortpflanzende, invertierte Neelwandabschnitt begegnet, ist ein Übertraguiigsabsehnitt, in den der inver-

tierte Neelwandabschnitt dadurch hineingebracht wird, daß bei ihm ein neuer invertierter Neelwandabschnitt erzeugt und kurz danach in der bisherigen Speicherzelle vernichtet wird. In der gleichen Weise wird dann der neue invertierte Neelwandabschnitt zum Speicherbereich dadurch übertragen, öaß bei ihm ein neuer invertierter Neelwandabschnitt erzeugt wird, der kurz danach im Ubertragungsbereich vernichtet wird. Somit erfolgt die Übertragung der binären Daten, bei der ein invertierter Neelwandabschnitt eine binäre Eins darstellt, von Speicherzelle zu Speicherzelle in i:wei ähnlichen Zyklen der Übertragung und Speicherung. Von den entgegengerichteten, also antiparallelen Magnetfeldern des Stromes, der die Übertragungs- und Speicherbereiche erregt, und von den durch die Haltestücke aufgebauten Feldern wird die Lage der invertierten Neelwandabschnitte stabilisiert, damit eine zuverlässigere Datenübertragung iängs der Querschwellenwand möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es stellen dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild des bisherigen Speichersystems, das mit Querschwellenwänden arbeitet,

Fig. 2 den bekannten Verlauf von Signalen zur Fortpflanzung der invertierten Neelwandabschnitte längs der Querschwellenwand bei dem Speichersystem der Fig. 1,

Fig. 3 die Anordnung des mit Querschwelle iwänden arbeitenden Schiebespeichers gemäß der Erfindung,

Fig. 4 schematisch eine Querschwellenwand, in der das binäre Wort 110100 gespeichert ist; jede binäre Eins wird dabei von einem invertierten Neelwandabschnitt dargestellt, der von einer Querschwelle und der zugehörigen Blochlinie gebunden ist.

Fig. 5 die Art und Weise, wie das binäre Wort der Fig. 4 in aufeinanderfolgenden Zyklen durch den mit Querschwellenwänden arbeitenden Schiebespeicher der Fig. 3 fortgepflanzt wird,

Fig. 6 eine Speicherzelle von oben, in der ein invertierter Neelwandabschnitt gespeichert ist, der eine binäre Eins wiedergibt, und dessen eines Ende an eine Querschwelle und dessen anderes Ende an eine Blochlinie gebunden ist, und

Fig. 7 einen Schnitt durch die Speicherebene der Fig. ft längs der Linie 6-6 zur Veranschaulichung der übereinander gestapelten Elemente und der zugehörigen Magnetisierungsvektoren.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des bisherigen, von L. J. Schwee erläuterten Speichersystems wiedergegeben, das mit Querschwellenwänden arbeitet, während die Fig. 2 den Verlauf der bislang benutzten Signale angibt, mit deren Hilfe die invertierten Neelwandabschnittc längs der Querschwellenwanc" in der Speicheranordnung der Fig. 1 fortgepflanzt werden. Für die Fortpflanzung werden im zugehörigen Zyklus zwei aufeinanderfolgende Phasen, nämlich die Phase A (1,2) und die Phase B (3, 4) angewendet. Wenn zu Beginn eines Fortpflanzungszyklus 1 ein invertierter Neelwandabschnitt in die Schreibstation eingeschrieben wird, erzeugt das Signal der Phase A\ einen neuen invertierten Neelwandabschnitt in einer Speicherzelle 1, die sich unmittelbar vor dem invertierten Neelwandabschnitt an der Schreibstation befindet, der als nächstes von den Signalen der Phase /12 vernichtet wird. Das Signal der Phase Bi erzeugt dann innerhalb der Speicherzelle 1, jedoch vor dem während der Phase A1 erzeugten, invertierten Neelwandabschnitt einen neuen, invertierten Neelwandabschnitt. Schließlich beseitigen die Signale der Phase BA in der Speicherzelle l.den invertierten Neelwand-' abschnitt, der in der Phase ΑΪ erzeugt wurde, so daß in der Speicherzelle 1 nur der während der Phase B3 hervorgerufene, invertierte Neelwandabschnitt zurückbleibt. In diesem Zeitpunkt (am Ende des ersten Fortpflanzungszyklus) ist der eine binäre Eins wieder-

i" gebende, invertierte Neelwandabschnitt, der sich anfänglich an der Schreibstation befand, in die Speicherzelle 1 übertragen. Wenn während des nächsten Fortpflanzungszyklus, in dem der erste invertierte Neelwandabschnitt von der Speicherzelle 1 zur Spei-

i> cherzelle 2 übertragen werden soll, gleichzeitig von der Schreibstation ein invertierter Neelwandabschnitt zur Speicherzelle 1 gebracht werden soll, muß vor der Phase Al des nächsten Fortpflanzungszyklus ein invertierter Neelwandabschnitt an der Schreibstation

-» eingeschrieben werden, da sonst ein nicht invertierter Neelwandabschnitt, der eine binäre Null darstellt, in die Speicher/eile 1 eingebracht würde. Diese Folge der Fortpflanzungszyklen ist in den genannten Aufsätzen von L. J. Schwee erläutert.

-' In der Fig. 3 ist ein mit Querschwellenwänden arbeitender Schiebespeicher gemäß der Erfindung mit einer Speicherebene 28 gezeigt. Abgesehen von einer Treibleitung 30, die sich oberhalb einer magnetischen Schicht 32 befindet, bestehen gewisse Ähnlichkeiten

i» mit dem Aufbau, der in den Aufsätzen von L. J. Schwee angegeben ist. In dem hier dargestellten Aufbau ist an seiner Unterseite an einer nichtmagnetisierbaren Unterlage 34 z. B. aus Glas ein Mikrohand 36 aus Kupfer und an der Oberseite eine dünne,

r. ferromagnetische Schicht 32 befestigt. Auf dieser Schicht 32 ist über dem Mikroband 36 die Treibleitung

30 aus Kupfer unter Zwischenschaltung eines isolierenden Körpers 31 z. B. aus Siliciummonoxid oder einer zähen, durchsichtigen, kältebeständigen PoIy-

Hi esterfolie auf der Basis von Äthylenglykol und Terephthalsäure angebracht. Die Treibleitung 30 besteht aus mehreren in Reihe gekoppelten Abschnitten, die je eine Speicherzelle I-N bilden; diese Speicherzellen sind über einer Querschwellenwand 38, die auf

π eine Längsachse 40 ausgerichtet ist. in gleichförmigen Abständen angeordnet.

Am linken Rand der Speicherebene 28 verläuft über der Oberseite der Schicht 32 und dem Körper

31 eine Schreibtreibleitung 42, die mit einem Schreib-')" impulsgenerator 44 verbunden ist. Am selben Ende ist ein allgemeiner Feldgenerator 46 vorgesehen, der ein Signal 22 (Fig. 2) auf das Mikroband 36 koppelt. Zur Lesestation am entgegengesetzten Ende der Querschwellenwand 38 gehören ein Lessverstärker

■ii 48 und Aufnahme-Elemente 50, 52, von denen der Binärwert der Informationen ausgelesen wird, die vom Schreibgenerator 44 erzeugt und von den in Reihe geschalteten Abschnitten der Treibleitung 30 hintereinander längs der Querschwellenwand 38

w) übertragen werden. Zusätzlich ist ein örtlicher Feldgenerator 54 mit dem linken Ende der Treibleitung 30 verbunden, der ein Signal 20 (Fig. 2) auf die Treibleitung 30 bringt.

Gemäß der Fig. 4 ist in einer Querschwellenwand

h, tlas Wort 110100 gespeichert, von dem die binären Einsen durch einen invertierten Neelwandabschnitt dargestellt sind, der durch eine Querschwelle und eine Bloch-Linie begrenzt ist. Die Fie. 5 soll die Art und

Weise veranschaulichen, wie das zuvor bezeichnete Wort während der aufeinanderfolgenden Zykluszeiten 1,2.3 T durch den mit Querschwellenwänden

arbeitenden Schiebespeicher der Fig. 3 fortgepflanzt wird. Wie man aus dem Verlauf der Signale nach der Fig. 2 als typisches Beispiel für eine Fortpflanzung der Querschwellen und Blochlinien. die paarweise eine binäre Eins darstellen, längs der Querschwellenwand 38 ersieht, werden während der aufeinanderfolgenden Zeiten je eines Zyklus alle einander zugeordneten Querschwellen und Blochlinien von links in die Querschwellenwand eingespeist und gleichzeitig längs der Querschwellenwand 38 nach Art eines seriellen Schieberegisters verschoben, damit sie am rechten Ende an der Lesestation der Fig. 3 austreten.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine zur Speicherebene 28 gehörende Speicherzelle, in der innerhalb des Speicherbereiches ein invertierter Ncelwandabschnitt untergebracht ist. der am einen Ende von einer Querschwelle und am anderen Ende von einer Blochlinie begrenzt ist und somit eine binäre Eins darstellt. Dieser invertierte Neelwandabschnitt wird durch negative Neelwandvektoren mit einer nach unten gerichteten Spitze angezeigt, während der nicht invertierte Neelwandabschnitt der Querschwellenwand durch positive Neelwandvektoren mit einer nach oben gerichteten Spitze angedeutet ist. Falls man eine solche Speicherzelle mit einer binären Null darstellen möchte, müssen im Speicherbereich die Querschwelle und die Blochlinie beseitigt werden, so daß sich in der Querschwellenwand nur positive Neelwandvektoren befinden, also sowohl im Übertragungsbereich als auch im Speicherbereich auftreten.

Fig. 7 ist ein Querschnitt längs der Linie 7-7 durch die Speieherzelle der Fig. (i, in deren Bereich die Treibleitung 30 aus mehreren Abschnitten 30«-30/ zusammengesetzt ist. die geradlinig verlaufen und derart aneinandergefügt sind, daß ein positives, an den Abschnitt 30« angelegtes Signal im Bereich des Abschnittes 30c ein Feld erzeugt, das senkrecht zu seinen Rändern in der Ebene der Schicht 32 ausgebildet ist, in der die Vektoren nach oben gerichtet sind, während ein solcher durch den Abschnitt 30g fließender Strom ein lokalisiertes Feld senkrecht zu dessen Rändern hervorruft, das in der Ebene der Schicht 32 in Richtung der Vektoren nach unten verläuft. Wenn also ein Stromsignal der Treibleitung 30 zugeführt wird, sind die örtlichen Felder in den Bereichen der geradlinigen Abschnitte 30c und 30g innerhalb der Ebene der Schicht 32, aber antiparallel zueinander und senkrecht zur Querschwellenwand 38 gerichtet, die ebenfalls parallel zur uniaxialen Anisotropie der Schicht 32 liegt, wie durch eine leichte Achse 62 angegeben ist. Es sei die Orientierung der Magnetisierung M in der Schicht 32 oberhalb und unterhalb der Querschwellenwand beachtet. Die entgegengerichteten Felder, die innerhalb des Übertragungs- und Speicherbereiches einer einzelnen Speicherzelle von der Treibleitung im Bereich der Querschwellenwand 38 hervorgerufen werden, bilden den notwendigen Mechanismus, mit dessen Hilfe durch die Signale 20, 22

(Fig. 2) die Fortpflanzung der binären Informationen in der Querschwellenwand 38 ermöglicht wird, wobei eine Querschwelle und eine Blochlinie eine binäre Eins bedeuten, während ihr Fehlen eine binäre Null wiedergibt; diese Fortpflanzung erfolgt der Reihe nach durch die Speicherzellen des mit Querschwelleiiwänden arbeitenden Schiebespeichers der Fig. 3. wie schematisch aus dem Diagramm der Fig. 5 hervorgeht.

Gemäß der Fig. 7 sind Haltestücke 70. 72 scheibenartig zwischen den geradlinigen Abschnitten 30c und 30g der Treibleitung und der Schicht 32 eingefügt; lokalisierte Felder, die durch Vektoren 73« bis 73</ angedeutet sind, lassen sich bei ihrem Eintritt in den Südpol des Haltestückes 72 und bei ihrem Austritt aus dem Nordpol gegen den Uhrzeigersinn verfolgen, wobei der Vektor 73/; die magnetisierung in der Querschwelle und der Vektor 73i/die Magnetisierung in der Blochlinie angeben, die mit dem invertierten Neelwandabschnitt längs des geradlinigen Abschnittes 30g verknüpft ist. Diese durch die Vektoren 73/) und 73i/angegebenen, lokalisierten Felder an den beiden Enden des Haltcstückcs 72 verlaufen senkrecht zur Ebene der Schicht 32 und haben eine solche Gestalt, daß sie mit den Stellen der Querschwelle und Blochlinien zusammenfallen, wenn die letzteren längs der Querschwellenwand übertragen werden und sich vorübergehend unter den Haltestücken 70, 72 befinden, an deren Enden die Querschwellen und die Blochlinien paarweise stabilisiert werden. Diese von den Haltestückcn 70 und 72 aufgebauten, lokalisierten Felder gewährleisten eine zuverlässige Fortpflanzung der invertierten Neelwandabschnitte, während die letzteren von der Speicherzelle 1 zur Speicherzelle N des Schicbcspeichers der Fig. 3 längs der Querschwellenwand 38 nach unten laufen.

Zuvor ist eine Treibleitung zur Fortpflanzung binärer Informationen in einem mit Querschwellenwänden arbeitenden Schiebespeicher erläutert. Sie besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Abschnitten, die je eine Speicherzelle festlegen und längs einer in einer ferromagnetischen Schicht ausgebildeten Querschwellenwand auf dieser in gleichförmigen Abständen angeordnet sind. Jeder Abschnitt besteht aus zwei gesonderten Bereichen, nämlich einem Übertragungsbereich und einem Speicherbereich, über denen Haltestücke von hoher magnetischer Remanenz angeordnet sind. An den Enden der Haltestücke treten permanente lokalisierte Felder aus, die senkrecht zur Ebene der Schicht verlaufen, während die vom Strom erregten Abschnitte senkrecht zu ihren Rändern austretende lokalisierte, impulsförmige Felder in der Ebene der Schicht bilden, die antiparallel zueinander sind und senkrecht auf der Querschwellenwand stehen. Von den lokalisierten Feldern der Haltestücke wird der Platz eines invertierten Neelwandabschnittes stabilisiert, während er von Speicherzelle zu Speicherzelle längs der Querschwellenwand in Reihe übertragen wird; dabei wird er an seinem einen Ende von einer Querschwelle und an seinem anderen Ende von einer Blochlinie begrenzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Digitaler Schiebespeicher aus einem ferromagnetischen Film von uniaxialer Anisotropie, bei dessen Dicke von 100 bis 300 A eine Querschwellenwand ausgebildet ist, in der die binären Einsen in Form invertierter Neelwandabschnitte speicherbar sind, die an ihrem einen Ende von einer Querschwelle und an ihrem anderen Ende von einer Blochlinie begrenzt sind, aus einem leitenden Band und aus einer Treibleitung, zwischen denen der Film eingeschoben ist, und die miteinander derart zusammenwirken, daß von Treibstromsignalen bewirkte Magnetfelder die invertierten Neelwandabschnitte längs der Querschwellenwand stufenweise weiterschieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibleitung (30) aus mehreren in gleichförmigen Abständen längs der Querscbwellenwand (38) hintereinander angeordneten Abschnitten (30a—3Oi) zusammengesetzt ist, die im zugeordneten Bereich des Filmes (32) längs der Querschwellenwand (38) je eine Speicherzelle (1-/V) bilden, daß, längs der Querschwellenwand (38) ausgerichtet, die Speicherzelle (1-Λ/) je einen Ubertragungs- und Speicherbereich aufweist, zwischen denen eine derartige Kopplung besteht, daß bei einer Erregung durch den Treibstrom in der Ebene des Hlmes (32) jeweils zugehörige lokalisierte Magnetfelder zueinander antiparallel und senkrecht zur Ebene des Filmes (32) aufgebaut werden, und daß Haltestücke (70, 72) von hoher magnetischer Remanenz dem Ubertragungs- bzw. Speicherbereich derart zugeordnet sind, daß an ihren Enden lokalisierte Felder senkrecht zur Ebene des Filmes (32) austreten, die die Querschwelle und die Blochlinie eines invertierten Neelwandabschnittes örtlich stabilisieren.