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Die Erfindung bezieht sich auf einen wertorganisierten Kryotronspeicher,
dessen aus je drei Kryotronen bestehende Speicherzellen matrixartig angeordnet sind.
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Durch die Veröffentlichung »Solid State Electronics«, Pergamon Press,
1960, Vol. 1, S. 399 bis 408, ist schon eine Speicheranordnung bekannt, welche aus
je drei Kreuzkryotronen aufgebaut ist und somit das Lesen des Speicherinhaltes ohne
dessen Zerstörung erlaubt. Die bekannte Anordnung ist schematisch in F i g. 1 dargestellt.
Die Speicherzelle für nichtzerstörendes Lesen besteht aus einem Schreibkreis - (Speicherkreis)
mit dem Schreibkryotron GS und aus einem Abtast- und Lesekreis mit dem Abtastkryotron
GA und dem Lesekryotron GL. Auf-. der Speicherebene sind die Zellen in Matrixform
angeordnet. Sowohl die Schreibkreise als auch die Abtast- und Lesekreise einer Speicherebene
bilden für sich Teilmatrizen, die übereinander aufgedampft sind. Die einander jeweils
zugeordneten Kreise überschneiden sich. Sie sind funktionsmäßig durch das Abtastkryotron
GA miteinander verbunden. Die Steuerleitung des Abtastkryotrons GA ist ein Teil
der Umwegleitung U der Speicherschleife.
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Innerhalb der Speichermatrix haben alle zu einem Wort gehörenden Schreibkryotronen,
beispielsweise in Zeilenrichtung, eine gemeinsame Schreibsteuerleitung
LW (Wortleitung). Alle zu gleichwertigen Bit der verschiedenen Wörter gehörenden
Schreibkryotronen sind jeweils durch gemeinsame Schreibleitungen 1b (Bitleitungen)
beispielsweise in Spaltenrichtung miteinander verbunden. In entsprechender Weise
haben die Lesekryotronen einerseits gemeinsame Lesesteuerleitungen LT zur Wortauswahl
und andererseits gemeinsame Leseleitungen La zur Bitauswahl. Eine binäre
Information ist in der Speicherzelle dann gespeichert, wenn in dem Schreibkreis,
d. h. in der aus dem supraleitenden Schreibgatter GS und der Umwegleitung U gebildeten
Speicherschleife ein Kreisstrom d I fließt. Zum Einschreiben des Kreisstromes
d l in die Speicherschleife wird zunächst mit dem SteuerstromIw -der Gatterwiderstand
des Schreib- . kryotrons GS eingeschaltet. Gleichzeitig fließt ein Schreibstrom
Ib durch :die supraleitende Umwegleitung U und erzeugt einen Magnetfluß 0. Nach
dem Abschalten des Steuerstromes I", wird der Magnet fluß in der Speicherschleife
eingefroren. Am Ende des Schreibimpulses 1b fließt dann ein dem Fluß entsprechender
Speichexstrom d 1. Es gilt: , - . .
0 = IS - L2 = d I
(L1 -i- L#) wobei Lt die Induktivität des Gatterzweiges und L. die Induktivität
der Umwegleitung U ist. Der Speicherstrom kann durch erneutes Einschalten des Gatterwiderstandes
gelöscht werden. Mit Gatter. ist!: hier und im folgenden das zwischen seinem supraleitenden
und seinem normalleitenden Zustand umsteuerbaer Leiterstück eines Kryotrons bezeichnet.
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Ein Teil der Umwegleitung der Speicherschleife dient, wie schon erwähnt,
zugleich als Steuerleitung des Abfragekryotrons GA. Wenn in der Schleife
ein Speicherstrom d I fließt, wird der Gatterwiderstand des Abfragekryotrons
GA eingeschaltet. Dem Gatter des Abfragekryotrons ist das Gatter eines Lesekryotrons
GL zur Bildung des Lesekreises parallel geschaltet. Ein Strom 1a auf der Leseleitung
L" fließt daher über das supraleitende Gatter des Lesekryotrons ab. Wird dagegen
gleichzeitig durch einen Strom Ir auf der Wortauswahlleitung L, das Lese-; -gatter
ebenfalls normalleitend- geschaltet, dann entsteht durch den Strom 1a auf der Leseleitung
1a ein Spannungsabfall, der als Lesesignal für eine binäre » 1« gewertet wird. Eine
gespeicherte »0« ergibt kein Lesesignal, da hierbei in der Speicherschleife kein
Strom fließt und somit das Abfragegatter supraleitend bleibt.
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Durch den Lesevorgang wird der in der Speicherschleife fließende Speicherstrom
AI nicht beeinflußt. Der Lesevorgang kann also beliebig oft wiederholt werden: Für,
den praktischen Einsatz von Kryotronspeichern besteht neben der Forderung nach hoher
Zuverlässigkeit die Forderung, daß die Speicher ein großes Fassungsvermögen (107
Bit und mehr) und trotzdem ein möglichst kleines Bauvolumen. haben. Einer beliebigen
Verkleinerung der linearen Abmessungen der Elemente sind aber nicht nur aus Gründen
der Herstellbarkeit, sondern auch wegen der zunehmenden Verringerung der -Lesesignalamplituden
Grenzen gesetzt. Es ist daher eine möglichst hohe Packungsdichte der Speicherzellen
anzustreben.
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Da sich bei der bekannten Speicheranordnung die zu einer Speicherzelle
gehörenden Kreise, nämlich der Schreibkreis einerseits und der Abtast- und Lesekreis
andererseits, nur teilweise= überdecken können, läßt sich hier keine hohe Packungsdichte
der Speicherzellen erreichen. Viehmehr ist der Platzbedarf für eine Zelle nahezu
doppelt so groß wie für eine Speicherzelle für zerstörendes Lesen.
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Es -ist-- daher -.die Aufgabe der Erfindung, einen Kryotronspeicher
anzugeben, dessen ebenfalls aus je drei Kryotronen bestehende Speicherzellen sich
erheblich dichter packen lassen als bei der bekannten Anordnung.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Abfragekryotron
als Parallelkryotron ausgeführt ist und daß die Speicherschleife und die Abfrage-bzw.
Leseschleife in ihrem ganzen Verlauf übereinander und zu beiden Seiten einer an
der Stelle des Abfragekryotrons ein Loch aufweisenden Schirmschicht angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
-Die F i g. 2 zeigt die Leiterschichten einer Speicherzelle in perspektivischer
Ansicht. Zur besseren Übersicht sind die einzelnen Leiterschichten voneinander abgehoben
.dargestellt; die in Wirklichkeit zwischen den einzelnen leitenden Schichten vorhandenen
Isolierschichten und die Trägerplatte sind nicht eingezeichnet. Die beispielsweise
aus Silizium-Monoxyd bestehenden Isolierschichten -sollen auch im folgenden nicht
weiter erwähnt werden. Sie sind natürlich immer zwischen den verschiedenen Leiterschichten
erforderlich, um galvanische Kontakte zu verhindern.
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Die Gatter der drei Kryotronen GS, GA und GL der Speicherzelle sind
in F i g. 2 durch Punktierung hervorgehoben. Alle drei Kryotronen dieses Ausführungsbeispieles
sind sogenannte Parallel-(in-line) Kryotronen, d. h., ihre Steuerleitungen verlaufen,
die Gatterschichten in ihrer ganzen Breite überdeckend, parallel zu deren Längsrichtungen.
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Zwischen der Speicherschleife mit dem Gatter des Schreibkryotrons
GS und der Leseschleife mit .dem Gatter des Abfragekryotrons GA und dem Gatter des
Lesekryotrons GL liegt eine Schirmschicht S. Ausgenommen ist jedoch die Stelle,
an der sich das Abfragekryotron
GA selbst befindet. Die einzelnen
Abschnitte der Schirmschicht S sind nach F i g. 2 ebenso breit wie die Leiterbahnen,
zwischen denen sie liegt. Das hat den Vorteil, daß zu ihrer Herstellung die gleichen
Aufdampfmasken wie zur Herstellung der anderen Leiterbahnen benutzt werden können.
Prinzipiell darf die Schirmschicht S aber auch eine im wesentlichen geschlossene
Fläche sein, die nur an den Stellen der Abfragekryotronen GA Löcher hat.
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Wie bei der bekannten Speicheranordnung sind die Steuerleitung L,v
für das Schreibkryotron G5 und die Steuerleitung LT für das Lesekryotron GL jeweils
für alle Speicherzellen einer Matrixrichtung, beispielsweise einer Zelle, gemeinsam.
Sie dienen beim Schreiben bzw. Lesen als Wortauswahlleitungen. Die Steuerleitung
für das Abfragekryotron GA ist ein Teil der Speicherschleife.
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Durch die Ausbildung des Abfragekryotrons GA
als Parallelkryotron
wird der platzsparende Aufbau der Speicherzelle durch vollständige Überdeckung ,der
Speicher- und Leseschleife erst ermöglicht. Eine weitere Erhöhung der Packungsdichte
wird durch eine besondere Art der Verbindung der Speicherzellen in der zu den Wortleitungen
senkrechten Matrixrichtung, beispielsweise in Spaltenrichtung, erreicht. Die Verbindung
aufeinanderfolgender Leseschleifen wird, wie in Zusammenhang mit Einkryotron-Speicherzellen
bereits vorgeschlagen wurde, durch die Schreibleitungen Lb bzw. durch die Abfrageleitungen
La so vorgenommen, daß jeweils zwei der einander in Spaltenrichtung am nächsten
gegenüberliegenden Eckpunkte der Speicher- bzw. Leseschleifen miteinander verbunden
werden. Dabei wird immer abwechselnd das eine oder das andere Paar von Eckpunkten
miteinander verbunden, so daß die Verbindungsleitungen (Schreib- bzw. Abfrageleitungen)
im wesentlichen zinnenförmig verlaufen.
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Dieser Verlauf läßt sich aus den F i g. 3 a und 3 b erkennen. In diesen
beiden Figuren sind zwei in Spaltenrichtung aufeinanderfolgende Speicherzellen dargestellt.
Die F i g. 3 a zeigt zwei Speicherschleifen mit den zugehörigen Steuerleitungen
L"" welche die Schreibgatter überdecken. Die beiden Schreibkryotronen sind durch
Schraffur hervorgehoben. In entsprechender Weise sind in Fig. 3 b zwei Leseschleifen
mit den zugehörigen Steuerleitungen L,. dargestellt. Es wurde schon darauf hingewiesen,
daß in der tatsächlichen Ausführung der Speicherzellen die einander entsprechenden
Schreib- und Leseschleifen deckungsgleich übereinanderliegen.
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Um einen Anhalt für die Größe :der Speicherzelle gemäß der Erfindung
zu geben, sind in F i g. 3 a einige Maße in Einheiten der Breite w der Steuerleitungen
LW für die Schreibkryotronen G5 eingetragen. Die Größen h und v richten sich nach
den gewünschten Induktivitätslängen der Umwegleitungen in den Speicherschleifen
bzw. nach den Gatterlängen. Die Werte von h und v werden im allgemeinen etwa zwischen
1,5 und 2 liegen. Bei einer Leiterbreite w von 50 gm ergibt sich so ein Flächenbedarf
für eine Speicherzelle einschließlich der anteilmäßigen Zwischenräume zu den Nachbarzellen
von etwa 200 - 200 gm2.
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Die eingetragenen Abmessungen für die Leiterbreiten geben nur einen
groben Anhalt. Bei der Dimensionierung ist insbesondere zu beachten, daß der bei
einer gespeicherten »1« in der Speicherschleife fließende Strom d 1 das Abfragegatter
in den normalleitenden Zustand überführen muß, aber den Schaltzustand des Schreibgatters
von sich aus nicht beeinflussen :darf. Das kann durch eine geeignete Auswahl der
Gatterschichtmaterialien geschehen oder durch unterschiedliche Stromdichten, d.
h. durch verschiedene Leiterbreiten.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Speicherzelle nach der Erfindung
ist in den F i g. 4 a und 4 b dargestellt. Wie die vorstehend beschriebenen F i
g. 3 a und 3 b zeigen die F i g. 4 a und 4 b ebenfalls getrennt Teile der Schreib-
und Lesematrix. Die Schreib- und Lesekryotronen sind in diesem Beispiel als Kreuzkryotronen
ausgeführt. Beide Teilmatrizen liegen wiederum deckungsgleich übereinander. Die
Umwegleitungen ü der Speicherschleifen bzw. die entsprechenden Teilstücke der Leseschleifen,
die die Abfragegatter enthalten, sind abwechselnd auf der einen und der anderen
Seite der zu den Schreilikryotronen bzw. zu den Lesekryotronen gehörenden Gatterstreifen
angeordnet. Diese Leitungsteile bilden somit spaltenweise je einen zusammenhängenden
oder jeweils durch die Gatterschicht unterbrochenen, symmetrisch zur Gatterschicht
verlaufenden zinnenförmigen Linienzug.
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Die F i g. 5 a und 5 b zeigen eine weitere Ausführungsmöglichkeit,
bei der die Schreibkryotronen G5 als Kreuzkryotronen und die Abfragekryotronen
GA
bzw. GL als Parallelkryotronen ausgeführt sind. Abfrage- und Lesekryotronen
können bei der oberen oder unteren Leseschleife nach F i g. 5 b auch miteinander
vertauscht werden.