DE1192699B - Speichermatrix mit Kondensatoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-37/40

Nummer: 1192 699

Aktenzeichen: J 22809IX c/21 al

Anmeldetag: 11. Dezember 1962

Auslegetag: 13. Mai 1965

Die Erfindung betrifft eine Speichermatrix mit Kondensatoren, deren eine Klemme mit dem Verbindungspunkt zweier zwischen zwei Treibleitungen gleichsinnig in Reihe geschalteter Dioden verbunden ist und deren andere Klemme an eine Entnahmeleitung angeschlossen ist.

Es sind Speicheranordnungen bekannt, in denen binäre Angaben durch eine negative bzw. eine positive Ladung eines Kondensators dargestellt wird. Bei einem bekannten Kondensatorspeicher sind an die eine Klemme des Kondensators zwei Dioden — die eine mit ihrer Anode, die andere mit ihrer Kathode — angeschlossen, die durch gegenphasige Taktgebersignale derart gesteuert werden, daß die beiden Dioden als einziger Schalter wirken, über den während der Taktgebersignale ein Strom in der einen oder ein Strom in der anderen Richtung fließen kann.

In einer weiteren bekannten Speichermatrix mit Kondensatoren wird jeder ungeladene Kondensator während eines ersten Taktgeberimpulses über eine erste Diode geladen und über eine weitere Diode während des folgenden Taktgeberimpulses entladen.

Es sind weiter Dioden bekannt, deren Kapazität von der angelegten Spannung abhängig ist. Die bekannten Kondensatorspeicher haben den Nachteil, daß die Speicherentnahme eine löschende Wirkung hat. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Speicher zu schaffen, der eine nichtlöschende Entnahme ermöglicht. Gemäß der Erfindung ist die Speichermatrix mit Kondensatoren, deren eine Klemme mit dem Verbindungspunkt zweier zwischen zwei Treibleitungen gleichsinnig in Reihe geschalteter Dioden verbunden ist und deren andere Klemme an eine Entnahmeleitung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Verwendung an sich bekannter Dioden mit spannungsabhängiger Kapazität und dadurch, daß die Einspeicherung durch zeitlich koinzidente und komplementäre Impulse auf den Treibleitungen (Wort-Treibleitungen A, B) und einen gleichzeitigen Impuls auf einer der Entnahmeleitungen (Bit-Treibleitungen C) und das Auslesen auf der Entnahmeleitung durch zeitlich koinzidente und komplementäre Impulse auf den Treibleitungen (Wort-Treibleitungen A, B) erfolgt.

Den Dioden wird sowohl zum Schreiben als auch zum Lesen gleichzeitig je ein Impuls mit entgegengesetzter Polarität zugeführt. Zum Einspeichern muß zugleich ein positiver oder negativer Impuls auf die Bit-Treibleitung gegeben werden. Je nach der Polarität des Bit-Impulses wird eine der Dioden leitend, um dadurch eine Aufladung des Kondensators mit der einen oder der anderen Polarität zu ermöglichen.

Speichermatrix mit Kondensatoren

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

John B. Gunn, Yorktown Heights, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1961
(160173)

Um eine Information dem Speicherelement zu entnehmen, werden wieder zwei gleiche Impulse entgegengesetzter Polarität auf die Wort-Treibleitungen gegeben. Abhängig davon, ob die gespeicherte Aufladung von positiver oder negativer Polarität ist, wird eine höhere Spannung an der unteren oder der oberen Diode auftreten. Da sich bei den verwendeten Dioden die Kapazität mit der ihnen aufgedrückten Spannung ändert, wird die Diode mit der zur Zeit des Entnahmesignals entwickelten höheren Spannung eine höhere Aufladung als die andere Diode übertragen und dadurch einen Ausgangsimpuls in der Bit-Treibleitung mit einem durch die gespeicherte Aufladung bestimmten Vorzeichen erzeugen.

Neben der nichtzerstörenden Entnahme zeichnet sich die Erfindung vor allem durch eine sehr hohe Entnahmegeschwindigkeit aus, gemessen wurde z. B. eine Speicherentnahme mit einem Impuls von 2,5 Nanosekunden. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Treibimpulse nur eine geringe Spannung, z. B. 0,5 Volt, aufzuweisen brauchen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Speicheranlage mit veränderlicher Kapazität gemäß der Erfindung,

509 569/118

F i g. 2 Spannungs-Strom-Kennlinien eines Speicherelementes,

F i g. 3 ein Impulsprogramm zur Erläuterung der Speicheranlage gemäß der Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Speichermatrix, in der Speicherelemente mit veränderlicher Kapazität gemäß der Erfindung verwendet werden. Die Funktion der Speicherelemente wird an Hand des Speicherelementes in der oberen linken Ecke der Matrix erläutert. Die Dioden 10 und 11 sind hintereinandergeschaltet zwischen die Wort-Treibleitung A und B gelegt, und der Kondensator 14 ist zwischen die Verbindungsstelle X der beiden Dioden und die Bit-Treibleitung C geschaltet. Die verwendeten Dioden weisen eine nichtlineare Kapazität in Abhängigkeit von der ihnen aufgedrückten Spannung auf.

In Betrieb werden komplementäre Spannungsimpulse an die Wort-Treibleitungen A und B angelegt, so daß in jeder Zelle die obere Elektrode der Diode 10 und die untere Elektrode der Diode 12 gleichzeitig im gleichen Ausmaß positiv bzw. negativ werden. Wenn die Dioden 10 und 12 gleich sind und im Kondensator keine Aufladung gespeichert ist, bleibt der Stromkreis im Gleichgewicht, und es wird kein Signal am Verbindungspunkt X erzeugt. Wenn am Punkt X z. B. eine positive Aufladung vorhanden ist, wird die Kapazität einer der Dioden erhöht und die Kapazität der anderen Diode verringert, so daß beim Anlegen der Impulse an die Wort-Treibleitungen A und B ein Signal erzeugt und mittels des Kondensators 14 in die Bit-Leitung C übertragen wird. Wenn eine negative Aufladung gespeichert war, wird ein Signal mit der entgegengesetzten Polarität in der Leitung C erscheinen. Wenn die Dioden so, wie in der F i g. 1 gezeigt, verbunden sind, so daß jede Diode in der Durchlaßrichtung einen Impuls empfängt, ist das Vorzeichen des in der Leitung C entwickelten Signals entgegengesetzt zu der Spannung der gespeicherten Aufladung. Wenn die Polarität geändert wird, so daß die Dioden die Impulse in der Sperrichtung empfangen würden, würde die Spannung in der Leitung C gleichsinnig mit der der gespeicherten Aufladung sein. Vom Gesichtspunkt der Abfühlung der in der Zelle gespeicherten Information besteht kein Unterschied, welche Polarität verwendet wird, solange die Leitfähigkeit der Diode halbwegs gering bleibt. Wesentlich ist, daß die Polarität der gespeicherten Aufladung nicht zerstörend durch die Feststellung der in einem Netzwerk nichtlinearer Kondensatoren erzeugten Ungleichheit aus- gelesen wird. Die Entnahme ist deshalb nicht zerstörend, weil zur Erzeugung des Elektronenflusses durch die Dioden eine verhältnismäßig geringe Spannung angelegt wird. Der einzige Strom im Stromkreis ist der Verschiebungsstrom infolge der Kapazitäts-Ungleichheit.

Die Zeit, für welche eine Information gespeichert werden kann, ist begrenzt, weil die Ladung des Kondensators über die Konduktanz der Dioden 10,12 und des Kondensators 14 abgeleitet wird.

Zum Einspeichern muß dem Kondensator eine Ladung über den Punkt X zugeführt werden. Um an einem bestimmten Platz des Speichers schnell einzuschreiben, muß folgendermaßen verfahren werden. Die Polarität der Dioden ist so gewählt, daß die Impulse in Durchlaßrichtung angelegt werden, wobei jedoch die Impulsamplitude so begrenzt wird, daß jede Diode nur etwa die halbe Spannung erhält, die für die Erzielung einer brauchbaren Leitfähigkeit notwendig ist. F i g. 2 zeigt mit ausgezogener Linie gezeichnete Kurve (α) die zwischen dem Punkt Z und Erde beim Fehlen der Wort-Impulse gemessene Strom-Spannungs-Charakteristik und die gestrichelt gezeichnete Kurve (b) die Charakteristik während des Anlegens der Wort-Impulse. Die Verschiebung der gestrichelten Kurve (b) erfolgt durch die Vorspannungswirkung der koinzidenten Wort-Treibimpulse, welche die Höhe des Bit-Treibimpulses verringern, die die Diode 10 oder 11 in den leitenden Zustand schalten. In Wirklichkeit bleibt natürlich die Strom-Spannungs-Kennlinie der einzelnen Dioden unverändert.

Wenn im Vergleich zu den Wort-Treibimpulsen ein starker Impuls gleichzeitig an die Bit-Leitung angelegt wird, tritt am Punkt X ein Impuls auf, der nur dann zum Leitendmachen einer der Dioden ausreicht, wenn die Wort-Treibimpulse gleichzeitig an diese Zelle angelegt werden. Dies ist in der F i g. 2 durch die Tatsache gezeigt, daß die Spannung V_B infolge des Impulses auf der Bit-Treibleitung genügt, um einen starken Strom im Falle (b), aber nicht im Falle (α), zu erzeugen. Daher kann eine Aufladung nur in der Zelle erfolgen, welche im Schnittpunkt zweier Impulse empfangender Wortleitungen mit einer einen Impuls empfangenden Bit-Leitung angeordnet ist. Das Vorzeichen dieser Aufladung wird durch das Vorzeichen des Bit-Impulses bestimmt. Es ist daher möglich, eine Anordnung von Zellen der beschriebenen Art zu verwenden zum kurzzeitigen Speichern durch Einschreiben mit koinzidenten Bit- und Wort-Impulsen und Auslesen durch Wort-Treibimpulse zur Erzeugung eines Bit-Impulses.

Die F i g. 3 zeigt ein Impulsprogramm für eines der beschriebenen Speicherelemente. Die Buchstaben A, B und C bezeichnen die Impulse für die beiden Wort-Treibleitungen bzw. die Bit-Treibleitungen. Es ist aus dieser Figur ersichtlich, daß die Wort- und Bit-Impulse in dem mit »Schreiben« bezeichneten Abschnitt koinzident sind und daß der Bit-Treibimpuls C jede Polarität annehmen kann. Im Abschnitt »Lesen« werden die koinzidenten Wort-Treibimpulse über die Leitungen ΛΙ und B geliefert, und der Ausgangsimpuls in der Bit-Leitung C ist der aus der Kapazitätsungleichheit der Zelle nach der Befragung resultierende Impuls, wie vorher ausgeführt. Es ist auch zu bemerken, daß bei der Wort-Treibung einePhasenumkehrung des Entnahmeimpulses gegenüber dem Einführungsimpuls in den Speicher eintritt.

Aus der Beschaffenheit der Speicherzelle ist auch erklärlich, daß das Ablesen mit höchster Geschwindigkeit ausgeführt werden kann. Je schneller die Wort-Treibimpulse sind, desto besser ist die Kopplung zwischen der gespeicherten Aufladung und der Spannung in der Bit-Leitung. Die Ablesegeschwindigkeit ist daher nur durch äußere Umstände begrenzt. Eine einzelne Speichereinheit wurde mittels eines Impulses von 2,5 Nanosekunden abgelesen, und diese Geschwindigkeit war durch die Leistung des Oszillographen begrenzt. Im gewählten Beispiel hatten die beiden Dioden eine Kapazität von rund 130 pF und der Kondensator 14 eine Kapazität von rund 100 pF. Ein Wort-Treibimpuls von rund 0,5 V wurde verwendet, um einen Ausgangsimpuls zwischen 10 und 20 mV zu erzeugen.

In umfangreichen Speicheranordnungen wird oft eine Störung durch die Querkopplung zwischen den

Bit-Leitungen verursacht als ein Ergebnis der unerwünschten Kopplung zwischen den Bit- und Wort-Leitungen. Dies wird bei der Speicheranordnung gemäß der Erfindung vermieden, weil eine gespeicherte Null ein Signal ergibt, welches eine gleiche, aber entgegengesetzte Amplitude mit Bezug auf eine Eins hat, statt eines kleineren Signals der gleichen Polarität wie in manchen anderen Anlagen.

Die Speicherzeit der Anlage ist ausreichend lang. Wenn kurze Wort-Treibimpulse verwendet werden, ist der Ladungsverlust durch das Ablesen vernachlässigbar, und der Verlust durch Ableitung das einzige Problem darstellt. Die verwendeten handelsüblichen Dioden wiesen Schwundzeitkonstanten von einigen Sekunden auf, so daß mit einer sicheren xs Speicherzeit von etwa 1 Sekunde gerechnet werden kann. Für eine solche Speicherzeit in dieser Größenordnung kann in einer vollständigen Speicheranlage auf eine Regenerierung verzichtet werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Speicherzeit einer Zelle durch die Größe des Speichers nicht beeinflußt wird. Eine Speicherzeit von 1 Sekunde genügt für eine große Anzahl von Arbeitsumläufen bei modernen, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Rechenanlagen. Eine mit Speicherzellen gemäß der Erfindung aufgebaute Speicheranlage ist daher in besonderer Weise als Pufferspeicher geeignet. Wenn eine längere Speicherung nötig ist, ist eine Regenerierung möglich, aber jeweils nur für ein Wort.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Speichermatrix mit Kondensatoren, deren eine Klemme mit dem Verbindungspunkt zweier zwischen zwei Treibleitungen gleichsinnig in Reihe geschalteter Dioden verbunden ist und deren andere Klemme an eine Entnahmeleitung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Verwendung an sich bekannter Dioden mit spannungsabhängiger Kapazität und dadurch, daß die Einspeicherung durch zeitlich koinzidente und komplementäre Impulse auf den Treibleitungen (Wort-Treibleitungen A, B) und einen gleichzeitigen Impuls auf einer der Entnahmeleitungen (Bit-Treibleitungen C) und das Auslesen auf der Entnahmeleitung durch zeitlich koinzidente und komplementäre Impulse auf den Treibleitungen (Wort-Treibleitungen A, B) erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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