DE1189138B - Datenspeicherelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-37/60

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1189 138
S 77479IX c/21 al
10. Januar 1962
18. März 1965

Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle für den Einsatz in Recheneinrichtungen und insbesondere eine Speicherzelle, deren Speicherinhalt ohne Zerstörung der gespeicherten Information abgelesen werden kann. Speicherzellen werden in Recheneinrichtungen benötigt, um binär kodierte Informationen so zu speichern, daß sie leicht abgegriffen werden können. Hierzu sind magnetisierbare Kernspeicher bekannt, welche eine im wesentlichen rechteckige Hysteresischarakteristik besitzen und zwei stabile Magnetisierungszustände aufweisen. Zum Abfühlen der eingespeicherten Information ist es erforderlich, dem betreffenden Kern ein Feld aufzubringen in solcher Richtung, daß der Magnetisierungszustand des Kernes umgeschaltet wird. Damit die Information nach dem Ablesevorgang in der Speicherzelle wieder festgehalten wird, ist es notwendig, mittels eines Wiedereinschreibvorganges die Information wieder einzuspeichern. Dieser Wiedereinschreibvorgang erfordert Zeit. Zur Erhöhung der Rechen- ao geschwindigkeit ist es wünschenswert, eine Ablesung der Information, die in einer Speicherzelle festgehalten ist, ohne Änderung des Magnetisierungszustandes der Speicherzelle vornehmen zu können, so daß ein anschließender Einschreibvorgang entfallen kann.

Es ist bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, mittels welcher ein zerstörungsfreies Ablesen des Informationsinhalts eines magnetischen Speicherelementes möglich ist. Hierbei sind zwei Kerne, nämlich ein eigentlicher Speicherkern und ein Ablesekern, so aneinandergelegt, daß die Achsen ihrer remanenten Magnetisierung sich kreuzen. Die remanente Magnetisierung des Speicherkernes baut ein internes Feld in dem zweiten oder dem Ablesekern auf, welches quer zu dem remanenten Feld dieses Ablesekernes verläuft. Während des Ablesevorganges wird dieses Querfeld entweder unterstützt oder beeinträchtigt durch ein erstes äußeres Feld, so daß ein zweites, längs der remanenten Magnetisierungsachse des Ablesekernes angebrachtes Feld eine Umschaltung des Ablesekernes nur dann hervorrufen kann, wenn das Querfeld durch das erste äußere Feld verstärkt worden war. Eine Leseleitung ist hierbei induktiv mit dem Ablesekern gekuppelt, so daß in ihr induzierte Signale ein Kennzeichen über den Zustand der remanenten Magnetisierung des Kernes liefern, dessen Information abgelesen werden soll.

Während des Ablesevorganges werden ein oder mehrere externe Felder an den beiden Kernen aufgebracht. Obwohl die externen Felder nur den Lesekern beeinflussen sollen, kann es vorkommen, daß diese Felder auch den magnetischen Zustand des Datenspeicherelement

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 136-142

Als Erfinder benannt:
William W. Davis,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 13. Februar 1961
(89 057)

Speicherkernes beeinflussen. Sind die Kerne als dünne Filme ausgebildet, dann bewirkt ein Feld, welches in einer Richtung quer zu der bevorzugten Magnetisierungsachse aufgebracht wird und einen vorbestimmten Wert übersteigt, eine Entmagnetisierung der Filme, und es besteht die Gefahr, daß die in dem Speicherfilm festgehaltene Information zerstört wird. Auch bei der Anwendung eines Filmpaares für die zerstörungsfreie Ablesung kann das Aufbringen der externen Felder an dem Ablesefilm eine unerwünschte Drehung der Magnetisierung des Speicherfilmes hervorrufen und dadurch Geräuschsignale auf der Leseleitung erzeugen.

Die Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, und erreicht dies bei einem Datenspeicherelement mit einem ersten ferromagnetischen Film mit zwei möglichen Remanenzzuständen und einem zweiten ferromagnetischen Film, dessen magnetischer Zustand normalerweise vom ersten ferromagnetischen Film gesteuert wird, sowie Mitteln, um an den zweiten Film zwecks vorübergehender Änderung dessen magnetischen Zustandes ein Außenfeld kurzzeitig anzulegen, und Mitteln, um ein aus dieser Änderung resultierendes Signal zu erhalten, dadurch,

£09 519/178

daß ein Schirm vorgesehen ist, der so dick ist, daß der zweite Film durch den ersten Film gesteuert werden kann, der gleichzeitig aber gegenüber dem an den zweiten Film angelegten Außenfeld im wesentlichen magnetisch undurchlässig ist. Der Schirm nach der Erfindung bewirkt somit, daß die äußeren Magnetfelder, die auf dem Lesefilm aufgebracht werden, den magnetischen Zustand des Speicherfilmes nicht beeinflussen. Dadurch kann der Speicherkern mit Sicherheit zerstörungsfrei abgelesen werden. Mit besonderem Vorteil verwendet die Erfindung eine leitfähige Abschirmung aus nichtmagnetischem Material, welches so angebracht ist, daß die dem Lesekern aufgebrachten Felder nicht in schädlicher Weise den magnetischen Zustand des Speicherkernes beeinflussen, welcher die abzufühlende Information gespeichert hält.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Speicherzelle nach der Erfindung, in welcher die einzelnen Teile in Abstand voneinander gezeigt sind,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Speicherzelle.

Auf zwei nichtleitenden Unterlagen 14 und 16 sind zwei dünne ferromagnetische Filme 10 und 12 niedergeschlagen oder in anderer Weise an ihnen befestigt. Wird eine geeignete ferromagnetische Verbindung aus dem dampfförmigen Zustand im Vakuum in Anwesenheit eines richtenden magnetischen Feldes niedergeschlagen, dann besitzt der so erzeugte Film zwei stabile magnetische Zustände und eine Achse der leichten Magnetisierung. Zur Umkehrung des remanenten Zustandes eines dünnen magnetischen Filmes kann ein erstes Feld in Richtung quer zu der Vorzugsachse des Filmes aufgebracht werden, und während dieses Querfeld noch anliegt, kann ein zweites Feld in einer Richtung parallel zu der Vorzugsachse angebracht werden. Unter diesen Umständen wird der Magnetisierungszustand des Filmes unter Drehung umgekehrt, was sehr viel schneller vor sich geht als eine Umkehrung durch Wandbewegung. Die Vorzugsachsen der dünnen Filme 10 und 12 sind in F i g. 1 durch die gepunkteten Linien 18 und 20 angedeutet. Mit dem dünnen Film 10 sind zwei Leiter 22 und 24 magnetisch gekuppelt, welche dazu verwendet werden können, um den remanenten Zustand des Filmes 10 zu verändern. Ebenso sind zwei Leiter 26 und 28 magnetisch mit dem dünnen Film 12 gekuppelt; sie können dazu verwendet werden, um durch Abfragen des Filmes seinen magnetischen Zustand festzustellen und das bei dieser Abfragung erzielte Ergebnis abzugreifen. Der Leiter 26 kann deshalb als Abfragesteuerleitung und der Leiter 28 als Abfühlleitung bezeichnet werden. Obwohl die Leiter 22, 24, 26 und 28 als dünne Streifen eines leitfähigen Materials in Fig. 1 dargestellt sind, werden bei der praktischen Ausführung diese Leiter zweckmäßig als gedruckte Stromkreise ausgebildet, die nach einem der bekannten Verfahren hergestellt werden.

Zwischen den Filmen 10 und 12 liegt eine dünne, leitfähige, nichtmagnetische Schicht 30, welche dazu dient, den Film 10 von der Abfrageleitung 26 und der Abfühlleitung 28 abzuschirmen. Die leitfähige Schicht 30 bildet keine vollständige Abschirmung gegen ein magnetisches Feld, aber sie dient dazu, einem Feldwechsel eine vorbestimmte Verzögerung zu erteilen, d. h., wird das Feld auf der einen Seite des Schirmes 30 plötzlich verändert, dann vergeht eine vorbestimmte Zeitspanne, bevor diese Veränderung auf der anderen Seite des Schirmes bemerkt wird. An Hand eines Schirmes aus Kupfer wurde festgestellt, daß bei einer Amplitude H₀ der stufenweisen Veränderung des Magnetfeldes auf der einen Seite des Schirmes 30 das auf der anderen Seite des Schirmes 30 beobachtete Feld einen zeitlichen Verlauf hat, der durch die Gleichung ausgedrückt werden kann:

H = H₀ (l-

In dieser Gleichung ist t in Nanosekunden ausgedrückt und T die Dicke des Schirmes in Millimeter.

Diese Gleichung ändert sich mit dem Material des nichtmagnetischen leitfähigen Schildes.

Bei dem Betrieb einer Speicherzelle, welche zerstörungsfrei abgelesen werden kann, ist der Film 10 derjenige, dessen magnetischer Zustand abgefühlt werden soll, also der Speicherkern, und der Film 12 der Ablesekern, welcher umgeschaltet wird, um den Zustand des Kernes 10 anzuzeigen. Es sei angenommen, daß der Film 10 den binären Wert 1 speichert, wenn er in der Richtung magnetisiert ist, die durch den Vektor 32 angezeigt wird, und daß er den binären WertO speichert, wenn die Magnetisierung um 180° gegenüber dem Vektor 32 gedreht ist. Der Speicherfilm 10 ist vorzugsweise aus einer ferromagnetischen Verbindung gebildet, welche ungefähr 90% Kobalt und 10% Eisen enthält, während der Lesefilm 12 ein Permalloyfilm sein kann, der aus 82% Nickel und 18% Eisen besteht. Der Film 10 hat also eine beträchtlich höhere Koerzitivkraft als der Permalloyfilm 12. Das remanente magnetische Feld, das durch den Film 10 erzeugt wird, beeinträchtigt die Magnetisierung des Filmes 12 in einem verhältnismäßig hohen Ausmaß, während das remanente Feld des Filmes 12 wenig Einfluß auf die Magnetisierung des Filmes 10 ausübt. Da auch andere Mittel vorgesehen sein können, um den Einfluß des Speicherfilmes auf den Lesefilm größer zu halten als den Einfluß des Lesefilmes auf den Speicherfilm, ist es nicht wesentlich, daß der Speicherfilm eine höhere Koerzitivkraft hat und daß er aus einer Kobalt-Eisen-Verbindung hergestellt ist. Auch durch entsprechendes Bemessen der Dicke der beiden Filme kann dieses Ergebnis erzielt werden. Da während des Lesevorganges infolge des Schirmes kein äußeres Feld an dem Speicherfilm aufgebracht wird, können auch Permalloyfilme sowohl als Speicherkern wie als Lesekern verwendet werden.

Der von dem remanenten Feld des Speicherfilmes 10 auf den Lesefilm 12 ausgeübte Einfluß veranlaßt eine Drehung der remanenten Magnetisierung in eine Lage, die nicht mehr mit der Vorzugsachse des Filmes 12 zusammenfällt. Mit anderen Worten, das Remanentfeld des Speicherfilmes wirkt als ein Querfeld auf den Lesefilm. Wie dies in F i g. 1 dargestellt ist, verursacht das Remanentfeld des Speicherelementes die Magnetisierung des Lesekernes im Sinne einer Drehung aus ihrer Vorzugslage in Übereinstimmung mit der leichten Magnetisierungsachse (angedeutet durch die punktierte Linie 20) in eine neue Lage, die durch den Vektor 34 dargestellt ist. Um den Informationsinhalt des Speicherkernes abzulesen, wird ein Stromimpuls der Abfragesteuerleitung 26 zugeführt, dessen Wirkung darin besteht, daß er ein äußeres Feld in einer Richtung parallel zu der leichten Achse

des Lesefilmes erzeugt. Im Zusammenwirken mit dem Querfeld, das durch den Speicherfilm 10 erzeugt worden war, verursacht das äußere Abfragefeld, das durch den Stromfluß durch die Steuerleitung 26 erzeugt wird, eine Umkehrung des magnetischen Zu-Standes des Lesefilmes 12, und durch diese Umkehrung wird ein Ausgangssignal in der Abfühlleitung 28 induziert, welche parallel zu der Vorzugsachse des Filmes 12 angeordnet ist. Unter Beachtung der Polarität des erzielten Ausgangssignals auf der Abfühlleitung 28 kann der magnetische Zustand des Speicherkernes 10 bestimmt werden. Wenn der Speicherkern sich in dem magnetischen Zustand 1 befand, dann verursacht das Abfragefeld eine Drehung des Magnetisierungsvektors 34 in Uhrzeigerrichtung, da das remanente Feld, das durch den Speicherfilm 10 hervorgerufen wurde, ursprünglich eine Drehung der remanenten Magnetisierung in Uhrzeigerrichtung weg von der leichten Achse 20 hervorgerufen hatte. Befindet sich jedoch der so Speicherkern anfänglich in dem Zustand 0, dann verursacht das remanente Feld eine Drehung des remanenten Vektors 34 entgegen der Uhrzeigerrichtung, so daß bei Aufbringung des Abfragefeldes auf den Lesefilm 12 eine weitere Drehung entgegen der Uhrzeigerrichtung stattfindet. Eine Drehung in Uhrzeigerrichtung der Magnetisierung des Lesefilmes veranlaßt ein Ausgangssignal einer Polarität auf der Abfühlleitung 28, während eine Drehung entgegen der Uhrzeigerrichtung ein Signal der entgegengesetzten PoIarität auf der Leitung induziert.

Würde der leitfähige Schirm 30 nicht zwischen dem Speicherfilm und den Steuerleitungen, die mit dem Lesefilm gekuppelt sind, vorgesehen sein, dann könnte ein Störsignal möglicherweise während des Lesevorganges erzeugt werden, wenn das Abfragefeld parallel zu der bevorzugten Richtung des Lesefilmes angelegt wird, da dieses Feld eine Tendenz zur Drehung des Magnetisierungsvektors des Speicherkernes besitzt. Wird das Abfragefeld in einer Richtung quer zu der bevorzugten Magnetisierungsrichtung des Speicherelementes angelegt, dann könnte eine Tendenz zur Entmagnetisierung des Speicherelementes bestehen. Man hat festgestellt, daß die Einführung des leitfähigen Schirmes zwischen das Speicherelement und das Leseelement das auf das Speicherelement einwirkende Feld auf 5°/o des Abfragefeldes während der ersten 50 Nanosekunden des Abfrageimpulses vermindert. Irgendein Drehsignal von dem Speicherelement ist bei der Aufbringung des Abfragefeldes vollständig verhindert, ebenso wie irgendwelche Entmagnetisierung des Speicherelementes. Durch die Einführung des leitfähigen Schirmes in die Apparatur ist es möglich, diese Abfragefelder wesentlich höherer Intensität zu verwenden, als sie ohne den Schirm angewandt werden können. Infolgedessen können auch höhere Ausgangssignale in der Abfühlleitung 28 induziert werden, wodurch das Verhältnis Signal zu Störspannung wesentlich verbessert wird.

Der leitfähige Schirm 30 bietet noch einen weiteren Vorteil, wenn es erwünscht ist, die in dem Speicherkern 10 gespeicherte Information zu verändern. Die Information des Speicherkernes wird durch gleichzeitiges Anlegen eines ersten magnetischen Feldes in Richtung parallel zu der leichten Achse des Speicherkernes und eines zweiten Feldes in Richtung quer zu der leichten Achse geändert. In F i g. 1 dient der Leiter 22, welcher quer zu der leichten Achse 18 verläuft, zur Aufbringung des längsgerichteten Feldes auf den Film 10. Wenn ein Strom durch diese Wicklung fließt, dann wird ein magnetisches Feld aufgebaut, welches praktisch im rechten Winkel zu der Wicklung 22 verläuft, d. h. parallel zu der leichten Achse 18 liegt. Der Leiter 24, welcher parallel zu der leichten Achse 18 des Filmes 10 verläuft, erzeugt ein magnetisches Feld, welches quer zu der leichten Achse wirkt, wenn Strom durch ihn fließt. Die Wirkung dieses Querfeldes besteht darin, den Magnetisierungsvektor 32 zu drehen, so daß er nicht mehr in der leichten Achse liegt, so daß bei Anlegung eines Längsfeldes mittels eines Stromflusses durch die Wicklung 22 ein Drehimpuls auf den Magnetisierungsvektor ausgeübt wird, der ihn zu einer Drehung um annähernd 180° veranlaßt, so daß der Film nun in dem anderen seiner beiden stabilen magnetischen Zustände liegt. Infolge der Anwesenheit des Schirmes 30 zwischen den Wicklungen 22 und 24 und dem Film 12 erzeugt das Anlegen von kurzen Stromimpulsen in diesen Wicklungen kein Feld, welches groß genug ist, um die Magnetisierung des Lesekernes zu beeinflussen.

Der Hauptvorteil der Verwendung des Kupferschirmes in der Speicherzelle besteht darin, daß sie die Funktionen von Lesen und Schreiben gegeneinander isoliert und das zerstörungsfreie Ablesen mit Sicherheit zerstörungsfrei hält. Eine mögliche Beschränkung für die Anwendung des magnetischen Schirmes liegt in einem endlichen Zeitbetrag, der erforderlich ist, damit das remanente Feld des Kobaltelementes durch den Kupferschirm im Anschluß an den Schreibvorgang hindurchdringt. Wenn der Schreibvorgang niemals unmittelbar einem Lesevorgang vorausgeht, dann ist die Verzögerung von geringer Bedeutung. Wenn jedoch das remanente Feld des Kobaltelementes durch den Schirm hindurchdringen muß, bevor der Speicherinhalt dieser Speicherzelle abgelesen werden kann, dann müssen Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, daß ein Ablesevorgang unmittelbar einem Einschreibvorgang folgt. Dies kann durch geeignete Programmierung der Recheneinrichtung erfolgen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Datenspeicherelement mit einem ersten ferromagnetischen Film mit zwei möglichen Remanenzzuständen und einem zweiten ferromagnetischen Film, dessen magnetischer Zustand normalerweise vom ersten ferromagnetischen Film gesteuert wird, sowie Mitteln, um an den zweiten Film zwecks vorübergehender Änderung dessen magnetischen Zustandes ein Außenfeld kurzzeitig anzulegen und Mitteln, um ein aus dieser Änderung resultierendes Signal zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm (30) vorgesehen ist, der so dick ist, daß der zweite Film (12) durch den ersten Film (10) gesteuert werden kann, der gleichzeitig, aber gegenüber dem an den zweiten Film (12) angelegten Außenfeld im wesentlichen magnetisch undurchlässig ist.

2. Datenspeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (30) so bemessen ist, daß der erste Film (10) den zweiten Film (12) vormagnetisieren kann.

3. Datenspeicherelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (30) aus

einem nichtmagnetischen Material besteht, der wesentlich dicker ist als der eine oder andere der beiden Füme.

4. Datenspeicherelement nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß der Schirm (30) aus einer Kupferschicht besteht.

5. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filme mit ihren Magnetisierungsachsen unwesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, so daß das vom ersten Film (10) erzeugte Magnetfeld die Magne tisierung des zweiten Films (12) von seiner Vor zugsachse (20) wegzudrehen bestrebt ist, wodurch die Mittel zum Anlegen eines Außenfeldes an den Film in die Lage versetzt werden, diese Magneti- sierung so auszurichten, daß sie im wesentlichen mit der Vorzugsachse (20) wieder eine gerade Linie bildet.

6. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (26) zum so Anlegen eines Außenfeldes an den zweiten Film (12) so ausgerichtet sind, daß sie im wesentlichen senkrecht zur Vorzugsachse (20) liegen, um die Magnetisierung des zweiten Films (12) weiterzudrehen.

7. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Film (10) eine größere Koerzitivkraft als der zweite Film (12) aufweist.

8. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (26) zum Anlegen eines Außenfeldes und die Mittel (28) zum Erfassen des aus der Magnetisierungsänderung resultierenden Signals gedruckte Drähte sind.

9. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am ersten Film (10) angebrachten Leiter (22, 24) als gedruckte Drähte ausgebildet sind.

10. Datenspeicherelement nach Anspruch 1 mit zwei mit dem zweiten f erromagnetischen Film induktiv gekoppelten Drähten, an deren einen ein Impuls zur Abfrage des Speicherinhalts gelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Impulses etwa gleich oder kürzer als die Zeit ist, die erforderlich ist, um ein den aus leitendem Werkstoff bestehenden Schirm (30) zwischen den beiden Filmen (10, 12) durchdringendes Magnetfeld aufzubauen, durch das die Remanenz des ersten Filmes geändert werden würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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