DE2726654C2 - Speicheranordnung mit Datenschleifen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Speicheranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art

Aus den US-Patentschriften 36 18 054 und 39 16 397 sind magnetische Domänenspeicheranordnungen bekanntgeworden, in denen eine Vielzahl von Daten-Kleinschleifen an eine einzige Daten-Großschleife angekoppelt sind. Die Kleinschleifen können dabei als Speicherregister aufgefaßt werden. Bei einem synchronen Betrieb aller Kleinschleifen ist es unvermeidlich, daß sich im Datenfluß in der Großschleife und zwischen der Großschleife und den Kleinschleifen Lücken ergeben, die einerseits Speicherraum wegnnehmen und andererseits einen Zeitverlust bei Datenzugriffen -ts bedeuten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, in einer Speicheranordnung der angegebenen Art Lücken im Datenfluß zu verringern oder ganz zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung macht es möglich, die Abspeicherungsdichte von Daten im Domänenspeicher zu erhöhen. Außerdem kann eine Überlappung bei Datenzugriffen in den zeitlichen Steuerungen der Großschleife und den Kleinschleifen erzielt werden. Hierdurch ergibt sich ein Geschwindigkeitsvorteil des Speichers.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung soll nun anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden. Es zeigt

Fi g. 1 eine magnetische Domänenspeicheranordnung mit einer Daten-Großschleife und mehreren Daten-Kleinschleifen, die untereinander über die Daten-Großschleife verbunden sind,

F i g. 2 ein Speicherzugriffselement und Fig.3 eine magnetische Domänenspeicheranordnung mit einer Großschleife und mehreren Kleinschleifen, sowie mit den in F i g. 2 gezeigten Zugriffselementen.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen magnetischen Domänenspeicher, doch können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf andere Speicheranordnungen angewandt werden, die eine Daten-Großschleife und mehrere daran angeschlossene Daten-Kleinschleifen enthalten, die synchron zueinander arbeiten. Dabei wirkt sich die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung um so vorteilhafter aus, je größer und schneller der Speicher ist. Mit zunehmender Größe des Speichers, d. h. mit zunehmender Anzahl der Speicherstellen und Übertragungsschleifen nehmen nämlich auch die Lükken im Datenfluß zu. Die vorteilhaften Auswirkungen auf die Speichergeschwindigkeit ergeben sich daraus, daß ohne die erfindungsgemäße Anordnung die Lücken bei jeden Zugriff größer werden würden und demzufolge einen wachsenden Anteil an der Speicherzugriffszeit einnehmen würden.

Die erfindungsgemäße Anordnung liefert außerdem besondere Vorteile da, wo die Zeit, die notwendig ist, die Daten aus der Übertragungsschleife zu bringen, größer aber gleich ist der Zeit, die zum kompletten Auslesen aller Informationsstellen einer Speicherzelle benötigt wird. Dhs trifft normalerweise in allen Domänenspeicheranordnungen mit einer Großschleife und vielen Kleinschleifen zu.

Unter den anderen Technologien, bei denen die Erfindung vorteilhafte Verwendung finden kann, sind vor allem die Eimerketten-Verschiebungsspeicher zu nennen, die zur Verschiebung periodische Taktpulse verwenden, sowie in zweiter Linie dynamische Magnetspeicher.

In Fig. 1 ist eine bekannte Speicheranordnung dargestellt, in der die Erfindung verwendet werden kann. Die in F i g. 1 gewählte Darstellungsform erinnert zunächst an magnetische Domänenspeicher, doch soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel in allgemeinen Termen beschrieben werden. F i g. 1 zeigt eine Trägerplatte lü, auf der eine Reihe von Speicherschleifen 11a bis f, zu denen seriell zugegriffen wird, montiert sind. Die Speicherschleifen sind dabei so aufgebaut, daß nacheinanderfolgend zu jeder Informationsstelle in der Speicherstelle zugegriffen werden muß.

Zur gegenseitigen Verbindung der Speicherschleifen Ua bis / sind zwei Übertragungswege 12 und 13 vorgesehen, die jeweils mit einer Datenausgangseinrichtung für Leseoperationen und einer Dateneingangseinrichtung für Schreiboperationen verbunden sind. Die beiden genannten Einrichtungen können jedoch bei geeigneter Taktsteuerung miteinander kombiniert werden. Ebenso kann für die serielle Verbindung der Speicherschleifen untereinander ein einzelner Übertragungsweg vorgesehen werden, wenn die zeitliche Steuerung dementsprechend angepaßt wird. Zur Verbindung der Kleinschleifen mit der Großschleife sind Übertragungsstellen 14a bis /vorgesehen.

In der oben beschriebenen Anordnung treten zwei Arten von Verzögerungen auf. Die erste Verzögerung ergibt sich aus der Notwendigkeit, die auszulesenden Daten von den Speicherschleifen auf die Großschleife zu bringen und dort zusammenzustellen. Die zweite Art der Verzögerung ergibt sich bei der Speicherung von verschiedenen Informationen in einzelnen der Speicherschleifen 11a bis /von der Schreibeinrichtung 13 aus,

wobei meist gewartet werden muß, bis die zeitliche Koinzidenz gegeben ist zwischen dem Datenfluß auf den Übertragungswegen 12 und 13 und der betreffenden Kleinschleife.

Urn diese Verzögerungen ausschalten zu können, sind erfindungsgemäß Speichereinrichtungen vorgesehen, die mit den Kleinschleifen 11a bis /verbunden sind. Diese Speichereinrichtungen sind im A.usführungsbeispiel als getrennte Pufferelemente dargestellt, die eine geeignete zeitliche Torsteuerung aufweisen. Dabei ergeben sich je nach Art der verwendeten Technologie eigene Mög!^;rhkeiten zur Realisierung dieser Pufferelemente.

F i g. 2 zeigt die in F i g. 1 dargestellte Übertragungsstelle 14 mit der erfindungsgemäßen Verbesserung. Dabei bezieht sich das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 auf eine magnetische Domänenverschiebung. In solchen magnetischen Domänenspeichern befinden sich die Speicherstellen in einer planarenmagnetischen Schicht, wie z. B. Permalloy, in der die magnetischen Domänen wandern können. In F i g. 2 wird in Übereinstimmung mit der Literatur die Anwesenheit einer zylindrischen Domäne mit einem Kreis angegeben, der ein Kreuz enthalt ( + Polarität), während alle anderen Stellen als schwarzer Punkt dargestellt sind (-Polarität). Ein dynamisches Muster von magnetischen Polen wird in der Permalloyschicht derart erzeugt, daß die, die Information darstellenden Domänen sich in einer Schleife bewegen. Das Polmuster kann dabei durch eine Deckschicht erzeugt werden, deren Material unmagnetisch oder weichmagnetisch ist und an das die Signale angelegt werden. Magnetische Domänenspeicher sind ζ B in der eingangs genannten US-PS 36 18 054 und in der US-PS 36 34 347 beschrieben. Die Daten-Übertragungseinrichtung wird dabei durch einen Teil der Decklage gebildet und die Daten werden durch extern angelegte Signale weiterbewegt, wie z. B. ein Magnetfeld, dessen Richtung parallel zur Permalloyschicht läuft. Die in Fig.2 gezeigte Speichereinrichtung 15 wird im Zusammenhang mit magnetischen Domänenspeichern meist Kleinschleife und jede der beiden Verbindungseinrichtungen 18 und 19 Großschleife genannt.

In Fig.2 ist eine Kleinschleife 15 mit umlaufenden magnetischen Domänen 16a bis /mit der angegebenen Polarität gezeigt. Die Übertragungsstelle 17 verbindet die Kleinschleife 15 mit der Lese-Großschleife 18 und der Schreib-Großschleife 19. Erfindungsgemäß sind außerdem Speicherelemente vorgesehen, die in Fig. 2 mit 20 und 21 angegeben sind. Jedes Element kann dabei ein InformationseSement während der Zeit speichern, die notwendig ist, um das Informationselement in der Übertragung zwischen der Groß- und der Kleinschleife in einer Lese- oder Schreiboperation zeitlich entsprechend zu plazieren. Die Größe der Speicherelemente 20 und 21 wird dabei entsprechend dem optimaler. Umfang der Datenübertragung gewählt, wobei also die zu übertragenden Daten im Speicherelement unter der Steuerung des Fortbewegungsfeldes zirkulieren können, bis der geeignete Zeitpunkt zur Übertragung gekommen ist.

Zur Steuerung der Übertragung sind Steuereinrichtungen 22A und 22B für eine Schreiboperation und 23 A sowie 23ß für eine Leseoperation vorgesehen. Bei einer Schreiboperation werden die Daten in der Großschleife 19 durch ein Signal von 22A in das Speicherelement 20 gebrächt, wo sie zirkulieren, bis der geeignete Zeitpunkt zum Übertragen in die Kleinschleife 15 gekommen ist. Die Übertragung wird dann durch das Signal 22B gesteuert, wodurch die Daten in die geeigneten Bitpositionen 16a bis /übertragen werden. Während der Zeit, in der die Daten im Speicherelement 20 zirkulieren, ist die Großschleife 19 von der beschriebenen Übertragungsoperation entlastet und kann andere Übertragungsoperationen ausführen. Die hierdurch erzielte Überiappung in der Funktionsweise ergibt einen Zeitgewinn.

Auf ähnliche Weise wird ein Vorteil bei einer Leseoperation von Daten aus der. PositiG.nen 16a bis /in der Kleinschleife 15 erzielt. Ein Signal 23A startet die Übertragung der Daten in das Speicherelement 21, während Daten die sich auf der Großschleife 18 befinden ihrem Bestimmungsort zugeführt werden können. Wenn die Großschleife 18 bereit ist zum Empfang der Daten von der Speicherstelle 15, werden die Daten durch ein Signal 23B aus dem Element 21 in die Großschleife übertragen.

Für den Fall, daß die Länge der Großschleife größer ist als die der Kleinschleifen, ergibt sich in der Zeit, in der die Großschleife beschrieben oder gelesen wird immer eine Gelegenheit, die Speicherelemente 20 und 21 auf die oben beschriebene Weise zu betreiben. Durch diese Überiappung in der zeitlichen Steuerung kommen die Daten aus der Großschleife ohne Datenlücke heraus.

Die einzige Lücke, die entstehen kann, resultiert aus dem Verhältnis der Bitkapazität der Speicherelemente zu dem Umfang der zu übertragenden Daten.

Auch für den Fall, daß die Großschleife kürzer ist als die Kleinschleifen, ergibt sich ein Geschwindigkeitsvorteil, der jedoch von der relativen Größe der Schleifen abhängt. Für den Teil, der durch die jeweiligen Größen der Schleifen gegeben ist, entsteht keine Lücke in der Datenübertragung, und für den restlichen Teil wird immer noch eine verminderte Verzögerung erreicht.

In Fig.3 ist eine weitere magnetische Domänenanordnung gezeigt. Der Speicher wird auf einem Substrat 25 realisiert, das z. B. aus Permalloy bestehen kann. Über die Schicht 25, die magnetische Domänen erzeugen kann, ist eine Deckschicht aus weichmagnetischem Material gelegt, die ein Muster zur Fortbewegung von magnetischen Domänen aufweist, wobei zur Fortbewegung geeignete externe Fortbewegungsfelder parallel zur Schicht 25 angelegt werden. Auf diese Weise können die Daten auf vorbestimmten Pfaden weiterbewegt werden. In Fig. 3 sind außerdem Kleinschleifen 26a bis / gezeigt, die jeweils mit einer Lese- und Schreib-Großschleife 27 und 28 über Übertragungselemente 29a bis /verbunden sind. Die in Fig. 3 dargestellten Verhältnisse entsprechen z.B. in der Zahl der verwendeten Schleifen keineswegs den praktischen Verhältnissen, da in der Praxis eine weit größere Anzahl solcher Schleifen verwendet wird.

Jedes der Elemente 29a bis / weist eine Schreib-Speichereinheit 30a bis /und Speichereinheit 31a bis / auf. Beide Speichereinheiten können den seriellen Bitstrom speichern, bis der zur Übertragung geeignete Augenblick gekommen ist. Die Größe der Speicherelemente 30 und 31 wird dabei vorzugsweise so gewählt, daß sie zur Übertragung der gewünschten Bitmengen gerade ausreicht.

In Speichern der in F i g. 3 gezeigten Art werden meist die einzelnen Bits eines Wortes jeweils in einer anderen Kleinschleife gespeichert. Daraus ergibt sich, daß die Speicherelemente 30 und 31 auch nur ein Bit zu speichern brauchen. Im Lese-Falle, d. h. wenn ein Wort von den Kleinschleifen zum Ausgang der Lese-Großschleife übertragen werden soll, werden alle Bits des

Wortes in den entsprechenden Speichereinheiten gesammelt und im geeigneten Moment auf die Großschleife übertragen. Hierdurch wird die Zeit eingespart, die notwendig wäre für jede der Kleinschleifen den zum Auslesen des gewünschten Bits geeigneten Zeitpunkt abzuwarten. Auch in der Einrichtung nach F i g. 3 werden benso wie in F i g. 2 eigene Steuereinrichtungen 32/1 und 32ß, sowie 33Λ und 335 zum Lesen und Schreiben der Speichereinheiten vorgesehen.

In Fig.3 sind die Übertragungselemente 29 alle einheitlich gezeichnet. Natürlich kann die Struktur dieser Übertragungselemente derart gewählt werden, daß auch andere Funktionen, wie z. B. die Speicherung von Daten von einer Schleife während der zeitlichen Akkommodation einer anderen Schleife optimal ausgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Speicheranordnung mit mehreren Datenkleinschleifen, die zur Verbindung untereinander und mit dem Ein- und Ausgang der Speicheranordnung an eine Datengroßschleife angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsstellen (17, 29) zwischen den synchron zueinander arbeitenden Kleinschleifen (15, 26) und der Großschleife (18, 19; 27, 28) Speichereinheiten (20, 21) enthalten, weiche die zu übertragenden Informationen bis zu dem zur Übertragung geeigneten Zeitpunkt zwischenspeichern.

2. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheiten (20, 21) als Schleifen ausgeführt sind.

3. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicheranordnung als magnetischer Domänenspeicher ausgeführt ist

4. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Speichereinheiten (20, 21) aller Kleinschleifen gemeinsame Lese- (23Λ, 23B; 324, 32ß; und Schreibsteuerungen (22Λ, 22ß; 33Λ, 33 B) vorgesehen sind.

5. Speicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Großschleife (18,19; 28,27) und/oder die Speichereinheiten (21, 20) für Lesen und Schreiben getrennte Überschleifen aufweisen.