DE1275603B - Datenspeichereinrichtung mit mindestens einem Magnetschichtelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GlIc

Deutsche KL: 21 al -37/06

Nummer: 1275 603

Aktenzeichen: P 12 75 603.5-53 (J 27443)

Anmeldetag: 3. Februar 1965

Auslegetag: 22. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Datenspeichereinrichtung mit mindestens einem Magnetschichtelement, das eine biaxiale magnetische Anisotropie sowie eine oder mehrere Treibleitungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes in mindestens einer der beiden magnetischen Vorzugsachsen aufweist und dem eine Leseleitung zugeordnet ist, in der Lesesignale bei einer Ummagnetisierung des Magnetschichtelementes induziert werden.

Es ist ein Datenspeicher mit einem Magnetschicht- ίο element axialer Anisotropie bekannt, welches sich dadurch kennzeichnet, daß es mehrere Vorzugsachsen der remanenten Magnetisierung aufweist (französisches Patent 1329 630). Dieses Magnetschichtelement besitzt insbesondere zwei Vorzugsachsen, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Zum Betrieb des Speicherelementes dienen in Richtung der Vorzugsachsen verlaufende Treiberleitungen, die Magnetfelder parallel zu den Vorzugsachsen erzeugen. Die Speicherung von binären Daten erfolgt in zwei Richtungen von einer der beiden Vorzugsachsen, während der anderen Vorzugsachse keine Wertbedeutung zugeordnet ist. Eine Einspeicherung geschieht durch ein Bitfeld durch eine Umschaltung der Magnetisierung des Speicherelementes aus einer Richtung der Vorzugsachse ohne Wertzuordnung in eine der beiden Richtungen der Vorzugsachse mit Wertzuordnung, und eine Speicherwertentnahme geschieht mittels eines Wortabfühlfeldes durch Umschaltung der Magnetisierung aus der betreffenden Speicherrichtung in die vorgenannte Richtung ohne Wertzuordnung, aus welcher daraufhin eine erneute Werteinspeicherung vorgenommen wird. Diese Speicheranordnung hat unter anderem den Vorteil, daß die magnetischen Treibfelder nicht koinzident auftreten müssen, so daß der Aufwand an Steuermitteln für die Adressierschaltungen zur Herstellung einer Koinzidenz zwischen den Treibimpulsen der verschiedenen Adressenteile verringert werden kann. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, daß mit einer Wertentnahme aus dem Speicherelement auch eine Zerstörung des gespeicherten Wertes erfolgt, so daß im Anschluß an eine Wertentnahme jeweils ein neuer Einspeichervorgang erfolgen muß.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Datenspeichereinrichtung mit eine biaxiale magnetische Anisotropie aufweisenden Magnetschichtelementen anzugeben, welche unter Beibehaltung des Vorteils der Verwendung nicht koinzidenter Treibimpulse eine zerstörungsfreie Wertentnahme und ein beliebiges Überschreiben vorausgehend gespeicherter Werte gestattet. Bei einer Datenspeichereinrichtung Datenspeichereinrichtung mit mindestens einem
Magnetschichtelement

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Bittighofer, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Henri Jean Philippe Oguey, Peseux (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Februar 1964
(344 310)

der eingangs erläuterten Art wird dies dadurch erreicht, daß von den vier Magnetisierungseinrichtungen der beiden Vorzugsachsen je zwei benachbarte dem gleichen Binärwert zugeordnet sind, daß Treibleitungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die Umschaltung des Speicherelementes aus der ersten in die zweite Richtung des gleichen Binärwertes und Rückstell-Treibleitungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die Umschaltung des Speicherelementes aus der zweiten in die erste Richtung des gleichen Binärwertes vorgesehen sind und daß eine Impulsgeberschaltung vorgesehen ist, welche die Treibleitungen nacheinander wirksam macht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu ersehen. An Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung eines einzelnen Magnetschichtelementes des erfindungsgemäßen Datenspeichers,

F i g. 2 das Element von F i g. 1 in Verbindung mit den zum Betrieb erforderlichen Treibleitungen,

F i g. 3 das Element nach F i g. 1 in Verbindung mit einer schematischen Darstellung der durch die Treibleitungen nach F i g. 2 erzeugten Magnetfelder,

F i g. 4 eine Kurvendarstellung der Wirkungen von Magnetfeldern mit verschiedener Feldstärke und Richtung auf das Speicherelement nach Fig. 1,

809 597/318

F i g. 5 eine Tabelle der durch Impulse in den Treibleitungen nach F i g. 2 bewirkten Umschaltungen im Speicherelement nach F i g. 1,

F i g. 6 eine schaubildliche Darstellung eines Magnetschichtelementes des erfindungsgemäßen Daten-Speichers sowie der zugeordneten Treibleitungen,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 von Fig. 6,

F i g. 8 ein Ersatzschaltbild für die Funktion eines Speicherelementes der erfindungsgemäßen Datenspeichereinrichtung,

Fig. 9 eine Tabelle der Umschaltvorgänge im Speicherelement nach Fig. 1 oder 6, wenn die Binärwerte 0 oder 1 gespeichert sind und verschiedene Impulsfolgen an die Treibleitungen angelegt werden,

F i g. 10 ein Schaltbild eines Datenspeichers gemäß vorliegender Erfindung, welcher unter Verwendung der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Speicherelemente aufgebaut ist und die Form einer zweidimensionalen Matrix hat,

Fig. 11 ein Impulsdiagramm für die Operation »zerstörungsfreies Lesen« der Speichereinrichtung nach F ig. 10,

Fig. 12 ein Schaltbild eines Datenspeichers gemäß vorliegender Erfindung in dreidimensionaler Form,

Fig. 13 ein Blockschaltbild der Leseeinheit 60 von Fig. 12,

Fig. 14 ein Impulsdiagramm in Verbindung mit einer Funktionswerttabelle einer Schreiboperation des Speichers nach Fig. 12 und

F i g. 15 ein Impulsdiagramm der Leseoperation des Speichers nach Fig. 12.

Fig. 1 bis 3

Die F i g. 1 zeigt ein magnetisches Dünnfilm-Speicherelement 20, das eine biaxiale magnetische Anisotropie besitzt. Die zwei magnetischen Vorzugsachsen bzw. Achsen leichter Magnetisierung des Elementes 20 sind durch orthogonal zueinander verlaufende Linien dargestellt. Die Magnetisierung des Elementes 20 kann somit in jede Richtung dieser beiden Achsen gebracht werden. Bei einer Ummagnetisierung tendiert der Magnetisierungsvektor dazu, in die jeweilige Magnetisierungsrichtung entlang der betreffenden Achse zurückzukehren, bis eine diese Tendenz überwindende Ummagnetl·- sierungskraft eine Umschaltung in eine der anderen Achsen bewirkt, wie es in Verbindung mit F i g. 4 ausführlich beschrieben wird.

In F i g. 1 ist die Magnetisierung in einer Richtung nach links entlang der horizontalen Achse willkürlich dem binären Wert »0« zugeordnet. Die Magnetisierung in Richtung nach unten entlang der vertikalen Achse entspricht in ebenso willkürlicher Zuordnung dem Binärwert »1«. Eine Magnetisierung nach rechts entlang der horizontalen Achse ist dem Wert »1'« und eine Magnetisierung nach oben in Richtung der vertikalen Achse dem Wert »0'« zugeordnet.

Das Speicherelement 20 dient zur Speicherung binärer Werte; die beiden mit 0 und mit 0' bezeichneten Magnetisierungsrichtungen haben die gleiche binäre Bedeutung und sind dem Binärwert 0 zugeordnet, und die zwei Magnetisierungsrichtungen 1 und 1' haben ebenfalls untereinander die gleiche binäre Bedeutung und sind dem entgegengesetzten Binärwert 1 zugeordnet.

Fig. 2 zeigt das Magnetschichtelement 20 in Verbindung mit drei Treibleitungen 21, 22, 23, die dazu dienen, die Magnetisierungsrichtung im Element 20 zu verändern.

Fig. 3 zeigt die Richtungen der Magnetfelder, die durch Stromimpulse in den Leitungen 21, 22 und 23 von F i g. 2 erzeugt werden. Die Ströme I_A, I_B und I_R in F i g. 2 entsprechen den durch sie erzeugten Magnetfeldern H_A, H_B und H_R von F i g. 3.

Fig. 4

Diese Figur zeigt in Kurvenform die für das Speicherelement 20 existierenden Umschaltbedingungen für den Fall, daß es in einer Richtung entlang seiner leichten Achsen magnetisiert ist. Insbesondere zeigt die F i g. 4 die relativen Feldstärken, die zur Umschaltung der Magnetisierung aus einer magnetischen Vorzugsrichtung in jede der anderen magnetischen Vorzugsrichtungen erforderlich sind. Nach der Darstellung von F i g. 4 ist das Speicherelement 20 in der O-Richtung entsprechend Fig. 1 magnetisiert. Um die Magnetisierung in die l'-Richtung umzuschalten, ist es notwendig, daß an das Magnetschichtelement 20 ein Magnetfeld mit der Feldstärke H_k angelegt wird. Andererseits kann die Magnetisierung von der 0-Richtung sowohl in die 1-Richtung als auch in die O'-Richtung durch ein Magnetfeld der Feldstärke 0,27 H_k umgeschaltet werden.

Fig. 5

Die Tabelle nach F i g. 5 stellt die Wirkung von einzelnen Umschaltimpulsen auf den Leitungen 21, 22 und 23 für jede der vier Magnetisierungsrichtungen nach F i g. 1 dar. Die erste Zeile zeigt in der Spalte »Anfangszustand« die Magnetisierungsrichtung entsprechend der Fig. 1, bevor die Umschaltimpulse in den Leitungen 21, 22 und 23 auftreten. Die darunter befindlichen Zeilen zeigen, wie sich diese Magnetisierungsrichtung durch einen einzelnen Impuls, der ein Magnetfeld in Richtung Λ, B oder R erzeugt, ändert. In jedem Fall ist die Stromstärke des Umschaltimpulses so bemessen, daß ein Magnetfeld mit einer Feldstärke größer als 0,27 H_k und kleiner als H_k erzeugt wird. Es wird hierbei daran erinnert, daß die Umschaltkurve nach F i g. 4 für einen Magnetisierungszustand in 0-Richtung gilt. Für jeden der anderen drei Magnetisierungszustände einer Anfangsmagnetisierung wäre die Kurve nach F i g. 4 entsprechend verdreht zu zeichnen.

Ist beispielsweise das Speicherelement 20 anfänglich in 0-Richtung magnetisiert, dann erzeugt ein Α-Impuls ein Magnetfeld in fl^-Richtung, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Diese Richtung ist der 0-Richtung direkt entgegengesetzt. Da das angelegte Magnetfeld jedoch kleiner als das für eine Umschaltung in Übereinstimmung mit Fig.4 benötigte MagnetfeldH_k ist, verbleibt die Magnetisierung in der 0-Richtung, wie es die Zeile A der Tabelle von F i g. 5 in der ersten Tabellenwertspalte zeigt.

Wird des weiteren bei einer Anfangsmagnetisierung in 0-Richtung ein B-Impuls auf Leitung 22 (F i g. 2) angelegt, so wird ein Magnetfeld in Richtung ίί_Β (Fig. 3) erzeugt. Dieses Magnetfeld, das größer als 0,27 H_k ist, bewirkt eine Drehung der Magnetisierungsrichtung im Element 20 um 90° in die O'-Richtung. Dies wird durch das Erscheinen einer 0' in der ersten Spalte der B-Zeile von F i g. 5 deutlich.

Ein Impuls auf der Leitung 23 (F i g. 2) erzeugt ein Magnetfeld in Richtung H_R (F i g. 3), welches jedoch

für eine Veränderung der Magnetisierungsrichtung unwirksam bleibt, da seine Feldstärke geringer als H_k ist. Wie aus der F i g. 4 ersichtlich ist, wäre ein Magnetfeld mit einer Feldstärke größer als H_k notwendig, um die Magnetisierungsrichtung aus der O-Richtung herauszuschalten. In der ersten Spalte der i?-Zeile von F i g. 5 ist demzufolge die O-Richtung eingetragen. Die übrigen Spalten der F i g. 5 sind in gleicher Weise aus den übrigen drei möglichen Lagen der Kurve nach F i g. 4 herleitbar.

Fig. 6 bis 7

Diese Figuren zeigen den physikalischen Aufbau einer Speichereinrichtung, welche Speicherelemente von der in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 beschriebenen Art verwendet. Die Speichereinheit befindet sich auf einer Trägerplatte 24 aus elektrisch isolierendem Material. Auf der Trägerplatte befindet sich eine Metallschicht 25, die aus einem gut leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, SiI-ber oder Kupfer, besteht und die als Grundplatte dient. Auf der Grundplatte 25 ist eine Schicht 26 aus Isolationsmaterial angebracht, welche eine Anzahl scheibenförmiger Magnetschichtelemente 20 trägt, die in bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind und von denen nur eines dargestellt ist. Über den Magnetschichten 20 befindet sich eine weitere Isolierschicht 27. In F i g. 6 ist die Isolierschicht 27 weggelassen zum Zweck der besseren Darstellung. Oberhalb der Isolierschicht 27 sind die drei Treibleitungen 21, 22 und 23 angeordnet, von denen jede von der anderen durch geeignete Isolationsschichten 28 und 29 isoliert sind. Die Reihenfolge, in der die Treibleitungen 21 bis 23 über dem Element 20 angeordnet sind, ist nicht von Bedeutung. Wenn eine separate Leseleitung erforderlich ist, so kann diese parallel zu der Treibleitung 22 angeordnet werden. F i g. 6 zeigt eine derartige Anordnung in Form der Leseleitung 30. Abweichend hiervon kann jedoch auch die Treibleitung 22 als Leseleitung in für sich bekannter Weise verwendet werden. Ebenso kann die Treibleitung 21 oder eine andere Leitung parallel zu dieser Leitung als Leseleitung dienen.

Die Elemente 20 können an Stelle von diskreten scheibenförmigen Feldern auch Teil einer kontinuierliehen Magnetschicht sein. In einem solchen Fall wird die Größe eines jeden der Elemente 20 durch den Bereich bestimmt, in dem die drei Treibleitungen 21 bis 23 ein ausreichend starkes Magnetfeld zur Steuerung der Magnetisierungsrichtung der Magnetschicht erzeugen.

Die biaxiale magnetische Anisotropie der Magnetschichtelemente 20 kann durch Ausnutzung der natürlichen Anisotropie kristallographisch orientierten Materials erzeugt werden.

Kristallographisch orientierte magnetische dünne Schichten mit einer biaxialen Anisotropie können durch einen epitaxialen Wachstumsprozeß auf NaCl, MgO oder ähnlichen einkristallinen Materials hergestellt werden. Schichten von der Flächengröße eines Quadratzentimeters und mit einer geeigneten Orientierung der magnetischen Anisotropie können durch Aufdampfen einer Nickel-Eisen-Legierung von 80% Ni und 20% Fe auf eines der vorgenannten einkristallinen Materialien, wie z. B. NaCl, bei einem Temperaturbereich von 250 bis 400° C hergestellt werden. Der Kristall NaCl ist für diesen Zweck besonders geeignet, da die Schichten von der Oberfläche dieses Materials in Wasser abgeschwemmt und daraufhin auf vorbereitete Streifenleitungsmatrizen aufgebracht werden können.

Wenn eine dünne Folie einer Nickel-Eisen-Legierung mehrmals kalt ausgewalzt wird bis zu einer Dickenverringerung von 95% oder mehr und daraufhin durch Glühen bei 950° C zum Rekristallisieren gebracht wird, entsteht eine (lOO)-Ebene in der Walzebene mit einer (OOl)-Richtung parallel zur Walzrichtung. Dies ist beispielsweise in dem Buch »Ferromagnetism« von Richard M. Bozorth, Verlag D. Van Nostrand Co., Inc., auf den Seiten 586 bis 590 beschrieben. Die kubische Anisotropie des flächenzentrierten Ni—Fe ist so ausgebildet, daß die zwei leichten Achsen dementsprechend parallel und rechtwinklig zu der Walzrichtung bei einem Nickelanteil von weniger als 63 % und unter 45° zu diesen Richtungen bei einem Nickelanteil der verwendeten Komposition von mehr als 75% verlaufen. Zwischen diesen zwei Kompositionen wird die Richtung der leichten Achsen durch das Verhältnis der Stoff anteile bestimmt. Der erreichbare Grad der Übereinstimmung in der Richtung der leichten Achsen verschiedener Bereiche einer gegebenen Schicht ist dabei sehr groß.

Fig.-8

Diese Figur zeigt ein Ersatzschaltbild für die Schaltfunktionen, die das Speicherelement gemäß der Erfindung ausführt.

Die Speicherschaltung nach F i g. 8 enthält zwei Und-Schaltungen 31 und 32, drei Oder-Schaltungen 33, 34 und 35 sowie zwei Flip-Flops 36 und 37. Die bistabile Schaltung 36 kann entweder einen NuIl-Zustand oder einen Eins-Zustand einnehmen, während die bistabile Schaltung 37 in einen Aus-Zustand oder in einen Ein-Zustand gebracht werden kann.

Die Und-Schaltung 31 besitzt zwei Eingänge, von denen der eine mit der Eingangsleitung I_B und der andere über eine Leitung 38 mit dem Ausgang der Oder-Schaltung 34 verbunden ist. Die Und-Schaltung 32 besitzt ebenfalls zwei Eingänge, von denen der eine mit der Treibleitung I_A und der andere über eine Leitung 39 mit dem Ausgang der Oder-Schaltung 35 verbunden ist.

Der Ausgang der Und-Schaltung 31 führt zu dem Null-Eingang des Flip-Flops 36 und bildet außerdem einen der beiden Eingänge der Oder-Schaltung 33. Der Ausgang der Und-Schaltung 32 ist mit dem anderen Eingang der Oder-Schaltung 33 sowie mit dem Eins-Eingang des Flip-Flops 36 verbunden. Der Ausgang der Oder-Schaltung 33 ist mit dem Ein-Eingang des Flip-Flops 37 gekoppelt. Die Treibleitung I_R ist mit dem Aus-Eingang des Flip-Flops 37 verbunden. Der Eins-Ausgang des Flip-Flops 36 führt über eine Leitung 40 zu einem der Eingänge der Oder-Schaltung 35 und zu einem Eins-Ausgangsanschluß 41 der Schaltung. Der Ein-Ausgang des Flip-Flops 37 ist mit dem anderen Eingang der Oder-Schaltung 35 sowie mit einem Eingang der Oder-Schaltung 34 verbunden. Das Null-Ausgangssignal des Flip-Flops 36 gelangt zum anderen Eingang der Oder-Schaltung 34 sowie zu einem Null-Ausgangsanschluß 42.

Unter Heranziehung der F i g. 5 wird deutlich, daß die Speicherschaltung nach F i g. 8 und insbesondere die beiden Flip-Flops 36 und 37 jeweils einen von vier verschiedenen Zuständen einnehmen, die den vier Ausgangszuständen von Tabelle 5 entsprechen. Es ist weiterhin ersichtlich, daß jeder Eingangsimpuls

von einer der Eingangsleitungen I_A, I_B und I_R die gleiche Wirkung auf den stabilen Zustand der Speicherschaltung nach F i g. 8 hat, wie sie ein entsprechender Impuls in der entsprechenden Treibleitung des magnetischen Speicherelementes 20 (beispielsweise in F i g. 2) besitzt.

Fig. 9

Diese Figur zeigt in Form einer Tabelle die Wirkungen verschiedener Impulsfolgen auf den Eingangsleitungen A, B und R auf den Schaltzustand des Speicherelementes 20 der F i g. 1 bis 7 bzw. der Speicher- und Schaltanordnung nach F i g. 8.

Aus dem ersten Abschnitt dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die Wiederholung eines bestimmten Impulses die gleiche Wirkung auf den Magnetisierungszustand des Speicherelementes hat wie das Auftreten eines entsprechenden Einzelimpulses. Ein Einzelimpuls oder irgendeine Wiederholung gleicher Einzelimpulse verursacht keine Änderung des Magnetisierungszustandes des Speicherelementes 20. Daraus folgt, daß Einzelimpulse oder Folgen von einzelnen Impulsen der gleichen Type ohne Wirkung auf eine Änderung oder Zerstörung der in dem Speicherelement 20 gespeicherten Daten sind. Hierbei ist zu bemerken, daß zwar ein ,4-Impuls eine Änderung des Magnetisierungszustandes von der Stellung »1« in die Stellung »1'« bewirkt; wie jedoch vorausgehend festgelegt worden ist, haben die Stellungen »1« und »1'« jeweils die gleiche binäre Bedeutung.

Bei Betrachtung des zweiten Abschnittes der Tabelle von F i g. 9 ist ersichtlich, daß eine Folge von zwei Impulsen, von denen der erste entweder auf der A- oder B-Leitung und der zweite jeweils auf der i?-Leitung auftritt, nicht in der Lage ist, den anfangliehen Magnetisierungszustand des Speicherelementes zu ändern, daß aber während dieser Impulsfolgen jeweils zwei Flußänderungen im Speicherelement auftreten, die zum Zweck der Speicherwertentnahme abgefühlt werden können. Diese Impulsfolgen können somit zur zerstörungsfreien Entnahme gespeicherter Werte verwendet werden.

Der dritte Abschnitt der Tabelle von Fig. 9 zeigt Impulsfolgen für das Einschreiben von Daten in das Speicherelement. Die Impulsfolge^, B, R bewirkt stets das Einschreiben einer »0« ohne Rücksicht auf den vorausgehenden Magnetisierungszustand des Elementes. Die Impulsfolge B, A, R bewirkt hingegen stets das Einschreiben einer »1«, ohne Rücksicht auf den vorausgehenden Magnetisierungszustand des Elementes. Außerdem geht hieraus hervor, daß eine beliebige längere Impulsfolge mit einem i?-lmpuls als letzten Impuls jeweils eine »0« oder eine »1« einschreiben wird, wobei der tatsächlich eingeschriebene Binärwert nur von der Folge der letzten drei Impulse abhängt. Beispielsweise wird durch die Impulsfolge^, B, A, R stets eine »1« eingeschrieben.

Fig. 10

Diese Figur zeigt eine zweidimensionale Speichermatrix, die neun Speicherelemente von der in Verbindung mit den Fi g. 1 bis 7 beschriebenen Art enthält.

Die A-Eingangsleitungen 21 sind mit einem ^[-Leitungswähler 43 verbunden, durch den ein .4-ImpuIs wahlweise auf eine der verschiedenen Leitungen 21 adressiert werden kann. Die B-Eingangsleitungen 22 sind in gleicher Weise mit einem B-Leitungswähler 44 gekoppelt. Die Rückstell-Treiberleitung 23 ist an einen Rückstelltreiber 45 angeschlossen. Leseleitungen 30 sind mit Leseverstärkern 45 verbunden, die über Torschaltungen 46 an ein Ausgabedatenregister 47 angeschlossen sind.

Die Speicherelemente 20 sind in Reihen und Spalten angeordnet. Jede A-Leitung 21 ist mit allen Speicherelementen 20 einer Spalte und jede B-Leitung 22 ist mit allen Speicherelementen einer Zeile gekoppelt. Die Rückstell-Leitung 23 ist dagegen mit allen Speicherelementen 20 sämtlicher Reihen und Spalten gekoppelt. Jede Ausgangsleitung 30 ist allen Speicherelementen einer Zeile zugeordnet.

Bei einer Schreiboperation wird ein bestimmtes der Elemente 20 durch den /!-Selektor 43 und den B-Selektor44 ausgewählt. Über die entsprechenden A- und B-Leitungen werden nacheinander zum ausgewählten Speicherelement 20 Impulse gesandt, auf die ein Impuls vom Rückstelltreiber 45 folgt. Die auftretende Impulsfolge, d. h. A, B, R oder B, A, R, bestimmt, ob eine »1« oder eine »0« in das ausgewählte Speicherelement eingeschrieben wird.

Eine zerstörungsfreie Entnahme zeigt beispielsweise das Impulsdiagramm von Fig. 11. Das Auslösen eines bestimmten Speicherelementes 20 wird mit Hilfe von Taktimpulsen auf Leitung 48 (F i g. 10) ausgeführt, welche die der Leseleitung 30 des ausgewählten Speicherelementes zugeordnete Torschaltung 46 öffnen. Während das Tor 46 offen ist, wird ein Wortimpuls über die entsprechende A -Treibleitung 21 zum auszulesenden Speicherelement 20 geliefert. Ein solcher Impuls ist durch die Linie 49 in Fig. 11 dargestellt. Die Auswahl eines der Tore 46 und einer der ^(-Leitungen 21 vollendet das Auslesen einer Information aus dem Speicherelement 20. Nach Beendigung des Taktimpulses tritt ein Rückstellimpuls 50 auf der Leitung 23 auf.

Wenn das ausgewählte Speicherelement 20 eine »1« am Beginn der Leseoperation enthält, dann erscheint auf der zugeordneten Leseleitung 30 als Folge der Magnetflußänderung im ausgewählten Speicherelement 20 ein Signal 51. Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß die Magnetflußänderung von einem negativen Anfangswert auf einen Wert annähernd 0 bei Auftreten des v4-Impulses 49 übergeht zu der Zeit, in der das Speicherelement 20 von seinem »1 «-Zustand in seinen »!'«-Zustand übergeht. Später, bei Auftreten des Impulses 50 auf der Rückstell-Leitung 23, geht der Magnetfluß von dem 0-Wert wieder in den ursprünglichen negativen Wert, der dem Binärwert »1« zugeordnet ist, über. Diese Änderungen sind begleitet durch bestimmte Übergangseffekte.

Die Kurve 52 zeigt die Änderungen der Magnetflußwirkung auf eine ausgewählte Leseleitung 30 als Folge eines nicht ausgewählten Speicherelementes 20. Es ist hierbei zu bemerken, daß zur Zeit des ^-Impulses keine Änderung im Magnetfluß dieses Elementes auftritt; dies ist nur zur Zeit des Rückstellimpulses 50 von Leitung 23 der Fall.

Das Signal am Ausgang des Leseverstärkers 45 ist durch die Kurve 53 dargestellt. Das Signal am Ausgang der ausgewählten Torschaltung 46 zeigt die Kurve 54. Der Taktimpuls 48 ist beendet, bevor der Rückstellimpuls 50 beginnt, so daß das einzige vom Tor 46 zum Datenregister 47 übertragene Signal ein Impuls ist, der in seiner zeitlichen Lage der Stirnflanke des y!-Impulses 49 entspricht. Das Datenregister 47 ist so eingerichtet, daß es diesen Impuls

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als eine binäre »1« interpretiert. Die Fig. 11 illu- Fig. 10 werden bei der Anordnung nach Fig. 12 striert ferner die am Ausgang des Speichers auf- drei separate Rückstell-Treibleitungen 23 verwendet, tretenden Impulse für den Fall, daß die im aus- Der Grund für diese Abwandlung der A -Treibgewählten Speicherelement 20 enthaltenen Informa- leitungen und der i?~Treibleitungen im dargestellten tionen eine »0« verkörpern. Hier ist die Einwirkung 5 dreidimensionalen Speicher besteht darin, eine zerdes Magnetflusses im ausgewählten Speicherelement störende oder eine serienweise Wertentnahme an 20 auf die ausgewählte Ausgangsleitung 30 durch die Stelle der gewünschten zerstörungsfreien Entnahme Kurve 55 dargestellt. Da der durch den Impuls auf zu verhindern.

der A-Leitung21 hervorgerufene Magnetfluß dem Die Leseleitungen30 führen in Fig. 12 zu einer eine binäre »0« speichernden remanenten Magnetfluß io Leseschaltung 60, die in mehr detallierterer Form in entgegengesetzt gerichtet ist, reicht seine Stärke nicht F i g. 13 dargestellt ist. Die Leseeinrichtung besteht aus, den Magnetfluß des Speicherelementes zu ver- aus Leseverstärkern 61, einem Satz von Integratorändern. Als Folge davon tritt keine Flußwirkung auf Schaltungen 62, einem Satz von Torschaltungen 63 die ausgewählte Ausgangsleitung 30 zur Zeit des und einem Ausgangsdatenregister 64.
Λ-Impulses 49 auf. Ein Übergangsimpuls erscheint 15 Die Impulsfolgen zur Ausführung von Schreibauf Leitung 30 zur Zeit des Rückstell-Impulses 50. operationen im Speicher nach Fig. 12 sind in Die Magnetflußwirkung der nicht ausgewählten EIe- Fig. 14 gezeigt. Um eine »1« in ein bestimmtes mente auf die ausgewählte Leseleitung 30 ist aus Speicherelement 20 einzuschreiben, das beispiels-Kurve 56 zu ersehen, die im wesentlichen der Kurve weise in F i g. 12 mit ABR bezeichnet ist, wird zuerst 55 gleicht und nur einen flüchtigen Impuls zur Zeit 20 ein Impuls durch die .B-Leitung 22 des betreffenden des Rückstell-Impulses 50 darstellt. Das am Ausgang Elementes 20 gesandt. Ein solcher Impuls ist durch des Leseverstärkers 45 erscheinende Signal ist durch Kurve 65 in Fi g. 14 dargestellt. Die Kurve 65 ist die Kurve 57 und das Ausgangssignal der ausgewähl- dort mit »Bitfeld B« gekennzeichnet. In den Spalten ten Torschaltung 46 durch die Kurve 58 gezeigt. der Tafel unterhalb des Impulsdiagramms zeigt die Letztere besteht aus einer einfachen geraden Linie, 25 Fig. 14 die Magnetisierungszustände von vier verdie keinen Impuls aufweist und daher einer »0«-An- schiedenen Speicherelementen der Matrix von zeige im Datenregister 47 entspricht. Fig. 12 vor und nach dem Auftreten der einzelnen Wie aus der vorausgehenden Erläuterung entnom- Treibimpulse im Impulsdiagramm. So zeigt z. B. die men werden kann, ist es mit Hilfe der erfindungs- links vom Impuls 65 befindliche Spalte die Magnetigemäßen Speichereinrichtung möglich, bei einer 3° sierungszustände vor Auftreten dieses Impulses und Speicherwertentnahme eine klarere Unterscheidung die Spalte rechts vom Impuls 65 die Magnetisierungszwischen einer gespeicherten »0« und einer gespei- zustände nach Auftreten dieses Impulses. Für die cherten »1« durchzuführen, ohne daß dabei die ge- Darstellung wurden vier charakteristische Speicherspeicherten Daten zerstört werden. Zur ergänzenden elemente ausgewählt, die mit ABR, ABN, AR und BR Erläuterung der Fig. 10 sei bemerkt, daß alle dar- 35 in Fig. 12 bezeichnet sind. Für jedes dieser vier EIegestellten Elemente 20 untereinander die gleiche mente ist die Folge der Änderungen ihres Magneti-Binärwertzuordnung zu ihren magnetischen Vorzugs- sierungszustandes für beide der möglichen Anfangsrichtungen aufweisen. Als Folge dieses Umstandes zustände dargestellt. Hierzu sind jedem der Elemente führt die Rückstell-Leitung 23 mäanderartig durch zwei Zeilen zugeordnet, von denen die obere die die einzelnen Spalten der Speicheranordnung. Ein 40 Folge der Zustandsänderungen bei einem Anfangsanderer Verlauf der Leitung 23 kann beispielsweise zustand »0« und die untere die Folge der Zustandsdadurch erreicht werden, daß die Elemente 20 einer änderungen bei einem Anfangszustand »1« angibt.
Zeile in ihrer Speicherwert-Orientierung gegenüber Nachdem der Bitfeld-Auswahlimpuls 65 an eine den Speicherelementen der benachbarten Zeile um- der 5-Leitungen 22 angelegt worden ist, tritt ein gekehrt angeordnet werden. Die Rückstell-Leitung 45 Nicht-Auswahl-Impuls 66 auf allen Rückstell-Lei-23 kann durch eine derartige Anordnung gegenüber tungen 23 auf mit der Ausnahme derjenigen Rückder dargestellten Form verkürzt werden. Darüber stell-Leitung 23, die mit dem ausgewählten Speicherhinaus sind verschiedene andere Speicherwertzuord- element ABR gekoppelt ist. Daraufhin wird ein Wortnungen für die Speicherelemente 20 im Rahmen der Auswahlimpuls 67 auf der zugeordneten A -Leitung vorliegenden Erfindung möglich. 50 21 erzeugt. Daraufhin werden zu allen Rückstell- v 19 w 1 s Leitungen 23 Impulse 68 und 69 geliefert, von denen 11 g. Il bis 13 _der j_mpui_s 68 _auf Jj_6n mit den nicht ausgewählten

Die F i g. 12 stellt eine dreidimensionale Speicher- Speicherelementen gekoppelten Rückstell-Leitungen

matrix dar, die aus oberen und unteren Speichergrup- 23 und der Impuls 69 auf der mit dem ausge-

pen von jeweils neun Speicherelementen besteht. 55 wählten Speicherelement gekoppelten Leitung 23 auf-

Jede der oberen und unteren Gruppe stellt eine tritt.

Ebene in einer dreidimensionalen Matrix von Spei- Aus dem unteren Teil von Fig. 14 ist zu ersehen,

cherelementen dar. Die zwei Gruppen sind in Fig. 12 daß diese in den Treibleitungen auftretende Impuls-

zur Erleichterung einer übersichtlichen Darstellung folge das Einschreiben einer »1« in das ausgewählte

als nebeneinanderliegend gezeichnet. 60 Speicherelement ABR bewirkt, unabhängig davon, ob

Die Anordnung der A-Treibleitungen 21 unter- der Anfangszustand dieses Elementes »0« oder »1«

scheidet sich von der in Verbindung mit Fig. 10 be- war. In die anderen Speicherelemente ABN, AR und

schriebenen in verschiedenen Einzelheiten. Eine ge- BR wird dagegen keine Information neu eingeschrie-

meinsame A -Treibleitung 21 ist mit allen Speicher- ben. Ganz gleich, welchen Magnetisierungszustand

elementen 20 einer Ebene gekoppelt. In dieser Hin- 65 diese Speicherzellen am Beginn der auftretenden

sieht entspricht die A-Treibleitung21 von Fig. 12 Treibimpulsfolge einnehmen; sie besitzen den glei-

eher der i?-Treibleitung 23 von F i g. 10 als den chen Magnetisierungszustand am Ende der Impuls-

A -Treibleitungen dieser Figur. Im Gegensatz zu folge.

Die Impulsfolge für das Einschreiben einer 0 zeigt der rechte Teil des Impulsdiagramms von Fig. 14. Die darunter befindliche Tabelle stellt die Zustandeänderungen der vier typischen Speicherelemente während der Impulsfolge für das Einschreiben des Binärwertes »0« dar.

Der erste Impuls der »0«-Folge ist ein Impuls 70 auf der betreffenden /4-Leitung 21. Der zweite Impuls ist ein Impuls 71 auf allen Leitungen 23, außer derjenigen, die mit dem ausgewählten Speicherelement ABR gekoppelt ist. Der nächste Impuls ist ein Impuls 72 auf der mit dem ausgewählten Speicherelement ABR gekoppelten B-Leitung 22. Schließlich treten Impulse 73 und 74 auf den Leitungen 23 auf. Der Impuls 73 erscheint nur auf derjenigen Leitung, die mit dem ausgewählten Speicherelement ABR gekoppelt ist, während der Impuls 74 auf allen übrigen Leitungen 23 erscheint.

Aus dem rechten unteren Abschnitt der F i g. 14 ist zu ersehen, daß durch eine derartige Impulsfolge eine »0« in das ausgewählte Speicherelement ABR eingeschrieben wird, unabhängig davon, in welchem Magnetisierungszustand sich dieses Speicherelement anfangs befand. Diese Impulsfolge hat" keinen Einfluß auf den Speicherzustand der übrigen nicht ausgewählten Speicherelemente, unabhängig von deren Magnetisierungszustand vor Beginn der Impulsfolge.

Die Fig. 15 zeigt ein Impulsdiagramm für die Wertentnahme aus dem ausgewählten Element ABR in der Speicheranordnung nach Fig. 12.

Der erste Impuls einer Leseimpulsfolge ist ein Impuls75, der über diejenige der B-Leitungen 22 gesendet wird, die dem auszulesenden Speicherele- ment ABR zugeordnet ist. Koinzident mit diesem B-Impuls wird ein Rückstellimpuls 76 (F i g. 15) erzeugt, der diejenige Integrierschaltung 62 rückstellt, weiche mit der dem ausgewählten Speicherelement ABR zugeordneten Ausgangsleitung 30 verbunden ist. Der Impuls 76 überdauert um einen vorbestimmten Betrag das Ende des Impulses 75. Danach wird ein Impuls 77 zu der Rückstell-Leitung 23 geliefert, die mit dem ausgewählten Speicherelement ABR verbunden ist. Nun folgt ein Taktimpuls 78, der das Tor 63 öffnet, welches der Ausgangsleitung 30 des ausgewählten Speicherelementes ABR zugeordnet ist. Den Abschluß der Impulsfolge bildet ein Rückstellimpuls 79 auf denjenigen Rückstell-Leitungen 23, die nicht mit dem ausgewählten Speicherelement ABR gekoppelt sind.

Wenn das ausgewählte Speicherelement ABR einen binären Speicherwert »0« enthält, dann tritt eine Flußwirkung auf die zugeordnete Leseleitung 30 infolge der in Kurve 80 der F i g. 15 dargestellten Flußänderungen auf. Insbesondere wird durch den B-Impuls 75 eine positive Flußänderung und durch den R-Auswahlimpuls 77 eine negative Flußänderung hervorgerufen.

Die Kurve 81 in F i g. 15 zeigt die Veränderung der Flußwirkung auf die Leseleitung 30 als Folge der Magnetisierungsänderungen in den nicht ausgewählten Speicherelementen ABN der F i g. 12. Wie aus Kurve 81 ersehen werden kann, ergibt sich für diese Elemente eine positive Flußänderung zur Zeit des /l-Auswahümpulses 75 und eine negative Flußänderung zur Zeit des i^-Nichtauswahl-Rückstellimpul- e₅ ses 79.

Die Kurve 82 stellt die Flußwirkung auf die zugeordnete Ausgangsleitung 30 in den nicht ausgewählten Elementen AR dar. Es ist ersichtlich, daß diese Flußänderungen lediglich in einer kurzen und kleinen Feldauslenkung zur Zeit des i?-Auswahlimpulses 77 bestehen.

Die Integrierschaltung 62 ist während der Dauer des Rückstellimpulses 76 unwirksam. Nach Beendidung dieses Impulses beginnt sie, die durch die Flußänderungen gemäß der Kurven 80, 81 und 82 erzeugten Spannungen zu integrieren. Das resultierende Ausgangssignal der Integrierschaltung 62 ist in Kurve 83 dargestellt. Es zeigt eine positive Auslenkung am Beginn des i?-Auswahlimpulses 77 und danach eine etwas größere negative Auslenkung, nach der die Ausgangsspannung der Integrierschaltung auf einem negativen Wert verbleibt. Diese Veränderung wird durch den Umstand bewirkt, daß die Kurve gleiche positive und negative Auslenkungen aufweist und daher keinen Einfluß auf das Ausgangssignal der Integrierschaltung 62 hat, während die Kurve 80, die mit den Kurven 81 und 82 summiert wird, nur eine negative Auslenkung in dem Intervall, in dem die Integrierschaltung wirksam ist, aufweist. Es dominiert daher die negative Auslenkung der Kurve

80 über die positive und negative Auslenkung der Kurve 82, so daß sich als Resultierende ein negatives Signal am Ausgang der Integrierschaltung 62 ergibt.

Da der Ausgang der Integrierschaltung somit negativ ist, wenn die zugeordnete Torschaltung63 durch den Impuls 78 geöffnet wird, entsteht ein negativer Ausgangsimpuls 84 am betreffenden Tor 63. Dieser Impuls wird zum Datenregister 64 übertragen, welches so ausgebildet ist, daß es ein negatives Ausgangssignal als binäre »0« auswertet.

In dem Fall, daß die in dem ausgewählten Speicherelement ^4Bi? gespeicherte Information eine binäre »1« ist, tritt eine Flußwirkung auf die Ausgangsleitung 30 zu keiner der vorerwähnten Zeiten auf, wie durch die Linie 85 in F i g. 15 ersichtlich ist. Zur Zeit des B-Auswahlimpulses 75 wird in denjenigen nicht ausgewählten Speicherelementen ABN, die den Binärwert »0« enthalten, eine Flußänderung gemäß Kurve 86 erzeugt, die der Flußänderung von Kurve

81 gleicht. Wenn in einem der nicht ausgewählten Elemente BR eine »0« gespeichert ist, dann erfolgt eine Flußänderung in diesem Element, wie aus Kurve 87 zu ersehen ist.

Während des Zeitintervalls, in dem die Integrierschaltung 62 nach Beendigung des Rückstellimpulses 76 wirksam ist, sind die einzigen am Integratoreingang wirksam werdenden Flußänderungen diejenigen der Kurve 87, da die Kurven 85 und 86 zu dieser Zeit keinen Flußwechsel aufweisen. Die positive und negative Auslenkung der Flußänderung von Kurve 87 ist untereinander gleich, so daß das Ausgangssignal der zugeordneten Integrierschaltung 62 entsprechende positive und negative Auslenkungen von gleichen Werten aufweist und zu der Zeit, in welcher das zugeordnete Tor 63 durch den Taktimpuls 78 geöffnet ist, den Spannungswert 0 besitzt. Die durch die Kurve 89 dargestellte Ausgangsspannung der zugeordneten Torschaltung 63 ist daher zur Zeit des Taktimpulses 78 ebenfalls 0; dies wird von dem Datenregister 64 als »!«-Eingangssignal ausgewertet.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Datenspeichereinrichtung mit mindestens einem Magnetschichtelement, das eine biaxiale magnetische Anisotropie sowie eine oder mehrere

Treibleitungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes in mindestens einer der beiden magnetischen Vorzugsachsen aufweist und dem eine Leseleitung zugeordnet ist, in der Lesesignale bei einer Ummagnetisierung des Magnetschichtelementes induziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß von den vier Magnetisierungsvorrichtungen der beiden Vorzugsachsen je zwei benachbarte dem gleichen Binärwert zugeordnet sind, daß Treibleitungen (21 oder 22) zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die Umschaltung des Speicherelementes aus der ersten in die zweite Richtung des gleichen Binärwertes und Rückstell-Treibleitungen (23) zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die Umschaltung des Speicherelementes aus der zweiten in die erste Richtung des gleichen Binärwertes vorgesehen sind, und daß eine Impulsgeberschaltung vorgesehen ist, welche die Treibleitungen nacheinander wirksam macht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetschichtelement eine erste Treibleitung (21) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der zweiten Richtung des einen Binärwertes, eine zweite Treibleitung (22) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der zweiten Richtung des anderen Binärwertes und eine dritte Treibleitung (23) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer zwischen den ersten Richtungen beider Binärwerte liegenden Richtung zugeordnet sind und daß durch die Impulsgeberschaltung für eine Leseoperation die erste oder zweite Treibleitung und danach die dritte Treibleitung und für eine Schreiboperation in wählbarer Reihenfolge die erste und zweite Treibleitung und danach die dritte Treibleitung ansteuerbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschreiboperation dadurch erfolgt, daß die Impulsgeberschaltung zuerst die Treibleitung (z. B. 21) zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die Umschaltung aus der ersten in die zweite Richtung des gleichen Binärwertes, danach die entsprechende Treibleitung (z. B. 22) des anderen Binärwertes und danach die Rückstell-Treibleitung (23) wirksam macht, so daß sich eine Umschaltfolge: erster Binärwert = zweite Richtung, zweiter Binärwert = zweite Richtung, zweiter Binärwert = erste Richtung ergibt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorzugsachsen des Speicherelementes orthogonal zueinander angeordnet sind und daß die erste und zweite Treibleitung parallel zu den beiden Vorzugsachsen verlaufen, während die dritte Treibleitung im Winkel von annähernd 45° versetzt zu den Vorzugsachsen verläuft.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit mehreren matrixartig angeordneten Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Treibleitung (21) den Speicherelementen je einer Matrixspalte bzw. -zeile, die zweite Treibleitung (22) der Speicherelemente je einer Matrixzeile bzw. -spalte und die dritte Treibleitung (23) allen Speicherelementen der Matrix gemeinsam sind und daß den Speicherelementen einer jeden Matrixzeile zusätzlich eine Leseleitung (30) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit mehreren matrixartig angeordneten Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder zweite Treibleitung (21 oder 22) der Speicherelemente je einer Matrixspalte oder -zeile gemeinsam ist, daß die verbleibende dieser beiden Treibleitungen sowie eine Leseleitung (30) allen Speicherelementen der Matrix gemeinsam sind und daß die dritte Treibleitung (23) der Speicherelemente je einer Matrixzeile bzw. -spalte gemeinsam ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 mit mehreren in einer dreidimensionalen Matrix angeordneten Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die spalten- oder zeilenweise verlaufenden ersten bzw. zweiten Treibleitungen (21 bzw. 22) und die zeilen- oder spaltenweise verlaufenden dritten Treibleitungen (23) den einzelnen Speicherebenen gemeinsam sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseleitungen über Ausgangstore (46) adressierbar sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Speicherebene eine allen Speicherelementen gemeinsame Leseleitung (30) zugeordnet ist, daß jede der Leseleitungen über einen Leseverstärker (61) mit einer Integrierschaltung (62) verbunden ist und daß die Ausgänge der Integrierschaltungen über adressierbare Torschaltungen (63) abtastbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 329 630.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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