RU2154863C1 - Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method - Google Patents
Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154863C1 RU2154863C1 RU99109700/09A RU99109700A RU2154863C1 RU 2154863 C1 RU2154863 C1 RU 2154863C1 RU 99109700/09 A RU99109700/09 A RU 99109700/09A RU 99109700 A RU99109700 A RU 99109700A RU 2154863 C1 RU2154863 C1 RU 2154863C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- information
- conductive
- magnetizing
- toroid
- bus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитной записи и воспроизведения информации и может быть использовано в технике с реверсивными цифровыми запоминающими устройствами с высокоплотной записью для работы с большими массивами данных и в других электронных устройствах. The invention relates to the field of magnetic recording and reproduction of information and can be used in technology with reversible digital storage devices with high-density recording for working with large data arrays and in other electronic devices.
В современной вычислительной технике, а также во многих других электронных устройствах одним из основных блоков являются устройства памяти, эффективность которых характеризуется следующими основными параметрами: объемом хранимой информации и плотностью записи; временем доступа (продолжительностью полного цикла обращения к информации, хранящейся по произвольному адресу); энергонезависимостью хранения (возможностью сохранения информации при выключенном питании); долговечностью памяти; стоимостью изготовления при массовом производстве 1 Мбайта памяти. In modern computer technology, as well as in many other electronic devices, one of the main units are memory devices, the effectiveness of which is characterized by the following main parameters: the amount of stored information and recording density; access time (the duration of a full cycle of accessing information stored at an arbitrary address); non-volatility storage (the ability to save information when the power is off); longevity of memory; the cost of manufacturing in mass production of 1 MB of memory.
В настоящее время по объему хранимой информации (от 128 до 2000 Мбайт) оптические диски превосходят все другие устройства памяти, однако они либо не приспособлены для перезаписывания, либо время записи и воспроизведения информации на них очень велико (например, время доступа составляет 30-50 мс). Магнитные жесткие диски также могут хранить большой объем информации (до 10 Гбайт), которая может перезаписываться. Время доступа уменьшено до 8-15 мс, однако указанное время все еще весьма велико. Оба типа устройств памяти (оптические диски и магнитные жесткие диски) являются энергонезависимыми. Currently, optical disks exceed all other memory devices in the amount of stored information (from 128 to 2000 MB), but they are either not suitable for overwriting, or the recording and playback time of information on them is very long (for example, the access time is 30-50 ms ) Magnetic hard drives can also store a large amount of information (up to 10 GB), which can be overwritten. The access time is reduced to 8-15 ms, however, the indicated time is still very long. Both types of memory devices (optical disks and magnetic hard drives) are non-volatile.
В устройствах "динамической " памяти с произвольным доступом к информации в качестве элемента хранения информации (ячейки памяти) используется заряженный конденсатор. Эти устройства выполнены в виде интегральных микросхем, благодаря чему они могут обеспечить очень малое время доступа порядка 10-50 нс, а плотность записи равна 3-12 Мбайт/см2.In "dynamic" memory devices with random access to information, a charged capacitor is used as an information storage element (memory cell). These devices are made in the form of integrated circuits, so they can provide a very short access time of about 10-50 ns, and the recording density is 3-12 MB / cm 2 .
Однако устройства "динамической "памяти не обладают энергонезависимостью и требуют периодической перезаписи (регенерации). However, dynamic memory devices are non-volatile and require periodic rewriting (regeneration).
В устройствах "статической" памяти в качестве элемента хранения информации (ячейки памяти) используется полупроводниковый затвор в транзисторной сборке. Такие устройства сложны в изготовлении и используются только как кэш-память, то есть как буфер обмена между медленным и быстрым устройствами памяти. Недостатками устройств "статической" памяти являются ограниченная энергонезависимость, сравнительно небольшая плотность записи (1-2 Мбайта/см2) и высокая стоимость.In devices of "static" memory, a semiconductor gate in a transistor assembly is used as an information storage element (memory cell). Such devices are difficult to manufacture and are used only as a cache memory, that is, as a clipboard between slow and fast memory devices. The disadvantages of “static” memory devices are limited non-volatility, relatively low recording density (1-2 MB / cm 2 ) and high cost.
В последнее время ведутся работы по созданию устройств памяти, которые не имели бы вышеуказанных недостатков и в то же время обеспечивали высокую плотность записи (порядка 100 Мбайт/см2), малое время доступа (порядка 10 нс), свойство энергонезависимости, неограниченное число циклов перезаписи и воспроизведения информации и имели бы низкую стоимость. Этим требованиям наиболее близко отвечают так называемые устройства "сегнетоэлектрической" и "магнитной" памяти.Recently, work is underway to create memory devices that would not have the above drawbacks and at the same time provide a high recording density (of the order of 100 MB / cm 2 ), short access time (of the order of 10 ns), non-volatility property, unlimited number of rewrite cycles and reproduction of information and would have low cost. The so-called "ferroelectric" and "magnetic" memory devices most closely meet these requirements.
Как известно, большой класс поликристаллов, называемых сегнетоэлектриками, обладает способностью длительного хранения состояния заданной электрической поляризации. Это свойство позволяет использовать их в ячейках памяти, заменяя в устройствах "динамической" памяти диэлектрик, находящийся между обкладками конденсатора, на сегнетоэлектрик, за счет чего устройства "динамической" памяти приобретают свойство энергонезависимости. As you know, a large class of polycrystals, called ferroelectrics, has the ability to long-term storage of the state of a given electrical polarization. This property allows them to be used in memory cells, replacing the dielectric located between the capacitor plates with ferroelectric in the “dynamic” memory devices, due to which the “dynamic” memory devices acquire the property of non-volatility.
Однако устройства "сегнетоэлектрической" памяти имеют ограниченное время жизни, так как даже после ограниченного числа циклов перемен поляризации наступает старение сегнетодиэлектрика вследствие накопления в кристалле паразитного электрического заряда, при этом абсолютная величина электрической поляризации ячейки памяти уменьшается, и она становится менее управляемой и со временем полностью теряет свойства памяти (Патент США N 5768182, МКИ H 01 L 31/062 (365/145), 1998). However, “ferroelectric” memory devices have a limited lifetime, since even after a limited number of cycles of polarization reversal, the ferroelectric begins to age due to the accumulation of a parasitic electric charge in the crystal, while the absolute value of the electric polarization of the memory cell decreases, and it becomes less controllable and eventually completely loses the properties of memory (US Patent N 5768182, MKI H 01
Аналогичный недостаток имеют устройства памяти, созданные на основе других высококачественных диэлектриков, так как факт существования электрических зарядов неизбежно приводит к постепенному старению диэлектрической памяти из-за натекания паразитного заряда (Патент США N 5796670, G 11 C 13/00 (365-228), 1998). A similar disadvantage is memory devices created on the basis of other high-quality dielectrics, since the fact of the existence of electric charges inevitably leads to a gradual aging of the dielectric memory due to leakage charge (US Patent N 5796670, G 11
Известны способ и устройство с так называемой "магнитной" памятью с произвольным доступом к информации, запись и воспроизведение информации в котором основаны на свойстве проводников изменять электрическое сопротивление при наложении магнитного поля (эффект анизотропного или гигантского магнитосопротивления). A known method and device with the so-called "magnetic" memory with random access to information, the recording and reproduction of information in which are based on the property of the conductors to change the electrical resistance when a magnetic field is applied (anisotropic or giant magnetoresistance effect).
Устройство содержит или отдельные цепи для записи и воспроизведения информации, или, при использовании проводников с гигантским магнитосопротивлением, многослойные структуры, в которых каждая ячейка памяти содержит отдельные элементы для записи, хранения и воспроизведения информации. Такая ячейка памяти может выдержать практически неограниченное число циклов перезаписи, что объясняется стабильностью так называемых "обменных" сил взаимодействия атомарных электронов и отсутствием в природе магнитных зарядов, которые приводили бы к деполяризации магнитных дипольных моментов носителей информации (Патент США N 5587943, МКИ G 11 С 11/15 (365/158), 1996). The device either contains separate circuits for recording and reproducing information, or, when using conductors with giant magnetoresistance, multilayer structures in which each memory cell contains separate elements for recording, storing and reproducing information. Such a memory cell can withstand an almost unlimited number of rewriting cycles, which is explained by the stability of the so-called "exchange" forces of interaction of atomic electrons and the absence of magnetic charges in nature, which would lead to the depolarization of magnetic dipole moments of information carriers (US Patent N 5587943, MKI G 11
Недостатком этого способа является то, что эффект анизотропного магнитосопротивления проявляется только на фоне очень большого омического сопротивления проводников. При использовании одной и той же цепи как для записи, так и для воспроизведения информации по проводнику пропускается большой ток, который приводит к проявлению электромиграционного эффекта (переноса вместе с электрическим током части вещества токовой шины), приводящего к потере работоспособности ячейки памяти. The disadvantage of this method is that the effect of anisotropic magnetoresistance is manifested only against the background of a very large ohmic resistance of the conductors. When using the same circuit both for recording and for reproducing information, a large current is passed through the conductor, which leads to the manifestation of the electromigration effect (the transfer, together with the electric current, of a part of the current bus material), which leads to the loss of operability of the memory cell.
Недостатками устройства, реализующего вышеописанный способ, являются невысокая плотность записи и сложность его изготовления, а при использовании проводников с гигантским магнитосопротивлением появляется большая зависимость работы устройства от температуры, то есть предпочтительны более низкие температуры. The disadvantages of the device that implements the above method are the low recording density and the complexity of its manufacture, and when using conductors with giant magnetoresistance, a large temperature dependence of the operation of the device appears, that is, lower temperatures are preferred.
Известно устройство памяти (магнитный транзистор), работа которого основана на использовании спинзависимых эффектов переноса заряда в магнитном поле (эффект туннельного переноса электронов). В магнитном транзисторе перенос заряда между двумя слоями металлического ферромагнита, разделенными слоем диэлектрика, управляется магнитным полем (Патент США N 5650958, МКИ G 11 В 5/127 (365/173), 1997). A memory device (magnetic transistor) is known whose operation is based on the use of spin-dependent effects of charge transfer in a magnetic field (the effect of tunneling electron transfer). In a magnetic transistor, the charge transfer between two layers of a metal ferromagnet separated by a dielectric layer is controlled by a magnetic field (US Patent No. 5650958, MKI G 11 B 5/127 (365/173), 1997).
Недостатком этого технического решения является зависимость работы устройства памяти от температуры, то есть его разогревание при длительной работе приводит к неустойчивости гистерезисных кривых. The disadvantage of this technical solution is the dependence of the operation of the memory device on temperature, that is, its heating during prolonged operation leads to instability of the hysteresis curves.
Кроме того, устройство не технологично при его изготовлении, так как требуется большая многослойность (порядка десяти слоев разнородных материалов, включая диэлектрики). In addition, the device is not technologically advanced in its manufacture, since it requires a large multilayer (about ten layers of dissimilar materials, including dielectrics).
Известны способ и устройство памяти для его осуществления, основанный на использовании продольно или поперечно расположенных на носителе магнитных частиц (доменов), обладающих магнитными дипольными моментами. A known method and memory device for its implementation, based on the use of longitudinally or transversely located on the carrier of magnetic particles (domains) having magnetic dipole moments.
В устройстве памяти для записи и воспроизведения информации используется относительное перемещение носителя с магнитными частицами и магнитной головки, которая при записи генерирует, а при воспроизведении регистрирует однородное по направлению и переменное по значению напряженности магнитное поле. Плотность записи в этом случае обеспечивается на уровне 108- 109 бит/см2 (Гитлиц М.В. Магнитная запись сигналов. - М.; Радио и связь, 1990, с. 232).In the memory device for recording and reproducing information, the relative movement of the carrier with magnetic particles and the magnetic head is used, which during recording generates and during playback registers a magnetic field that is uniform in direction and variable in magnitude. The recording density in this case is provided at the level of 10 8 - 10 9 bit / cm 2 (Gitlits MV Magnetic recording of signals. - M; Radio and communications, 1990, p. 232).
Недостатками вышеуказанного технического решения являются ограничения на плотность записи из-за жесткого сцепления магнитных частиц (доменов) при уплотнении, возможность потери информации при воздействии внешних полей, а также использование при записи и воспроизведении информации узлов, механически движущихся с высокими скоростями, а следовательно, ограничивается время эксплуатации носителей и надежность устройства памяти. The disadvantages of the above technical solution are restrictions on the recording density due to the hard adhesion of magnetic particles (domains) during compaction, the possibility of loss of information when exposed to external fields, and the use of nodes mechanically moving at high speeds when recording and reproducing information, and therefore, is limited media usage time and memory device reliability.
Известен способ магнито-тороидной записи и воспроизведения информации, основанный на взаимодействии намагниченных частиц носителя, концентрически замкнутых в тороидоподобные конфигурации (агрегаты магнитных частиц носителя), с управляющим вихревым магнитным полем, которое при записи информации изменяет ориентацию моментов магнитных частиц, а при воспроизведении информации регистрирует параметры электрического поля, возбуждаемого движущимися агрегатами магнитных частиц носителя (Дубовик В.М., Марценюк А.М., Марценюк Н. М. Перемагничение агрегатов магнитных частиц вихревым полем и использование тороидности для записи информации. Препринт ОИЯИ, Р17-92-541, 1992). A known method of magneto-toroidal recording and reproduction of information, based on the interaction of magnetized carrier particles concentrically closed in toroidal configurations (aggregates of magnetic carrier particles), with a control vortex magnetic field, which, when recording information, changes the orientation of the moments of magnetic particles, and when reproducing information, records parameters of the electric field excited by moving aggregates of magnetic particles of the carrier (Dubovik V.M., Martsenyuk A.M., Martsenyuk N.M. Peremagnich aggregates of magnetic particles and use a vortex field toroid for information recording. Preprint JINR R17-92-541, 1992).
Два состояния намагниченности таких агрегатов, принимаемых за "0" и "1" в цифровом коде, отличаются противоположными (по часовой стрелке или против) направлениями вихря намагниченности и соответственно противоположно ориентированными векторами тороидных моментов. The two magnetization states of such aggregates, taken as “0” and “1” in the digital code, differ in opposite (clockwise or counterclockwise) directions of the magnetization vortex and correspondingly oppositely oriented vectors of toroidal moments.
Плотность упаковки агрегатов частиц с тороидной намагниченностью практически ограничена только их размерами в силу слабого взаимодействия между агрегатами. Методы нанотехнологии позволяют получать одномерные ферромагнитные частицы с размерами 1-10 нм и более с намагниченностью насыщения порядка 300 Гс. Например, агрегат из четырех таких частиц обладает тороидной намагниченностью с напряженностью кругового магнитного поля между частицами агрегата около 103 Э, что достаточно для устойчивости агрегата и, таким образом, для надежного долговременного хранения информации. Так как каждый такой агрегат может хранить 1 бит информации, а площадь агрегата составляет 10-100 нм2, то плотность записи будет достигать 1012 - 1023 бит/см2.The packing density of aggregates of particles with toroidal magnetization is practically limited only by their size due to the weak interaction between the aggregates. Nanotechnology methods make it possible to obtain one-dimensional ferromagnetic particles with sizes of 1-10 nm and more with a saturation magnetization of the order of 300 G. For example, an aggregate of four such particles has a toroidal magnetization with a circular magnetic field strength between aggregate particles of about 10 3 Oe, which is sufficient for the stability of the aggregate and, thus, for reliable long-term storage of information. Since each such unit can store 1 bit of information, and the area of the unit is 10-100 nm 2 , the recording density will reach 10 12 - 10 23 bit / cm 2 .
Недостатком данного технического решения является его сложность при осуществлении, так как при воспроизведении информации с целью чтения отдельного бита информации требуется труднодостижимое быстрое перемещение узла чтения относительно носителя хранимой информации, а при записи информации - труднодостижимое значение тороидного момента, необходимого для возможности вихревого перемагничивания агрегата переменным электрическим полем. The disadvantage of this technical solution is its difficulty in implementation, since when reproducing information in order to read a separate bit of information, it is difficult to quickly reach the reading node relative to the storage medium of information, and when recording information, it is difficult to reach the toroidal moment necessary for the possibility of vortex magnetization reversal of the unit by an alternating electric by the field.
Кроме того, использование плоского конденсатора для создания вихревого магнитного поля не позволяет обеспечить высокую степень локализации вихревого поля в пределах размеров одного агрегата, имеющего нанометрические размеры. In addition, the use of a flat capacitor to create a vortex magnetic field does not allow for a high degree of localization of the vortex field within the size of one unit having nanometric dimensions.
Наиболее близким аналогом к изобретению по решаемой задаче является способ тороидной записи и считывания информации, согласно которому в материале, например, магнитном формируют тороидоподобные конфигурации, каждая из которых имеет замкнутый магнитный поток определенного направления закрученности, при записи единицы альтернативной информации изменяют направление закрутки замкнутого магнитного потока в соответствующих тороидоподобных конфигурациях (Патент РФ N 2114466, МКИ G 11 В 5/00, 5/852, 1998). The closest analogue to the invention for the problem being solved is a method of toroidal recording and reading of information, according to which toroid-like configurations are formed in a material, for example, magnetic, each of which has a closed magnetic flux of a certain twist direction, when writing an alternative information unit, the twist direction of the closed magnetic flux is changed in corresponding toroidal configurations (RF Patent N 2114466, MKI G 11 B 5/00, 5/852, 1998).
Однако известный способ не позволяет обеспечить произвольный доступ к памяти, имеет относительно большое время доступа и при считывании информации, особенно на высоких частотах, требует сложно осуществимого процесса фазового детектирования. However, the known method does not allow for random access to memory, has a relatively long access time, and when reading information, especially at high frequencies, it requires a difficult process of phase detection.
Наиболее близким аналогом к изобретению является ячейка памяти, содержащая тороидоподобный элемент, выполненный из магнитного материала и расположенный в изолирующей среде (Патент РФ N 2114466, МКИ G 11 B 5/00, 5/852, 1998). The closest analogue to the invention is a memory cell containing a toroid-like element made of magnetic material and located in an insulating medium (RF Patent N 2114466, MKI G 11 B 5/00, 5/852, 1998).
Однако известное устройство не может обеспечить требуемых плотности записи информации и быстродействия и является технологически трудоемким. However, the known device cannot provide the required recording density of information and speed and is technologically laborious.
Наиболее близким аналогом к изобретению является устройство памяти, осуществляющее вышеуказанный способ записи и считывания информации, которое содержит тороидоподобные элементы, средство для перемагничивания тороидоподобных элементов и электронный блок управления (Патент РФ N 2114466, МКИ G 11 В 5/00, 5/852, 1998). The closest analogue to the invention is a memory device that implements the above method of recording and reading information that contains toroid-like elements, means for magnetization reversal of toroid-like elements and an electronic control unit (RF Patent N 2114466, MKI G 11 V 5/00, 5/852, 1998 )
Однако известное устройство не может обеспечить требуемых плотности записи информации и быстродействия и является технологически трудоемким. However, the known device cannot provide the required recording density of information and speed and is technologically laborious.
Кроме того, головка записи и считывания информации представляет собой матрицу с множеством нанометрических игл, зафиксированных в диэлектрике, и требует прецизионного устройства, обеспечивающего его относительное перемещение и перемещение носителя тороидоподобных магнитных конфигураций. In addition, the head of recording and reading information is a matrix with many nanometric needles fixed in a dielectric, and requires a precision device that provides its relative movement and movement of the carrier of toroidal magnetic configurations.
Задачей изобретения является создание способа записи и считывания информации, ячейки памяти и устройства памяти для осуществления способа, которые обеспечат массовое производство относительно дешевых, долговечных, энергонезависимых устройств памяти, обладающих большим объемом хранимой информации, высокой плотностью записи, малым временем доступа и высоким быстродействием. The objective of the invention is to provide a method of recording and reading information, a memory cell and a memory device for implementing the method, which will provide mass production of relatively cheap, durable, non-volatile memory devices with a large amount of stored information, high recording density, low access time and high speed.
Сущность способа тороидной записи и считывания информации заключается в том, что из материала, например, магнитного формируют тороидоподобные конфигурации, каждая из которых имеет замкнутый магнитный поток определенного направления закрученности. Из тороидоподобных конфигураций формируют структуры, каждая из которых состоит, по крайней мере, из одной информационной и, по крайней мере, одной эталонной конфигурации. The essence of the method of toroidal recording and reading of information lies in the fact that toroid-like configurations are formed from a material, for example, magnetic, each of which has a closed magnetic flux of a certain twist direction. Structures are formed from toroidal configurations, each of which consists of at least one information and at least one reference configuration.
При записи единицы информации в пределах одной структуры изменяют направление закрученности замкнутого магнитного потока в соответствующих тороидоподобных конфигурациях и производят согласованное по времени и величине воздействие на информационную конфигурацию взаимопересекающимися подмагничивающим и перемагничивающим переменными магнитными полями. When writing a unit of information within the same structure, the direction of twisting of the closed magnetic flux in the corresponding toroidal configurations is changed and a time and magnitude effect is influenced on the information configuration by mutually intersecting magnetizing and magnetizing magnetizing alternating magnetic fields.
При считывании единицы информации в пределах одной структуры производят воздействие на информационную и эталонную конфигурации переменным подмагничивающим полем, детектируют выходные сигналы информационной и эталонной конфигураций структуры, при этом по характеру их откликов определяют значение записанной в информационную конфигурацию единицы информации. When reading a unit of information within the same structure, the information and reference configurations are affected by an alternating magnetizing field, the output signals of the information and reference configurations of the structure are detected, and the nature of their responses determines the value of the information unit recorded in the information configuration.
Запись единицы информации в пределах одной структуры возможно осуществить воздействуя на информационную конфигурацию одним или несколькими импульсами перемагничивающего магнитного поля при постоянном воздействии подмагничивающего магнитного поля. It is possible to record a unit of information within the same structure by acting on the information configuration with one or more pulses of a magnetizing magnetizing field under constant exposure to a magnetizing magnetic field.
Кроме того, тороидоподобные конфигурации могут быть выполнены из материала, обладающего сверхпроводимостью, например высокотемпературной сверхпроводящей керамики. In addition, toroidal configurations can be made of a material having superconductivity, for example, high-temperature superconducting ceramics.
Сущность изобретения заключается также в том, что в ячейку памяти, содержащую тороидоподобный элемент, выполненный из магнитного материала и расположенный в изолирующей среде, введено средство для перемагничивания тороидоподобного элемента путем создания в его объеме пространственно-временной конфигурации магнитного поля, включающее, как минимум, одну токопроводящую сигнальную шину, проходящую через осевое отверстие тороидоподобного элемента и создающую в тороидоподобном элементе вихревое магнитное поле, и, как минимум, одну токопроводящую подмагничивающую шину, расположенную вне тороидоподобного элемента и создающую в тороидоподобном элементе магнитное поле, поперечное по отношению к вихревому. The essence of the invention lies in the fact that in the memory cell containing a toroid-like element made of magnetic material and located in an insulating medium, means have been introduced for magnetization reversal of the toroid-like element by creating a spatio-temporal magnetic field configuration in its volume, including at least one conductive signal bus passing through the axial hole of the toroid-like element and creating a vortex magnetic field in the toroid-like element, and at least one current a leading magnetizing bus located outside the toroid-like element and creating a magnetic field in the toroid-like element transverse to the vortex.
Если в ячейке памяти тороидоподобный элемент выполнен из электропроводного магнитного материала, то тороидоподобный элемент и токопроводящие подмагничивающая и сигнальная шины изолированы друг от друга, а при выполнении тороидоподобного элемента из электронепроводящего магнитного материала токопроводящая подмагничивающая шина может быть расположена непосредственно на тороидоподобном элементе. If the toroid-like element in the memory cell is made of electrically conductive magnetic material, then the toroid-like element and the conductive magnetizing and signal buses are isolated from each other, and when the toroid-like element is made of electrically conductive magnetic material, the conductive magnetizing bus can be located directly on the toroid-like element.
Токопроводящая подмагничивающая шина ячейки памяти может быть выполнена в виде петли, охватывающей тороидоподобный элемент. The conductive magnetizing bus of the memory cell can be made in the form of a loop covering a toroid-like element.
В ячейке памяти тороидоподобный элемент может быть установлен между двух расположенных оппозитно друг к другу токопроводящих подмагничивающих шин или между четырех токопроводящих подмагничивающих шин, первые две из которых расположены оппозитно друг к другу над экваториальной плоскостью тороидоподобного элемента, а вторые две расположены оппозитно друг к другу под экваториальной плоскостью тороидоподобного элемента, причем токопроводящие сигнальные шины или, по крайней мере, одна из них расположены, как в первом, так и во втором случае, поперечно по отношению к токопроводящим подмагничивающим шинам. In the memory cell, a toroid-like element can be installed between two conductive magnetizing buses located opposite to each other or between four conductive magnetizing buses, the first two of which are located opposite each other above the equatorial plane of the toroid-like element, and the second two are opposite to each other under the equatorial the plane of a toroid-like element, wherein the conductive signal lines or at least one of them are located in both the first and second cases ae, transversely with respect to the conducting biasing busbars.
Кроме того, в ячейке памяти часть тороидоподобного элемента, прилегающая к токопроводящей подмагничивающей шине, может быть выполнена из магнитожесткого материала, например феррита, а магнитозамыкающая часть может быть выполнена из магнитомягкого материала, например пермаллоя, при этом в качестве диэлектрического материала, из которого выполнена изолирующая среда, может быть использована окись кремния. In addition, in the memory cell, the part of the toroid-like element adjacent to the conductive magnetizing bus can be made of magnetically rigid material, for example ferrite, and the magnetically closing part can be made of magnetically soft material, for example permalloy, while the dielectric material of which the insulating material is made medium, silica can be used.
Сущность изобретения заключается также в том, что в устройство памяти, содержащее тороидоподобные элементы, средство для перемагничивания тороидоподобных элементов и электронный блок управления, введены информационные ячейки памяти и, по крайней мере, одна эталонная ячейка памяти, генератор сигналов, блок формирования токов подмагничивания (БФТП), блок формирования токов записи информации (БФТЗИ), блок инициализации, дешифратор адреса, блок детектирующих устройств и контроллер. The invention also consists in the fact that information memory cells and at least one reference memory cell, a signal generator, a magnetization current generating unit (BFTP) are introduced into a memory device containing toroid-like elements, a means for magnetization reversal of toroid-like elements and an electronic control unit ), a unit for generating information recording currents (BFTZI), an initialization unit, an address decoder, a unit for detecting devices, and a controller.
Каждая из информационных ячеек памяти и каждая из эталонных ячеек памяти включают упомянутые тороидоподобный элемент и средство для перемагничивания тороидоподобных элементов, включающее, как минимум, одну токопроводящую сигнальную шину и, как минимум, одну токопроводящую подмагничивающую шину. Информационные ячейки памяти сгруппированы в блоки, обеспечивающие пословный произвольный доступ к информации, причем блоки информационных ячеек памяти образуют матрицу памяти, имеющую К строк и L столбцов, где К - число токопроводящих подмагничивающих шин, а L - число токопроводящих сигнальных шин. Each of the information memory cells and each of the reference memory cells includes said toroid-like element and means for magnetization reversal of toroid-like elements, including at least one conductive signal bus and at least one conductive magnetizing bus. Information memory cells are grouped into blocks providing word-by-word random access to information, and blocks of information memory cells form a memory matrix having K rows and L columns, where K is the number of conductive magnetizing buses, and L is the number of conductive signal buses.
Каждая из К токопроводящих подмагничивающих шин информационных ячеек памяти и токопроводящая подмагничивающая шина каждой или, по крайней мере, одной из эталонных ячеек памяти соединены с соответствующими выходами БФТП, каждая из L токопроводящих сигнальных шин информационных ячеек памяти соединена с соответствующим выходом БФТЗИ, а токопроводящая сигнальная шина каждой или, по крайней мере, одной из эталонных ячеек памяти соединена с выходом блока инициализации. Each of the K conductive magnetizing buses of the information memory cells and the conductive magnetizing bus of each or at least one of the reference memory cells are connected to the corresponding outputs of the BFTP, each of the L conductive signal buses of the information memory cells is connected to the corresponding output of the BFTP, and the conductive signal bus each or at least one of the reference memory cells is connected to the output of the initialization block.
Выход генератора сигналов соединен с сигнальными входами БФТП, БФТЗИ и блока инициализации, первые и вторые выходы дешифратора адреса соединены соответственно с К адресными входами БФТП и с L адресными входами БФТЗИ. The output of the signal generator is connected to the signal inputs of the BFTP, BFTZI and the initialization unit, the first and second outputs of the address decoder are connected respectively to the K address inputs of the BTPT and the L address inputs of the BFTZI.
Каждая из L токопроводящих сигнальных шин информационных ячеек памяти и токопроводящая сигнальная шина каждой или, по крайней мере, одной из эталонных ячеек памяти соединены с соответствующими входами блока детектирующих устройств, L выходов которого соединены с информационными входами электронного блока управления, выходы кодов адреса и выходы данных которого соединены соответственно с входами дешифратора адреса и с L входами данных БФТЗИ, выход управления режимом инициализации электронного блока управления соединен с одноименным входом блока инициализации. Each of the L conductive signal buses of the information memory cells and the conductive signal bus of each or at least one of the reference memory cells are connected to the corresponding inputs of the block of detecting devices, L outputs of which are connected to the information inputs of the electronic control unit, outputs of the address codes and data outputs which are connected respectively with the inputs of the address decoder and with the L inputs of the BFTZI data, the control output of the initialization mode of the electronic control unit is connected to the same Odom initialization unit.
Входы кодов адреса, входы-выходы данных и входы-выходы сигналов управления электронного блока управления соединены с соответствующими выходами и входами-выходами контроллера, а информационный вход блока инициализации является входом сигнала логической единицы. The inputs of the address codes, data inputs / outputs and inputs and outputs of the control signals of the electronic control unit are connected to the corresponding outputs and inputs and outputs of the controller, and the information input of the initialization unit is a signal of a logical unit signal.
Эталонные ячейки памяти могут быть по разному расположены относительно информационных ячеек памяти, например каждая из эталонных ячеек памяти (по крайней мере, одна эталонная ячейка памяти) и расположенная рядом с ней соответствующая информационная ячейка памяти могут быть размещены с одной стороны от токопроводящей подмагничивающей шины или каждая из эталонных ячеек памяти (по крайней мере, одна эталонная ячейка памяти) может быть расположена между двух соответствующих информационных ячеек памяти, которые размещены с одной стороны от токопроводящей подмагничивающей шины, или каждая из эталонных ячеек памяти (по крайней мере, одна эталонная ячейка памяти) может быть расположена зеркально к соответствующей информационной ячейке памяти относительно осевой линии токопроводящей подмагничивающей шины. The reference memory cells can be located differently relative to the information memory cells, for example, each of the reference memory cells (at least one reference memory cell) and the corresponding information memory cell located next to it can be located on one side of the conductive magnetizing bus or each of the reference memory cells (at least one reference memory cell) can be located between two corresponding information memory cells that are located on one side of conductive magnetizing bus or each of the reference memory cells (at least one reference memory cell) can be arranged specularly to the corresponding information storage cell relative to the axial line of the magnetizing conductor bus.
Кроме того, эталонные ячейки памяти могут быть выполнены в виде эталонной матрицы, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам матрицы памяти, причем обе матрицы расположены симметрично относительно БФТП и блока детектирующих устройств. In addition, the reference memory cells can be made in the form of a reference matrix, the geometric dimensions of which are identical to the geometric dimensions of the memory matrix, both matrices being located symmetrically relative to the BFT and the block of detecting devices.
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана графическая иллюстрация способа записи и считывания информации;
на фиг. 2 показана структура ячейки памяти;
на фиг. 3 и фиг. 4 показаны ячейки памяти в разрезе по экваториальной плоскости тороидоподобного элемента, выполненного соответственно из электропроводного и электронепроводящего магнитного материала;
на фиг. 5 показана ячейка памяти в разрезе по экваториальной плоскости тороидоподобного элемента с токопроводящей подмагничивающей шиной, выполненной в виде петли;
на фиг. 6 показана ячейка памяти в разрезе по экваториальной плоскости тороидоподобного элемента, выполненного из различных магнитных материалов;
на фиг. 7 показана ячейка памяти в разрезе по экваториальной плоскости тороидоподобного элемента с двумя токопроводящими подмагничивающими шинами;
на фиг. 8 показана ячейка памяти с четырьмя токопроводящими подмагничивающими шинами;
на фиг. 9 показана ячейка памяти в разрезе по меридианальной плоскости тороидоподобного элемента с четырьмя токопроводящими подмагничивающими шинами;
на фиг. 10 показана функционально- структурная схема устройства памяти;
на фиг. 11 - фиг. 13 показаны принципиальные схемы элементов БФТП, БФТЗИ и блока инициализации соответственно;
на фиг. 14 - фиг. 16 схематически показано расположение информационной ячейки памяти и эталонной ячейки памяти относительно друг друга и относительно токопроводящей подмагничивающей шины;
на фиг. 17 и фиг. 18 показаны временные диаграммы работы устройства памяти в режиме считывания информации.In FIG. 1 is a graphical illustration of a method of recording and reading information;
in FIG. 2 shows the structure of a memory cell;
in FIG. 3 and FIG. 4 shows memory cells in section along the equatorial plane of a toroid-like element made respectively of electrically conductive and electrically non-conductive magnetic material;
in FIG. 5 shows a memory cell in section along the equatorial plane of a toroid-like element with a conductive magnetizing bus made in the form of a loop;
in FIG. 6 shows a memory cell in section along the equatorial plane of a toroid-like element made of various magnetic materials;
in FIG. 7 shows a memory cell in section along the equatorial plane of a toroid-like element with two conductive magnetizing buses;
in FIG. 8 shows a memory cell with four conductive magnetizing buses;
in FIG. 9 shows a memory cell in section along the meridian plane of a toroid-like element with four conductive magnetizing buses;
in FIG. 10 shows a functional block diagram of a memory device;
in FIG. 11 - FIG. 13 shows the schematic diagrams of the elements BFTTP, BFTZI and initialization unit, respectively;
in FIG. 14 - FIG. 16 schematically shows the location of the information memory cell and the reference memory cell with respect to each other and with respect to the conductive magnetizing bus;
in FIG. 17 and FIG. 18 shows timing diagrams of the operation of the memory device in the information reading mode.
Ячейка памяти (фиг. 2 - фиг. 5) содержит тороидоподобный элемент 9, токопроводящую сигнальную шину 10, токопроводящую подмагничивающую шину 11 и изолирующую среду 12. The memory cell (Fig. 2 - Fig. 5) contains a toroid-
Ячейка памяти (фиг. 6) содержит тороидоподобный элемент 9, состоящий из двух частей 9a и 9b, токопроводящую сигнальную шину 10, токопроводящую подмагничивающую шипу 11 изолирующую среду 12. The memory cell (Fig. 6) contains a
Ячейка памяти (фиг. 7) содержит тороидоподобный элемент 9, токопроводящую сигнальную шину 10, две токопроводящие подмагничивающие шины 11a 11b и изолирующую среду 12. The memory cell (Fig. 7) contains a
Ячейка памяти (фиг. 8 и фиг. 9) содержит тороидоподобный элемент 9, токопроводящую сигнальную шину 10, четыре токопроводящие подмагничивающие шины 11a, 11b, 11e, 11d (изолирующая среда на чертежах не показана). The memory cell (Fig. 8 and Fig. 9) contains a toroid-
В ячейках памяти тороидоподобный элемент 9 может быть выполнен из различных магнитных материалов, что определяет его определенное расположение относительно средства для перемагничивания, которое создает в объеме тороидоподобного элемента 9 пространственно-временную конфигурацию магнитного поля. In the memory cells, the toroid-
Средство для перемагничивания включает, как минимум, одну токопроводящую сигнальную шину 10, проходящую через осевое отверстие тороидоподобного элемента 9 и создающую в тороидоподобном элементе 9 вихревое магнитное поле, и, как минимум, одну токопроводящую подмагничивающую шину 11, расположенную вне тороидоподобного элемента 9 и создающую в тороидоподобном элементе 9 магнитное поле, поперечное по отношению к вихревому. The means for magnetization reversal includes at least one
Токопроводящие сигнальные и токопроводящие подмагничивающие шины ячейки памяти выполнены из электропроводящего материала, например серебра, изолирующая среда выполнена из диэлектрического материала, например окиси кремния, а тороидоподобный элемент 9 выполнен из магнитного материала, при этом, если магнитный материал электропроводный, то тороидоподобный элемент 9 и токопроводящие сигнальная и подмагничивающая шины 10 и 11 изолированы друг от друга и расположены в изолирующей среде, например окиси кремния (фиг.3), и если магнитный материал электронепроводящий или верхняя часть 9a тороидоподобного элемента 9 выполнена из магнитожесткого материала, например феррита, а магнитозамыкающая часть 9b выполнена из магнитомягкого материала, например пермаллоя, то токопроводящая подмагничивающая шина 11 может быть расположена непосредственно на тороидоподобном элементе 9 (фиг. 4) или на его верхней части (фиг. 6). The conductive signal and conductive magnetizing buses of the memory cell are made of electrically conductive material, for example silver, the insulating medium is made of dielectric material, for example silicon oxide, and the toroid-
Токопроводящая подмагничивающая шина 11 может быть выполнена в виде петли, охватывающей тороидоподобный элемент 9 (фиг. 5). Тороидоподобный элемент 9 может быть размещен между двух расположенных оппозитно друг к другу токопроводящих подмагничивающих шин 11a, 11b (фиг. 7) или между четырех токопроводящих подмагничивающих шин 11a, 11b, 11c, 11d, первые две из которых 11a, 11b расположены оппозитно друг к другу над экваториальной плоскостью тороидоподобного элемента 9, а вторые две 11c, 11d расположены оппозитно друг к другу под экваториальной плоскостью тороидоподобного элемента 9 (фиг. 8 и фиг. 9), при этом токопроводящие сигнальные шины 10 или, по крайней мере, одна из них расположены поперечно по отношению к токопроводящим подмагничивающим шинам. The conductive magnetizing
Устройство памяти (фиг. 10) содержит матрицу 13 памяти, образованную информационными ячейками памяти, включающими тороидоподобные элементы 14, токопроводящие подмагничивающие шины 15 и токопроводящие сигнальные шины 16, эталонную ячейку памяти, включающую тороидоподобный элемент 17, токопроводящую подмагничивающую шину 15 и токопроводящую сигнальную шину 18, генератор 19 сигналов, блок 20 формирования токов подмагничивания (БФТП), блок 21 формирования токов записи информации (БФТЗИ), блок 22 инициализации, дешифратор 23 адреса, блок 24 детектирующих устройств, электронный блок 25 управления и контроллер 26. The memory device (Fig. 10) comprises a
На фиг. 14 - фиг. 16 обозначены: 34 - информационная ячейка памяти, 35 - эталонная ячейка памяти и 36 - токопроводящая подмагничивающая шина. In FIG. 14 - FIG. 16 are indicated: 34 - information memory cell, 35 - reference memory cell and 36 - conductive magnetizing bus.
В устройстве памяти (фиг. 10) информационные ячейки памяти сгруппированы в блоки, обеспечивающие пословный произвольный доступ к информации, причем блоки ячеек памяти образуют матрицу 13 памяти, имеющую К строк и L столбцов, где К - число токопроводящих подмагничивающих шин 15, а L - число токопроводящих информационных шин 16. In the memory device (Fig. 10), information memory cells are grouped into blocks that provide word-by-word random access to information, and the blocks of memory cells form a
Каждая из К токопроводящих подмагничивающих шин 15 матрицы 13 памяти и токопроводящая подмагничивающая шина 15 эталонной ячейки памяти соединены с соответствующим выходом БФТП 20, каждая из L токопроводящих сигнальных шин 16 информационных ячеек памяти соединена с соответствующим выходом БФТЗИ 21, а сигнальная шина 18 эталонной ячейки памяти соединена с выходом блока 22 инициализации. Сигнальные входы БФТП 20, БФТЗИ 21 и блока 22 инициализации соединены с выходом генератора 19 сигналов. Первые и вторые выходы дешифратора 23 адреса соединены соответственно с К адресными входами БФТП 20 и с L адресными входами БФТЗИ 21. Each of the K conductive magnetizing
Каждая из L токопроводящих сигнальных шин 16 информационных ячеек памяти и токопроводящая сигнальная шина 18 эталонной ячейки памяти соединены с соответствующими входами блока 24 детектирующих устройств, L выходов которого соединены с информационными входами электронного блока 25 управления, выходы кодов адреса и выходы данных которого соединены соответственно с входами дешифратора 23 адреса и с L входами данных БФТЗИ 21. Выход управления режимом инициализации электронного блока 25 управления соединен с одноименным входом блока 22 инициализации. Each of the L
Входы кодов адреса, входы-выходы данных и входы-выходы сигналов управления электронного блока 25 управления соединены с соответствующими выходами и входами-выходами контроллера 26, а информационный вход блока 22 инициализации является входом сигнала логическая единица. The inputs of the address codes, data input-output and input-output of the control signals of the
Эталонные ячейки 35 памяти (фиг. 14 - фиг. 16) могут быть по разному расположены относительно информационных ячеек 34 памяти и токопроводящей подмагничивающей шины 36. Каждая из эталонных ячеек 35 памяти может быть расположена зеркально к соответствующей информационной ячейке 34 памяти относительно осевой линии токопроводящей подмагничивающей шины 36 или каждая из эталонных ячеек 35 памяти и расположенная рядом с ней соответствующая информационная ячейка 34 памяти могут быть размещены с одной стороны от токопроводящей подмагничивающей шины 36, или каждая из эталонных ячеек 35 памяти может быть расположена между двух соответствующих информационных ячеек 34 памяти, которые размещены с одной стороны от токопроводящей подмагничивающей шины 36. The reference memory cells 35 (Fig. 14 - Fig. 16) can be located differently with respect to the
Эталонные ячейки памяти могут быть выполнены в виде эталонной матрицы, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам матрицы памяти, в таком случае обе матрицы располагаются симметрично относительно блока формирования токов подмагничивания (БФТП) и блока детектирующих устройств. The reference memory cells can be made in the form of a reference matrix, the geometrical dimensions of which are identical to the geometrical dimensions of the memory matrix, in which case both matrices are located symmetrically with respect to the magnetization current generating unit (BFTP) and the detection device unit.
Осуществление способа записи и считывания информации поясняется графической иллюстрацией, приведенной на фиг. 1, на которой обозначены: 1 - информационная конфигурация, 2 - эталонная конфигурация, 3 - направление закрученности замкнутого магнитного потока, 4, 5 - токопроводящие сигнальные шины, 6 - токопроводящая подмагничивающая шина, 7 - текущее направление тока в шине 6, 8 - направление подмагничивающего магнитного поля. А, В и С, D - точки на шинах 4 и 5 соответственно. The implementation of the method of recording and reading information is illustrated in the graphic illustration shown in FIG. 1, on which are indicated: 1 - information configuration, 2 - reference configuration, 3 - direction of swirling of the closed magnetic flux, 4, 5 - conductive signal buses, 6 - conductive magnetizing bus, 7 - current direction of current in the bus 6, 8 - direction magnetizing magnetic field. A, B and C, D - points on
Способ тороидной записи и считывания информации осуществляется следующим образом. The method of toroidal recording and reading of information is as follows.
В материале, например, ферромагнитном формируют тороидоподобные конфигурации, каждая из которых имеет замкнутый магнитный ноток определенного направления закрученности, из которых формируют структуру (фиг. 1), которая состоит из информационной тороидоподобной конфигурации 1 и эталонной тороидоподобной конфигурации 2, имеющих одинаковое направление 3 замкнутого магнитного потока (для упрощения осуществление способа раскрывается на одной структуре). Toroid-like configurations are formed in the material, for example, ferromagnetic, each of which has a closed magnetic note of a certain twist direction, of which a structure is formed (Fig. 1), which consists of an informational
Информационная и эталонная тороидоподобные конфигурации, соответственно 1 и 2, намагничены таким образом, чтобы магнитный поток был замкнут внутри них и имел определенное направление закрученности, тороидоподобная конфигурация при этом может находится в двух состояниях намагничения, отличающихся направлением магнитного потока (по или против часовой стрелки), что позволяет использовать ее как единицу хранения информации. The information and reference toroidal configurations, respectively 1 and 2, are magnetized so that the magnetic flux is closed inside them and has a certain twist direction, while the toroidal configuration can be in two magnetization states that differ in the direction of magnetic flux (clockwise or counterclockwise) that allows you to use it as a unit of information storage.
При записи единицы альтернативной информации в пределах одной структуры изменяют направление 3 закрученности замкнутого магнитного потока, для чего производят согласованное по величине и по времени, например одновременно, воздействие на информационную конфигурацию 1 взаимопересекающимися подмагничивающим и перемагничивающим переменными магнитными полями. Для этой цели используются две шины: токопроводящая сигнальная шина 4 и токопроводящая подмагничивающая шина 6, причем шина 4 проходит внутри тороидоподобного кольца информационной конфигурации 1, а шина 6 - снаружи. Шина 4 создает в информационной конфигурации 1 вихревое магнитное поле, которое направлено по или против направления намагничения информационной конфигурации 1, а шина 6 создает магнитное ноле, направленное перпендикулярно намагничению информационной конфигурации 1, при этом происходит перемагничение информационной конфигурации 1 (изменение направления тороидного момента). When writing a unit of alternative information within the same structure, the
Запись единицы информации в пределах одной структуры может производиться также при воздействии на информационную конфигурацию 1 одним или несколькими импульсами перемагничивающего магнитного поля при постоянном воздействии подмагничивающего магнитного поля. Величины токов перемагничения определяются коэрцитивной силой магнитного материала, а направление перемагничения - направлением тока в шине 4. The recording of a unit of information within the same structure can also be carried out when one or more pulses of a magnetizing magnetic field is influenced by the
Для обеспечения процесса считывания информации эталонную конфигурацию 2 в режиме инициализации намагничивают с определенным заданным направлением 3 закрученности магнитного поля, для чего используются две шины: токопроводящая сигнальная шина 5 и токопроводящая подмагничивающая шина 6, причем шина 5 проходит внутри тороидоподобного кольца эталонной конфигурации 2, а шина 6 - снаружи, причем шина 6 является общей как для информационной, так и для эталонной конфигураций 1 и 2. To ensure the process of reading information, the
При считывании информации, записанной в информационную конфигурацию 1, на информационную и эталонную тороидоподобные конфигурации 1 и 2 производят воздействие переменным подмагничивающим полем, для чего по шине 6 пропускается в направлении 7 переменный ток I частоты ω, при этом происходят периодические, с удвоенной частотой 2ω, колебания магнитных диполей частиц информационной конфигурации 1 и эталонной конфигурации 2, что вызывает появление ЭДС индукции частотой 2ω между точками А, В шины 4 и между точками С, D шины 5. Фазы индуцируемых ЭДС однозначно определяются направлением закрученности магнитного поля в тороидообразных конфигурациях 1 и 2. When reading the information recorded in the
Сравнивая между собой фазы индуцированных ЭДС информационной и эталонной конфигураций 1 и 2 определяют значение (0 или 1) записанной в информационную конфигурацию 1 единицы информации. Comparing the phases of the induced EMF information and
Скорость перемагничения тороидоподобных конфигураций определяется главным образом величиной и темпом наложения подмагничивающего и перемагничивающего полей, частоты которых могут достигать 100 МГц. Это позволяет обеспечить процесс записи единицы информации за 10 нс и таким образом обеспечить требования современной высокоскоростной вычислительной техники. The magnetization reversal rate of toroid-like configurations is mainly determined by the magnitude and rate of application of the magnetizing and magnetizing fields, the frequencies of which can reach 100 MHz. This allows you to ensure the process of recording a unit of information in 10 ns and thus meet the requirements of modern high-speed computing.
Величины токов перемагничения ограничены снизу величиной коэрцитивной силы и объемом магнитного материала в тороидоподобной конфигурации, которые определяют энергетические затраты - E на процесс перемагничения, а сверху - энергией теплового движения - kT. Чтобы обеспечить надежность хранения информации при температурных воздействиях, энергетические затраты должны быть больше энергии теплового движения. Принимая, что E = 5 kT, значение суммарного тока I в шинах 4 и 6 при напряжении 5 В составит 50 мА. При среднем темпе записи информации - 100 Мбайт/сек энергетические затраты на перемагничение составят примерно 7•10ехр (-14) Вт. Учитывая, что электрическое сопротивление шин 4 и 5 не является лимитирующим фактором процесса записи и считывания информации, то потери на омическое сопротивление составляют не более 0,01 от полезной мощности и, таким образом, тепловой поток будет иметь допустимую величину, равную примерно 7•10ехр (-16) Вт. The magnitudes of the magnetization reversal currents are bounded below by the value of the coercive force and the volume of magnetic material in a toroid-like configuration, which determine the energy costs - E for the magnetization reversal process, and from above - the energy of thermal motion - kT. To ensure the reliability of information storage under thermal influences, energy costs should be greater than the energy of thermal motion. Assuming that E = 5 kT, the value of the total current I in
Вышеприведенное описание способа записи и считывания информации также справедливо при формировании тороидоподобных конфигураций из материала, обладающего сверхпроводимостью, например высокотемпературной сверхпроводящей керамики. The above description of the method of recording and reading information is also true when forming toroidal configurations from a material having superconductivity, for example, high-temperature superconducting ceramics.
Ячейка памяти работает следующим образом. The memory cell works as follows.
В объеме тороидоподобиого элемента 9 ячейки памяти (фиг. 2 и фиг. 3) для его перемагничивания создается пространственно-временная конфигурация магнитного поля. С этой целью используется, как минимум, одна токопроводящая сигнальная шина 10, проходящая через осевое отверстие тороидоподобного элемента 9 и создающая в нем вихревое магнитное поле, и, как минимум, одна токопроводящая подмагничивающая шина 11, расположенная вне тороидоподобного элемента 9 и создающая в нем магнитное поле, поперечное по отношению к вихревому. In the volume of the toroid-
Согласно изобретению ячейки памяти могут иметь различное конструктивное выполнение, которое показано на фиг. 3 - фиг. 9 и описано выше. According to the invention, the memory cells may have a different design, which is shown in FIG. 3 - FIG. 9 and described above.
Ячейка памяти обеспечивает работу как в режиме записи информации, так и в режиме считывания информации, при этом при считывании информации не происходит разрушения записанной в ячейку информации. The memory cell provides operation both in the mode of recording information and in the mode of reading information, while reading information does not destroy the information recorded in the cell.
Конструктивно-функциональное выполнение ячейки памяти позволяет использовать ее в качестве как информационной, так и эталонной ячеек памяти. The structural and functional execution of the memory cell allows its use as both information and reference memory cells.
Устройство памяти работает следующим образом. The memory device operates as follows.
Информационные ячейки памяти сгруппированы в блоки, обеспечивающие пословный произвольный доступ к информации, причем блоки информационных ячеек памяти образуют матрицу 13 памяти, имеющую К строк и L столбцов, где К - число токопроводящих подмагничивающих шин, а L - число токопроводящих сигнальных шин (фиг. 10). Information memory cells are grouped into blocks providing word-by-word random access to information, and the blocks of information memory cells form a
В устройстве памяти в исходном состоянии каждый из тороидоподобных элементов 14 информационных ячеек памяти и тороидоподобный элемент 17 эталонной ячейки памяти имеют замкнутый магнитный поток произвольного направления закрученности. Для обеспечения однозначного определения значения считываемой информации производят инициализацию устройства путем записи в тороидоподобный элемент 17 эталонной ячейки памяти логической единицы в виде придания замкнутому магнитному потоку определенного направления закрученности. In the initial state of the memory device, each of the toroid-
Запись информации в информационные ячейки памяти матрицы 13 памяти осуществляется следующим образом. Сигнал с выхода генератора 19 сигналов поступает на сигнальный вход БФТП 20, который содержит (фиг. 11) К электронных ключей 27, на первый вход каждого из которых подается сигнал от генератора 19 сигналов, а на второй вход каждого из электронных ключей 27 - сигнал с одного из К выходов дешифратора 23 адреса. Выход каждого из электронных ключей 27 соединен с соответствующим входом многовходового логического элемента ИЛИ 28, выход которого и выходы каждого из К электронных ключей 27 являются (К + 1) выходом БФТП 20. The recording of information in the information cells of the
Таким образом, в БФТП 20 в соответствии с одним из К адресов формируются соответствующие К выходные сигналы, поступающие на соответствующие токопроводящие подмагничивающие шины 15, и выходной сигнал, поступающий на токопроводящую подмагничивающую шину 15 эталонной ячейки памяти. Thus, in the
Сигнал с выхода генератора 19 сигналов поступает также на сигнальный вход БФТЗИ 21, который содержит (фиг. 12) L групп, в каждой из которых на первый вход электронного ключа 29 непосредственно и на первый вход электронного ключа 30 через логический элемент НЕ 31 подается сигнал с выхода генератора 19 сигналов. Вторые входы электронных ключей 29 и 30 объединены и подключены к одному из L выходов дешифратора 23 адреса. На третий вход электронного ключа 29 непосредственно и на третий вход электронного ключа 30 через логический элемент НЕ 32 поступают данные от электронного блока 25 управления. Объединенный выход электронных ключей 29 и 30 является одним из L выходов БФТЗИ 21. The signal from the output of the
Таким образом, в БФТЗИ 21 в соответствии с одним из L адресов формируются соответствующие L выходные сигналы, каждый из которых поступает на токопроводящую сигнальную шину 16 одной из соответствующих информационных ячеек памяти, причем при наличии на входе данных БФТЗИ 21 сигнала логической единицы сигнал на соответствующем выходе БФТЗИ 21 будет иметь фазу, совпадающую с фазой сигнала, поступающего с выхода генератора 19 сигналов. Thus, in accordance with one of the L addresses, a corresponding L output signals are generated in the
В результате на тороидоподобные элементы 14 информационных ячеек памяти осуществляется воздействие взаимопересекающимися подмагничивающим и перемагничивающим переменными магнитными полями, которые при записи альтернативной информации изменяют направление закрученности замкнутого магнитного потока в тороидоподобных элементах 14. As a result, the toroid-
Запись логической единицы в эталонную ячейку памяти производится следующим образом. По сигналу управления, поступающему с контроллера 26, в электронном блоке 25 управления вырабатывается сигнал "управление режимом инициализации", который разрешает запись сигнала логической единицы с выхода блока 22 инициализации в эталонный элемент памяти. Блок 22 инициализации (фиг. 13) выполнен в виде трехвходового логического элемента И 33, на первый, второй и третий входы которого поступают соответственно сигналы от генератора 19 сигнала, сигнал "управление режимом" инициализации и сигнал логической единицы. Сигнал с выхода блока 22 инициализации, фаза которого совпадает с фазой сигнала, поступающего с выхода генератора 19 сигнала, подается на сигнальную шину 18 эталонной ячейки памяти, на подмагничивающую шину 15 которой одновременно подается сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 28 БФТП 20, в результаты чего в эталонную ячейку будет записан сигнал логической единицы. The logical unit is written to the reference memory cell as follows. According to the control signal coming from the
Биты одного информационного слова записываются в информационные ячейки, тороидоподобные элементы 14 которых подмагничиваются одной токопроводящей шиной 15, так как в этом случае возможно обеспечить запись и считывание всех W битов слова одновременно за один такт, при этом L = W. Если длина слова W достаточно велика, то его образуют путем логического объединения нескольких строк L одной или нескольких матриц 13 памяти. The bits of one information word are recorded in information cells, toroid-
Считывание информации осуществляется следующим образом. Reading information is as follows.
Сигнал с выхода генератора 19 сигналов поступает на сигнальный вход БФТП 20, где в соответствии с одним из К адресов, поступивших с первых выходов дешифратора 23 адреса, формируются К выходных сигналов, поступающих на соответствующие токопроводящие подмагничивающие шины 15 информационных ячеек памяти, и выходной сигнал, поступающий на токопроводящую подмагничивающую шину 15 эталонной ячейки памяти. В результате на тороидоподобные элементы 14 информационных ячеек памяти и на тороидоподобный элемент 17 эталонной ячейки памяти воздействуют переменным подмагничивающим полем. The signal from the output of the
В блоке 24 детектирующих устройств фазы сигналов, поступивших па соответствующие его входы от каких-либо или всех К х L информационных ячеек памяти, сравниваются с фазой сигнала, поступившего от эталонной ячейки памяти. Продетектированные сигналы поступают с выходов блока 24 детектирующих устройств на информационные входы электронного блока 25 управления, где определяется значение записанной в информационную ячейку памяти единицы информации. In
Формирование кодов адреса, сигналов данных и сигналов управления осуществляется в электронном блоке 25 управления по командам, поступающим с соответствующих выходов и входов-выходов контроллера 26. The formation of address codes, data signals and control signals is carried out in the
Процесс считывания информации показан на временных диаграммах (фиг. 17 и фиг. 18). На фиг. 17 обозначены: 1 - сигнал на выходе генератора сигналов, 2 - сигнал на выходе информационной ячейки памяти, находящейся в единичном состоянии, 3 - сигнал на выходе эталонной ячейки памяти, 4 - сигнал на выходе блока детектирующих устройств. На фиг. 18 обозначены: 1 - сигнал на выходе генератора сигналов, 2 - сигнал па выходе информационной ячейки памяти, находящейся в нулевом состоянии, 3 - сигнал на выходе эталонной ячейки памяти, 4 - сигнал на выходе блока детектирующих устройств. The process of reading information is shown in time charts (Fig. 17 and Fig. 18). In FIG. 17 are designated: 1 - the signal at the output of the signal generator, 2 - the signal at the output of the information memory cell in a single state, 3 - the signal at the output of the reference memory cell, 4 - the signal at the output of the block of detecting devices. In FIG. 18 are indicated: 1 — signal at the output of the signal generator, 2 — signal at the output of the information memory cell in the zero state, 3 — signal at the output of the reference memory cell, 4 — signal at the output of the block of detecting devices.
Предлагаемый способ тороидной записи и считывания информации и устройства для его осуществления позволяют создать твердотельноe устройство памяти с произвольным доступом, имеющее многослойную структуру с плотностью записи до 100 Мбит/см2 в каждом слое, обладающее энергонезависимостью и долговечностью хранения информации. Устройство памяти обеспечивает неограниченное число циклов записи и считывания информации при скорости считывания 10-100 Гбайт/сек, тактовой частоте 100-1000 МГц и времени доступа менее 10 нс. Кроме того, твердотельное устройство памяти имеет малую мощность рассеяния - 100 мВт и обладает стойкостью к различным внешним воздействиям (радиационным, температурным, электрическим).The proposed method of toroidal recording and reading of information and a device for its implementation make it possible to create a solid-state random access memory device having a multilayer structure with a recording density of up to 100 Mbit / cm 2 in each layer, with non-volatility and durability of information storage. The memory device provides an unlimited number of cycles of writing and reading information at a read speed of 10-100 GB / s, a clock frequency of 100-1000 MHz and access time less than 10 ns. In addition, the solid-state memory device has a low dissipation power of 100 mW and is resistant to various external influences (radiation, temperature, electrical).
Вышеуказанное обеспечивает изобретению большое практическое применение и позволяет создать новый класс устройств магнитной памяти - MTRAM. The above provides the invention with great practical application and allows you to create a new class of magnetic memory devices - MTRAM.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99109700/09A RU2154863C1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99109700/09A RU2154863C1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2154863C1 true RU2154863C1 (en) | 2000-08-20 |
Family
ID=20219593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99109700/09A RU2154863C1 (en) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154863C1 (en) |
-
1999
- 1999-03-09 RU RU99109700/09A patent/RU2154863C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tudu et al. | Recent developments in perpendicular magnetic anisotropy thin films for data storage applications | |
Slaughter et al. | Fundamentals of MRAM technology | |
US6920062B2 (en) | System and method for reading data stored on a magnetic shift register | |
US7031178B2 (en) | Magnetic shift register with shiftable magnetic domains between two regions, and method of using the same | |
US6654278B1 (en) | Magnetoresistance random access memory | |
EP0809846B1 (en) | Nonvolatile magnetoresistive memory with fully closed-flux operation | |
Engel et al. | The science and technology of magnetoresistive tunneling memory | |
US6034887A (en) | Non-volatile magnetic memory cell and devices | |
EP1096500B1 (en) | Magnetization control method and information storage method | |
US6970379B2 (en) | System and method for storing data in an unpatterned, continuous magnetic layer | |
JP2784439B2 (en) | Magnetoresistance storage element, array and device | |
US6898132B2 (en) | System and method for writing to a magnetic shift register | |
US7236386B2 (en) | System and method for transferring data to and from a magnetic shift register with a shiftable data column | |
US5982660A (en) | Magnetic memory cell with off-axis reference layer orientation for improved response | |
US6172904B1 (en) | Magnetic memory cell with symmetric switching characteristics | |
US5375082A (en) | Integrated, nonvolatile, high-speed analog random access memory | |
US6266289B1 (en) | Method of toroid write and read, memory cell and memory device for realizing the same | |
EP1386322A2 (en) | High density giant magnetoresistive memory cell | |
US7042036B2 (en) | Magnetic memory using single domain switching by direct current | |
Wang et al. | Design, simulation, and realization of solid state memory element using the weakly coupled GMR effect | |
RU2154863C1 (en) | Method for toroidal recording and reading of information, memory register and memory unit, which implements said method | |
JP2006080241A (en) | Solid state memory device | |
EP0685849B1 (en) | Storage device | |
Dagotto et al. | Brief introduction to giant magnetoresistance (GMR) | |
Lim et al. | Multibit MRAM using a pair of memory cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HK4A | Changes in a published invention | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050310 |
|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070310 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080727 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120310 |