DE1943470C3 - Magnetkern-Schieberegister mit zerstörungsfreier Ablesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetkern-Schieberegi-

ster mit zerstörungsfreier Ablesung der Information mit Hauptkernen und zwischen den Hauptkernen angeordneten Zwischenkernen, wobei jeder Kern eine Erregerwicklung, eine Ausgangswicklung und zwei Eingangswicklungen aufweist und die Erregerwicklungen der Hauptkerne einerseits und der Zwischenkerne andererseits jeweils miteinander verbunden sind und in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Schaltphasen durch entsprechende tmpuls-Stromquellen erregt werden. Magnetkern-Schieberegister mit Haupt- und Zwi schenkernen, bei denen die Erregerwicklungen der Hauptkerne einerseits und der Zwischenkerne andererseits miteinander in Reihe liegen und in zwei alternierenden Phasen Takt- bzw. Schiebeimpulse empfangen, sind an sich seit längerem bekannt (siehe z.B. das Buch von K. Cattermole »Transistor Circuits« [Heywood & Co. 1959], S. 351, F i g. 13.32).

Eine zerstörungsfreie Parallel-Ablesung der in einem solchen Schieberegister einmal gespeicherten Information ist jedoch nicht ohne größeren Aufwand möglich.

Es müßte, damit die in den Hauptkernen im Ablesezeitpunkt gespeicherte Information nach der Ablesung wiederhergestellt wird, die Information aus diesen Hauptkernen z. B. in ein die unmittelbare, zerstörungsfreie Ablesung ermöglichendes elektronisches FHp- Flop-Register abgelesen werden (wobei sie in den Hauptkernen verlorengeht) und danach neuerlich durch einen besonderen »Schreibimpuls« aus dem Flip-Flop-Register in die Hauptkerne zurückgebracht werden. Augenscheinlich sind derartige Methoden umständlich und mit Zeitverlusten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein relativ einfaches, nur mit Magnetkernen und Dioden ausgeführtes Schieberegister zu verwirklichen, das auf den einleitend erörterten Prinzipien beruht und neben einer in jedem Zeitpunkt möglichen, zerstörungsfreien Parallelablesung der in den Hauptkernen gespeicherten Information auch eine Informationsverschiebung in beiden Richtungen gestattet.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklungen der Hauptkerne über Dioden mit je einer Eingangswicklung des nächstfolgenden bzw. des vorangehenden Zwischenkerns verbunden sind und die entsprechenden Stromkreise über für alle Hauptkerne

fts gemeinsame elektronische Schalter geschlossen werden können, daß die Ausgangswicklungen der Zwischenkerne in derselben Weise über andere Dioden mit je einer Eingangswicklung des nächstfolgenden bzw. des voran-

gehenden Hauptkernes und über diese Eingangswicklungen mit für sämtliche Zwischenkerne gemeinsamen elektronischen Schaltern verbunden sind, und daß die Polarität der Wicklungen und der Dioden so gewählt ist, daß bei Zuführung der Erreger-Stromimpulse und durch Schließen der geeigneten elektronischen Schalter während der Schaltphasen entweder eine Vor- bzw. Rückwärtsverschiebung der Information um einen Schritt in zwei Teilschritten unter Einbeziehung der Hilfskerne oder aber — bei entgegengesetzter Richtung der beiden Teilschritte — per saldo eine Wiederherstellung der ursprünglichen Information unter gleichzeitiger Abgabe von durch die Änderung des Magnetisierungszustandes in den Zwischenkernen erzeugten und für zerstörungsfreie Ablesung der Information geeigneten elektrischen Signalen erfolgt

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ihre Anwendung auf einen Zählring mit η Stufen vorgeschlagen, der von einem an sich bekannten Prinzip Gebrauch macht und bei dem Schaltverknüpfungen vorgesehen sind, die eine logische Umkehrung der Information zwischen der letzten und der ersten sowie auch zwischen der ersten und der letzten Stufe bewirken, so daß mit π Zählstufen die Erfassung sämtlicher Zählstände zwischen 0 und 2 η möglich ist (Möbius-Zähler). Mit zwei zusätzlichen Schaltphasen gelingt es, diese Schaltung mit dem zusätzlichen Vorteil einer zerstörungsfreien Parallelablesung der jeweils in den Kernen gespeicherten Information zu verwirklichen.

Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Magnetkern-Schieberegisters,

F i g. 2a das Schema eines an sich bekannten, mit η Zählstufen bis 2 η zählenden Zählringes,

F i g. 2b ein Diagramm der Codierung bzw. Informationsverschiebung für einen solchen Zählring,

F i g. 3 die Anwendung der Erfindung zur Verwirklichung des in Fig.2a gezeigten Zählprinzips mit zusätzlichen Maßnahmen zur zerstörungsfreien Ablesung der Information,

Fig.4a, b ein Impulsdiagramm für die Darstellung der Informationsverschiebung und -ablesung für den Zählring gemäß F i g. 3.

In Fig. 1 sind drei Stufen des gemäß der Erfindung verwirklichten Magnetkern-Schieberegisters gezeigt, d. h. also insgesamt 6 Kerne, und zwar drei Hauptkerne mit der Bezeichnung K_n-1, K_n, K_n+\ und drei Zwischenkerne mit der Bezeichnung K_n'-1, ^n', K_n' + \. Jeder Kern hat vier Wicklungen, und zwar eine Erregerwicklung R, eine Ausgangswicklung 5 und zwei Eingangswicklungen £ Die Erregerwicklungen der Hauptkerne K sind mit der Impuls-Stromquelle lp\ verbunden, die während einer ersten Phase einen Impuls liefert, und die Erregerwicklungen der Hilfskerne K' sind mit der Impuls-Stromquelle In verbunden, die während einer zweiten Phase einen Impuls liefert. Die Ausgangswicklungen der Hauptkerne K sind über die Dioden D\ + mit den Eingangswicklungen der nächstfolgenden Zwischenkerne K' verbunden, wobei die Stromkreise sich über den gemeinsamen elektronischen Schalter Si ₊ schließen; sie sind aber auch über die Dioden D\ _ mit den Eingangswicklungen der vorangehenden Hilfskerne /^'verbunden, wobei die Stromkreise <>? sich über den gemeinsamen elektronischen Schalter S\ _ schließen. Die Ausgangswicklungen der Hilfskerne sind in eanz derselben Weise über zwei Dioden mit den Eingangswicklungen der nächstfolgenden und der vorangehenden Hauptkerne verbunden, und die Stromkreise schließen sich Ober die gemeinsamen elektronischen Schalter S₂₊ und S2— Es ist zu bemerken, daß jeder sg beschaffene Kopplungskreis, der aus einer Ausgangswicklung, einer Diode und einer Eingangswicklung besteht, im Hinblick auf die Durchlaßrichtung der Dioden nur beim Schließen des elektronischen Schalters, mit welchem dieser Kopplungskreis verbunden ist, stromdurchlässig wird.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß zu Beginn sämtliche Kerne K' im Zustand »0« sind, die Kerne K jedoch je nach der darin enthaltenen binären Information im Zustand »0« oder »L« sein können. Es sei lediglich die Stufe η betrachtet, da die Arbeitsweise der übrigen Stufen dieselbe ist Während der ersten Phase wird ein Stromimpuls In zugeführt und einer der Schalter Si ₊ oder Si _ geschlossen. Ist der Kern K_n im »L«-Zustand, so bewirkt der Erregungsstrom ein Umkippen dieses Kerns in den »O«-Zustand und induziert auf diese Weise in seiner Ausgangswicklung S eine Spannung; diese Spannung erzeugt einen Strom, der durch die Eingangswicklung von K_n fließt, wenn Si + geschlossen ist, oder durch die Eingangswicklung von K_n '_|, wenn S\ _ geschlossen ist. Dieser Strom bewirkt ein Umkippen des Kernes K_n bzw. K_n' _i in den »L«-Zustand. Zugleich mit der Spannung in der Ausgangswicklung werden Spannungen in den Eingangswicklungen E des Kernes K_n induziert; doch können diese Spannungen keinen Stromfluß bewirken, da die elektronischen Schalter S2+ und S2- während der ersten Phase geöffnet — d. h. also nicht stromdurchlässig — sind. Falls der Kern K_n im Zustand »0« war, kann der Strom Ipi darin keinerlei Zustandsänderung bewirken; somit wird auch in der Ausgangswicklung keine Spannung induziert, und der Kern K_n kann keinen Zwischenkern beeinflussen. Wie somit ersichtlich, befindet sich der Kern K_n bei Beendigung der ersten Phase im »O«-Zustand, und die zuvor darin enthaltene binäre Information wurde nach K_n verschoben, falls S\ + geschlossen ist, bzw. nach K_n _i, falls Si _ geschlossen ist; oder anders ausgedrückt: Die Wirkung ist eine Teilverschiebung, deren Richtung mit Hilfe der elektronischen Schalter Si + und Si - gewählt werden kann.

Während der zweiten Phase wird ein Stromimpuls In zugeführt, und einer der Schalter Sj₊ oder Si- wird geschlossen, während Si + und Si _ geöffnet bleiben; die physikalischen Vorgänge sind dieselben wie vorher, doch wird diesmal der Zustand von K_n nach K_n+1 oder nach K_n verschoben, und somit handelt es sich um eine zweite Teilverschiebung, deren Richtung mit Hilfe von Si₊ und S₂- bestimmt wird. Daraus folgt unmittelbar, daß zwei positive Teilverschiebungen eine Verschiebung des Registers um einen Schritt in positiver Richtung und zwei negative Teilverschiebungen einen Schritt in negativer Richtung bewirken, während eine positive und eine negative Teilverschiebung per saldo das Verschiebungsresultat »Null« haben, dabei aber in den Wicklungen Spannungsimpulse erzeugen, die ausgewertet werden können, um die in den Kernen gespeicherte Information abzulesen. Auf diese Weise ist eine Verwirklichung der drei obengenannten Betriebsarten (Vorwärtsverschiebung, Rückwärtsverschiebung, zei\*törungsfreie Parallelablesung) des Schieberegisters möglich.

Es soll jetzt die Anwendung der Erfindung bei einem nach dem »Mobius-Prinzip« arbeitenden Zählring erläutert werden. Bei diesem Zählprinzip wird der

Ausgang des Registers, wie oben schon bemerkt, negiert und auf den Eingang zurückgeführt, so daß mit η Zählstufen eine Zählung bis 2n möglich ist. Zuvor sei dieses Prinzip an Hand des Blockschemas von F i g. 2a allgemein erklärt. Der hier dargestellte Zähler umfaßt 5 bistabile Schaltstufen mit der Bezeichnung A, B₁ C, D, E und ermöglicht somit eine Zählung von 0 bis 9. Angenommen sei, daß jede Schaltstufe Einrichtungen enthält, die den durch ihr Eingangssignal in dem dem Auftreten des Schiebeimpulses vorangehenden Zeitpunkt definierten Zustand annehmen können, d. h. u. a. auch eine Einrichtung zur Speicherung dieses Zustandes während des Verschiebungsvorganges. Unter der Annahme, daß sämtliche Schaltstufen sich anfänglich im Zustand »0« befinden, ist die Zählfolge in Fig.2b wiedergegeben, wo jede Schaltstufe bei einer Verschiebung den vor der Verschiebung bestehenden Zustand der vorangehenden Stufe annimmt, ausgenommen die Stufe A, welche den negierten Binärwert des vor der Verschiebung bestehenden Zustandes von E annimmt. Wie ersichtlich, ist hier somit eine Folge von 10 Zuständen des Zählringes realisiert, wobei man nach dem Zustand »9« wieder zum Zustand »0« zurückkehrt. Für eine Zählung in negativer Richtung genügt es, den Verschiebungssinn umzukehren.

Die Fig.3, 4a und 4b dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise eines auf dem Prinzip von F i g. 2a beruhenden Zählringes mit Anwendung des Vor-Rückwärts-Schieberegisters gemäß der Erfindung. Der Zählring umfaßt fünf Stufen, deren jede einen Haupt- und einen Zwischenkern enthält, die mit ihren Wicklungen genau in der durch F i g. 1 dargestellten Weise zusammengeschaltet sind, zusätzlich jedoch die Koppelkreise zwischen Ks und K\, die Impuls-Stromquellen Iv\ und Jn und die mit diesen Stromquellen verbundenen Wicklungen aufweisen; diese Schaltungselemente gewährleisten die Umkehrung des Magnetisierungszustandes während der Verschiebung von Kj nach K₁ oder umgekehrt, entsprechend der in F i g. 2 dargestellten Wirkungsweise gemäß dem »Möbius-Prinzip«. Zur Verwirklichung dieser Zustandsumkehrung sind zusätzlich zu den Verschiebungsphasen P\ und P₂ zwei Vorbereitungsphasen Vi und V₂ erforderlich, wobei die Phasen in der zeitlichen Folge Vj- Pi- V₂-P₂ wirksam werden. Für die Vorwärtszählung liefert die Impuls-Stromquelle Iv₂ während der Phase V₂ einen Stromimpuls, wobei die elektronischen Schalter Si₊, Si_, S₂₊, S₂- geöffnet sind; für die Rückwärtszählung liefert die Stromquelle /w während der Phase Vi einen Stromimpuls, wobei dieselben Schalter geöffnet sind; für den Ablesevorgang geschieht während der Phasen Vi und V₂ nichts. Der Umkehrvorgang zwischen der fünften und der ersten Stufe bei der Vorwärtszählung spielt sich wie folgt ab: Während der fi-Phase wird der Impuls In zugeführt, der Schalter Si₊ wird geschlossen, und der Zustand von K₅ wird, wie oben erläutert, nach Ks' verschoben; während der Vi-Phase bewirkt der Impuls Iv₂ ein Umkippen von K\ (welcher Kern unter Einwirkung des /pi-lmpulses in den Zustand »Null« gekippt war) in den Zustand »L«. Während der ft-Pause erfährt der Zwischenkern K₅', falls er im »L«-Zustand ist, eine Zustandsänderung, und die in seiner Ausgangswicklung induzierte Spannung bewirkt einen Stromfluß durch die Eingangswicklung von K\ und den Schalter S₂₊, was — unter Berücksichtigung des Wicklungssinnes dieser Eingangswicklung — die Rückstellung dieses Kerns nach »0« zur Folge hat; war K₅' bereits im »0«-Zustand, so wird darin keinerlei Spannung induziert, und K\ bleibt im »L«-Zustand. Der Umkehrvorgang für die Rückwärts-Zählrichtung (zwisehen der ersten und der fünften Stufe) ist ähnlich, doch ist er bereits bei Beendigung der P\ -Phase abgeschlossen: Während der Vi-Phase bringt der Lyi-Impuls den Kern K₅' in den »L«-Zustand; während der P_rPhase wird, falls K\ im »L«-Zustand war, in seiner Ausgangswicklung eine Spannung induziert, die Ks in den »O«-Zustand zurückstellt; war dagegen K\ im »0«-Zustand, so verbleibt Ks im »L«-Zustand. Somit hat die Umkehrung stattgefunden, und der Registerzustand entspricht demjenigen von K₅ während der P₂-Phase.

Die in den zusammengehörenden Fig.4a und 4b dargestellten Impulsdiagramme zeigen den zeitlichen Ablauf der Erreger-Stromimpulse, der Schaltzustände der elektronischen Schalter, der Kern-Magnetisierungszustände und der in den Kern-Wicklungen induzierten Spannungen während der Lesevorgänge (»It«) und für verschiedene Fälle von Zählvorgängen (»et«).

Wie ausdrücklich festzustellen ist, muß zwecks Erzielung eines einwandfreien Betriebs des magnetischen Zählringes unbedingt sichergestellt werden, daß sämtliche Kerne sich am Beginn eines Zählvorganges in irgendeiner der in F i g. 2b dargestellten Kombinationen befinden. Tatsächlich kann eine andere Kombination, falls sie beim Start vorliegt, nicht mehr korrigiert werden und erscheint zyklisch wieder, da der Zählring als Schiebe-Registerkette fortgeschaltet wird. Um diese Situation zu vermeiden, ist ein Druckknopf vorgesehen der die Erzeugung von Zyklen erlaubt, bei denen die elektronischen Schalter Sj +, Si_, S₂₊, S₂- (Fig.3) geöffnet bleiben und die Kerne in den »O«-Zustand zurückgestellt werden, ohne daß die in ihren Ausgangswicklungen induzierten Impulse andere Kerne beeinflussen können. Auf diese Weise wird die »(!«-Kombination (Fig.2b) bei Inbetriebnahme der Gesamteinrichtung durch manuelle Betätigung eingestellt

Zwecks paralleler Ausgabe der Information aus dem magnetischen Zählring sind auf den Zwischenkernen K Ausgangswicklungen Uvorgesehen (F i g. 3); jede dieser Wicklungen ist mit dem nicht der Informationsausgabe dienenden Wicklungsende an eine gemeinsame Referenzspannung R gelegt, mittels welcher die Informationsausgabe ermöglicht bzw. gesperrt wird. Die ir diesen Wicklungen induzierten Spannungen weisen die in Fig.4a, b dargestellten Kurvenformen auf (K\ bi< Ks). Wie daraus ersichtlich, stellen die negativer Impulse für den Lesevorgang und in dem in Fig.2h wiedergegebenen Code die im Zählring gerade enthaltene Zahl dar, was für den Zählprozeß jedoch nicht immer zutrifft Deshalb wird die Informationsent nähme nur während der Lesezyklen (»It«), (Fig.4a, b] freigegeben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magnetkern-Schieberegister mit zerstörungsfreier Ablesung der Information, mit Hauptkernen und zwischen diesen Hauptkernen angeordneten Hilfs- bzw. Zwischenkernen, wobei jeder Kern eine Erregerwicklung, eine Ausgangswicklung und zwei Eingangswicklungen aufweist und die Erregerwicklungen der Hauptkerne einerseits und der Zwischenkerne andererseits jeweils miteinander verbunden sind und in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Schaltphasen durch entsprechende Impuls-Stromquellen erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklungen (S) der Hauptkerne (K)über Dioden (D\+ bzw. A-) mit je einer Eingangswicklung (E) des nächstfolgenden bzw. des vorangehenden Zwischenkerns (K') verbunden sind und die entsprechenden Stromkreise über für alle Hauptkerne gemeinsame elektronische Schalter (Si + bzw. S\ J) geschlossen werden können, daß die Ausgangswicklungen (S) der Zwischenkerne (K') in derselben Weise über andere Dioden (D₁₊ bzw. Di-) mit je einer Eingangswicklung (E) des nächstfolgenden bzw. des vorangehenden Hauptkernes (K) und über diese Eingangswicklungen mit für sämtliche Zwischenkerne gemeinsamen elektronischen Schaltern (S₂₊ bzw. S₂-) verbunden sind, und daß die Polarität der Wicklungen und der Dioden so gewählt ist, daß bei Zuführung der Erreger-Stromimpulse (I_n, Ip₂) und durch Schließen der geeigneten elektronischen Schalter (S\₊, S\-, S₂₊, S₂-) während der Schaltphasen (P_u Pi) entweder eine Vor- bzw. Rückwärtsverschiebung der Information um einen Schritt in zwei Teilschritten unter Einbeziehung der Hilfskerne oder aber — bei entgegengesetzter Richtung der beiden Teilschritte — per saldo eine Wiederherstellung der ursprünglichen Information unter gleichzeitiger Abgabe von durch die Änderung des Magnetisierungszustandes in den Zwischenkernen erzeugten und für zerstörungsfreie Ablesung der Information geeigneten elektrischen Signalen erfolgt.

2. Anwendung des Magnetkern-Schieberegisters nach Anspruch 1, für die Verwirklichung eines Zählringes mit Schaltverknüpfungen, die eine logische Umkehrung der Information zwischen der letzten und der ersten sowie auch zwischen der ersten und der letzten Stufe bewirken, so daß mit η Zählstufen die Erfassung sämtlicher Zählstände zwischen 0 und 2/j möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hauptkern (K\) und der dem letzten Hauptkern (Ks) folgende Zwischenkern (Ks') des Schieberegisters je eine zusätzliche Erregerwicklung aufweisen, die in zwei weiteren, zwischen den beiden Schaltphasen (P\ und P₂) liegenden Schaltphasen (V₁ und V₂) Erreger-Stromimpulse von zwei zusätzlichen Impuls-Stromquellen (lv\ bzw. Iv₂) empfangen, daß der V/icklungssinn der mit der Ausgangswicklung (S) des dem letzten Hauptkern (Ks) nachgeschalteten Zwischenkerns (Ks') verbundenen Eingangswicklung (E) des ersten Hauptkerns (K\) sowie der Wicklungssinn der mit der Ausgangswicklung (S) des ersten Hauptkerns (Ki) verbundenen Eingangswicklung des besagten Zwischenkerns (Ki) gegenüber dem Wicklungssinn der entsprechenden Wicklungen bei den anderen Haupt- bzw. Zwischenkernen umgekehrt ist, wodurch die erforderliche logische Inversion bei der Informationsverschiebung zwischen der ersten und der letzten Stufe für beide Zählrichtungen erzielt wird, und schließlich gekennzeichnet durch je eine auf den Zwischenkernen (K_n') angebrachte, zusätzliche Ausgangswicklung (U), in weichen Wicklungen bei einer Informationsverschiebung um zwei sich per saldo aufhebende Teilschritte von je einem Hauptkern zum folgenden Zwischenkern und wieder zurück zum Hauptkern Spannungsimpulse einer bestimmten Polarität induziert werden, die detektiert werden können und die zerstörungsfreie, parallele Ablesung der zuvor und nachher wieder in den Hauptkernen gespeicherten Information ermöglichen.