DE1964952B2 - Magnetspeicher zur speicherung binaerer informationen - Google Patents

Magnetspeicher zur speicherung binaerer informationen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetspeicher zur Speicherung binärer Informationen durch Fortpflanzung von magnetischen Bereichen in Kanälen in einem anisotropen magnetischen Material.
Bei Magnetspeichern dieser Art sind die Werte 0 und 1 der binären Informationselemente (Binärziffern oder Bits) durch entgegengesetzte Orientierungen des Magnetisierungsvektors längs der Vorzugsachse der Magnetisierung (leichten Magnetisierungsachse) in elementaren Bereichen des anisotropen magnetischen Materials der Kanäle dargestellt. Die Besonderheit solcher Magnetspeicher besteht darin, daß die entsprechend magnetisierten elementaren Bereiche durch äußere Steuermagnetfelder entlang der Kanäle verschoben werden können, ohne daß die Orientierung des Magnetisierungsvektors und damit die gespeicherte Information verlorengeht. Die Kanäle verhalten sich also wie Schieberegister, durch die eine am einen Ende eingegebene Folge von Binärziffern schrittweise verschoben werden kann. Dabei besteht vor allem das Problem, die äußeren Steuermagnetfeldcr auf geeignete Weise durch Steuerströme so zu erzeugen, daß sie die richtige Verschiebung der magnetisierten Bereiche bewirken.
Bei einem aus der FR-PS 1455 257 bekannten Magnetspeicher der vorstehend geschilderten Art sind zu diesem Zweck die magnetischen Kanäle zickzackförmig etwa nach Art von Schachbrettfeldern ausgebildet, die durch magnetische Brücken miteinander verbunden sind. Die leichte Magnetisierungsachse verläuft quer zu der allgemeinen Ausbreitungsrichtung, und zwar in jeder Reihe von Schachtbrettfeldern entgegengesetzt zu der benachbarten Reihe. Zur Erzeugung der äußeren Steuermagnetfelder sind Steuerleiter in Form von Spulen um die einzelnen Reihen der schachbrettartigen Kanäle gewickelt; für jede Reihe eines zickzackförmigen Kanals werden zwei Spulen benötigt, so daß insgesamt vier Spulen pro Kanal vorhanden sind. Diese Spulen müssen mit gegenseitigen Phasenverschiebungen von 90° innerhalb jeder Reihe und mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung von 180° von der einen Reihe zur anderen erregt weiden. Dadurch können zwar die gespeicherten Informationen wahlweise in der einen oder in der anderen Richtung verschoben werden, aber es ist nicht ohne weiteres möglich, mehrere auf dem gleichen Träger befindliche Kanäle hintereinanderzuschalten oder zu einer in sich geschlossenen Schleife zu verbinden. Aus allen diesen Gründen erfordert der bekannte
Magnetspeicher einen erheblichen Raumbedarf, eine komplizierte Herstellung und eine aufwendige Stcue ,,,ng im Betrieb.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Magnetspeichers der eingangs angegebenen Art, der bei einfacher Herstellung eine große Speieherdichte hat i>nd keinen Einschränkungen hinsichilich der Zusammenschaltung beliebig vieler Kanüle unterworfen ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Anzahl von geradlinigen magnetischen Kanäler. parallel zueinander auf einem Substrat so angeordnet sind, daß ihre Anisotropicachsen in ihrer Längsrichtung liegen, daß in einer Ebene parallel zudem Substrat und in dessen Nähe ein erster Steuerleiter angeordnet ist, der aus einer Anzahl von zueinander parallelen Segmenten besteht, die voneinander durch schmale Luftspalte getrennt und derart in Serie miteinander verbunden sind, daß der Strom in jedem Segment umgekehrt zu dem Strom in dem vorhergehenden Segment in bezug auf die Kanäle gerichtet ist, wobei die Segmente jeweils in einem Winkel von etwa 45° zu dei Richtung der Anisotropieachsen der Kanäle liegen, daß in einer parallel zu der Ebene des eisten Steuerleiters und in deren Nähe liegenden Ebene ein zweiter Steuerleiter angeordnet ist, der in gleicher Weise wie der erste Steuerleiter ausgebildet ist, daß die Segmente des zweiten Steuerleiters im wesentlichen in einem Winkel von 90° zu den Segmenten des ersten Steuerleiters derart angeordnet sind, daß jeder der Kanäle entlang der Kreuzungspunkte der Luftspalte zwischen den Segmenten eines Steuerlciters mit den Mittellinien der Segmente des anderen Steuerleiters verläuft, und daß dem ersten Steuerleiter und dem zweiten Steuerleiter in den Betriebsperioden des Speichers für die gleichzeitige Fortpflanzung der magnetischen Bereiche in allen Kanälen zwei gegeneinander phasenverschobene Wechselspannungssignale zugeführt werden.
Der Magnetspeicher nach der Erfindung läßt sich mit den bekannten Verfahren in der Dünnschichttechnik und der Technik gedruckter Schaltungen rationell und mit geringem Raumbedarf herstellen. Es besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Anzahl der auf dem gleichen Substrat angebrachten Kanäle. Die Kanäle sind geradlinig und nehmen daher wenig Platz ein. Unabhängig von der Anzahl der Kanäle sind nur zwei Steuerleiter erforderlich, die jeweils in einer Ebene angeordnet sind. Diese Ausbildung erlaubt andererseits eine sehr einfache und wirtschaftliche Fertigung und ist andererseits auch in elektrischer Hinsicht vorteilhaft, weil die Selbstinduktivität sehr gering ist. Obwohl alle auf dem Substrat befindlichen Kanäle unter dem Einfluß der gleichen zwei Steuerleiter stehen, können sie nach Belieben und in unbegrenzter Anzahl hintereinandergeschaltet oder zu einer in sich geschlossenen Schleife verbunden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Magnetspeicher nach der Erfindung,
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Hauptbestandteile des Magnetspeichers von Fig. I,
Fig. 3 Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen des Magnetspeichers von Fig. 1,
F~ig. 4 eine vergrößerte Darstellung der magnetischen Verbindung zwischen den Enden von zwei benachbarten Kanälen, und
l· ig. 5 Zeildiagrainme der über die Steuerleiter geschickten Steuerst rönv:.
Der in Fig. 1 in Draufsicht und in Fig. 2 in auseinandergebogener perspektivischer Ansicht schematisch dargestellte Magnetspeicher enthält in mehreren paralle'en ebenen Schichten, die auf einem dielektrischen, unmagnetischen Ti ügcr 13 angebracht sind, die folgenden Bestandteile:
a) Mehrere in einem anisotropen Material ausgebildete Kanäle 3,4, für die Speicherung und Verschiebung binärer Informationen. Als Beispiel sind vierzehn Kanüle dargestellt, die in gleichmäßigen Abständen parallel nebeneinander angeordnet sind und abwechselnd mit 3 und 4 bezeichnet sind. Bestimmte aufeinanderfolgende Kanäle können wenigstens an einem Ende durch magnetische Verbindungen 5, 6 miteinander verbunden sein.
b) Einen eisten Steuerleiter 1, der aus parallel nebeneinanderliegenden Segmenten besteht, die in einem Winkel von etwa 45° zu der Hauptrichtung der magnetischen Kanäle 3,4 verlaufen und an ihren Enden abwechselnd paarweise miteinander verbunden sind. Dieser Steuerleiter ist entsprechend einer üblichen Technik für die Herstellung gedruckter Schaltungen durch die Unterteilung einer die Oberfläche einer dielekirischenFolie (15 in Fig. 3) bedeckenden Metallisierung, vorzugsweise aus Kupfer, gebildet, so daß die schwarzen Linien in Fig. I und 2 die schmalen isolierenden Luftspalte zwischen fast die ganze Fläche einnehmenden Flachleitern darstellen. Diese Ausbildung ergibt eine sehr geringe Selbstinduktivität und einen geringen ohmschen Widerstand, was für den Anschluß an eine Impulsstromquelle günstig ist, die verhältnismäßiggroße Impulsströme bei geringer Spannung liefert. Die Eingangsklemme El des Steuerleiters 1 liegt in Fig. 1 an der linken oberen Ecke, so daß der Strom den durch die Pfeile 1 angedeuteten Weg zu der rechts unten liegenden Ausgangsklemme Al zurücklegt und dabei die aufeinanderfolgenden Segmente des Steuerleiters 1 abwechselnd entgegengesetzt durchläuft.
c) Einen zweiten Steuerleiter 2, der in gleicher Weise wie der erste Steuerleiter 1 ausgebildet ist, dessen Segmente jedoch im Winkel von 90° zu den Segmenten des ersten Steuerleiters verlaufen. Die Eingangsklemme El des Steuerleiters 2 liegt in Fig. I links unten, und der Strom legt den durch die Pfeile Il angedeuteten Weg zu der rechts oben liegenden Ausgangsklemme Al zurück.
Der erste magnetische Kanal von oben ist mit 3 bezeichnet, er verläuft entlang der Kreuzungspunkte der Luftspalte zwischen den Segmenten eines Steuerleiters und der Mittellinien der Segmente des anderen Steuerleiters in einem Winkel von 45° zu den Segmenten beider Steuerleiter. Der zweite magnetische Kanal 4 verläuft parallel zum ersten magnetischen Kanal 3 entlang der nächsten Reihe von Kreuzungspunkten zwischen den Luftspalten und Mittellinien der beiden Steuerleiter 1 und 2. Die Länge einer Speicherstelle, d. h. eines einer Binärziffer entsprechenden Magnetisierungsbereichs, ist etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Kreuzungspunkten des Luftspalts des gleichen Steuerleiters mit Mittellinien des anderen Steuerleiters. Alle Speicherstelienberciche haben also
die gleiche Ausdehnung und gleiche gegenseitige Abstände. Die gleiche Anordnung wiederholt sich für die übrigen Kanäle.
Jeder magnetische Kanal kann beispielsweise in einer der in Fig. 3 gezeigten Arten hergestellt weiden. In der Ansicht a) ist eine Metallschicht 11, beispielsweise aus Aluminium, mit einer Dicke in der Größenordnung von 600 A auf dem dielektrischen, beispielsweise aus Glas bestehenden Träger 13 ausgebildet und sodann entsprechend dem Verlauf der Kanäle photograviert. Auf die so behandelte dünne Metallschicht 11 wird, beispielsweise auf elektrochemischem Wege, eine dünne Schicht 10 aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, mit einer Dicke zwischen einigen Hundert und einigen Tausend Angström aufgebracht. Die einachsige Anisotropie längs der Richtung der Kanäle wird durch thermische Behandlung unter Einwirkung eines orientierenden Magnetfeldes erhalten. Gemäß der Ansicht b) besteht die auf den Träger 13 aufgebrachte untere Schicht 16 aus einem weichmagnetischen Material, wie einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legicrung, und auf diese Schicht 16 sind isolierende Streifen 12 längs der Spur der Kanäle aufgebracht. Diese Streifen können beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt sein: Man beschichtet die Oberfläche der Schicht 16 mit einem lichtempfindlichen Photolack, wie er beim Photogravieren von gedruckten Schaltungen verwendet wird, man legt eine die Stellen der gewünschten Streifen schützende Maske darauf und sodann belichtet und entwickelt man. Auf die so gebildete Struktur wird sodann die dünne Schicht 10 eines »harten« ferromagnetischen Materials, beispielsweise einer Eisen-Nickel-Legierung, mit einer Dicke in der gleichen Größenordnung wie oben aufgebracht. Jeder Kanal wird somit dadurch gebildet, daß die Schichten 10 und 16 an den Stellen des isolierenden Streifens 12 voneinander entkoppelt sind. Gemäß der Ansicht c) sind die Kanäle direkt durch Aufbringen von ferromagnetische!!! Material, beispielsweise einer Eisen-Nickcl-Kobalt-Legierung, unter Einwirkung eines orientierenden Magnetfeldes auf den dielektrischen Träger 13 hergestellt. Jeder Kanal weist daher dünn auslaufende Ränder auf, wie aus der Figur ersichtlich.
Zur Vervollständigung der Speicheranordnung überdeckt man in allen drei Fällen die die Kanäle tragende Oberfläche mit einer isolierenden Schicht 14. beispielsweise einer sehr dünnen dielektrischen Folie, sodann ordnet man über dieser Schicht eine dünne Folie 15 an, welche doppelseitig bedruckt die die Leiter 1 und 2 bildenden Metallisierungen trägt, welche vorher durch Photogravüre nach einem bei gedruckten Schaltungen üblichen Verfahren hergestellt wurden. An den für die Eingabe bzw. Ausgabe von Informationen benutzten Enden der Kanäle werden nicht dargestellte Kcrnbildungs- und Lcseleiter angeordnet, die beispielsweise durch Metallisierungen gcbildc; sind, die auf eine isolierende Schicht aufgebracht sind. Die magnetischen Verbindungen zwischen den Kanälen, welche in Fig. 1 mit 5 und 6 bezeichnet sind, werden zu gleicher Zeit ausgebildet wie die magnetischen Kanäle selbst. Jeder Kanal bildet für sich selbst ein Schieberegister, welches in einer weiter unten erläuterten Art arbeitet. Er kann wie ein solches verwendet werden, jedoch sind vorzugsweise mindestens zwei aufeinanderfolgende Kanäle durch magnetische Verbindungen miteinander verbunden, wodurch entweder ein offenes oder ein zu einer Schleife geschlossenes Register mit doppelter Länge gebildet wird, oder auch ein Register mit großer Speicherkapazität durch abwechselnde Hintereinanderschaltung einer
■j größeren Anzahl von aufeinanderfolgenden Kanälen. Bei einem Schieberegister bleiben die eingeschriebenen Informationselemente stehen, solange keine Fortschaltimpulse auf die Steuerleiter 1 und 2 gegeben werden. Die Ausbildung einer am rechten Ende
i" der Kanäle liegenden Verbindung S ist beispielsweise in der vergrößerten Darstellung der Fig. 4 wiedergegeben, die am linken Ende liegenden Verbindungen 6 sind das genaue Spiegelbild der Verbindungen 5. Von einer Stelle eines Kanals, beispielsweise des Kanals 3, oberhalb eines Kreuzungspunktes von Luftspalten der Steuerleiter 1 und 2 aus ist der Kanal um einen Winkel von ungefähr 28° beispielsweise über eine Breite abgewinkelt, welche gleich derjenigen eines der Steuerleiter in dieser Richtung ist. Sodann wird der Kanal wieder in die ursprüngliche Richtung gelenkt, so daß er wieder im wesentlichen parallel zum Kanal 4 bis zu seinem Zusammentreffen mit einem etwa unter 45 ° quer verlaufenden Abschnitt führt, der Stellen der Kanäle 3 und 4 verbindet, die im wesentlichen in der Mitte der an dieser Stelle angeordneten Segmente der Steuerleiter 1 und 2 liegen.
Fig. 5 zeigt einen Steuerzyklus für das Verschieben eines bereits von einem magnetischen Kanal des Speichers gespeicherten Informationselements. Zwei Im-
in pulse, der eine positiv und der andere negativ, werden über den Steuerleiter 1 geschickt (Steuerstrom iA), und zwei gleiche Impulse werden über den Steuerleiter 2 geschickt (Steuerstrom iB), wobei die letzteren zeitlich mit den Impulsen iA verschachtelt sind. In den
jj magnetischen Schieberegistern der betrachteten Art ist bekanntlich jedes Informationselement durch die vordere Wand und durch die rückwärtige Wand seines Magnetisierungsbereichs im Kanal begrenzt. Jeder Stromimpuls läßt gleichzeitig die vordere Wand und die rückwärtige. Wand vorrücken, aber jede so verschobene Wand kommt in der Umgebung des ersten Luftspalts, aufweichen sie bei ihrem Vorrücken längs des betreffenden Kanals auftrifft, zum Stillstand, da das durch den Stromimpuls erzeugte Magnetfeld an einer solchen Stelle gegen Null geht. Eine Wand bewegt sich daher in zwei zeitlichen Schritten von einem Luftspalt eines Steuerleiters zum folgenden Luftspalt des gleichen Steuerleiters. Es ist daher erforderlich, die Polaritäten für die beiden folgenden Impulse umso zukehren, da die Stromrichtungen in den beiden Leitern bezüglich der Orientierung des Magnetisici ungsbercichs des Informationsclcmcnts vertauscht sind. Die Notwendigkeit einer Umkehrung der Steuerströme ist aus dem Vorangehenden ohne weiteres ver-
v, ständlich.
Für eine Speicheranordnung mit Kanalbieiteii in der Größenordnung von 50 Mikrometern lassen sich leicht Infoimationsspcichcrdichtcn in der Größenordnung von 800 Informationselementen oder Bits je
bo Quadratzentimeter erzielen, und mit Impulsströmen in der Größenordnung von 400 Milliampere kann die oben definierte Von ückungsperiode in der Größenordnung von 1 bis 2 Mikiosekundcn liegen.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
hs enthält der Magnetspeicher ebene dünne Schichten. Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, wieder gleiche Magnetspeicher mit gekrümmten, insbesondere zylindrischen Schichten ausgebildet weiden
kann.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei- ;piel sind feiner verschiedene mögliche Kombinationen von magnetischen Kanälen zusammengefaßt. So sind die beiden obersten Kanäle 3 und 4 durch eine Verbindung 5 am rechten Ende zu einem offenen Schieberegister von doppelter Länge hintereinandeigcschaltet; die beiden nächsten Kanäle sind durch Verbindungen an beiden Enden zu einer in sich geschlossenen Schleife verbunden, und die zehn letzten Kanäle sind durch abwechselnde Verbindungen S und 6 zu einem Schieberegister von der zehnfachen Länge eines Kanals hintereinandergeschaltet.
Die Anzahl von dargestellten Kanälen ist natürlich gegenüber der Anzahl der in einem praktisch verwertbaren Speicher tatsächlich herzustellenden Kanäle sehr klein. Ebenso ist die Länge der Kanäle in Wirklichkeit viel größer, und entsprechend größer ist die Anzahl der Informationselemente, welche in jedem Kanal des Speichers gespeichert und verschoben werden können.
Schließlich sind bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispicl die Schreib-, Lese- und Gesamtlöscheinrichtungen nicht dargestellt. Bekanntlich können die (mit Kcrnbildung arbeitenden) Schreibleiter und die Leselciter aus ebenen Induktionsschleifen bestehen, welche mit den erforderlichen Enden der Kanäle nach irgendeinem mit der Technik dünner Schichten verträglichen Verfahren verbunden sind. Zur Gcsamtlöschung kann man einen Gleichstrom durch eine die Anordnung umgebende Wicklung
ίο schicken, deren Windungen im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Kanäle liegen. Der Durchgang eines Stroms ausreichender Stärke durch diese Wicklung erzeugt ein Entmagnetisierungsfeld, welches das Material der Kanäle in seinen dem Binärwert 0 entsprechenden Magnetisierungszustand zurückbringt. Man kann diese Wicklung auch während des Betriebs verwenden, indem man durch diese einen schwachen elektrischen Strom fließen läßt, welcher diesen Zustand 0 in dem magnetischen Material begünstigt, ohne jedoch darin den umgekehrten Magnetisierungszustand an jeder Stelle, an der eine Ziffer 1 eingeschrieben worden ist, zu ändern.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Magnetspeicher zur Speicherung binärer Informationen durch Fortpflanzung von magnetischen Bereichen in Kanälen in einem ar: 'ropen magnetischen Material, dadurch .cnnzeichnet, daß eine Anzahl von geradlinigen magnetischen Kanälen (3, 4) parallel zueinander auf einem Substiat (13) so angeordnet sind, daß ihre n Anisotropieachsen in ihrer Längsrichtung liegen, daß in einer Ebene parallel zu dem Substrat (13) und in dessen Nähe ein erster Steuerleiter (1) angeordnet ist, der aus einer Anzahl von zueinander parallelen Segmenten besteht, die voneinander i" durch schmale Luftspalte getrennt und derart in Serie miteinander verbunden sind, daß dir Strom in jedem Segment umgekehrt zu dem Strom in dem vorhergehenden Segment in bezug auf die Kanäle (3, 4) gelichtet ist, wobei die Segmente jij jeweils in einem Winkel von etwa 45 ° zu der Richtung der Anisotropieachsen der Kanäle liegen, daß in einer parallel zu der Ebene des ersten Steuerleiters (1) und in deren Nähe liegenden Ebene ein zweiter Steuerleiter (2) angeordnet ist, der in gleieher Weise wie der erste Steuerleiter ausgebildet ist, daß die Segmente des zweiten Steuerleiters (2) im wesentlichen in einem Winkel von 90° zu den Segmenten des eisten Steuerleiters (1) derart angeordnet sind, daß jeder der Kanäle (3,4) entlang jo der Kreuzungspunkte der Luftspalte zwischen den Segmenten eines Steuerleiters mit den Mittellinien der Segmente des anderen Steuerleiters verläuft, und daß dem ersten Steuerleiter (1) und dem zweiten Steuerleiter (2) in den Betriebsperioden j5 des Speichers für die gleichzeitige Fortpflanzung der magnetischen Bereiche in allen Kanälen (3, 4) zwei gegeneinander phasenverschobene Wechselspannungssignale (iA, iB) zugeführt werden.
2. Magnetspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3, 4) voneinander in Abständen liegen, die gleich den Abständen der aufeinanderfolgenden Kreuzungspunkte zwischen den Luftspalten und den gedachten Mittellinien der Steuerleiter (1, 2) sind, so daß die Fortpflanzungsrichtung von einem Kanal zum nächsten umgekehrt ist, und daß wenigstens einige der aufeinanderfolgenden Kanäle an wenigstens einem Ende magnetisch miteinander verbunden sind, wobei jede Verbindung die magnetische Kontinuität nicht unterbricht und eine Richtungsänderung (5; 7) eines der verbundenen Kanäle (3) enthält, auf die ein Verbindungsstück (8) zu einem um etwa 45 ° geneigten Abschnitt (9) zwischen den Enden der verbundenen Kanäle folgt.
3. Magnetspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerleiter (1, 2) nach der Technik der gedruckten Schaltungen durch selektive Metallisierung der Oberfläche eines dielektrischen Trägers (14, 15) gebildet ist. «>
4. Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (3, 4) aus einem mit abgeschrägten Rändern versehenen Streifen eines auf einen dielektrischen Träger (13) aufgebrachten weichferromagneti- b5 sehen Materials besieht (Fig. 3c).
5. Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3,
4) dadurch gebildet sind, daß ein dielektrischer Träger (13) außer an den Stellen der Kanäle mit einer dünnen Metallschicht (11) bedeckt is! und auf die Metallschicht (II) und die freiliegenden Stellen des Trägers (13) ein weichferromagnetisches Material (10) aufgebracht ist (Fig. 3a).
6. Magnetspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3, 4) durch eine Schicht (16) aus weichferromagnetischem Material und eine Schicht (10) aus hartfeiramagnetischem Material gebildet sind, die an den Stellen der Kanäle (3, 4) durch eine dünne isolierende Zwischenschicht (12) voneinander getrennt sind.
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