DE2900381C2 - Magnetblasenspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetblasenspeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Der Magnetblasenspeicher ist an sich bekannt. Eine Betriebsweise eines derartigen Speichers wird als »Feldzugriff« bezeichnet, da hierbei die Bewegung der Magnetblasen in einer Schicht aus Biasenmaterial in Abhängigkeit von einem Steuerfeld, das in der Ebene der Schicht rotiert.

In einem typischen Fall besteht die Schicht aus einer epitaktischen Granatschicht. In der Schicht bewegen sich die Magnetblasen längs einer Bewegungsbahn, die durch das periodische Muster eines magnetisch weichen (hoch-permeablen) Elementes, typischerweise Permalloy, bestimmt ist. Dieses Element erzeugt in Abhängigkeit von dem in der Schichtebene rotierenden Steuerfeld ein Magnetpol-Muster, das seinerseits einen örtlichen Feldgradienten hervorruft, durch den die Magnetblasen bewegt werden.

Ein solcher Magnetblasenspeicher wird gewöhnlich mit einer Organisation von Haupt- und Nebenschleifen aufgebaut. Die Information wird dabei bekanntlich in eine Datenblockeinheit eingeschrieben und aus dieser ausgelesen, wobei die zeitlichen Bereiche für die Schreib- und Lesevorgänge vollständig voneinander getrennt sind.

In »AJP Conference Proceedings« Nr. 18, Seilen 100 bis 104 (1974) ist von P.I. Bonyhard und anderen ein Replizier/Überführungsgatter in Blockform vc-geschlagen worden, das eine zweckmäßige Organisation mit j Hauptweg und Nebenschleiten (major line/minor loops organization) vermittelt. Damit ist es ohne weiteres möglich geworden, die Lese- und Schreibvorgänge im gleichen zeitlichen Bereich durchzuführen, was zweifellos vorteilhafter ist als in getrennten zeitlichen

id Bereichen.

In F i g. 1 ist ein Beispiel für eine Speichercrganisation gezeigt, die in der Lage ist. Lese- und Schreibvorgänge im gleichen zeitlichen Bereich durchzuführen. Eine Magnetblase, die von einem auf einem Magnetblasen- -, speicher-Chip 1 vorgesehenen Magnetblasengenerator 2 erzeugt wird, wird in Abhängigkeit von einem rotierenden Magnetfeld entlang einem Schreib-Hauptweg 3 bewegt. Erreicht ein Datenblock, in dem die Anwesenheit der Magnetblase einer binären »1« und

_>u das Fehlen der Magnetblase einer binären »0« entsprechen, ein Schreibgatter 4 an dem Hauptweg 3, so wird die Magnetblase dadurch in die betreffende Nebenschleife 7 überführt, daß von einer Überführungsimpulsquelle 5 auf einen Leiter 6 ein Impuls abgegeben wird. Dies bildet die Theorie des Schreibvorgangs. In der Nebenschleife 7 läuft die Magnetblase gemäß dem rotierenden Magnetfeld um.

Erreicht beim Lesevorgang die auszulesende Adresse an der Nebenschleife 7 die einem Lesegatter 9 eines Lese-Hauptweges 8 entsprechende Position, so wird die Magnetblase der Nebenschleife 7 dadurch repliziert und auf den Hauptweg 8 überführt, daß von einer Replizier/Ausgangsüberführungs-Impulsquelle 10 ein Replizierimpuls auf einen Leiter 17 abgegeben wird. Auf dem Hauptweg 8 wird die Magnetblase in Abhängigkeit von dem rotierenden Magnetfeld bewegt und erreicht schließlich einen Magnetblasendetektor Ii, wo die Anwesenheit bzw. das Fehlen der Magnetblase in ein einer binären »1« bzw. »0« entsprechendes elektrisches Signal umgeformt wird.

Der Vorgang beim Wiedereinschreiben der Information in eine Adresse an der Nebenschleife 7 wird folgendermaßen durchgeführt. Erreicht die Adresse an der Nebcnschleife 7, in die wieder eingeschrieben werden soll, die einem Lesegatter des Hauptweges 8 entsprechende Position, so wird dann, wenn der aus der Replizier/Überführungs-Impulsquelie 10 kommende Überführungsimpuls auf den Leiter Ϊ7 abgegeben wird, die Magnetblase von der Nebenschleife 7 auf den Hauptweg 8 überführt. Infolgedessen wird diese Adresse in der Nebenschleife 7 zu einer leeren Adresse, in der überhaupt keine Magnetblase vorliegt. In diese leere Adresse wird die neue Information eingeschrieben, indem sie an die dem Schreibgatter 4 entsprechende Position gebracht wird.

Es gibt zwei Fälle des Wiedereinschreibens: Das Wiedereinschreiben des gesamten Inhalts eines Blockes, und das partielle Wiedereinschreiben. In beiden Fällen wird die alte Information, die aus der Nebenschleife ausgelesen und auf den Hauptweg 8 überführt worden ist, entsprechend dem rotierenden Magnetfeld zu dem Magnetblasendetektor 11 bewegt und nach Erfassung durch den Detektor 11 gelöscht. Das der alten Information entsprechende Ausgangssignal des Detektors 11 hat keine Verwendung, ist jedoch zur Bestätigung und Prüfung erforderlich. Insbesondere dann, wenn nur ein Teil des Inhaltes eines Datenblocks wieder eingeschrieben werden soll, wird das Ausgangs-

signal des Magnelblasendetektors 11 auf den Magnetblasengenerator 2 rückgekoppelt, der die gleiche Information wie das rückgekoppelte Ausgangssignal erzeugt, und die Information wird nur in derjenigen Adresse erneuert, in der wiedereingeschrieben werden soll.

Um dabei den Zeilbedarf für das vViedereinschreiben zu verringern, ist es erforderlich, die zeitlichen Bereiche für die Lese- und Sehreibvorgänge zu übei lappen.

Der Magnetblasengenerator, bei dem es sich gewöhnlich um einen solchen des Keimbildungstyps (nuclealion type) handelt, erzeugt jedoch starkes Rauschen, so daß der Detektor Sl beeinträchtigt wird, wenn die Schreibund Lesevorgänge in einander überlappenden zeitlichen Bereichen durchgeführt werden Bei einem solchen Betrieb wird das Ausgangssignal des Magnetblasendetektors ) 1 mit starkem Rauschen behaftet, wodurch es schwierig wird, Anwesenheit und Fehlen einer Magnetblase zu unterscheiden.

Der Erlmdung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetblasenspeicher der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der es ermöglicht, die Schreib- und Leseoperationen in demselben Drehzyklus des rotieren-■ den Magnetfeldes vorzunehmen, ohne daß die Qualität seiner Arbeitsweise durch Rauschsignale vom Magnetblasengenerator beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach wird erreicht, daß sich die Zeit zur Abwicklung der Schreib- und Lesevorgänge reduzieren läßt, ohne daß dabei die Rauschsignale des Magnetblasengenerators einen störenden Einfluß ausüben, der die Zuverlässigkeit des Magnetblasenspeichers verringern würde. Durch die gegenseitige räumliche Ausrichtung von Magnetblasengenerator und Magnetblasendetektor wird dabei eine zeitliche Entkopplung des Schreib- vom Lesevorgangs erreicht, wobei jedoch beide Vorgänge noch innerhalb desselben Rotationszyklus durchführbar jiind. Die Lagebeziehung zwischen Magnetbiasengene-Vator und Magnetblasendetektor ist dabei keinerlei !Beschränkungen unterworfen und läßt sich durch !geeignete Anordnung des Bewegungspfades für die 'Magnetblasen beliebig wählen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung •werden nachstehend anhand der Zeichnung näher jerläutert. Es zeigt

F i g. 1 auf die oben bereits Bezug genommen wurde, ,ein Beispiel eines Magnetblasenspeichers, bei dem sich *äie Lese- und Schreibvorgänge im gleichen zeitlichen Bereich durchführen lassen,

F i g. 2A bis 2H erfindungsgemäße Anordnungen eines Magnetblasengenerators und eines Magnetblasendetektors,

Fig.3A und 3H sowie 4A und 4H weitere, unterschiedliche erfindungsgemäße Anordnungen des Generators und des Detektors,

F i g. 5 ein Diagramm, in dem das Ausgangssignal des iin Fig.2A und 3A gezeigten Detektors dargestellt ist, und

F i g. 6 ein Diagramm, in dem das Ausgangssignal des in F i g. 4A gezeigten Detektors dargestellt ist.

Fig.2A zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teil eines Detektors des Chevron-Expandertyps, der in dem Speicher nach Fig. 1 als Magnetblasendetektor 11 verwendet wird. Ein derartiger Detektor ist in den US-Patentschriften Nr. 37 02 995 und 37 13 120 beschrieben. Der vom untersten Punkt (Null) gegen den Uhrzeigersinn gemessene Drehvvinkel des rotierenden magnetischen Feldes HR ist in Fig.2ß mil W bezeichnet. Indem sich die Magnntblase vom unteren zum oberen Teil einer aus mehreren Chevron-Elementen 12 gemäß Fig. 2A bestehenden Stufe und sodann ι durch eine Detektorslufe 13 bewegt, wird sie allmählich größer. Das Impulsdiagramm des Ausgangssignals dieser Detektorstufe ist in f i g. t> dargestellt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, enthält das Impulsdiagr ηπι des Ausgangssignals vier Spitzen PX, P2, P3 undy Durch

ίο Auswertung einer dieser Spitzen kann au f das Vorliegen oder Fehlen einer Magnetblase geprüft werden.

Fig. 2C ist eine vergrößerte Darstellung eines aus Chevron-Elementen 1? aufgebauten Generators, wie er als Keimbildungs-Magnetblasengenerator 2 in Fig. 1

ii verwendet wird. Der Generator dient dazu, das Vormagnetisierungsfeld dadurch örtlich zu invertieren, daß an einen haarnadelförmigen Leiter 14 ein Impulsstrom angelegt wird, wenn das rotierende Magnetfeld HR nach unten weist, d. h. wenn der Winkel

_'(i 0 Null ist, so daß eine Magnetblase erzeugt wird. Die Amplitude des Impulsstroms liegt gewöhnlich bei 200 bis 400 mA.

ErfindungsgemiJß wird nun die Lage des Magnetblasengenerators nach Fig.2C in Abhängigkeit davon verändert, welche der Spitzen in dem Detektor-Ausgangssignal zur Prüfung auf Vorlieger, oder Fehlen der Magnetblase verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Speicher ist es nämlich erforderlich, daß diejenige Orientierung des rotierenden Magnetfeldes HR, bei der der Generator aktiviert wird, nicht mit derjenigen Orientierung des Magnetfeldes zusammenfällt, bei der die Magnetblase von dem Detektor erfaßt wird.

In der nachstehenden Tabelle ist die zulässige Richtung oder Winkellage des Generators für die einzelnen Spitzen des zur Prüfung auf Vorliegen einer Magnetblase verwendeten Detektorausgangssignals angegeben. In dieser Tabelle ist die Richtung oder Winkellage 0 des Detektors folgendermaßen bestimmt. Angenommen, der Magnetblasenspeicher-Chip wird derart angeordnet, daß der Detektor wie in F i g. 2A erscheint, so ist die Richtung oder Winkellage des Generators auf dem gleichen Chip 0°, wenn der Detektor wie in Fig.2C erscheint Die gegen den Uhrzeigersinn gemessene Winkelabweichung des Generators aus der Lage 0° ist mit Θ angegeben. Die Definition der Richtung des Generators ist identisch mit der des rotierenden Magnetfeldes ///?nach Fig. 2B.

Tabelle

Spitzen im Detektor-Ausgangssignal

Zulässige Generator-Ausrichtung (Θ)

Erste Spitze Pl	90°.	. . 360°	140"	. . 360°
Zweite Spitze Pl	0°.	. . 40°,	270°.	. . 360°
Dritte Spitze PZ	0".	. . 170°.	300° .	. . 360°
Vierte Spitze /M	0°.	. . 230°,

Fig.2D zeigt die Orientierung HRi, bei der die Spitze Fl des Dctektor-Ausgangssignals nach Fig. 5 erzeugt wird. Der Dreh winkel beträgt etwa 45°. Unter Berücksichtigung der Schwankungen in der Phase des Abtastimpulses sowie der zur Dämpfung des Generatorrauschens erforderlichen Zeit ist es daher zweckmäßig, den Generator innerhalb eines Winkeibereichs von 45' zu beiden Seiten des Drehwinkels θ 1 nicht auszusteuern. Diese Bedingung ist in Fig.2E gezeigt, in

der der Winkelbereich, innerhalb dessen der Betrieb des Generators zulässig isl,_als zulässiger Bereich mit X bezeichnet ist, während X denjenigen Bereich angibt, in dem der Generatorbetrieb verboten ist. Gemäß F i g. 2E erstreckt sich also der Winkel 0 für den zulässigen Bereich Xzwischen 90° und 360°.

Die Lagebeziehung zwischen Detektor und Generator für den Winkel Θ von 225° ist in den F i g. 2F bis 2H gezeigt. Wird der Generator in Bezug auf die in F i g. 2F gezeigte Lage des Detektors gemäß F i g. 2H ausgerichtet, so können Generator und Detektor im gleichen Drehzyklus des rotierenden Magnetfeldes betrieben und dennoch schädliche Einflüsse des Generatorrauschens auf den Detektor vermieden werden.

Unter Berücksichtigung der Schwankungen in den Phasen der verschiedenen Impulse ergibt sich eine optimale Anordnung in der Weise, daß der Generator in einer Orientierung des rotierenden Magnetfeldes ausgesteuert wird, die gegenüber der Aussteuerung des Detektors um 180° versetzt ist.

Es hat sich bestätigt, daß der Rauschabstand des Detektor-Ausgangssignals dann, wenn die Lese- und Schreibvorgänge unter Anwendung der in der Tabelle angegebenen Lagebeziehung zwischen Generator und Detektor im gleichen zeitlichen Bereich durchgeführt werden, im wesentlichen identisch ist mit dem Rauschabstand, wie er sich dann ergibt, wenn der Lesevorgang allein durchgeführt wird.

Im folgenden soll eine Anordnung beschrieben v/erden, bei der gemäß Fig.3A ein der Fig.2A ähnlicher Chevron-Expander-Detektor als Magnetblasendetektor verwendet wird, während als Magnetblasengenerator ein Generator mit einem Pickax-Element 15 gemäß Fi g. 3C dient. Bei dem in Fig. 3C gezeigten Generator wird zur Erzeugung einer Magnetblase einem haarnadelförmigen Leiter 16 ein Impulsstrom zugeführt, wenn das rotierende Magnetfeld HR im Sinne der in Fig. 3B gezeigten Definition des Magnetfeldes nach unten weist (θ=0). Angenommen, der Magnetblasenspeicher-Chip ist so angeordnet, daß der Detektor gemäß F i g. 3A erscheint, so ist die Richtung des Generators auf dem gleichen Chip als 0° definiert, wenn der Generator gemäß F i g. 3C erscheint. Der zulässige Winkelbereich für den Generator ist dabei gleich dem nach der obigen Tabelle.

Wird zur Prüfung auf Vorliegen oder Fehlen einer Magnetblase die erste Spitze Pi in dem in Fig.5 gezeigten Impulsdiagramm des Detektor-Ausgangssignals verwendet, so ist das rotierende Magnetfeld gemäß HR 1 nach F i g. 3D orientiert, wobei der Winkel θ 1 45° beträgt. Der zulässige Bereich für die Ausrichtung des Generators ist in Fig. 3E als Bereich Y gezeigt, während derjenige Bereich, in dem der Betrieb des Generators verboten ist, mit Y bezeichnet ist Der Winkel 0 für den Bereich, in dem der Betrieb des Generators zulässig ist, erstreckt sich aiso zwischen 90 und 360°. Die Lagebeziehung zwischen Detektor und Generator für den Winkel θ =225° ist in F i g. 3F bis 3H gezagt Wie ersichtlich, kann der Detektor ohne Beeinträchtigung durch Rauschen des Generators selbst dann betrieben werden, wenn Generator und Detektor im gleichen Drehzyklus des rotierenden Magnetfeldes ausgesteuert werden, wenn der Generator in Bezug auf die in F i g. 3F gezeigte Lage des Detektors gemäß Fig.3H ausgerichtet wird. Wie oben ergibt sich die optimale Anordnung dann, wenn der Generator bei einer Orientierung des rotierenden Magnetfeldes betrieben wird, die gegenüber der Orientierung beim Betrieb des Detektors um 180° gedreht ist.

Wiederum hat sich bestätigt, daß der Rauschabstand des Detektor-Ausgangssignais bei gleichzeitiger Durchführung der Lese- und Schreibvorgänge und einer Anordnung des Detektors nach Fig.3A und des Generators nach F i g. 3C gemäß der Tabelle im wesentlichen gleich ist dem Rauschabstand, wie er bei alleiniger Durchführung des Lesevorgangs erhalten wird.

Im folgenden soll eine Anordnung erläutert werden, bei der als Magnetblasengenerator gemäß F ί g. 4C ein Generator mit einem Pickax-EIement 15 ähnlich dem nach F i g. 3C verwendet wird, während der Magnetblasendetektor gemäß F i g. 4A als Chevron-Expander-Detektor aufgebaut ist und von dem nach F i g. 3A etwas abweicht.

Ein derartiger Detektor ist in der USA-Patentschrift Nr. 40 19 177 beschrieben. Gemäß der Definition des rotierenden Magnetfeldes nach Fig.4B hat das Ausgangssignai dieses Detektors einen Verlauf, wie er in dem Impulsdiagramm nach F i g. 6 gezeigt ist. Wie aus F i g. 6 her/orgeht, steht zur Verwendung als Signal zur Ermittlung der Magnetblase nur eine Spitze zur Verfügung, die mit P5 bezeichnet ist Diese Spitze P5 wird bei einem Winkel 0 5 von etwa 45° erzeugt, wobei diese Situtation in F ί g. 4 dargestellt ist.

Angenommen, der Magnetblasenspeicher-Chip wird derart angeordnet, daß der Detektor gemäß Fig.4A erscheint, so ist die Richtung des Generators auf dem gleichen Chip mit 0° definiert, wenn der Generator gemäß F i g. 4C erscheint. Die Richtung des Generators wird durch den gegen den Uhrzeigersinn gemessenen Abweichungswinkel von der Lage 0° aus angegeben. Der zulässige Winkelbereich θ für den Generator liegt dabei zwischen 90° und 360°. Diese Situation ist in F i g. 4E dargestellt, in der der zulässige Bereich für deri^ Betrieb des Generators mit Z bezeichnet ist, während Z denjenigen Bereich angibt, in dem der Betrieb des Generators verboten ist Wie oben ausgeführt, erstreckt sich der Winkel θ für den zulässigen Bereich Zzwischen 90° und 360°.

F i g. 4F bis 4H veranschaulichen die Lagebeziehung zwischen Detektor und Generator bei einem Winkel β von 270'. Wie ersichtlich, kann der Detektor ohne Beeinträchtigung durch das Generatorrauschen auch bei Beaufschlagung von Generator und Detektor im gleichen Drehzyklus des rotierenden Magnetfeldes betrieben werden, wenn der Generator bezüglich der in F i g. 4F gezeigten Lage des Detektors gemäß F i g. 4H angeordnet wird.

Wie oben ergibt sich die optimale Richtung für den Gciieiator dann, wenn er bei einer Orientierung (Θ = 225^C) des rotierenden Magnetfeldes betrieben wird, die um 180° von der Orientierung des Magnetfeldes für den Detektorbetrieb (θ=45°) verdreht ist

Wiederum hat sich bestätigt, daß der Rauschabstand des Detektorausgangssignals bei Durchführung von Lese- und Schreibvorgang im gleichen zeitlichen Bereich und bei Anordnung des Detektors nach F ί g. 4A und des Generators nach Fig.4C in dem oben angegebenen Winkelbereich, im wesentlichen gleich ist dem Rauscnabstand, wie er sich bei alleiniger Durchführung des Lesevorgangs ergibt

Bei sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Detektor vorzugsweise in der früheren Hälfte des zulässigen Winkelbereichs betrieben.

Wie oben im einzelnen dargelegt, weicht die Orientierung des rotierenden Magnetfeldes, bei der der

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Magnetblasendetektor betrieben wird, von derjenigen den, vollständig voneinander zu trennen. Daher läßt sich

Orientierung des rotierenden Magnetfeldes ab, bei der der Lesevorgang ohne Beeinträchtigung durch das beim

der Keimbildungs-Magnetblasengenerator betrieben Schreibvorgang erzeugte Rauschen durchführen. Da-

wird. Es ist daher möglich, die zeitlichen Bereiche für die durch wird ein sehr zuverlässiges und rasches

Lese- und Schreibvorgänge, die im gleichen Arbeitszy- <■■, Wiedereinschreiben der Information gewährleistet,
klus des rotierenden Magnetfeldes durchgeführt wer-

Hier/ti 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetblasenspeicher, bei dem Magnetblasen in einer Schicht aus magnetischem Material in Abhängigkeit von der Drehung eines rotierenden Magnetfeldes bewegbar sind, mit einer Vielzahl von in der Schicht vorgesehenen Nebenschleifen (7), mit einem über jeweils ein erstes Gatter (4) mit einem Ende der Nebenschleifen (7) verbundenen ersten Hauptweg (3), an dessen einem Ende ein Magnetblasengenerator (2) des Keimbildungstyps vorgesehen ist, und mit einem über jeweils ein zweites Gatter (9) mit dem anderen Ende der Nebenschleifen (7) verbundenen zweiten Hauptweg (8), an dessen anderem Ende ein Magnetblasendetektor (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnelleren Neueinschreibung von Information in den Magnetblasenspeicher (1) der Magnetblasengenerator (2) und der Magnetblasendetektor (11) in demselben Rotationszyklus des rotierenden Magnetfeldes mit einer Phasenverschiebung betrieben werden, so daß die Schreib- und Leseoperationen in demselben Rotationszyklus durchführbar sind, wobei die Phasenverschiebung mittels der räumlichen Ausrichtung des Magnetblasengenerators (2) und des Magnetblasendetektors (11) zueinander erreicht wird.

2. Magnetblasenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung 180° beträgt.

3. Magnetblasenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetblasendetektor(ll) ein Chevron-Expander-Detektor ist.

4. Magnetblasenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetblasengenerator (2) ein Pickax-Element (15) aufweist.