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Magnetischer Speicher
Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Speicher mit an Kreuzungsstellen von Leitungen einer ersten Gruppe und Leitungen einer zweiten Gruppe angebrachten Speicherelementen aus magnetischem Material, das Remanenz aufweist, und mit zwei Hilfskernen aus magnetisch sättigbarem Material je Speicherelement, wobei zur Einstellung der Remanenz eines Speicherelementes in einen der beiden möglichen Zustände gleichzeitig je ein Stromimpuls den dem Speicherelement entsprechenden Leitungen der ersten und zweiten Gruppe zugeführt wird.
Bei einer solchen bekannten magnetischen Speichervorrichtung sind die gleichzeitig den Leitungen der ersten und der zweiten Gruppe zugeführten Stromimpulse an mit den Leitungen gekoppelten Speicherkernen aus magnetischem Material mit rechteckiger Hystereseschleife wirksam, wobei der an der Kreuzungsstelle der Leitung der zweiten Gruppe angebrachte Kern durch beide Impulse magnetisiert wird. Die Stärke des durch einen Impuls in einem Kern ezeugten, magnetischen Feldes darf die Koerzitivkraft nicht überschreiten, während die Stärke des magnetischen Feldes in dem durch beide Impulse magnetisierten Kern die Koerzitivkraft überschreiten muss, um den Remanenzzustand dieses Kernes ändern zu können.
Die zulässige Impulsstärke ist bei diesen Speichern verhältnismässig gering, so dass die Schaltzeit, d. h. die Zeit, während welcher der Kern unter der Steuerung beider Impulse seinen Remanenzzustand ändert, verhältnismässig lang ist.
Während der Ablesung von Remanenzzuständen eines Kernes in einem solchen bekannten Speicher unter der Steuerung von zwei Impulsen kann ein bereits gelesener Kern ein Ausgangssignal liefern, das von dem Verhältnis zwischen der Sättigungsinduktion und der Remanenzinduktion abhängig ist, während ein noch nicht gelesener Kern unter der Steuerung eines Impulses ein Ausgangssignal liefern kann, das über die allen Kernen gemeinsame Ableseleitung auftritt und das von dem Verhältnis zwischen der Induktion bei einer magnetischen Feldstärke gleich der Hälfte der Koerzitivkraft und der Remanenzinduktion abhängig ist.
Um die beiden möglichen Störausgangssignale gleichzeitig auf ein Mindestmass herabzusetzen, werden bei den bekannten Speichern magnetische Materialien verwendet, deren Rechteckverhältnis d. h. das Verhältnis zwischen der Sättigungsinduktion und der Induktion des in entgegengesetztem Sinne durch ein Magnetfeld der halben Koerzitivkraft magnetisierten Kernes dem Wert 1 möglichst nahe kommt.
Zweck der Erfindung ist, einen Speicher eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei dem die Schaltzeit der Kerne erheblich kürzer ist und Kerne anwendbar sind, die aus einem magnetischen Material bestehen, das Remanenz aufweist, wobei keine Anforderungen an das Rechteckverhältnis des Materials gestellt werden.
Der magnetische Speicher nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Speicherelement mit zwei je mit einem Hilfskern gekoppelten Hilfsleitungen gekoppelt ist und dass die Hilfsleitungen in bezug auf ihre Kopplung mit dem Speicherelement in entgegengesetztem Sinne mit einer Leitung der ersten Gruppe verbunden sind und dass die mit den Hilfsleitungen gekoppelten Hilfskerne mit verschiedenen Leitungen der zweiten Gruppe gekoppelt und Stromquellen vorgesehen sind, durch welche über jede der Leitungen der zweiten Gruppe den mit diesen gekoppelten Hilfskernen diese sättigende Ströme zugeführt werden und Impulsquellen, durch welche ein Impuls einer ausgewählten Leitung der zweiten Gruppe zugeführt wird, um die mit dieser Leitung gekoppelten Hilfskerne aus dem magnetisch gesättigten Zustand in den magnetisch ungesättigten Zustand zu bringen.
Ein Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die den Leitungen der ersten Gruppe zugeführten Impulse unabhängig von der Richtung, in der die Impulse die Kerne magnetisieren müssen, die gleiche Richtung haben können und die Schaltzeit der mit den Leitungen der zweiten Gruppe gekoppelten Kerne zum Überführen von dem magnetisch gesättigten Zustand in den magnetisch ungesättigten Zustand infolge der dabei auftretenden, geringen Flussänderungen sehr kurz ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 ein Beispiel eines magnetischen Speichers nach der Erfindung und Fig. 2 einige magnetische Kennlinien zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Beispiels.
In Fig. 1 bezeichnen -" Kerne aus magnetischem Material, das Remanenz aufweist. Jeder
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Kerne 3 bzw, 4 aus magnetisch sättigbarem Material in Reihe geschaltet sind. Die beiden Reihenschaltungen der Leitung H 1 und der Wicklung 1 und der Leitung H2 und der Wicklung 2 sind in bezug auf die Kopplung mit einem Speicherkern in entgegengesetztem Sinne parallel geschaltet.
Der Speicher enthält weiter eine erste Gruppe von Steuerleitungen 5-7, an die die Impulsquellen 8 bis 10 angeschlossen sind und eine zweite Gruppe von Steuerleitungen 11-16. Die zweite Gruppe ist in zwei Untergruppen geteilt, welche die Leitungen 11-13 bzw. 14-16 enthalten. Die Leitungen der Untergruppen sind über die Torschaltungen 17 bzw. 18 an die Gleichstromquellen 19 bzw. 20 angeschlossen.
Die Speicherkerne jf- sind an Kreuzungsstellen von Leitungen der ersten Gruppe und Leitungen der zweiten Gruppe angeordnet und bilden auf diese Weise eine zweidimensionale Matrix von Speicherelementen. Die Kerne an den Kreuzungsstellen einer Leitung der ersten Gruppe und Leitungen der zweiten Gruppe bilden eine Speicherreihe. Die Antiparallelschaltungen der mit den Speicherkernen einer Speicherreihe gekoppelten Hilfsleitungen sind mit der gleichen Steuerleitung der ersten Gruppe gekoppelt. In dem Beispiel sind die Antiparallelschaltungen miteinander in Reihe geschaltet und in Reihe an die betreffende Steuerleitung angeschlossen.
Die Kerne 3 bzw. 4 aus magnetisch sättigbarem Material sind mit den Wicklungen 21 bzw. 22 versehen, die mit verschiedenen Steuerleitungen verschiedener Untergruppen der zweiten Gruppe gekoppelt sind. Die Speicherkerne und die zugehörigen Kerne 3 und 4, die an den Kreuzungsstellen einer Leitung der zweiten Gruppe und der Leitungen der ersten Gruppe angebracht sind, bilden eine Speicherkolonne. Die Wicklungen 21 der Kerne 3 einer Speicherkolonne sind mit der gleichen Steuerleitung der zweiten
Gruppe gekoppelt. Ebenfalls sind die Wicklungen 22 der Kerne 4 einer Speicherkolonne mit der gleichen
Steuerleitung der zweiten Gruppe gekoppelt. In dem Beispiel sind die Wicklungen 21 bzw. 22 miteinander in Reihe geschaltet und in Reihe an die betreffenden Steuerleitungen angeschlossen.
In der Zeichnung ist eine mit allen Speicherkernen gekoppelte Leseleitung einfachheitshalber weggelassen. Diese Leitung kann auf bekannte, hier nicht interessierende Weise mit allen Kernen gekoppelt und an einen Verstärker angeschlossen werden, der in dem Zeitpunkt, wenn der Remanenzzustand eines Kernes abgelesen wird, empfindlich gemacht wird.
Die Wirkungsweise des Speichers ist folgende. Die Torschaltungen 17 und 18 sind normalerweise im leitenden Zustand und führen den Strom von den Stromquellen 19 und 20 zu den an die Torschaltungen angeschlossenen Leitungen der zweiten Gruppe. Dieser Strom magnetisiert die Kerne 3 und 4 bis in den Bereich der magnetischen Sättigung. In Fig. 2 a ist die idealisierte magnetische Kennlinie der Kerne 3 und 4 veranschaulicht, welche die Beziehung zwischen der Induktion und dem Strom durch eine Wicklung andeutet. Der Strom durch die Wicklungen 21 und 22 ist z. B. gleich i1, so dass die Induktion auf einen dem flach verlaufenden Teil der Kennlinie entsprechenden Wert eingestellt wird. Die Änderung der Induktion infolge einer Änderung der Stromstärke ist in diesem Falle besonders gering, so dass die Wicklungen 1 und 2 eine niedrige Selbstinduktion aufweisen.
Die Kerne 3 und 4 und die darauf angebrachten Wicklungen sind gleich bemessen, so dass ein dem Verbindungspunkt der Wicklungen 1 und 2 zugeführter Stromimpuls sich in zwei gleiche Teile aufspaltet, von denen ein Teil durch die Wicklung 1 und Hilfsleitung H 1 und der andere Teil durch die Wicklung 2 und die Hilfsleitung. H niesst. Die Hilfsleitungen H 1 und H2 sind in entgegengesetztem Sinne mit den Speicherkernen gekoppelt, so dass die magnetischen Wirkungen des Stroms durch die Hilfsleitungen sich gegenseitig ausgleichen. Die beiden Stromimpulse treffen an dem Verbindungspunkt der Hilfsleitungen H 1 und H2 zusammen und fliessen gemeinsam zum Verbindungspunkt der Wicklungen 1 und 2 der nächstfolgenden Kerne 3 und 4 in der gleichen Speicherreihe.
Wird die Selbstinduktion einer der Wicklungen 1 oder 2 grösser gemacht, so teilt sich der dem Verbindungspunkt der beiden Wicklungen zugeführte Stromimpuls in zwei ungleiche Teile. Die magnetischen Wirkungen der Ströme durch die Hilfsleitungen H 1 und H2 auf die damit gekoppelten Speicherkerne
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Wirkung des Stroms durch die Hilfsleitung H 2 vorherrscht, gelangt er in den negativen Remanenzzustand.
Um einen bestimmten Speicherkern z. B. den Kern K 2 in einen bestimmten, z. B. positiven Remanenzzustand zu führen, wird gleichzeitig ein Impuls der Leitung 5 und der Steuerklemme der entsprechenden Torschaltung 17 zugeführt, wodurch der Strom durch die Leitung 12 sich impulsförmig in einen Wert io umwandelt, der dem Knick in der in Fig. 2 a dargestellten magnetischen Kennlinie des Kernes 4 entspricht. Es tritt dabei keine Induktionsänderung auf, so dass die Schaltzeit des Kernes 4 sehr gering ist.
Der Impuls der Leitung 5 wird über die Antiparallelschaltung der mit dem Kern K 1 gekoppelten Hilfsleitungen R und und H 2 an den Verbindungspunkt der Wicklungen 1 und 2, an der Kreuzungsstelle der Leitungen 12 und 15 mit der Leitung 5, zugeführt. Der Strom teilt sich über die Wicklungen 1 und 2, wobei der grösste Teil durch die Wicklung 1 fliesst, da der durch die Wicklung 2 fliessende Strom den Kern 4 längs des steilen Teiles der magnetischen Kennlinie entmagnetisiert, so dass die Wicklung 2 eine hohe Selbstinduktion hat, welche dem Stromdurchgang entgegenwirkt.
Die magnetische Wirkung des Stroms
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auf entsprechende Weise, indem ein Impuls der Steuerklemme der Torschaltung 18 zugeführt wird, wodurch die Wicklung 1 eine hohe Selbstinduktion erhält, die dem Stromdurchgang entgegenwirkt. In diesem
Falle ist der Strom durch die Hilfsleitung H 2 grösser als der Strom durch die Hilfsleitung H 1, so dass der
Kern K2 in negativem Sinne magnetisiert wird.
Die Amplitude der Erregung eines Speicherkernes infolge des Unterschieds zwischen den Strömen durch die Hilfsleitungen kann viele Male grösser als die Koerzitivkraft gewählt werden, wodurch die Speicherkerne innerhalb sehr kurzer Zeit ihren Remanenzzustand ändern können.
Fig. 2 b zeigt eine Hystereseschleife, welche die Beziehung zwischen der Induktion B und dem magnetischen Feld H eines magnetischen Materials veranschaulicht, das sich zur Anwendung in dem Speicher nach der Erfindung eignet. Ein Speicherkern aus einem solchen Material hat die zwei Remanenzzustände P und N. Gemäss der eingangs gegebenen Definition ist das Rechteckverhältnis des Materials gleich dem Verhältnis zwischen der Sättigungsinduktion Bs und der Induktion Si bei Erregung in entgegengesetztem Sinne durch ein magnetisches Feld- J ? e gleich der halben Koerzitivkraft He. Fig. 2 c zeigt eine idealisierte Hystereseschleife eines magnetischen Materials mit einem Rechteckverhältnis gleich 1, das sich zur Verwendung in bekannten Speichern eignet.
Die Erfindung hat somit noch den Vorteil, dass Kerne mit einem stark von dem Wert 1 abweichenden Rechteckverhältnis anwendbar sind und dass die Speicherkerne aus einem billigeren Material hergestellt werden können.
Beim Ablesen des Remanenzzustandes eines Speicherkernes wird dieser in einen bestimmten, z. B. den negativen Remanenzzustand gebracht und die Induktionsänderung des Kernes wird durch eine mit allen Kernen gekoppelte Leseleitung untersucht. Ist ein Kern bereits im negativen Remanenzzustand, so wird er in negativem Sinne gesättigt und nach Beendigung der Erregung kehrt die Induktion in den negativen Remanenzzustand zurück. Die dabei auftretenden Induktionsänderungen sind vorzugsweise minimal, so dass magnetische Materialien mit einem dem Wert 1 nahekommenden Verhältnis zwischen der remanenten Induktion und der Sättigungsinduktion bevorzugt werden.