DE1239731B - Magnetisches Speicherelement - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWWS PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 al-37/06

Nummer: 1239 731

Aktenzeichen: 112435 IX c/21 al

1 239 T 3 1 Anmeldetag: 9. November 1956

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speicherelement mit mehreren magnetischen Flußpfaden.

Es ist bekannt, aus magnetischen Werkstoffen mit hoher Remanenz Speicherelemente zur Aufbewahrung binär verschlüsselter Werte in der Form eines von zwei möglichen Remanenzzuständen zu bilden. Für Speichereinheiten werden die meist toroidförmigen Elemente auf die Schnittpunkte eines Koordinatennetzes verteilt und mit spalten- und zeilenweise verbundenen Wicklungen magnetisiert. Die Auswahl eines Speicherelementes geschieht durch koinzidente Stromimpulse auf die Spalten und Zeilenleitung, die sich bei dem gewünschten Element schneiden. Dieses erleidet unter den in gleichem Sinne wirkenden Feldstärkeanteilen aus den beiden Stromimpulsen eine Ummagnetisierung. Da alle auf der betreffenden Zeile und Spalte liegenden Kerne von einem Impuls getroffen werden, darf dieser nur einen Feldstärkewert kleiner als die Koerzitivkraft hervorrufen. Andererseits muß der doppelte Wert mindestens Sättigung erzeugen. Innerhalb dieser Grenzen sind also die Stromimpulse in ihrer Amplitude festgelegt und einzuhalten, obwohl es wünschenswert wäre, die Amplitude zu erhöhen, weil dadurch die Geschwindigkeit der Ummagnetisierung und damit die Arbeitsgeschwindigkeit sowie die Größe des Ausgangssignals gesteigert würden. Damit verbunden sind hohe Anforderungen an die Rechteckigkeit der Hystereseschleife. Der gespeicherte Wert ist nach Entnahme nicht mehr im Speicherelement enthalten, falls er weiter verfügbar bleiben soll, muß er nach jedem Entnahmevorgang wieder eingetragen werden. Weiter sind magnetische Speicherelemente bekannt, deren Flußpfad an einer Stelle in zwei Zweige aufgespalten ist. Mittels eines dem einen dieser Zweige aufgeprägten Hilfsflusses läßt sich eine nichtlösende Abführung des Speicherwertes bewerkstelligen.

Es sind auch als Transluxoren bekannte Anordnungen vorgeschlagen worden, die aus einem magnetisierbaren Material bestehen, das im wesentlichen eine rechteckige Hystereseschleife hat. In dem Körper sind mehrere Löcher oder Öffnungen vorhanden, durch welche mehrere Flußwege, die sowohl gemeinsame als auch getrennte Teile haben, gebildet werden. Ist ein solcher Flußweg in zwei Abschnitten seiner Länge mit entgegengesetzten Vorzeichen magnetisch gesättigt, so kann nur wenig oder gar keine Signal- oder Energieübertragung zwischen zwei lediglich in diesem einen Flußweg einkoppelnden Spulen oder Wicklungen stattfinden, da eine derartige Übertragung voraussetzen würde, daß in dem Flußweg eine Flußänderung stattfindet, die aber in Magnetisches Speicherelement

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,

Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:
Lloyd Philip Hunter,
Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. November 1955
(546 180)

beiden Richtungen verhindert wird, nachdem der eine Abschnitt des Weges in der einen Richtung und der andere Abschnitt in der anderen Richtung bereits gesättigt ist. Diese Anordnungen werden im wesentlichen zur Steuerung einer Energie oder auch Signalübertragung verwendet. Es ist auch bekannt, derartige Anordnungen als Speicherelemente zu verwenden, wobei aber die eingangs im Zusammenhang mit toroidförmigen Speicherelementen angegebenen Toleranzen zu beachten sind.

Es sind weiterhin auch aus zwei Elektronenröhren bestehende bistabile Anordnungen zur Speicherung von binären Werten bekannt. Diese Anordnungen gestatten zwar eine wiederholte zerstörungsfreie Entnahme der gespeicherten Werte, haben aber den Nachteil, daß sie eine ständige Energiezufuhr benötigen, ohne die die gespeicherten Werte zerstört werden. Darüber hinaus sind derartige Anordnungen kostspielig und wartungsbedürftig.

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Die eingangs erwähnten magnetischen Speicherelemente haben dagegen den Nachteil, daß sie entweder ein zerstörungsfreies Auslesen nur mit einem relativ großen Aufwand ermöglichen und daß die Einschreib- oder Löschimpulse sehr engen Toleranzen unterworfen sind, was den Betrieb derartiger Anordnungen erschwert und mit gewissen Unsicherheitsfaktoren belastet. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Konstanz und Leistungsfähigkeit der Stromversorgungs- und Impulserzeugungsvorrichtungen sehr hoch.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung ein magnetisches Element aus einem Material mit zwei stabilen Remanenzzuständen, bei dem der Querschnitt eines in sich geschlossenen Flußpfades an zwei Stellen in Teilquerschnitte aufgeteilt ist, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß alle Teilquerschnitte der ersten Aufteilungsstelle mit Eingangswicklungen verkettet sind, die nur bei gleichzeitiger Erregung mit jeweils die Sättigung der Teilquerschnitte bewirkenden Mindeststromgröße eine Ummagnetisierung des Elements bewirken, und daß außerdem nur noch die Ausgangswicklung vorhanden ist, die an der zweiten Aufteilungsstelle den Teilquerschnitt mit dem Flußpfad größter Gesamtlänge umgibt.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Ausführungsform des Speicherelementes, in

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des Speicherelementes, in

F i g. 3 Flußverläufe in dem Element der F i g. 1, in

F i g. 4 a bis 4 d Flußverläufe in dem Element der Fig. 2, in

F i g. 5 eine dritte Ausführungsform des Speicherelementes und in

F i g. 6 eine Ebene eines dreidimensionalen Speichers mit den erfindungsgemäßen Elementen.

Das erfindungsgemäße Speicherelement 10 der F i g. 1 ist toroidförmig. An zwei gegenüberliegenden Stellen ist ein Querschnitt durch Bohrungen 12 und 14 in zwei gleiche Teile geteilt. Durch die Bohrung 12 führen zwei Wicklungenx und y; jede ist mit einer Querschnittshälfte verkettet. Die Eingabe eines Speicherwertes durch Einstellung des einen oder anderen Remanenzzustandes erfolgt durch gleichzeitige Zufuhr von Stromimpulsen zu den Wicklungen χ und y mindestens solcher Größe, daß jede Querschnittshälfte die Sättigung erreicht. Für die Entnahme des Speicherwertes geschieht derselbe Vorgang mit entgegengesetzter Stromrichtung.

Die Abfühlwicklung s ist mit dem äußeren Querschnittsteil bei der Bohrung 14 verkettet und liefert nur bei gleichzeitiger Beaufschlagung der Eingangswicklungenx und y ein Signal. Die Erregung nur einer Eingangswicklung bewirkt im Speicherelement einen komplizierten Flußverlauf, der die äußeren Randbezirke des Toroids fast unverändert läßt und die Flußrichtungen in den inneren Bezirken umkehrt. Der durch Messungen ermittelte Flußverlauf ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Dort zeigen die mit Φ₁ beschrifteten, punktierten Kreise den der Darstellung einer binären »0« willkürlich zugeordneten Remanenzzustand, welcher durch die gemeinsame Wirkung von χ und y entstand. Wenn eine dieser Wicklungen anschließend allein einen Impuls erhält, bildet sich der in gestrichelten und strichpunktierten

Linien eingetragene Flußverlauf aus. Rund um die Bohrung 12 resultiert ein kreisförmiger Remanenzfluß Φ„ dessen Umlaufrichtung von der gewählten Wicklung (x, y) und der Stromrichtung darin abhängt. Die eingetragene Richtung (Uhrzeigersinn) kann von einem positiven Impuls in y herrühren. Im Hauptteil des Kernes entsteht der nierenförmige Fluß Φ₂, der in dem mit s verketteten Randbezirk mit dem ursprünglichen Fluß Φ₁ gleichgerichtet ist. Der

ίο Grund, warum gerade der äußere Teil unverändert bleibt, ist in den größeren Volumen dieses Teils zu suchen, der die Leistung für das Ummagnetisieren des inneren liefert.
In der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform des Speicherelementes sind die Bezeichnungen der F i g. 1 übernommen. Die Teilflußpfade beidseits der Öffnungen 12 und 14 sind je von gleichem Querschnitt, dargestellt durch die Breite A des rechteckig angenommenen Querschnitts. Die Breite B hat den

ao doppelten Wert, damit einerseits durch gleichzeitige Sättigung der linkseitigen Teilflußpfade mittels* und y das Mittelstück des Elementes sättigbar ist und andererseits die Sättigung eines einzelnen Teilflußpfades das Mittelstück nicht sättigen kann.

Die mit dem erfindungsgemäßen Speicherelement darstellbaren Flußzustände sind in den F i g. 4 a bis 4d dargestellt, die eine ähnliche Kernform zeigen. Der Ausgangszustand des Speicherelementes, gewöhnlich dem Speicherwert »0« zugeordnet, besteht in dem einheitlichen, durch koinzidente negative Impulse in χ und y erzeugten Fluß Φ_ν der in beiden Schenkeln 16 und 18 aufwärts und in 20 und 22 abwärts gerichtet ist. Dieser Zustand soll ungestörte »0« heißen. Ein Impuls auf die Wicklung y in positiver (Schreib-)Richtung liefert das Flußbild der Fig. 4b, den Zustand der gestörten »0«, der auch mit einem positiven Impuls in der Wicklung* herstellbar wäre, bei umgekehrter Richtung von Φ₃.
Der mit gleichzeitigen Schreibimpulsen in χ und y darstellbare Zustand der ungestörten »1« von Fig. 4c kann wieder mit Einzelimpulsen an χ oder y in negativer Richtung in den Zustand der gestörten »1« von Fi g. 4d übergehen.
Eine Zusammenstellung aller an dem Speicherelement möglichen Magnetisierungsvorgänge gibt die folgende Tafel; dort sind auch die Magnetisierungsvorgänge aufgenommen, welche bei gleichzeitiger Zufuhr von entgegengesetzter Polarität zu χ und y eintreten. Dieser Fall tritt bei Verwendung des Speicherelementes in Speichern mit mehreren Ebenen ein.

In der Tafel ist auf der zweiten und dritten Spalte von links der Ausgangszustand des Elementes wiedergegeben: Das Pluszeichen steht für die Flußrichtung von unten nach oben; Pluszeichen in Pfad 20 und 22 bei ungestörter »1«; Pluszeichen in 22, Minuszeichen in 20 bei gestörter »1«; Minuszeichen in beiden für ungestörte »0«; Pluszeichen in 20, Minuszeichen in 22 für gestörte »0«. Ein Pluszeichen in den x- und y-Spalten kennzeichnet einen Strom in den betreffenden Wicklungen, der die Flußrichtung von oben nach unten in den Pfaden 16 und 18 bewirkt, umgekehrt für das Minuszeichen; eine Null zeigt die Stromlosigkeit der Wicklung während des Vorganges an. In der Spaltes gibt ein Pluszeichen ein Ausgangssignal, das bei Umkehrung der Flußrichtung in Pfad 22 von aufwärts nach abwärts entsteht.

^jCI 16 Nr.
Anfangszustand			Endzustand
Innerer	Äußerer	X	y	Innerer	Äußerer	S
Pfad 20	Pfad 22			Pfad 20	Pfad 22
1		_u	+	+	_u	_u	O
2	_|_	_u	-f			_u	O
3	-U	-U i	+	0	-U i	4- i	O
4	-U l	4- I		+		4-	O
5	_u	-U	—.				+
6	I T	4_	—	0		_u	O
7	I T	_u	0	+	_u	-U	η
8	I T	_u	0			_I_ I	O
9	_u		+	-f	-U	4- I
10	-U		+		-U		O
11	-U		+	0	-U		O
12	I -r			+	_u		O
13	_u						O
14	-U		—	O	+		O
15			0	+	4-		O
16	I—		0		4-		O
17		_u I	+	+		-U	O
18		I	+			4_	O
19		_u	+	0		4_	O
20		_u		+		_u	O
21		_u					+
22		I		0		4_	O
23		+	0	+		+	O
24		+	0			+	O
25			+	-Ι	+	+
26			+		+		O
27			+	Ο	+		O
28				+	+		O
29							O
30				O			O
31			0	+	+		O
32	I		0				O

Die Zeilen 1 bis 8 gehen von der ungestörten »1« aus, Zeilen 9 bis 16 von der gestörten »0«, Zeilen 17 bis 24 von der gestörten »1« und Zeilen 25 bis 32 von der ungestörten »0«. In den Zeilen 2, 4, 6 und 8 wird eine »1«, in den Zeilen 26, 27, 28 und 31 eine »0« gestört. Die Zeilen 1, 9, 17 und 25 stellen das Schreiben einer »1«, Zeilen 5, 13, 21 und 29 das Schreiben einer »0« dar. Bei Zeile 5 wird (anders betrachtet) eine ungestörte »1«, bei 21 eine gestörte »1« ausgelesen usw.

Da ein Ausgangssignal in der Wicklung s nur unter gleichzeitiger Sättigung beider Pfade 16 und 18 in gleicher Richtung erzielbar ist, bestehen für die Amplitude der Stromimpulse in χ und y nach oben keine Grenzen. Die Schnelligkeit der Ummagnetisierung und die Amplitude des Ausgangssignals wächst aber mit dem Magnetisierungsstrom. Mit dem erfindungsgemäßen Speicherelement ist also ein rascher arbeitender Speicher herstellbar, indem größere Magnetisierungsströme zugeführt werden als zur Sättigung nötig wäre. An die Rechteckigkeit der Hystereseschleife des Kernmaterials werden geringe Anforderungen gestellt, nur das Verhältnis Remanenz zu Sättigung soll hoch sein.

Aus der Flußdarstellung der F i g. 3 geht hervor, daß der Werkstoff in der Nähe der Bohrung 14 um so weniger von einer Störung (infolge Teilmagnetisierung von χ oder y allein) beeinflußt wird, je näher er am äußeren Rande liegt. Zur Verringerung der Störspannung ist also die Verschiebung der Bohrung 14 mit der Ausgangswicklung näher zum äußeren Rand vorteilhaft.

Ein Speicherelement nach den F i g. 1 und 2 ist mit seinen beiden Eingangswicklungen als UND-Schaltung brauchbar. Die F i g. 5 zeigt das Element einer Ausführungsform, die als dreifache UND-Schaltung dienen kann. Die Flußpfade 30, 32 und 34 untereinander gleichen Querschnitts tragen gleiche Eingangswicklungen 30 w, 32 w, 34 w. Die Signalwicklung 40 s liegt auf einem Pfad 40 von gleichem Querschnitt wie 30, der Pfad 38 hat den doppelten Querschnitt. Das Mittelstück 36 ist im Querschnitt gleich der Summe der Pfade 30, 32 und 34 und mit einer Wicklungm versehen, welche die Herstellung des Anfangszustandes erlaubt. Ausgehend vom Anfangszustand kann nur gleichzeitige Beaufschlagung der Wicklungen 30 w, 32 w, 34 w ein Ausgangssignal hervorbringen. Weniger als drei Eingangssignale erzeugen nur den schon beschriebenen nierenförmigen Flußverlauf ohne Flußänderung im Pfad 40. Analoge Anordnungen mit mehr als drei Eingängen sind möglich; das Mittelstück muß im Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte der Eingangspfade und die Ausgangswicklung mit einem Flußpfad vom Querschnitt eines Eingangspfades verkettet sein.

Der Aufbau eines dreidimensionalen Speichers aus Speicherelementen ähnlich der F i g. 4 geht aus F i g. 6 hervor, die eine von mehreren Ebenen eines solchen Speichers mit 4 · 4 Elementen zeigt. Gleiche X- und Y-Leitungen aller Ebenen werden gleich-

Claims (3)

zeitig mit Impulsen gespeist, so daß in einer Operation ein Kern gleicher Position in jeder Ebene durch die beiden Eingangspfade angesteuert wird Da den Speicherelementen unterschiedliche Werte zugeordnet werden sollen, werden wählbare Ebenen an der Ummagnetisierung gehindert. Die Auswahl des gewünschten Elementes geschieht durch Zufuhr der verschlüsselten Adresse aus dem Adressenspeicher 28 χ und 28 y zu den Adressen-Entschlüsslern 25 χ und 25 y, welche über die Impulserzeuger 26 χ und 26 y die Auswahl der richtigen X- und Y-Leitung bewerkstelligen. Eine Ebene, deren Element nicht umgeschaltet werden soll, erhält aus der Sperrimpulsquelle 40 über die Z-Leitung einen mit den X- und Y-Impulsen koinzidierten Impuls. Die an die Z-Leitung angeschlossenen Wicklungen der Speicherelemente liegen auf einem der Eingangspfade und bewirken entgegengesetzte Magnetisierung wie die X- oder Y-Impulse. Soll der mit der Entnahme gelöschte Speicherwert wieder eingetragen werden, so steuert die Kontrollschaltung 38 über die Torschaltung 36 die Sperrimpulse 40 derart, daß die vorher über die Abfühlwicklung s, den Schreibverstärker 30 und das Tor 32 in einen Pufferspeicher 34 gelangten Werte wieder in die Speicherelemente gelangen. Patentansprüche:

1. Magnetisches Element aus einem Material mit zwei stabilen Remanenzzuständen bei dem der Querschnitt eines in sich geschlossenen Flußpfades an zwei Stellen in Teilquerschnitte auf-

geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilquerschnitte der ersten Aufteilungsstelle (16, 18; 30, 32, 34) mit Eingangswicklungen verkettet sind, die nur bei gleichzeitiger Erregung mit jeweils die Sättigung der Teilquerschnitte bewirkenden Mindeststromgrößen eine Ummagnetisierung des Elements bewirken, und daß außerdem nur noch die Ausgangswicklung vorhanden ist, die an der zweiten Aufteilungsstelle den Teilquerschnitt mit dem Flußpfad größter Gesamtlänge (22; 40) umgibt.

2. Magnetisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswicklungen so geführt und beaufschlagt sind, daß der entnehmbare Speicherwert der »UND«-Verknüpfung der Eingangsgrößen entspricht.

3. Anordnung mehrerer Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in Form einer Matrix angeordnet sind, die Eingangswicklungen der ersten Aufteilungsstelle der Elemente zeilen- bzw. spaltenweise verbunden sind und zur Ansteuerung eines Elementes benutzt werden und die Entnahme eines Speicherwertes über die in Reihe geschalteten Ausgangswicklungen des äußersten Flußpfades der zweiten Aufteilungsstelle der Elemente erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 537 332;
»RCA-Review«, Juni 1955, S. 303 bis 311.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1029 414.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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