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Magnetkernspeicher für digital arbeitende Nachrichtenverarbeitungsmaschinen
Ein wesentliches Glied von Nachrichtenverarbeitungsmaschinen, also beispielsweise
von Rechenmaschinen, stellt der Speicher dar. Der Wert eines Speichers hängt wesentlich
von -seiner Zugriffszeit ab, d. h., der Wert des Speichers wird durch die Zeit mitbestimmt,
;die .dazu nötig ist, eine .bestimmte Information, z. B. eine Zahl, für einen späteren
Verwendungszweck einzuspeichern und bei Bedarf wieder abzurufen.
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Hinsichtlich .der Zugangszeit :haben sich als besonders vorteilhaft
die Speicher erwiesen, die aus einzelnen Magnetkernen mit zumindest angenähert rechteckiger
Hystereseschleife aufgebaut sind. Die Speicher sind hierbei im wesentlichen so aufgebaut,
daß jedem einzelnen zu speichernden Element ein kleiner Magnetkern zugeordnet wird,
wobei dieser Magnetkern je nach Art der einzuspeichernden bzw. eingespeicherten
Information wahlweise in einen der zwei möglichen Magnetisierungszustände gebracht
wird bzw. wurde. Bei einem Abfragevorgang entsteht dann durch den sogenannten Abfrageimpuls,
der, wie noch später ausgeführt wird, aus mehreren Impulsen zusammengesetztsein
kann, in :der Ausgangswicklung je nach dem Magnetisierungszustand ein Impuls oder
kein Impuls.
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Es ist bekannt, derartige Speicher in Matrizenform aufzubauen, d.
h., am Kreuzungspunkt zweier im wesentlichen senkrecht zueinander angeordneter Leiterschleifen
liegen die Kerne. Wird über je eine Leitung einer Spalte und einer Zeile ein bestimmter
Strom gegeben, dann addiert sich der Strom am Kreuzungspunkt, und der entsprechende
Kern wird erregt.
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Da in einer ebenen Anordnung eine Vielzahl von Leitern in jeder Dimension,
die ja mit jedem Leiter der anderen Dimension jeweils nur einmal kreuzen, angeordnet
werden kann, läßt sich eine große Anzahl von Kernen in einer Matrix zusammenfassen,
wobei jeder Kern durch die beiden Leitungen, mit denen er verkettet ist, eindeutig
bestimmt ist.
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Es ist bereits bekannt, mehrere derartige Speichermatrixebenen parallel
zueinander anzuordnen, wobei dann bei einem einzuspeichernden Wort jedes Element
einer Information in einer anderen Ebene zu liegen kommt. Hat also beispielsweise
ein einzuspeicherndes Wort jeweils achtzehn Informationselemente, dann würde die
Speichereinrichtung aus achtzehn gleichartigen Ebenen bestehen, wobei dann durch
einen Steuermechanismus jedes Informationselement einer anderen Ebene zugeführt
wird. Hierdurch wird es möglich, Speicher mit besonders großer Kapazität zu bauen.
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Die Erfindung bezieht sich auf derartige Magnetkernspeicher. Mit der
Erfindung soll insbesondere die Aufgabe gelöst werden, einen Speicher zu schaffen,
der in beliebiger Weise ohne wesentlichen Aufwand bzw. einen Umbau der Schaltelemente
vergrößert oder auch verkleinert werden kann. Bei den bekannten Speichern ist dies
nämlich nicht möglich, da ja .die Kerne jeweils in zwei Dimensionen auf einen Leiter
aufgezogen sind und bei einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Speichers die
Stromschleifen gelöst und eine völlig neue Matrix zusammengebaut werden muß. Außerdem
versagen dann die Schalteletnente für die X- und Y-Leitungen, da diese ja ebenfalls
von vornherein für eine ganz bestimmte Anzahl von Leitungen ausgelegt werden.
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Besondere Probleme ergeben sich, wenn in einen Magnetkernspeicher
mit räumlicher Matrixanordnung der Magnetkerne gemischt parallel- und serienverschlüsselte
Informationen, z. B. Tetraden, eingespeichert werden sollen. Es ist bislang noch
kein Kernspeicher bekanntgeworden, der ohne zusätzlichen Aufwand und ohne besondere
Kombination von Schaltgliedern das gleichzeitige Einspeichern der Tetraden bei einem
im übrigen für Serienbetrieb ausgelegten Magnetkernspeicher ermöglicht. Mit dem
Magnetkernspeicher nach der Erfindung wird eine Speicheranordnung angegeben, die
sich gerade für einenderartigen Betrieb besonders eignet.
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Auch der Magnetkernspeicher nach der Erfindung isst wie andere bekannte
Magnetkernspeicher in räumlicher Matrixanordnung derart ausgebildet, daß jeder einzelne
Kern jeweils mit drei Ansteuerleitungen verkettet ist, wobei eine der Ansteuerleitungen
mit jeweils den einander lagemäßig entsprechenden Kernen jeder Ebene verkettet ist,
so daß über diese Leitung (Z-Richtung) jeweils ein bestimmter Kern der Ebene,
vorzugsweise
unter Verwendung einer Schaltmatrix, angesteuert ist. Der Maagnetkernspeicher nach
der Erfindung unterscheidet sich aber von bekannten Speichern seiner Art dadurch,
daß, um eine Einspeicherung der Informationselemente ohne Umcodierung und ohne über
Auswahlschalter leiten zu müssen, sämtliche Matrixebenen völlig gleichartig zu den
anderen aufgebaut sind, so viele Matrixebenen zu einer baulichen Einheit (Matrixblock)
zusammengefaßt sind, als parallele Elemente gleichzeitig gespeichert bzw. gelesen
werden sollen, daß die einzuspeichernde Information an den Ebenen über die ebenen-
und gruppenweise entsprechend den Lagen in den einzelnen Matrixblöcken zusammengefaßten
Ansteuerleitungen einer Dimension (X-Richtung) anliegt und daß die Auswahl des jeweils
gerade anzusteuernden Matrixblocks über die für jeweils einen gesamten Matrixblock
parallel geschalteten Ansteuerleitungen der anderen Dimension (Y-Richtung) erfolgt.
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Durch diese Anordnung der Matrixebene, wobei die einzelnen Ebenen
gruppenweise zusammengefaßt sind, wird erreicht, daß die parallel zuzuführenden
Informationsbits gleichzeitig an alle Ebenen angelegt werden können, so daß in den
Ansteuerleitungen keine Schaltglieder notwendig sind. Darüber hinaus ist ein derartiger
Magnetkernspeicher in besonders einfacher Weise erweiterungsfähig, da: die von der
Schaltmatrix kommenden Ansteuerleitungen beliebig verlängert werden können, wobei
:dann lediglich ein zusätzlicher Schalter für die Y-Richtung, d. h. für die Auswahl.
eines Matrixblocks, notwendig wird. Außerdem wird durch diese Anordnung erreicht,
daß -die Auswahl eines ganzen Matrixblocks, z. B. von vier Ebenen, mit einem einzigen
Schalter innerhalb der Ansteuerleitung in der Y-Richtung ausgewählt werden kann,
während eine Umschaltung der Informationsleitungen entsprechend mehr Schalter benötigen
würde.
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Einzelheiten der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand einiger
Ausführungsbeispiele erläutert. An Hand dieser Ausführungsbeispiele ergeben sich
dann auch klar die Unterschiede zum bekannten Magnetkernspeicher. Ein Unterschied
besteht beispielsweise darin, wie noch:erläutert wird, die einzuspeichernde Information
unmittelbar, also über keinerlei Schaltglieder, zuführen zu können.
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An Hand der Fig. 1 wird zunächst das Arbeitsprinzip einer Anordnung,des
Speichers nach der Erfindung erläutert. Bei der dargestellten Anordnung sind zwei
ebene Magnetkernmatrizen I und. II übereinander angeordnet, wobei außerdem noch
weitere Ebenen genauso übereinanderliegen würden wie die beiden dargestellten Ebenen.
Außer .den beiden reinen Speichermatrizen ist in der Fig. 1 eine Schaltmatrize S111
zu sehen, deren Aufgabe und Wirkungsweise im folgenden noch erläutert wird.
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In jeder der einzelnen Matrizen des Speichers ist eine Vielzahl von
Kernen angeordnet, und zwar sind diese Kerne mit den Leitungen der X-Richtung den
Leitungen der Y-Richtung und den Leitungen der Z-Richtung verkettet. Die Leitungen
,der Z-Richtung kommen aus der Schaltmatrix. Über die Leitungen der X-Leitung, die
alle parallel geschaltet sind, wird ,den einzelnen Speicherebenen die zunächst in
Seriendarstellung vorliegende Information zugeführt.
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Im einfachsten Fall kann angenommen werden, daß jede Leitung innerhalb
.der Kerne einen Strom von I13 führen soll, d. h., ein einzelner Magnetkern wird
nur dann ummagnetisiert, wenn über jede der mit ihm verketteten drei Leitungen ein
Ummagnetisierungsstrom zugeführt wird. Die Information, die über die Klemme K 1
eine Röhre R 1 und einen Übertrager f71 zugeführt wird, läuft nun in Form von Impulsen
mit einer Amplitude von I/3 in sämtliche X-Leitun-, gen ,der Matrix, und zwar .in
die X-Leitungen jeder Ebene parallel ein. Über die Y-Leitungen wird nun die Ebene
ausgewählt, in die gerade die zu speichernde Information eingeschrieben werden soll,
@d. h., im dargestellten Beispiel wird entweder über Y1 oder Y2, je nachdem, ob
die Information .in der Matrix I oder II eingespeichert werden soll, synchron zu
den Impulsen der einzuspeichernden Information ein Impuls gegeben, der, da alle
Y-Leitungen einer Matrix parallel geschaltet sind, dann die Kerne in dieser Ebene
mit einem Strom von T/3 weiter vorbereitet. Über die Schaltmatrix SM wird
nun ausgewählt, in welche Zeile einer einzelnen Matrix die Information geschrieben
werden soll, d. h., über die Schaltmatrix werden die einzelnen Z-Leitungen der entsprechenden
Zeile jeweils nacheinander so erregt, daß das gerade ankommende und zu .speichernde
Informationselement an der für es vorgesehenen Stelle dieser Zeile gespeichert werden
kann. Soll also beispielsweise eine ankommende Information über die X-Seite .in
der ersten Zeile der Matrix II geschrieben werden, dann wird diese Matrix über -die
Y -Leitungenständig mit einem Impuls erregt; im Grenzfall kann auch über die Y-Leitungen
ein über :den gesamten Einspeichervorgang konstanter Gleichstrom geleitet werden.
Außerdem werden von der Speichermatrix aus nacheinander die Leitungen Z1, Z2,- Z3
usw. erregt, so daß die einzelnen Elemente der Information nacheinander in den einzelnen
Kernen niedergeschrieben werden.
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An sich ist es denkbar, mit Hilfe einer Schaltmatrix, wie sie für
den beschriebenen Magnetkernspeicher verwendet werden soll, auch einen üblichen
ebenen Magnetkernspeicher zu steuern. Auch in diesem Fall wäre es dann möglich,
die Information, ohne über Schaltglieder gehen zu müssen, in eine Matrix eindeutig
einspeichern zu können. Da aber eine derartige Schaltmatrix ja ebenso- viele Schaltstellen
haben muß wie eine einzelne Speicherebene, lohnt sich !der Aufwand für eine einzelne
Ebene nicht. Vielmehr wird die Verwendung einer Schaltmatrix erst dann wirtschaftlich,
wenn von ihr aus eine Mehrzahl (Vielzahl) von vorzugsweise gleichartigen Ebenen
gesteuert werden kann.
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Wie diese Darstellung zeigt, wird die Information sämtlichen vorhandenen
Ebenen eines Magnetkernspeichers nach der Erfindung parallel zugeführt. Auch die
Kernauswahl - über die Z-Achse - geschieht für- sämtliche Ebenen gemeinsam, und
die Ebene wird dann nur durch entsprechende Auswahl über die Y-Richtung näher bestimmt.
Durch diese besondere Anordnung wird es dann möglich, einen vorhandenen Magnetkernspeicher
beliebig zu erweitern, d. h., einem Speicher kann ohne weiteres bei Bedarf eine
weitere Ebene hinzugefügt werden, ohne daß hierzu ein wesentlicher Aufwand oder
Umbau notwendig wäre. Soll eine weitere Ebene einem Speicher zuaeordnet werden,
dann sind ledizlich die Z-Leitungen
| entsprechend zu verlängern. Die X-Leitungen wenden |
| parallel an die Zuführungsleitung für :die zu spei- |
| chernde Nachricht angeschlossen. Lediglich für |
| Y-Leitung, die j a für eine Ansteuerung cler - |
| zusätzlich gesteuert werden muß,- ist dann |
| Röhre mit einigen Schaltgliedern notwend' |
| Für die Erläuterung der Fig. 1 wurde vuriächst |
| angenommen, daß die einzelnen Impulse mit einer |
| Amplitude von I/3 zugeführt werden. Da im Regel- |
| fall Magnetkerne keine streng rechteckige Hysterese- |
kurve besitzen, erweist sich aber in der Praxis eine Steuerung
mit I/3 für einen Speicherkern als ungünstig, da jeder einzelne Kern bei einer Erregung
mit 2/3 .7 nahe an -den Kippunkt gebracht wird. Aus diesem Grunde wird gemäß einer
Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, die Magnetkerne mit Impulsen
von T/2 auszusteuern und allen den Ebenen, in denen gerade keine Information eingeschrieben
werden soll, über die Y-Richtung einen Gegenimpuls aufzudrücken, d. h., indem dargestellten
Beispiel wäre über die I'-Leitungen der Matrix I dann, wenn in der Matrix II eine
Information eingeschrieben werden soll, ein negativer Impuls von I/2 zuzuführen-gegebenenfalls
eine negative Gleichspannung -, damit die einzelnen Kerne :dieser Matrix I nicht
durch die Addition der über die Z- und über die X-Leitung zugeführten Ströme magnetisiert
werden.
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An Hand der Fig. 2 wurde ein Ausführungsbeispiel des Speichers nach
der Erfindung beschrieben, wie er für die Speicherung von Zahlen in rein binärer
Seriendarstellung Verwendung finden kann.
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Die Fig. 2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines Speichers nach
der Erfindung, wie er für einen dezimal verschlüsselten Binärcode Verwendung finden
kann. Unter dezimal verschlüsseltem Binärcode wird hierbei ein Zahlencode verstanden,
.der die Ziffern :der einzelnen Stellen einer Dezimalzahl getrennt, also stellenrichtig,
in binärer Form wiedergibt. Zu diesem Zweck sind bekanntlich vier Binärstellen notwendig,
um die Ziffern 0 bis 9 darzustellen. Mit vier Binärstellen kann man an sich fünfzehn
Dezimalzahlen wiedergeben. Bei einem derartigen Code können :dann in vorteilhafter
Weise, um irgendwelche Verwechslungen zu vermeiden und Überträge, Borger usw. entsprechend
berücksichtigen zu können, die vier Stellen jeweils parallel und Stelle für Stelle
der Dezimalzahl in Serie, also auf vier parallelen Leitungen, weitergegeben werden.
Entsprechend diesem »Tetraden-Code« kann dann der Speicher nach der Erfindung auch
jeweils so aufgebaut werden, daß vier Ebenen zur Speicherung einer Tetrade, die
parallel zugeführt wird, verwendet werden können. Die einzelnen Vierergruppen von
Matrizen sind sowohl untereinander wie gegenseitig entsprechend der Erfindung geschaltet,
d. h., gleiche Kerne innerhalb :der Matrizen sind über den Z-Stromkreis miteinander
verkettet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist wiederum eine Schaltmatrix
SM vorgesehen, die über die Z-Achse jeweils die richtigen Kerne ansteuert. Über
die X-Achse werden die Tetraden des dezimal verschlüsselten Binärcodes in gemischter
Serien-Paralleldarstellung zugeführt, d. h., die einzelnen Tetraden liegen in Paralleldarstellung
vor, während die Tetraden nacheinander in Seriendarstellung ankomtuen. Der Einspeichervorgang
geht analog dem Einspeichervorgang nach Fig. 2 vor sich, lediglich mit dem Unterschied,
daß .immer gleichzeitig die vier übereinander angeordneten Kerne einer Speichergruppe
(Tetraden-Speicher) gleichzeitig mit einem i Informationselement beaufschlagt werden.
Damit die Information nicht gleichzeitig in allen Speichern einlaufen kann, werden
die Speicher, die für .den augenblicklichen Speichervorgang nicht gebraucht werden,
wiederum über die Y-Achse mit einem Strom von T/2 gesperrt.
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Der Lesevorgang, also,die Abnahme einer Information aus einem derartigen
Speicher, geht praktisch ebenso vor sich wie der Einschreibevorgang, d. h., sämtliche
Ausgangswicklungen der Matrizen sind, 1
wie dargestellt, "parallel geschaltet;
und zwar unter Vermeidung irgendwelcher Schaltmittel. Soll nun eine Information
herausgelesen werden, dann wird über den Eingang nicht eine Information, sondern
der Takt gegeben, über die Z-Richtung, also von der Schaltmatrix aus, wird ebenfalls
ein Impuls gegeben, und die richtige Ebene bzw. die richtigen Ebenen werden wiederum
durch eine Ansteuerung in der Y-Leitung bzw. eine Nichtansteuerung bestimmt.
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In der Figur sind die Ausgangsleitungen ebenfalls schematisch dargestellt,
und zwar werden sie einer Gruppe von Verstärkern L' zugeführt.
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Bei der Erläuterung der Erfindung -wurde jeweils von einer Schaltmatrix
gesprochen. Die Schaltmatrix, die im Prinzip nichts anderes darstellt als eine einfache
Taktversorgungsanlage, ist so aufgebaut, daß jeweils eine ganz bestimmte Leitung
zu einer bestimmten Zeit mit einem Impuls beaufschlagt wird. Wie dies im einzelnen
erreicht wird, isst nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Im Regelfall wird
man die Auswahl ebenfalls über eine Magnetkernmatrix erzielen, deren Kerne mit einer
Vormagnetisierung arbeiten, so daß durch Überlagerung von Impulsen in verschiedenen
Dimensionen ein ganz bestimmter Kern erregt wird, der -dann bei dem doppelten Umsteuervorgang
den gewünschten Impuls erzeugt. Es sind aber im Rahmen der Erfindung auch andere
Schaltanordnungen zur Verwirklichung der Schaltmatrix ohne weiteres denkbar, die
beispielsweise aus einer Matrix von Koinzidenzgattern aufgebaut sein können, wobei
dann über die Koinz.idenzgatter die zur Steuerung über die Z-Richtung notwendigen
Impulse geleitet werden.
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Wenn bei der Erläuterung des Speichers nach der Erfindung von einer
X-, Y- und Z-Richtung gesprochen wurde, dann geschah dies lediglich aus Anschaulichkeitsgründen.
Selbstverständlich ist es in der Praxis ohne weiteres denkbar, die einzelnen Speicherebenen
.in beliebig anderer Form, also nebeneinander oder in einem Winkel zueinander, anzuordnen,
wobei die einzelnen Kerne dann auch durch einen weiteren Stromkreis miteinander
verkettet sind. Dieser für die Verkettung notwendige Leiter liegt dann nicht mehr
in der Z-Richtung (in geometrischem Sinn), sondern kann einen beliebigen Weg nehmen.
Eine derartige anders geartete Anordnung ist selbstverständlich .denkbar, doch hinsichtlich
des Verständnisses der Schaltungsweise nicht so übersichtlich wie die erläuterte
räumliche Anordnung :der Kerne.
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Auf jeden Fall wird erreicht, daß die Information, ohne über Schallstrecken
geführt zu werden, dem Speicher zugeführt werden kann.
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Die beschriebene Anordnung kann auch für Anordnungen, die miteinem
2-aus-5-Code oder einem anders gearteten, vorzugsweise tetradenverischlüsselten
Code arbeiten, verwendet werden.