DE1136737B - Bei tiefen Temperaturen arbeitende Speichereinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

ANMELDETAG: Π. JULI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 20. SEPTEMBER 1962

Die Erfindung betrifft einen Nachrichtenspeicher und insbesondere ein Speichersystem, das einen beliebigen Zugriff oder eine willkürliche Abfragung erlaubt.

Speicher mit beliebigem Zugriff sind normalerweise so aufgebaut, daß eine eindeutige Zuordnung zwischen einer Speicheradresse und einer binären Abfragebzw. Auswahlzahl besteht. Die Vorzüge solcher Speicher sind beispielsweise hohe Arbeitsgeschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit.

Der Informationsfluß zu und von den einzelnen Speicheradressen wird im Betrieb durch die verschiedenen Ziffern der Abfragezahl gesteuert. Der Speicher ist im Betrieb so programmiert, daß der Inhalt und die Adresse der Informationseinheiten während jedes Arbeitsschrittes, der in einem Einspeichern und in einem Abfragen bestehen kann, bekannt sind. Wenn die Adresse einer gesuchten Informationseinheit nicht bekannt ist, muß der Speicher Adresse für Adresse abgefragt werden, bis entweder die gesuchte Einheit gefunden ist oder deren Fehlen nach Abfragen des ganzen Speichers feststeht.

Die Brauchbarkeit von Speichereinrichtungen mit beliebigem Zugriff würde beträchtlich erhöht werden, wenn man in einem einzigen Arbeitsschritt festsstellen könnte, ob sich eine bestimmte Informationseinheit im Speicher befindet oder nicht. Es lassen sich auch sofort neue Verwendungsmöglichkeiten für eine Speichereinrichtung angeben, die es erlaubt, in einem Arbeitsschritt festzustellen, ob eine der eingespeicherten Nachrichteneinheiten eine bestimmte, interessierende Teilinformation enthält oder nicht. So kann beispielsweise die Aufgabe auftreten, festzustellen, ob sich eine mit einem bekannten Namen, einer bekannten Adresse, einer bekannten Autonummer usw. zusammenhängende Information in dem Speicher befindet. Speicher mit beliebigem Zugriff der erwähnten Art würden sich ausgezeichnet z. B. für Inventaraufnahmen, Sortiervorgänge, Recherchen u. dgl. eignen.

Speicherelemente, die auf dem Prinzip der Supraleitung arbeiten, sind bekannt. Bei einer bekannten Speichereinrichtung wird beispielsweise die Tatsache nutzbar gemacht, daß eine supraleitende Schicht eine ideale Abschirmung gegen magnetische Felder darstellt. Das Speicherelement besteht aus einem ein Loch in einer Supraleiterschicht umgebenden Bereich, in dem ein Dauerstrom induzierbar ist. Die beiden Richtungen des Dauerstromes dienen zur Darstellung der beiden Binärziffern. Auf der einen Seite der Supraleiterschicht ist eine Abfragewicklung, auf der anderen eine Ausgangswicklung angeordnet. Läßt Bei tief en Temperaturen arbeitende
Speichereinrichtung

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Juli 1959 (Nr. 826 154)

Milton Webster Green, Menlo Park, Calif.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

man in der Abfragewicklung einen Strom fließen, der ein Magnetfeld zur Folge hat, das sich zu dem Magnetfeld des Dauerstromes addiert, so wird bei geeigneter Dimensionierung die Supraleitung aufgehoben, und das Feld des Abfragestromes kann durch die nun normalleitende Schicht durchgreifen und einen Strom in der Ausgangswicklung induzieren. Wenn sich die Felder dagegen subtrahieren, bleibt die Supraleitung erhalten, und in der Ausgangswicklung tritt kein Indüktionsstrom auf. Ganz abgesehen davon, daß die bekannte Anordnung nur ein Speicherelement und keine Speicheranordnung darstellt, ist sie infolge der erforderlichen Supraleiterflächen, die mit Durchbrechungen versehen sein müssen, unbequem herzustellen.

Es ist ferner eine Cryotronanordnung mit einem zum Betriebsverhalten einer planaren Relaisschaltung dualen Betriebsverhalten bekannt, die mit Supraleitern aufgebaute Parallelstromzweige enthält, welche in Reihe geschaltet sind. Diese bekannte Schaltungsanordnung gibt jedoch keine Lehre, wie ein Speicher aufzubauen ist, der mit einem einzigen Arbeitsgang durchsucht werden kann, ob er eine bestimmte Information enthält.

Durch die Erfindung soll also ein Speicher mit beliebigem Zugriff angegeben werden, bei dem in einem einzigen Arbeitsschritt festgestellt werden kann, ob im Speicher eine bestimmte Information gespeichert ist, ohne daß wie bisher der Speicher Platz für Platz

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durchsucht werden muß. Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem gleichzeitig die Adresse der gesuchten Information ermittelt werden.

Eine bei tiefen Temperaturen arbeitende Speichereinrichtung mit in η Zeilen und m Spalten angeordneten Speicherelementen, die jeweils eine geschlossene Leiterschleife aus einem im Betrieb supraleitenden Werkstoff enthalten, in denen ein Dauerstrom induzierbar ist, dessen beide möglichen Richtungen den zu speichernden Binärziffern 0 bzw. 1 zugeordnet sind und mit einer Anordnung zur Erzeugung eines Abfragemagnetfeldes, das sich dem Feld des in einer bestimmten Schleife kreisenden Dauerstromes überlagert und bewirkt, daß ein Bauteil des betreffenden Speicherelementes zwischen dem normalleitenden und dem supraleitenden Zustand umschaltet oder nicht, je nachdem, ob sich die Felder addieren oder subtrahieren, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der einzelnen Leiterschleifen Arbeitsleiter verlaufen, die so ausgebildet sind, daß ein Stromfluß beliebiger Richtung in einer Leiterschleife bei Abwesenheit des Abfragemagnetfeldes den dieser Leiterschleife zugeordneten Arbeitsleiter im normalleitenden Zustand hält und daß die m Arbeitsleiter eine Zeile parallel und die η so gebildeten Parallelschaltungen in Serie geschaltet sind.

Die Speicheranordnung gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß Informationen in jede gewünschte Stelle des Speichers eingeschrieben werden können. Die einzelnen Speicherelemente skid zerstörungsfrei ablesbar. Mit den verschiedenen Gruppen der supraleitenden Elemente ist ein Satz von Abfrageleitern und ein Satz von Wahrnehmungs- oder Ausgangsleitern gekoppelt. Die Ausgangsleiter und die Abfrageleiter sind in logischer Weise so miteinander verbunden, daß ein den Abfrageleitern zugeführter Satz von Abfragesignalen nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn sich ein entsprechender Satz von Informationssignalen im Speicher befindet.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Speicherelement gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm das kritische Magnetfeld H in Örsted als Funktion der Temperatur (⁰K) für verschiedene Supraleiter;

Fig. 3 und 4 dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 und zeigen die in Betrieb auftretenden Magnetfelder;

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild einer Speichereinrichtung gemäß der Erfindung, die eine Mehrzahl der in Fig. 1 dargestellten Elemente enthält;

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Feststellung der Adresse einer im Speicher befindlichen Information, die für die in Fig. 5 und 6 dargestellten Speichereinrichtungen Verwendung finden kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird eine binäre Information durch die Richtung des Stromflusses in der supraleitenden Schleife 10 wiedergegeben. Einer binären 1 entspricht beispielsweise ein Stromfluß im Uhrzeigersinne, eine binäre 0 wird dann durch einen Stromfluß in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn dargestellt. Die Leiterschleife 10 besteht aus einem supraleitenden Material mit einem verhältnismäßig hohen kritischen Magnetfeld, z. B. Blei.

Die Schleife 10 hat eine längliche Form, um die magnetische Kopplung zwischen der Schleife und den verschiedenen zugeordneten Arbeitsleitern zu verbessern. An Stelle der in Fig. 1 dargestellten Rechteckform können natürlich auch Leiterschleifen anderer Formen verwendet werden.

Fig. 2 zeigt die Übergangskurven verschiedener supraleitender Materialien. Die einzelnen Kurven zeigen die Abhängigkeit des kritischen Magnetfeldes,

ίο das in Örsted auf der Ordinate aufgetragen ist in Abhängigkeit von der absoluten Temperatur im °Kelvin auf der Abszisse. Unterhalb der zugehörigen Kurve befindet sich das entsprechende Material im supraleitenden Zustand, während es in allen Punkten oberhalb der Kurve seinen normalen Widerstand zeigt. Die Kurven selbst sind der Ort der Übergangspunkte zwischen diesen beiden Zuständen für die jeweiligen Materialien; vom Nullpunkt aus gerechnet längs der Abszisse entsprechen die einzelnen Kurven Aluminium, Zinn, Tantal, Blei und Niob.

Die Schleife 10 kann aus einem dünnen Draht oder einer Folie bestehen, das supraleitende Material kann auch auf irgendeine geeignete Unterlage, wie Glas, aufgedampft, aufplattiert, geätzt, durch Photogravüre usw. hergestellt sein. In enger Nachbarschaft der einen Seite der Schleife 10 befinden sich ein erster und ein zweiter Auswahl- oder Adressierleiter 12 und 14 aus einem supraleitenden Material mit einem höheren kritischen Magnetfeld als die Schleife 10.

Die Adressierleiter 12 und 14 können beispielsweise aus Niob bestehen. Dicht bei der anderen Seite der Schleife 10 verlaufen ein Ausgangsleiter 16 und ein Abfrageleiter 18. Der Ausgangsleiter 16 liegt zwischen der Schleife 10 und dem Abfrageleiter 18. Der Ausgangsleiter 16 besteht aus einem Supraleiter mit einem verhältnismäßig niederen kritischen Magnetfeld im Vergleich zu dem kritischen Magnetfeld der Schleife 10 und des Abfrageleiters 18. Der Ausgangsleiter 16 kann beispielsweise aus Zinn, der Abfrageleiter 18 aus Niob bestehen. Die Querschnittsfläche des Ausgangsleiters 16 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendig klein im Vergleich zur Querschnittsfläche der Schleife 10 und des Abfrageleiters 18. Eine kleine Querschnittsfläche des Ausgangsleiters 16 verbessert die Arbeitsweise der Einrichtung, wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird.

Die Einspeieherung einer Information in eine Schleife 10 erfolgt durch gleichzeitige Ströme geeigneter Polarität im ersten und zweiten Adressierleiter 12 und 14. Ströme positiver Polarität in den Adressierleitern in Richtung der Pfeile/^₁ können beispielsweise dazu dienen, einen im Uhrzeigersinn verlaufenden Stromfluß in der Schleife 10 zu induzieren, was der Einspeieherung der Binärziffer 1 entspricht. Die Adressierströme können Trapez-, Rechteckimpulse oder Ströme irgendeiner anderen geeigneten Form sein. Die Adressierströme liefern zusammen ein Magnetfeld, das ausreicht, die Supraleitung in der Schleife 10 aufzuheben. Während des Abfalls der Adressierströme sinkt das durch sie erzeugte Magnetfeld unter den kritischen Wert der Schleife 10, worauf diese wieder supraleitend wird. Der gewünschte Schleifenstrom im Uhrzeigersinn bleibt nach Beendigung der Adressierströme in der Schleife 10 bestehen.

Man beachte, daß ein Adressierstrom allein nicht ausreicht, ein Magnetfeld zu erzeugen, das stark genug ist, die Supraleitung im Leiter 10 aufzuheben, d. h. diesen in den Widerstandszustand zu steuern.

Ein in der entgegengesetzten Richtung fließender Strom, der der Binärziffer 0 entspricht, kann in der Schleife 10 durch Ströme umgekehrter Polarität Is₀ erzeugt werden, die gleichzeitig dem ersten und zweiten Adressierleiter 12 bzw. 14 zugeführt werden.

Die Einrichtung wird in einen Tieftemperaturthermostaten betrieben, die Temperatur ist dabei so gewählt, daß sich der Ausgangsleiter 16 im supraleitenden Zustand befindet, wenn in der Schleife 10 kein Strom fließt. Bei Verwendung der obenerwähnten Materialien wird die Temperatur beispielsweise in der Nähe des absoluten Nullpunkts gehalten. Durch einen in der Schleife 10 fließenden Strom wird am Ort des Ausgangsleiters 16 und des Abfrageleiters 18 ein durch die Pfeile 19 angedeutetes Magnetfeld erzeugt. Da die kritische Feldstärke des Ausgangsleiters 16 verhältnismäßig niedrig liegt, wird der Ausgangsleiter 16 durch das Magnetfeld des Stroms in der Schleife 10 im Normalzustand gehalten. Der Abfrageleiter 18 verbleibt jedoch im supraleitenden Zustand, da er aus einem Material mit einem verhältnismäßig hohen kritischen Feld besteht. Dementsprechend liefert der Widerstandszustand des Ausgangsleiters 16 eine Anzeige dafür, ob in der Schleife 10 eine Binärziffer eingespeichert ist oder nicht. Der Zustand des Ausgangsleiters 16 liefert jedoch keine Anzeige dafür, welche Binärzahl eingespeichert ist, da der Ausgangsleiter 16 durch einen Strom beliebiger Richtung in der Schleife 10 im Normalzustand gehalten wird.

Der Wert der gespeicherten Ziffer, 1 oder 0, wird dadurch festgestellt, daß man in dem Abfrageleiter 18 einen geeigneten Strom fließen läßt. Ein Abfragestrom positiver Polarität in Richtung des Pfeiles Ir erzeugt beispielsweise ein Magnetfeld am Ort des Ausgangsleiters 16 zwischen den Leitern 10 und 18, das dieselbe Richtung besitzt wie ein im Uhrzeigersinn fließender Schleifenstrom. Der Ausgangsleiter 16 wird dadurch einem verstärkten Magnetfeld der dem Schleifenstrom entsprechenden Richtung ausgesetzt, wodurch er im Normalzustand verbleibt. Die sich am Ort des Ausgangsleiters 16 addierenden Felder des im Uhrzeigersinn verlaufenden Schleifenstroms und des positiven Abfragestroms sind schematisch in Fig. 3 dargestellt. Das durch einen positiven Abfragestrom/r erzeugte Magnetfeld ist jedoch am Ort des Ausgangsleiters 16 dem Magnetfeld entgegengerichtet, das durch einen Schleifenstrom erzeugt wird, der gegen die Uhrzeigerrichtung fließt. Die einander entgegengerichteten Felder des positiven Abfragestroms Ir und des entgegen der Uhrzeigerrichtung fließenden Schleifenstroms sind schematisch in Fig. 4 dargestellt. Bei einem gegen die Uhrzeigerrichtung gerichteten Schleifenstroms fällt also das resultierende Magnetfeld am Ort des Ausgangsleiters 16 unter den kritischen Wert, und der Ausgangsleiter 16 wird supraleitend. Durch irgendwelche geeigneten Mittel zur Messung des Widerstandes des Ausgangsleiters 16 während des Abfragens kann dementsprechend bestimmt werden, ob eine binäre 1 oder eine 0 gespeichert ist, die Abfrage hat dabei keine Änderung der Richtung des Schleifenstroms zur Folge. Der Betrag, jedoch nicht die Richtung des in der Schleife 10 fließenden Stroms kann sich während der Abfrage geringfügig ändern, d. h. abnehmen. Diese Abnahme rührt daher, daß die Änderung des Schleifenstroms den Fluß in der Nähe des Schleifenleiters aufrechtzuerhalten strebt. Alle während der Abfrage induzierten Änderungen des Schleifenstroms sind jedoch reversibel, und nach Beendigung der Abfrage stellt sich der Schleifenstrom praktisch wieder auf den ursprünglichen Wert ein.

Zusammenfassend gesagt stellt die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ein supraleitendes Speicherelement dar, das zerstörungsfrei abgefragt werden kann. Man beachte außerdem, daß das Element während der Wahrnehmung der gespeicherten Information

ίο als logische »Und-Schaltung« arbeitet. Der Ausgangsleiter 16 nimmt nämlich dann und nur dann den supraleitenden Zustand an, wenn zur selben Zeit ein Abfragesignal und ein Schleifenstrom richtiger Polarität vorhanden sind.

Die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Abfragung und die logische Funktion des Speicherelementes werden in dem im Anschluß beschriebenen Speicher mit beliebigem Zugriff nutzbar gemacht.

Zur Vereinfachung der Zeichnung ist in Fig. 5 ein Speicher mit einer Anordnung von 4 ■ 6 Speicherelementen der in Fig. 1 beschriebenen Art dargestellt. Selbstverständlich kann der Speicher eine beliebige Zahl von η Reihen und m Spalten besitzen, dabei kann η gleich oder ungleich m sein. Der Speicher 20 dient zur Speicherung von vier binären Wörtern, die jeweils sechs Binärstellen lang sind. Die vier Wörter werden jeweils in dem Speicher in verschiedenen Reihen oder Zeilen gespeichert; die sechs Ziffern oder Buchstaben eines Wortes in einer Zeile werden in verschiedenen Speicherelementen der sechs Spalten gespeichert. Die einzelnen Speicherelemente sind in der in Fig. 1 beschriebenen Weise ausgebildet. Die sechs Spaltenadressierleiter 22 und die vier Zeilenadressierleiter 24 treten in den einzelnen Speicherelementen an die Stelle des ersten und zweiten Adressierleiters in Fig. 1. Die einzelnen Elemente können dabei durch verschiedene Paare aus je einem Spaltenleiter 22 und einem Zeilenleiter 24 adressiert werden. Die sechs Spaltenleiter 22 sind mit ihrem einen Ende an entsprechende sechs Ausgänge einer Spaltenwahlstufe 26 angeschlossen. Die vier Zeilenleiter 24 sind ihrerseits mit den vier Ausgängen einer Zeilenwahlstufe 28 verbunden. Die Spalten- und Zeilenleiter 22 bzw. 24 enden jeweils an einem Punkt, der auf einem Bezugspotential liegt und in der Zeichnung als Masse dargestellt ist. Die sechs Ausgangsleiter 30 der ersten Elementenzeile sind parallel zueinander an ein erstes Paar von Wortsammelleitungen 32 angeschlossen. Die sechs Ausgangsleiter 30 der zweiten, dritten und vierten Elementenzeile sind dementsprechend parallel an ein zweites, drittes und viertes Paar von Wortleitungen 33, 34 bzw. 35 angeschlossen. Drei Serienleiter 38, 39 und 40 verbinden die Wortleitungen in einer Serienparallelschaltung zwischen zwei Verbindungspunkten 36 und 37. Der erste Verbindungspunkt 36 der Serienparallelschaltung ist an den Ausgang einer Meßstromquelle 41 angeschlossen. Der zweite Verbindungspunkt 37 der Serienparallelschaltung ist an den Eingang einer Meßeinrichtung 42 angeschlossen. Die Meßeinrichtung 42 kann irgendeine geeignete Widerstandsmeßschaltung enthalten, die eine Unterscheidung zwischen einem verhältnismäßig hohen und einem verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert gestattet und ein dement-

6g sprechendes Ausgangssignal liefert. Die Meßstromquelle 41, die Spalten- und Zeilenwahlstufen 26 und 28 und die Meßeinrichtung 42 besitzen jeweils auch eine Masseleitung. Die Meßeinrichtung 42 ist mit

zwei Ausgangsklemmen 49 versehen. Die Wortverbindungsleitungen 38, 39 und 40 und die waagerechten Sammelleitungen 32, 33, 34 und 35 können aus irgendeinem geeigneten Material, wie Niob, bestehen und befinden sich vorzugsweise im Betrieb des Speichers im supraleitenden Zustand.

Die Einheit 20 wird im Betrieb auf einer so tiefen Temperatur gehalten, daß die einzelnen Komponenten in Abwesenheit eines Magnetfeldes supraleitend sind.

dritten und vierten Zeile stellen einen Kurzschluß für den Meßstrom Is dar. Die Ausgangsleiter 30 der zweiten Zeile bieten dem Meßstrom Is jedoch einen gewissen Widerstand, da sich alle Ausgangsleiter 5 30 dieser Zeile im Normalzustand befinden, also einen dementsprechenden Widerstand aufweisen. Der an dem zweiten Wortleitungspaar auftretende Spannungsabfall wird durch die Meßeinrichtung 42 wahrgenommen, die ein bestimmtes Ausgangssignal

Die Spalten- und Zeilenwahlstufen 26 bzw. 28 er- io an die Ausgangsklemmen 44 liefert. Dieses spezielle

möglichen, in üblicher Weise die einzelnen binären Ausgangssignal zeigt an, daß sich das interessierende

Worte in den verschiedenen Matrixzeilen zu spei- Wort 010101 im Speicher befindet,

ehern. Die Wahlstufen selbst können ebenfalls Ein- Wenn sich jedes der in der Matrix eingespeicherten

heiten sein, die bei tiefer Temperatur betrieben wer- Wörter in einer oder mehreren Stellen von dem inter-

den müssen, z. B. Anordnungen, wie sie in der am 15 essierenden Wort unterscheidet, ist zwischen allen

29.4.1958 erschienenenUSA.-Patentschrift2 832 897 Wortleitungspaaren 32 bis 35 ein supraleitender

(Dudley A. Buck) beschrieben sind. Beim bitweisen Einspeichern der einzelnen Worte in eine gewünschte Zeile können die Spaltenwahlstufe 26 und die Zeilenwahlstufe 28 synchron arbeiten.

Es sei nun beispielsweise angenommen, daß die vier in der Matrix gespeicherten Worte aus den in den Speicherelementen der in Fig. 5 dargestellten Speichermatrix 20 eingetragenen Binärziffern 1 bzw. 0 bestehen. Es sei ferner angenommen, daß aus 25 irgendeinem Grunde festgestellt werden soll, ob das Wort 010101 tatsächlich in der Matrix eingespeichert ist. In diesem Falle wird die Wortwahlstufe 29 durch

Stromweg vorhanden. Die Meßeinrichtung 42 nimmt dann wahr, daß sich dem Meßstrom Is kein wahrnehmbarer Widerstand darbietet. In diesem Falle gibt 20 die Meßeinrichtung 42 ein anderes Ausgangssignal ab. Man beachte, daß das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 44 eine binäre Information ja oder nein liefert, ob sich das interessierende Wort im Speicher befindet oder nicht.

In entsprechender Weise kann das Vorhandensein oder die Abwesenheit irgendeines anderen Wortes im Speicher dadurch festgestellt werden, daß man durch die Wortwahlstufe 29 den Abfrageleitern 27 entspre-

die sechs Binärziffern 2° bis 2⁵ des interessierenden chende Abfrageströme Ir bzw. Ir' zuführt. Der von

Wortes so gesteuert, daß positive Abfrageströme Ir 30 der Meßstromquelle 41 abgegebene Strom Ir liefert

der zweiten, vierten und sechsten Abfrageleitung 27 dann an die Meßeinrichtung 42 ein Ausgangssignal,

zugeführt werden, die den eine binäre 1 enthaltenden das anzeigt, ob sich das gewünschte Wort im Spei-

Stellen des Wortes entsprechen. Abfrageströme Ir' eher befindet oder nicht.

entgegengesetzter Richtung werden der ersten, drit- Der Abfragevorgang verläuft bei der in Fig. 5 ten und fünften Abfrageleitung 27 zugeführt entspre- 35 dargestellten Anordnung bezüglich der verschiedenen chend den Stellen des gewünschten Wortes, die eine Ziffern oder Buchstaben eines Wortes parallel, binäre 0 enthalten. Man erinnere sich daran, daß sich Manche Systeme arbeiten bezüglich der einzelnen alle Ausgangsleiter 30 infolge der in den einzelnen Bits eines Wortes serienmäßig, d. h., daß die den Speicherelementen fließenden Strömen im Normal- einzelnen Bits entsprechenden Signale in einer bezustand befinden, d. h. nicht supraleitend sind, bevor 40 stimmten Reihenfolge serienmäßig zugeführt werden, irgendwelche Abfrageströme zugeführt werden. Die beispielsweise beginnend mit der höchsten Stelle. Der Abfrageströme Ir bewirken, daß die Ausgangsleiter oben beschriebene Abfragevorgang ist seiner Natur 30 der zweiten, vierten und sechsten Spalte, die mit nach vergänglich. Durch Verwendung von Hilfseine binäre 0 enthaltenden Speicherelementen gekop- speichern für die einzelnen Informationsstellen kann pelt sind, supraleitend werden. In der zweiten Spalte 45 der Abfragevorgang jedoch auch bei serienmäßig bleibt daher der Ausgangsleiter 30 der zweiten, dritten arbeitenden Systemen Verwendung finden, und vierten Zeile im Normalzustand. Der Ausgangs- Die in Fig. 6 dargestellte Speichereinrichtung kann leiter 30 der ersten Zeile und zweiten Spalte wird sowohl in Verbindung mit parallel arbeitenden als dagegen supraleitend. In der ersten Spalte bewirkt auch mit serienmäßig arbeitenden Anlagen verwendet der Abfragestrom Ir', daß der erste und dritte Aus- 50 werden. In der Zeichnung sind der Einfachheit halber gangsleiter 30 supraleitend werden, während der nur die an den vier Ecken der η Zeilen und m Spalten zweite und vierte Ausgangsleiter 30 imNormalzustand umfassenden Matrix 51 gelegenen Speicherelemente bleiben. Dementsprechend ändern auch die Abfrage- im einzelnen dargestellt. Bei jeder supraleitenden ströme Ir und Ir' den Widerstandszustand der Aus- Leiterschleife 10 ist ein besonderes Hilfsspeichergangsleiter 30 bei den eine binäre 0 bzw. eine bi- 55 element 53 vorgesehen. Die übrigen Teile der Anordnäre 1 enthaltenden Speicherelementen der dritten nung nach Fig. 6 entsprechen den gleichartigen EIebis sechsten Spalte. Während also in den Abfrage- menten der Anordnung in Fig. 5. Eine Wortwahlstufe leitern 27 Abfrageströme Ir und I/ fließen, gibt es in 53 dient dazu, den m Abfrageleitern 52 m getrennte allen Zeilen mit Ausnahme der zweiten einen oder Abfragesignale Ir oder // gleichzeitig oder nacheinmehrere supraleitende Ausgangsleiter 30. In der zwei- 60 ander zuzuführen. Die Hilfsspeicherelemente 53 beten Zeile sind jedoch alle Ausgangsleiter 30 im stehen aus entsprechenden stromführenden Schleifen Normalzustand. in den einzelnen Abfrageleitern 52 bei den Speicher-Zu irgendeinem geeigneten Zeitpunkt nach dem schleifen 10 der einzelnen Spalten. Jedes Hilfsspei-Abklingen der durch die Abfragesignale verursachten cherelement 53 enthält zwei Teile: Ein erster schlei-Einschwingvorgänge wird durch die Meßstromquelle 65 fenförmiger Teil 54 des Abfrageleiters 52 verläuft ein 41 ein Meßstrom Is an die in Serie und parallel ge- Stück in nächster Nähe des Ausgangsleiters 30 der schalteten Wortsammelleitungen 32 bis 35 geliefert. entsprechenden Speicherschleife 10. Mit dem Aus-Die supraleitenden Ausgangsleiter 30 in der ersten, druck »in nächster Nähe« ist gemeint, daß das durch

einen Strom in der Leiterschleife 54 erzeugte Magnetfeld auf den benachbarten Ausgangsleiter 30 einwirken kann, wie noch näher beschrieben werden wird. Der zweite Teil des Hilf sspeicherelementes 53 besteht aus einer Brücke 55 aus einem anderen supraleitenden Material als der Abfrageleiter 52. Der kritische Wert für das Magnetfeld des Materials der Brücke 54 soll niedriger liegen als der des Materials des Abfrageleiters 52. Eine derartige Speichereinrichtung ist in einer Arbeit von M.J.Buckingham, »A superconducting memory and switching element for computers«, in dem Buch: »Low Temperature Physics & Chemistry« (Verlag The University of Wisconsin Press, 1954) beschrieben. Die Brücke 55 kann auch aus einem Supraleiter bestehen, dessen kritisches Feld höher liegt als das des Abfrageleiters 52. Alle Hilfsspeicherelemente 53 einer Spalte sind durch den Abfrageleiter 52 dieser Spalte in Serie geschaltet.

Im Betrieb erzeugt ein einem Abfrageleiter 52 zugeführter Abfragestrom Ir einen dauernden, in Uhrzeigerrichtung fließenden Strom in den einzelnen Hilfsspeicherelementen 53, die mit diesem Abfrageleiter 52 verbunden sind. Ein Abfragestrom // umgekehrten Vorzeichens erzeugt einen in Gegenuhrzeigerrichtung dauernd fließenden Strom in den einzelnen Hilfsspeicherelementen 53, die mit dem den Strom Ir' führenden Abfrageleiter 52 verbunden sind. Der obengenannte Artikel enthält eine Erklärung, warum durch die Ströme Ir und Ir' in den geschlossenen Leiterschleifen 53 dauernd fließende Ströme entsprechenden Vorzeichens erzeugt werden. Der im Uhrzeigersinne fließende, durch den Abfragestrom Ir erzeugte Schleifenstrom fließt auch nach Aufhören des Stroms Ir weiter in einem Hilfsspeicherelement 53, bis ein Abfragestrom// entgegengesetzten Vorzeichens angelegt wird, der einen Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung zur Folge hat. In gleicher Weise fließen in dem betreffenden Hilfsspeicherelement 53 Ströme entgegen der Uhrzeigerrichtung, bis ein neuer Abfragestrom Ir angelegt wird. Die Hilfsspeicherelemente 53 der einzelnen Spalten dienen also dazu, die der Polarität des dieser Spalte zuletzt zugeführten Abfragestromes entsprechende Information zu speichern. Dementsprechend kann die Wortwahlstufe 53 den einzelnen Abfrageleitern 52 die individuellen Abfrageströme Ir und Ir' gleichzeitig oder nacheinander zuführen.

Die in den Schleifen 54 der einzelnen Hilfsspeicherelemente 53 fließenden Ströme erzeugen ein Magnetfeld, das in der Nähe der Ausgangsleiter 30 das Feld schwächen oder verstärken, das von dem Stromfluß in der zugehörigen Speicherschleife 10 herrührt. Dementsprechend befinden sich die einzelnen Ausgangsleiter zwischen einem Speicherelement 10 und einem Hilfsspeicherelement 53 im supraleitenden Zustand oder nicht, wie oben in Verbindung mit der Einrichtung nach Fig. 5 erläutert wurde. Nach der Zuführung von Abfragesignalen Ir und Ir' ist also dann und nur dann im Stromkreis des Meßsignals Is ein Widerstand wahrnehmbar, wenn das interessierende Wort tatsächlich in der Matrix eingespeichert ist.

Die Matrix kann nach irgendeinem anderen interessierenden Wort abgefragt werden, indem durch entsprechende Abfrageströme der Stromfluß in den Leiterschleifen der einzelnen Hilfsspeicherelemente 53 entsprechend eingestellt wird.

Die Anpassungsfähigkeit und die Arbeitsgeschwindigkeit können dadurch weiter verbessert werden, daß man Mittel vorsieht, durch die die Adresse der Information festgestellt wird, nachdem bekannt ist, daß sie sich in dem Speicher befindet. Die Information kann natürlich dadurch gefunden werden, daß man die Speicherplätze einen nach dem anderen abfragt. Dieses Verfahren ist jedoch bei Speichern großer Kapazität sehr zeitraubend. Ein zweckmäßiges Verfahren besteht darin, bei den Speicherplätzen jedes einzelnen Wortes eine Gruppe von Speicherelementen vorzusehen, die die entsprechenden Speicherplätze bezeichnen. Es ist beispielsweise angenommen, daß die einzelnen Wörter bei einem 64 000 Wörter fassenden Speicher in den verschiedenen Zeilen der Speichermatrix gespeichert sind. Es sei ferner angenommen, daß die Informationen so aufgebaut sind, daß sich die einzelnen Wörter in mindestens einer Binärstelle unterscheiden, wie es bei der Datenverarbeitung für wissenschaftliche und geschäftliche Zwecke üblich ist. Für Geschäftszwecke können die Informationen bei-

ao spielsweise nach Lagernummern geordnet sein. Für wissenschaftliche Zwecke kann beispielsweise eine einfache Durchnumerierung der Informationen vorgesehen werden. Zusätzlich zu einem eindeutigen, zur Kennzeichnung dienenden Teil (Kennung) kann ein Wort eine Anzahl von zugehörigen Angaben enthalten. Eine Anzahl von ρ Bits eines Wortes stellen also dessen Kennung dar, und die verbleibenden q Bits des Wortes entsprechen den zugehörigen Angaben.

Für das angenommene Fassungsvermögen von 64 000 Wörtern genügen sechzehn Stellen, um die 64 000 Speicheradressen eindeutig zu bezeichnen. Bevor irgendwelche Angaben wirklich in den Speicher eingeschrieben werden, werden sechzehn Speicher-

elemente jeder Zeile in den Eins- bzw. Nullzustand entsprechend der 16stelligen Adresse eingestellt. Die Einspeicherung der Adressenziffern in die entsprechenden Wortzeilen kann als Teil des Herstellungsvorganges des Speichers betrachtet werden und braucht nicht wiederholt zu werden. Man beachte, daß die Adressen die gleichen bleiben, auch wenn sich zu verschiedenen Zeiten die ρ+q Bits der gespeicherten Wörter ändern, wenn verschiedene Wörter im Betrieb des Speichers in dieselben Plätze eingeschrieben und abgefragt werden. So kann z. B. einmal die Adresse 5000 eine Autonummer und die zugehörigen Daten enthalten, während später die Adresse 5000 eine andere Autonummer und die dieser zugehörigen Daten enthält. Die sechzehn Adressenziffern für den Speicherplatz mit der Adresse 5000 bleiben jedoch erhalten, auch wenn wiederholt eine neue Information auf dem diese Adresse entsprechenden Platz gespeichert wird.

Angenommen, die sechzehn Adressenziffern seien anfänglich längs der ersten sechzehn Spalten des Speichers gespeichert. Die ersten sechzehn Speicherelemente 10 in jeder Zeile sind dann also für die Adressenziffern verbraucht. Die verbleibenden p+q Elemente 10 in jeder Zeile dienen dann zur Speicherung der Informationsziffern. Im Betrieb wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines bestimmten Wortes im Speicher durch Abfragen der ρ Spalten entsprechend den ρ Stellen der Kennung dieses Wortes festgestellt. Man beachte, daß die ρ Kennziffern in keinem Zusammenhange mit dem tatsächlichen Speicherplatz des Wortes in dem Speicher stehen und nur zur Kennzeichnung des Wortes selber dienen.

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Angenommen, die Meßeinrichtung liefert ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß das gewünschte Wort in der Matrix gespeichert ist. Zur Feststellung des Speicherplatzes werden dann ρ Abfragesignale entsprechend den ρ Ziffern des gewünschten Wortes und ein zusätzlicher Abfragestrom Ir der ersten Spaltenleitung der Matrix zugeführt. Wie erwähnt, entspricht ein Strom Ir der Binärziffer 1. Alle Ausgangsleiter 30 der ersten Spalte, die mit einem Speicherelement gekoppelt sind, indem eine 1 eingespeichert ist, verbleiben also im Normalzustand, wie in Verbindung mit Fig. 5 und 6 erläutert wurde. Anschließend läßt man einen Meßstrom Is fließen, wobei die Meßeinrichtung nur dann das Ausgangssignal »ja« liefert, wenn die erste Adressenziffer des gesuchten Wortes eine 1 ist. Ist die erste Adressenziffer des gesuchten Wortes eine 0, so liefert die Meßeinrichtung die Anzeige »nein«. Im »ja«-Falle werden als nächstes sowohl der ersten als auch der zweiten Spalte der Speichermatrix Abfrageströme Ir zusätzlich zu den ρ Kennungssignalen zugeführt. Im »nein«-Falle wird dagegen der ersten Spalte der Speichermatrix ein Strom Ir¹ umgekehrten Vorzeichens zugeführt, während gleichzeitig der zweiten Spalte ein Abfragestrom Ir zugeführt wird, zusätzlich mit den ρ Kennungssignalen. Nachdem die beiden Adressenabfrageströme und die ρ Kennungsströme zugeführt sind, läßt man einen zweiten Meßstrom Is fließen. Die Meßeinrichtung liefert nun wieder nur dann das Ausgangssignal »ja«, wenn die ersten beiden Adressenziffern der Adresse des gesuchten Wortes den beiden angelegten Adressenabfrageströmen entsprechen. Liefert die Meßeinrichtung den Ausgang »nein«, so wird die Richtung des zweiten Adressenabfragestromes umgekehrt, und ein dritter Adressenabfragestrom Ir wird der Abfrageleitung der dritten Spalte zugeführt. Dieses Verfahren wird so lange wiederholt, bis die sechzehn ersten Spalten des Speichers alle abgefragt sind. Am Ende des Abfragevorganges ist die Adresse des gesuchten Wortes durch die sechzehn Ziffern 1 und 0, die sich während des Abfragevorganges ergeben haben, bestimmt. Die Einstellvorrichtungen des Speichers können dann entsprechend der nun bekannten Speicheradresse eingestellt werden, so daß alle Teile des gesuchten Wortes abgelesen werden können.

Das gefundene Wort kann in irgendeiner geeigneten Weise abgelesen werden. So kann z. B. ein Ablesestrom eines bestimmten Vorzeichens der Zeilenleitung 22 des betreffenden Wortes in den verschiedenen Spaltenleitungen 22 individuelle Signale erzeugen. Diese induzierten Signale entsprechen jeweils den Ziffern in den Speicherelementen, von denen die induzierten Signale stammen. Eine Anzahl von m geeigneten Meßeinrichtungen kann dazu dienen, die m abgelesenen Signale wahrzunehmen, die in den m Spaltenleitungen 22 induziert werden. Gewünschtenfalls kann ein nicht dargestellter Satz von m getrennten Abfrageleitungen mit den m Spalten der Speicherelemente zur Aufnahme der abgefragten Signale gekoppelt werden.

Die Adresse eines gesuchten Wortes kann mittels der in Fig. 7 dargestellten Suchschaltung in einem einzigen Arbeitsschritt festgestellt werden. Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist die Suchschaltung 60 in Fig. 7 nur mit einer kleinen Kapazität dargestellt, sie enthält hier acht Eingänge und drei Ausgänge. Selbstverständlich kann die Suchschaltung in der Praxis eine beliebige Anzahl von Eingängen und Ausgängen enthalten. Die acht Eingänge 62 der Suchschaltung sind jeweils mit den einzelnen Wortsammelleitungen einer Speichermatrix mit acht Zeilen von Speicherelementen verbunden. Die Suchschaltung 60 enthält acht verschiedene Wahlstufen, die beispielsweise als Cryotrone ausgebildet sein können. Derartige Schaltungen und ihre Arbeitsweise sind bekannt und beispielsweise in dem obenerwähnten Patent von Buck beschrieben. Die einzelnen Wahlstufen enthalten jeweils eine Steuerwicklung 64, deren Anschlüsse jeweils an die Eingangsleitung 62 angeschlossen sind. Drei Schleusenwicklungen 66, 68 und 70 sind entsprechend einem Kombinationscode an die acht Steuerspulen angekoppelt. Die drei Schleusenwicklungen liefern eine Gruppe von drei Ausgangssignalen 2°, 2¹ und 2², je nachdem, welche der Steuerwicklungen 64 erregt ist. Die erste Steuerwicklung 66 entsprechend der Ziffer 2² ist nur mit den von oben gerechnet ersten vier Steuerspulen 64 gekoppelt. Die

ao zweite, der Ziffer 2¹ entsprechende Schleusenwicklung 68 ist mit der ersten und zweiten und der fünften und sechsten Steuerwicklung 64 gekoppelt. Die der Ziffer 2° entsprechende Steuerwicklung ist mit der ersten, dritten, fünften und sechsten Steuerwicklung 64 gekoppelt. Die achte Steuerwicklung 64 ist weder mit der Schleusenwicklung 66, 68 oder 70 gekoppelt.

Im Betrieb stellen die einzelnen Wortleitungen des Speichers einen oder mehrere supraleitende Stromzweige parallel zu einer Steuerwicklung 64 dar. Ein bestimmtes Wort ergibt, wenn es im Speicher vorhanden ist, parallel zu der zugeordneten Steuerwicklung 64 einen einen Widerstand aufweisenden Stromzweig. Wenn den Wortleitungen ein Meßstrom zugeführt wird, verzweigt er sich zwischen einer Steuerspule 64 und einem parallel geschalteten Arbeitsteiler 30 entsprechend deren Widerstand und Induktivität. Da die Steuerspule 64 eine Anzahl von Windungen besitzt, ist ihre Induktivität höher, und der ganze Meßstrom fließt praktisch durch den supraleitenden Arbeitsleiter 30. Am Ort des gesuchten Wortes besitzen jedoch alle Arbeitsleiter 30 dieses Wortes einen endlichen Widerstand, so daß praktisch der ganze Meßstrom durch die entsprechende Steuerspule 64 fließt.

Die einzelnen Schleusenwicklungen 66, 68 und 70 sind normalerweise supraleitend, außer wenn ein beträchtlicher Strom in einer Steuerwicklung 64 fließt, die mit dieser Schleusenwicklung gekoppelt ist. Wenn also der Meßstrom Is durch die erste Steuerwicklung 64 fließt, hören die drei Schleusenwicklungen 66, 68 und 70 auf, supraleitend zu sein und zeigen während des Meßvorganges ihren normalen Widerstand. Fließt der Meßstrom durch die vierte Steuerwicklung 64, so nimmt nur die Schleusenwicklung 66 ihren Normalzustand an usw. für alle anderen Steuerwicklungen 64. Wenn in der achten Steuerspule 64 ein Meßstrom fließt, bleiben alle drei Schleusenwicklungen 66, 68 und 70 im supraleitenden Zustand. Eine während des Meßvorganges ihren normalen Widerstand aufweisende Schleusenwicklung 66 bis 70 zeigt also die Ziffer 0 an, während der supraleitende Zustand einer Schleusenwicklung 66 bis 70 einer binären 1 entspricht, so daß die Adresse des gesuchten Wortes in einem einzigen Arbeitsschritt ermittelt werden kann. Der Suchvorgang kann natürlich auch mit anderen kombinatorischen Schaltungen cryoelektrischer Einrichtungen ausgeführt werden. Für größere Speicher kann beispielweise eine Pyramide cryo-

elektrischer Einrichtungen verwendet werden, um die erforderlichen zusätzlichen Adressensignale zu Hefern. Der oben beschriebene Speicher ermöglicht ein löschungsfreies Abfragen der gespeicherten Information und auch in größeren Anlagen auf einfache Weise zu bestimmen, ob sich eine bestimmte Information unter dem Speicherinhalt befindet oder nicht. Eine Anzahl von Speichermatrizen können zu einem dreidimensionalen Speichersystem vereinigt werden. In diesem Falle können zur magnetischen Abschirmung zwischen den einzelnen Ebenen Abschirmbleche oder Folien aus supraleitendem Material vorgesehen werden, so daß ein sehr gedrängter Aufbau des Speichers möglich ist, ohne daß die Gefahr einer unerwünschten Kopplung der durch die einzelnen Speicherelemente erzeugten Magnetfelder besteht.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:
   1. Bei tiefen Temperaturen arbeitende Speichereinrichtung mit in η Zeilen und m Spalten angeordneten Speicherelementen, die jeweils eine geschlossene Leiterschleife aus einem im Betrieb supraleitenden Werkstoff enthalten, in denen ein Dauerstrom induzierbar ist, dessen beide möglichen Richtungen den zu speichernden Binärziffern 0 bzw. 1 zugeordnet sind und mit einer Anordnung zur Erzeugung eines Abfragemagnetfeldes, das sich dem Feld des in einer bestimmten Schleife kreisenden Dauerstromes überlagert und bewirkt, daß ein Bauteil des betreffenden Speicherelementes zwischen dem normalleitenden und dem supraleitenden Zustand umschaltet oder nicht, je nachdem, ob sich die Felder addieren oder subtrahieren, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der einzelnen Leiterschleifen (10) Arbeitsleiter (30) verlaufen, die so ausgebildet sind, daß ein Stromfluß beliebiger Richtung in einer Leiterschleife bei Abwesenheit des Abfragemagnetfeldes den dieser Leiterschleife zugeordneten Arbeitsleiter im normalleitenden Zustand hält, und daß die m Arbeitsleiter einer Zeile parallel und die η so gebildeten Parallelschaltungen in Serie geschaltet sind.
2. 2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Speicherelementen einer Spalte jeweils eine getrennte Abfrageanordnung zugeordnet ist, die bei den «Arbeitsleitern der betreffenden Spalte liegt.
3. 3. Speichereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsleiter (30) zwischen der zugehörigen Leiterschleife (10) und der zugehörigen Abfrageanordnung angeordnet sind.
4. 4. Speichereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3 für eine gleichzeitige Zuführung von Abfragesignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageanordnung getrennte Abfrageleitungen (27) enthält.
5. 5. Speichereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3 für eine serienmäßige Zuführung von Abfragesignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageanordnung jeder Spalte in Reihe geschaltete Elemente enthält, in denen ein Dauerstrom erzeugt werden kann.
6. 6. Speichereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus geschlossenen Leiterschleifen (53) bestehen, die zwei verschiedene Supraleiterwerkstoffe enthalten.
7. 7. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung zur Zuführung einer Signalkombination, die einer gewünschten Ziffernfolge entspricht, an die Abfrageanordnungen mindestens eines Teiles der Spalten der Speichereinrichtung.
8. 8. Speichereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Adresse eines in der Speicheranordnung gespeicherten Wortes, die «Eingänge besitzt, welche mit jeweils einer der η Parallelschaltungen verbunden und mit 2 log η Ausgängen logisch so verknüpft sind, daß ein Eingangssignal an einem der Eingänge eine Signalkombination an den Ausgängen liefert, die der Adresse der mit diesem Eingang verbundenen Parallelschaltung entspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1056182;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 914 735;
   IBM-Journal, 1957, Oktober, S. 294 bis 303.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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