DE1290973B - Superconducting storage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Speicher, insbesondere einen supraleitenden Schichtspeicher, mit wenigstens zwei Scharen von Ansteuerleitungen, den sogenannten Wort- bzw. Bitleitungen, die über Decodierer mit Wort- bzw. Bitströmen angesteuert werden können.The invention relates to a superconducting memory, in particular a superconducting layer memory with at least two sets of control lines, the so-called word or bit lines, which are connected to word or bit streams via decoders can be controlled.

Wegen der hohen mit supraleitenden Schichtspeichern erreichbaren Speicherdichten, ihrem geringen Energieverbrauch und der Möglichkeit, auf der Basis supraleitender Speicher sehr einfach aufgebaute »intelligentere« assoziativ organisierte Speicher zu verwirklichen, treten die supraleitenden Großspeicher in zunehmendem Maße in den Vordergrund der Betrachtungen der Rechenmaschinen- und Speichertechnik. Dazu trägt noch besonders das im Prinzip sehr einfache Herstellungsverfahren der entsprechenden Speichermatrizen bei.Because of the high storage densities that can be achieved with superconducting layer storage systems, their low energy consumption and the possibility of superconducting on the basis Storage "smarter" associatively organized storage with a very simple structure to realize, the superconducting large storage facilities are increasingly coming into play the foreground of the considerations of computing machine and storage technology. In addition the production process of the corresponding, which is very simple in principle, is particularly important Storage matrices at.

In einem Herstellungsgang wird eine ganze Schichtspeichermatrix mit Hunderttausenden von Speicherzellen gefertigt, so daß diese Zellen keiner späteren Auslese mehr unterzogen werden können. Daher ist es notwendig, daß alle Zellen speichern und daß die Streuungen in einer Matrix kleiner als der Arbeitsbereich der Zellen bleiben. Sind auf einer Matrix fehlerhafte Zellen, die nicht speichern oder deren Betriebsdaten aus dem Ansteuerbereich der Matrix herausfallen, so muß im allgemeinen eine solche Matrix ausgeschieden werden. Da jedoch bereits einzelne Staubkörner oder Fehler in den Vorlagen den Ausfall von Speicherzellen verursachen können, scheint es nach den bisherigen Erfahrungen sehr große Schwierigkeiten zu bereiten bzw. überhaupt unmöglich zu sein, Matrizen ohne jeden Fehler herzustellen.A whole layered storage matrix is included in one production process Hundreds of thousands of memory cells are made so these cells don't have any later Selection can be subjected to more. It is therefore necessary that all cells store and that the scatter in a matrix is smaller than the working area of the cells stay. Are faulty cells on a matrix that do not save or their Operating data fall out of the control range of the matrix, so must in general such a matrix can be excreted. However, there are already individual grains of dust or errors in the templates can cause memory cell failure According to previous experience, it causes very great difficulties or at all impossible to make matrices without any flaw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem möglichst geringen Aufwand an zusätzlichen Mitteln Speichermatrizen, in denen nur einige Speicherzellen fehlerhaft sind, noch für den Betrieb verwendbar zu machen.The invention is based on the object with the lowest possible Expenditure of additional resources memory matrices in which only a few memory cells are defective, can still be made usable for operation.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß neben den Speicherworten des Hauptspeichers noch eine Anzahl von Ersatzworten (ein sogenannter Ersatzspeicher) vorgesehen ist, daß in den Ansteuerleitungen des Decodierers für die Wortleitungen des Hauptspeichers (Hauptwortleitungen) ebenso viele Stufen assoziativer Speicherzellen wie Worte im Ersatzspeicher vorgesehen sind, daß jeder solchen assoziativen Speicherstufe eine Worterkennungsleitung zugeordnet ist, die als Steuerleitung für Kryotrons geschaltet ist, welche in der Wortstromzuführung für den Decodierer des Hauptspeichers sowie den Wortleitungen des Ersatzspeichers angeordnet sind, und daß schließlich parallel zu den Worterkennungsleitungen eine Ersatzspeichersperrleitung geschaltet ist, die als Steuerleitung für Kryotrons dient, von denen je eines in jeder Wortleitung des Einsatzspeichers liegt.This object is achieved according to the invention in that in addition to the Memory words of the main memory still a number of substitute words (a so-called Replacement memory) is provided that in the control lines of the decoder for the word lines of the main memory (main word lines) have just as many levels of associative Memory cells like words in spare memory are provided that each such associative A word recognition line is assigned to the memory stage, which serves as a control line for Kryotron is connected, which is in the word stream supply for the decoder of the Main memory and the word lines of the spare memory are arranged, and that finally a spare memory blocking line in parallel with the word recognition lines is connected, which serves as a control line for cryotrons, one of which is in each word line of the insert memory is located.

Werden bei der Prüfung einer Matrix Worte mit fehlerhaften Speicherzellen festgestellt, so wird die Adresse des betreffenden Wortes in einer Stufe assoziativer Speicherzellen gespeichert. Steuert man im Betrieb ein fehlerhaftes Wort der Matrix an, so wird seine Adresse im assoziativen Speicher erkannt. In diesem Fall ist die zugehörige Worterkennungsleitung supraleitend. Der über sie fließende Strom sperrt durch Kryotrons die Zuleitung zum Hauptspeicher und zu den nicht benötigten Ersatzworten, so daß der Wortstrom automatisch zum Ersatzwort im Ersatzspeicher umgeleitet wird.When a matrix is checked, words with defective memory cells is established, the address of the word in question becomes more associative in a stage Storage cells stored. If you control a faulty word in the matrix during operation its address is recognized in the associative memory. In this case it is associated word recognition line superconducting. The current flowing over them blocks through cryotrons the feed line to the main memory and to the unneeded replacement words, so that the word stream is automatically rerouted to the substitute word in the substitute memory.

Zum Aufbau der benötigten assoziativen Speicherzellen sind vorteilhafterweise einzelnen Abschnitten der Ansteuerleitungen des Decodierers supraleitende Stege parallel geschaltet. In den überbrückten Abschnitten der Ansteuerleitungen liegen Kryotrons, wobei in jeder zu einer Wortleitung gehörenden Speicherzellenstufe eine zusätzliche Schreibleitung zur Steuerung dieser Kryotrons vorgesehen ist. Diese je ein Kryotron enthaltenden Abschnitte der Ansteuerleitung des Decodierers dienen schließlich als Steuerleitungen für in den Worterkennungsleitungen angeordnete weitere Kryotrons.To build the required associative memory cells are advantageous individual sections of the control lines of the decoder superconducting webs connected in parallel. Located in the bridged sections of the control lines Cryotrons, with one in each memory cell stage belonging to a word line additional write line is provided for controlling these cryotrons. These each serving a cryotron containing sections of the control line of the decoder finally, as control lines for additional ones arranged in the word recognition lines Cryotrons.

5 Eine den Worterkennungsleitungen parallelgeschaltete Ersatzspeichersperrleitung, die beim Ansteuern einer funktionsfähigen Wortleitung des Hauptspeichers den Ersatzspeicher sperren soll, ist so geschaltet, daß ein wesentlicher Teil eines vor der Verzweigung eingespeisten Stromes nur dann in der Ersatzspeichersperrleitung fließen kann, wenn keine der Worterkennungsleitungen supraleitend ist. Dies kann gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Ersatzspeichersperrleitung eine wesentlich größere Induktivität besitzt als jede der Worterkennungsleitungen, so daß wegen der mit dem Reziprokwert der Induktivität der Leitungen sich einstellenden Teilströme einer supraleitenden Verzweigung der Stromanteil, der durch die Ersatzspeichersperr-Leitung fließt, zu gering ist, um die zur Sperrung des Ersatzspeichers dienenden Kryotrons schalten zu können.5 A spare memory blocking line connected in parallel to the word recognition lines, the backup memory when a functional word line of the main memory is activated is to lock is switched so that a substantial part of one before the branch fed-in current can only flow in the backup storage blocking line if none of the word recognition lines is superconducting. This can be done according to the invention can be achieved in that the backup storage blocking line is a much larger one Inductance possesses than each of the word recognition lines, so that because of the the reciprocal of the inductance of the lines resulting partial currents superconducting junction of the current portion that passes through the backup storage blocking line flows is too low for the cryotrons that are used to block the spare memory to be able to switch.

Eine weitere Möglichkeit, diesen Zweck zu erreichen, stellt erfindungsgemäß eine Anordnung dar, bei der in der Ersatzspeichersperrleitung hinter der Abzweigung von der Stromzuführung für die Worterkennungsleitungen ein Kryotron angeordnet ist, dessen Steuerleitung durch den zu den Worterkennungsleitungen führenden Teil der Stromzuführungsleitung gebildet ist.Another possibility for achieving this purpose is provided by the invention represent an arrangement in which in the backup storage blocking line behind the junction a cryotron is arranged from the power supply for the word recognition lines, its control line through the part of the leading to the word recognition lines Power supply line is formed.

Die vorteilhafterweise alle aus supraleitfähigen Materialien bestehenden Leitungen und Kryotrons können durch einfache Aufdampfverfahren oder eine kombinierte Aufdampf-Photoätz-Technik hergestellt werden.These advantageously all consist of superconductive materials Lines and cryotrons can be created by simple vapor deposition or a combined Evaporation photo-etching technology can be produced.

An Hand der schematischen Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Einzelheiten näher erläutert werden. Dabei sind alle Einzelheiten, die zum Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlich sind, wie z. B. die beispielsweise senkrecht zu den Wortleitungen des Haupt- und des Ersatzspeichers verlaufenden Bitleitungen, nicht eingezeichnet.The invention is intended to be based on the schematic figures of the drawing will be explained in more detail below with further details. All the details are which are not absolutely necessary to understand the invention, such as. B. the for example perpendicular to the word lines of the main memory and the spare memory running bit lines, not shown.

Die F i g. 1 zeigt innerhalb des den Hauptspeicher 1 darstellenden gestrichelten Rechtecks die Wortleitungen 2 und den Decodierer 3 mit der zugehörigen Wortstromzuführungsleitung 4. Darunter sind die Wortleitungen 5, 51 für den Ersatzspeicher eingezeichnet, in denen Kryotrons 6 und 7, 71 liegen. In den Ansteuerleitungen 8 des Decodierers für den Hauptspeicher liegen drei Stufen von assoziativen Speicherzellen 13, 14 mit zugehörigen Worterkennungsleitungen 9 und 91, denen eine ein Kryotron 10 enthaltende Ersatzspeichersperrleitung 11, welche die Kryotrons 6 steuert, parallel geschaltet ist. Als Steuerleitung für das Kryotron 10 dient die von der Verzweigung zu den Worterkennungsleitungen führende Stromzuführungsleitung 12. Die Pfeile auf den Ansteuerleitungen des Decodierers geben diejenigen Ansteuerströme an, die zur Auswahl der Wortleitung 21 des Hauptspeichers führen, längs der eine oder mehrere nicht funktionsfähige Speicherzellen liegen mögen. Durch gleichzeitige Impulse auf einer der Schreibleitungen 15 (Pfeil) wird in den Speicherzellen 14 der ersten Stufe ein supraleitender Dauerstrom gespeichert, der längs der Abschnitte 16 der Ansteuerleitungen des Decodierers dem Ansteuerstrom entgegengerichtet ist. Wird nun im Betrieb des Speichers die Wortleitung 21 des Hauptspeichers wieder angesteuert, so werden durch die Ansteuerströme die in den Worterkennungsleitungen 9 liegenden Kryotrons 17 der oberen beiden assoziativen Stufen geschaltet, so daß längs den Worterkennungsleitungen 9 ein Widerstand auftritt. Die Lage der Kryotrons 17 in den Worterkennungsleitungen sowie der Kryotrons 22 in den Abschnitten 16 der Ansteuerleitungen 8 des Decodierers sind aus dem vergrößerten Ausschnitt nach F i g. 2 zu entnehmen, die eine Speicherzelle 13, 14 nach F i g. 1 darstellt. In den Abschnitten 16 der ersten Stufe, in denen die Zellen 14 liegen, heben sich die Ansteuerströme mit den umgekehrt gerichteten gespeicherten Strömen auf, so daß die in der Wortleitung 91 liegenden Kryotrons 17 und damit die gesamte Wortleitung 91 supraleitend bleiben. Ein in die Leitung 18 2.leichzeitig eingespeister Strom führt dann wie bereits beschrieben zur Sperrung des Kryotrons 10 und fließt somit ausschließlich durch die Worterkennungsleitung 91 und sperrt über die Kryotrons 71 die oberen Ersatzworte, über das Kryotron 19 den Hauptspeicher. Der Wortstrom lt" wird damit automatisch auf die unterste der drei Ersatzwortleitungen umgeleitet, die nun als Ersatzwort für die gestörte Hauptwortleitung 21 dient. In den beiden bisher nicht behandelten assoziativen Stufen können die Adressen zweier weiterer gestörter Hauptwortleitungen gespeichert werden, die im Betrieb durch die beiden übrigen gezeichneten Ersatzwortleitungen vertreten werden.The F i g. 1 shows within the main memory 1 representing dashed rectangle the word lines 2 and the decoder 3 with the associated Word current supply line 4. Below are the word lines 5, 51 for the spare memory in which cryotrons 6 and 7, 71 are located. In the control lines 8 of the decoder for the main memory are three levels of associative memory cells 13, 14 with associated word recognition lines 9 and 91, one of which is a cryotron 10 containing replacement storage blocking line 11, which controls the cryotrons 6, in parallel is switched. The control line for the cryotron 10 is that of the branch Power supply line 12 leading to the word recognition lines. The arrows on the control lines of the decoder indicate those control currents that are used for Selecting the word line 21 of the main memory lead along the one or more inoperable memory cells may lie. By simultaneous impulses on one of the write lines 15 (arrow) is in the memory cells 14 of the first stage a superconducting continuous current stored along the sections 16 of the control lines of the decoder is opposite to the control current. If the Memory, the word line 21 of the main memory is driven again, so by the control currents lying in the word recognition lines 9 cryotrons 17 of upper two associative stages switched so that along the word recognition lines 9 resistance occurs. The location of the cryotrons 17 in the word recognition lines as well as the cryotrons 22 in the sections 16 of the control lines 8 of the decoder are from the enlarged section of FIG. 2 shows the one memory cell 13, 14 according to FIG. 1 represents. In sections 16 of the first stage where If the cells 14 are located, the control currents contrast with those directed in the opposite direction stored currents, so that the lying in the word line 91 cryotrons 17 and thus the entire word line 91 remain superconducting. One on the line 18 2. Current fed in at the same time then leads to blocking as already described of the cryotron 10 and thus flows exclusively through the word recognition line 91 and blocks the replacement words above via the cryotron 71, via the cryotron 19 the main memory. The word stream "lt" is automatically transferred to the lowest of the three replacement word lines diverted, which are now used as a replacement word for the disturbed main word line 21 serves. In the two associative levels not dealt with so far, the Addresses of two further disturbed main word lines are stored, which are in the Operation can be represented by the other two substitute word lines drawn.

Insgesamt sind in der Praxis so viele Ersatzworte vorzusehen, wie im Durchschnitt Wortleitungen vorhanden sind, längs denen nicht funktionsfähige Zellen liegen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann selbst dann ein 100o/oiges Arbeiten des Speichers gewährleisten, wenn einzelne Speicherzellen im Ersatzspeicher gestört sind, so daß dieses Ersatzwort unbrauchbar wird. Man steuert dann einfach die zugehörige Schreibleitung 15 nicht an. Die Wahrscheinlichkeit dafür aber, daß beispielsweise ein Staubkorn die Ersatzspeichersperrleitung 11 oder das Kryotron 19 funktionsunfähig macht - nur dann fiele die Anordnung aus -,ist im Vergleich zu einer Störung des Hauptspeichers dadurch verschwindend klein, daß diese Teile nur einen sehr viel kleineren Teil der Speicherplatte einnehmen als der Hauptspeicher. Der Hauptspeicher selbst kann ein beliebig organisierter, also auch ein assoziativ organisierter Speicher auf der Basis supraleitender Kryotron- oder Schichtspeicherzellen sein. Ebenso sind die assoziativen Speicherstufen in den Ansteuerleitungen für den Decodierer des Hauptspeichers nicht auf den in F i g. 2 vergrößert gezeichneten Typ assoziativer Speicherzellen beschränkt. Sie können beispielsweise auch nach Art sogenannter »bridge-Zellen« aufgebaut sein, bei denen die Umwegleitung (20) nicht in der Ebene der Speicherplatte, sondern senkrecht dazu geführt ist.Overall, as many substitute words are to be provided in practice as on average word lines are present along which non-functional ones Cells lie. The arrangement according to the invention can even then work 100% of the memory if individual memory cells in the spare memory are disturbed are, so that this substitute word becomes unusable. You then simply control the associated one Write line 15 not at. But the probability that, for example a speck of dust the replacement storage blocking line 11 or the cryotron 19 inoperable power - only then would the arrangement fail - is compared to a disruption of the Main memory is therefore vanishingly small in that these parts are only very large take up smaller part of the storage disk than the main memory. The main memory A memory that is organized in any way, including an associatively organized memory, can itself be based on superconducting cryotron or layered storage cells. Likewise are the associative memory stages in the control lines for the decoder of the Main memory not on the in F i g. 2 enlarged drawn type associative Limited storage cells. For example, they can also be used in the manner of so-called "bridge cells" be constructed in which the detour line (20) is not in the plane of the storage disk, but is guided perpendicular to it.

Claims (7)

Patentansprüche: 1. Supraleitender Speicher mit wenigstens zwei Scharen von Ansteuerleitungen, den sogenannten Wort- bzw. Bitleitungen, die über Decodierer mit Wort- bzw. Bitströmen angesteuert werden können, dadurch gekennzeichn e t, daß neben den Speicherworten des Hauptspeichers (1) noch eine Anzahl von Ersatzworten (ein sogenannter Ersatzspeicher 5, 51) vorgesehen ist, daß in den Ansteuerleitungen (8) des Decodierers (3) für die Wortleitungen (2, 21) des Hauptspeichers (1 [Hauptwortleitungen]) ebenso viele Stufen assoziativer Speicherzellen (13, 14) wie Worte im Ersatzspeicher vorgesehen sind, daß jeder solchen assoziativen Speicherstufe eine Worterkennungsleitung (9, 91) zugeordnet ist, die als Steuerleitung für Kryotrons (19, 7, 71) geschaltet ist, welche in der Wortstromzuführung (4) für den Decodierer (3) des Hauptspeichers (1) sowie den Wortleitungen (5, 51) des Ersatzspeichers angeordnet sind, und daß schließlich parallel zu den Worterkennungsleitungen (9, 91) eine Ersatzspeichersperrleitung (11) geschaltet ist, die als Steuerleitung für Kryotrons (6) dient, von denen je eines in jeder Wortleitung des Ersatzspeichers liegt. Claims: 1. Superconducting memory with at least two sets of control lines, the so-called word or bit lines, which can be controlled via decoders with word or bit streams, characterized in that in addition to the memory words of the main memory (1) a number of replacement words (a so-called replacement memory 5, 51) is provided that in the control lines (8) of the decoder (3) for the word lines (2, 21) of the main memory (1 [main word lines]) just as many stages of associative memory cells (13, 14 ) as words are provided in the spare memory that each such associative memory stage is assigned a word recognition line (9, 91) which is connected as a control line for cryotrons (19, 7, 71) which is in the word stream supply (4) for the decoder (3 ) of the main memory (1) and the word lines (5, 51) of the replacement memory are arranged, and that finally a replacement memory in parallel with the word recognition lines (9, 91) lock line (11) is connected, which serves as a control line for cryotrons (6), one of which is located in each word line of the spare memory. 2. Supraleitender Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelnen Abschnitten (16) der Ansteuerleitungen (8) des Decodierers supraleitende Stege (20) parallel geschaltet sind, daß in den Abschnitten (16) Kryotrons (22) liegen, die je Stufe eine zusätzliche Schreibleitung (15) aufweisen, und daß die Abschnitte (16) als Steuerleitungen für in der Worterkennungsleitung angeordnete Kryotrons (17) dienen. 2. Superconducting memory according to claim 1, characterized in that individual sections (16) of the control lines (8) of the decoder superconducting webs (20) are connected in parallel that in the Sections (16) of cryotrons (22) are located, each of which has an additional write line (15) have, and that the sections (16) as control lines for in the word recognition line arranged cryotrons (17) are used. 3. Supraleitender Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Worterkennungsleitungen (9, 91) die Ersatzspeichersperrleitung (11) so parallel geschaltet ist, daß ein wesentlicher Teil eines eingespeisten Stromes nur dann in der Ersatzspeichersperrleitung fließen kann, wenn keine der Worterkennungsleitungen supraleitend ist. 3. Superconducting memory according to claim 1 or 2, characterized in that the word recognition lines (9, 91) are the replacement memory blocking line (11) is connected in parallel in such a way that a substantial part of a fed-in current can only flow in the spare memory blocking line if none of the word recognition lines is superconducting. 4. Supraleitender Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatzspeichersperrleitung (11) eine wesentlich größere Induktivität besitzt als jede der Worterkennungsleitungen (9, 91). 4. Superconducting memory according to claim 3, characterized in that the replacement memory blocking line (11) has a significantly greater inductance than each of the word recognition lines (9, 91). 5. Supraleitender Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Abzweigung der gemeinsamen Stromzuführungsleitung (12) für die Worterkennungsleitungen (9, 91) von der Ersatzspeichersperrleitung (11) in dieser ein Kiyotron (10) angeordnet ist, dessen Steuerleitung durch den zu den Worterkennungsleitungen führenden Teil der Stromzuführungsleitung (12) gebildet ist. 5. Superconducting memory according to claim 3, characterized in that behind the junction of the common Power supply line (12) for the word recognition lines (9, 91) from the replacement memory blocking line (11) in this a Kiyotron (10) is arranged, the control line through the to the word recognition lines leading part of the power supply line (12) formed is. 6. Supraleitender Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leitungen und Kryotrons aus supraleitfähigen Materialien aufgebaut sind. 6. Superconducting memory according to one of claims 1 to 5, characterized in that that all lines and cryotrons are made of superconductive materials. 7. Supraleitender Schichtspeicher nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen und Kryotrons durch Aufdampfen oder eine kombinierte Aufdampf-Photoätz-Technik hergestellt sind.7th Superconducting layer memory according to one of Claims 1 to 6, characterized in that that the lines and cryotrons by vapor deposition or a combined vapor deposition-photo-etching technique are made.