DE1199320B - Cryoelektrische Schaltungsanordnung zur Eingabe von Informationen in einen Speicher unter Verwendung von mehreren Supraleiter-Waehlpyramiden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

R 35922 VIII a/21 al 16. August 1963 26. August 1965

Cryoelektrische Schaltungsanordnung zur Eingabe von Informationen in einen Speicher unter Verwendung von mehreren Supraleiter-Wählpyramiden

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr.

Als Erfinder benannt: Robert Allen Gange, Skillman, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. August 1962 (219143)

Die Erfindung betrifft eine cryoelektrische Schaltungsanordnung zur Eingabe von Informationen in einen Speicher unter Verwendung von mehreren Supraleiter-Wählpyramiden, die jeweils aus einem Eingang und mehreren sich verzweigenden Stromwegen, in denen je ein Schaltelement liegt, bestehen, wobei zur Wahl eines bestimmten Stromweges in einer solchen Wählpyramide die Schaltelemente sämtlicher Stromwege mit Ausnahme des zu wählenden Weges in den normal leitenden Zustand ge- ίο schaltet werden.

Es sind Supraleiter-Speicher bekannt, bei denen die Wahl der als Cryotrons ausgebildeten, in einer einebigen Speichermatrize zeilen- und spaltenweise angeordneten Speicherzellen mittels zweier cryoelekirischer Wählpyramiden, und zwar je einer für die Zeilen und die Spalten, erfolgt. Derartige Speicherwerke sind aber natürlich, nachdem sie nur eine einzige Speicherebene aufweisen, in ihrer Kapazität begrenzt, da man einerseits die Speicherebene nicht ao beliebig groß und andererseits die Speicherelemente, d. h. die Cryotrons, nicht beliebig klein machen kann.

Der Erfinder hat es sich nun zur Aufgabe gemacht, ein mit hohen Geschwindigkeiten arbeitendes 25
und verhältnismäßig einfach zu konstruierendes und
zu steuerndes cryoelektrisches Wählsystem zu
schaffen, das es ermöglicht, das Speicherwerk selbst 2

mit praktisch beliebig vielen, auf jeden Fall aber

einer beträchtlich großen Anzahl von übereinander 3° Ordnung der eingangs genannten Art in jeder der gepackten Speicherebenen der obengenannten Art Wählpyramiden jedem Stromweg ein Steuerelement auszubilden. aus supraleitendem Material zugeordnet ist, das bei

Will man die bekannte cryoelektrische Wähl- Schaltung in den normal leitenden Zustand bewirkt, Pyramidenanordnung für ein derartiges Mehr- daß der betreffende Stromweg einen hohen indukebenen-Speicherwerk einrichten, so stößt man auf er- 35 tiven Widerstand annimmt, und daß die Anordnung hebliche Probleme. Man müßte nämlich in diesem so getroffen ist, daß beim Schalten eines Steuerele-FaIl jeder Speicherebene ein eigenes Wählpyra- mentes einer Wählpyramide in den normal leitenden midenpaar zuordnen und dann die verschiedenen Zustand gleichzeitig die betreffenden Steuerelemente Wählstromleitungen ζ. B. zickzackförmig durch aller übrigen Wählpyramiden ebenfalls in den norsämtliche Wählpyramiden hindurchführen. Wenn 4° mal leitenden Zustand geschaltet werden. Vorzugsman die einzelnen Leitungen so auslegt, wird wegen weise sind die im wesentlichen gleich ausgebildeten, der zahlreichen Biegungen oder Windungen und der voneinander isoliert angeordneten Wählpyramiden Länge einer solchen Leitung ihr induktiver Wider- so übereinandergepackt, daß die entsprechenden stand so erheblich groß, daß die Zeit, die der Wähl- Stromwege der verschiedenen Wählpyramiden sich in strom für das Durchlaufen der Leitung benötigt, 45 Vertikalrichtung miteinander decken,
übermäßig lang werden kann und dadurch die für Dadurch wird erreicht, daß bei einem Speicher

mit außerordentlich großer Speicherkapazität, die z. B. ohne weiteres 800 000 Bits oder noch erheblich mehr betragen kann, die große Vielzahl von vor-50 handenen Speicherzellen direkt mit sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten angesteuert und abgefragt werden können.

einen Lese-Schreib-Vorgang benötigte Zeit sich beträchtlich erhöht. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich der Verschaltung, der Impedanzanpassung und der Störunterdrückung.

Erfindungsgemäß werden diese Probleme dadurch gelöst, daß bei einer cryoelektrischen Schaltungsan-

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der 26 und 93 ist die Leseebene nicht mit der Speicher-Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeich- ebene verbunden,
nungen zeigt Eine im folgenden als »Abschirmebene« bezeich-

F i g. 1 eine perspektivische schematische Darstel- nete dritte Ebene 28 ist unterhalb der Leseebene 20 lung eines Speichers gemäß dem Stand der Technik, 5 parallel zu dieser angeordnet. Wiederum befindet die dazu dient, die durch die vorliegende Erfindung sich zwischen der Leseebene und der Abschirmgelöste Aufgabe zu erläutern, ebene eine Isolation, beispielsweise Siliziummonoxyd.

F i g. 2 eine schematische Schnittdarstellung, die Drei Ränder 30, 32 und 34 der Speicherebene 18

den Weg veranschaulicht, entlang dem eine Wähl- sind nach unten gefaltet und mit der Abschirmebene

leitung nach den Steuerelektroden der Cryotrons in io 28 verbunden. Die nach unten gefalteten Abschnitte

den verschiedenen Cryotron-Wählpyramiden ausge- 30 und 32 sind im Abstand von den entsprechenden

legt sein müßte, wenn die einzelnen Wählpyramiden gegenüberliegenden Rändern 24 und 26 der Lese-

übereinandergepackt angeordnet wären, ebene angeordnet.

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer als Von den beiden Rändern 26 und 24 der Lese-

»Ryotron« bekannten Einrichtung gemäß dem Stand 15 ebene 20 sind Ausgangsklemmen 35 bzw. 36 heraus-

der Technik, geführt. Ein weiteres Ausgangsklemmenpaar 40 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer 42 ist von der Speicherebene 18 herausgeführt. Die

anderen Art von Ryotron, ebenfalls gemäß dem Klemmen 35 und 40 sind durch die Primärwicklung

Stand der Technik, 44 eines Transformators 46 miteinander verbunden.

F i g. 5 einen schematischen Grundriß einer Aus- 20 Die Klemmen 36 und 42 sind durch die Primärwickführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung lung 48 eines Transformators 50 verbunden. Die Semit einem Paket von Ryotron-Wählpyramiden, die kundärwicklungen 52 und 54 der entsprechenden mit einem Paket von Speicherebenen gekoppelt sind, Transformatoren liegen gleichsinnig in Reihe und wobei lediglich die oberste Speicherebene und die liefern ihr Ausgangsignal an den Leseverstärker obersten Wählpyramiden gezeigt sind, 25 (nicht gezeigt).

F i g. 6 eine perspektivische Darstellung im ausein- Im Betrieb des Speicherwerks nach F i g. 1 kann

andergezogenen Zustand, die einen Teil der F-Wähl- man Nachrichten in den Speicher einschreiben oder

Pyramide nach F i g. 5 zeigt, aus dem Speicher abfragen, indem man bestimmten

F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 in der x- und der y-Wähleingänge entsprechende Si-

F i g. 6, 30 gnale zuleitet. Beispielsweise sei angenommen, daß

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer Aus- Signale (Ströme) gleichzeitig den Wähleingängen

führungsform der Erfindung unter Verwendung 250, 252, 254 und 56 zugeleitet werden. Das dem

eines abgewandelten Ryotron-Wählpyramidensystems Eingang 250 zugeleitete Signal schaltet die Cryo-

und trons 58 und 60 in den »Normalzustand« (d. h., die

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer 35 gesteuerten Schichten oder Gatterelektroden dieser anderen Ausführungsform der Erfindung unter Ver- Cryotrons werden in ihren normal leitenden Zuwendung eines anderen Ryotron-W^rählpyramiden- stand geschaltet). Das zum Eingang 252 gelangende systems. Signal schaltet das Cryotron 62 in den Normalzu-

In den Figuren sind einander entsprechende EIe- stand. Als einziger supraleitender Stromweg zwischen

mente jeweils mit gleichen oder entsprechenden Be- 40 dem y-Ansteuereingang 64 und Masse verbleibt

zugszeichen versehen. Ferner werden, obwohl dies daher der Weg über den Leiter 12-4. In entsprechen-

nicht besonders gezeigt ist, die verschiedenen zu er- der Weise schalten die zu den Eingängen 254 und 56

örternden Schaltungen auf denjenigen niedrigen gelangenden Signale die Cryotrons 66, 68 und 70 in

Temperaturen, z. B. wenige Grad über dem abso- den Normalzustand. Als einziger supraleitender Weg

luten Nullpunkt, gehalten, bei denen eine Supra- 45 für einen zum x-Ansteuereingang 72 gelangenden

leitung möglich ist. Ansteuerstrom verbleibt der Weg über den Leiter

Die folgende Beschreibung des Speicherwerks ge- 10-2. Unter diesen Voraussetzungen ist die gewählte

maß dem Stand der Technik (Fig. 1) dient dazu, Speicherzelle die am Schnittpunkt des y-Ansteuer-

den Leser über die von der Erfindung behandelte leiters 12-4 und des x-Ansteuerleiters 10-2, d. h. die

und gelöste Aufgabe zu unterrichten. Dieses Spei- 50 Zelle 74.

cherwerk enthält vier x-Ansteuerleiter 10-1 bis 10-4 Wenn der Teil der Speicherebene unterhalb des

und vier y-Ansteuerleiter 12-1 bis 12-4. Diese Schnittpunktes 74 in den Normalzustand geschaltet

Leiter sind elektrisch voneinander isoliert, obwohl wird, so durchsetzt das durch die beiden Leiter er-

die entsprechende Isolation in der schematischen zeugte Magnetfeld die Supraleiterebene, so daß an

Darstellung der F i g. 1 nicht gezeigt ist. Die x-An- 55 den Ausgangsklemmen 34, 40 und 42, 37 der

Steuerleiter sind an eine Cryotron-Wählpyramide 14, parallelen Ebenen 18, 20 ein Ausgangssignal erzeugt

die y-Ansteuerleiter an eine Cryotron-Wählpyramide wird. Diese Signale können von den Primärwicklun-

16 angeschlossen. gen 44 und 48 abgenommen werden. Die Transfor-

Unter den Ansteuerleitern befindet sich eine matoren46 und 50 sind so gewickelt, daß sich die supraleitende Speicherebene 18. Eine zweite leitende 60 Signale in den Sekundärwicklungen 52, 54 zu einem Ebene 20, die supraleitend oder nicht supraleitend Signal verhältnismäßig großer Amplitude addieren, sein kann, ist parallel zur Speicherebene 18 angeord- das dem Leseverstärker zugeleitet wird. Der Lesenet. Zwischen der zweiten Ebene 20 und der Ebene verstärker kann als Impulsverstärker (nicht gezeigt) 18 befindet sich eine Isolation, beispielsweise aus ausgebildet und außerhalb des den Speicher enthal-Siliziummonoxyd. Die zweite Ebene 20 ist die söge- 65 tenden Cryostaten angeordnet sein,
nannte »Leseebene«. Die Leseebene 20 ist an ihrem Um die Darstellung des Speicherwerks nach einen Rand 22 mit der supraleitenden Speicher- F i g. 1 zu vereinfachen, sind nur sechzehn Speicherebene 18 verbunden. An ihren übrigen Rändern 24, zellen in den Cryotron-Wählpyramiden, deren jede

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nur vier mögliche Wege aufweist, gezeigt. In der Prasis könne© sowohl das Speicherwerk als auch die Cryotron-WähJpyramiden sehr viel größe* sein. Beispielsweise kann das Speicherwerk hundertachtund.-zwanzig Spalten und hundertachtundzwanzig Zeilen aufweisen, was einer Gesamtkapazität von über 16 000 »Bits« entspricht. Für verschiedene Anwen^ dungszwecke ist jedoch eine noch erheblich größere Speicherkapazität erwünscht.

Eine Methode, mit der sich das Fassungsvermögen oder die Kapazität des Speichers vergrößern läßt, besteht darin, daß man. die Speicherebenen und die Wählpyramiden übereinanderpackt oder -stapelt. Packt man z. B. fünfzig Systeme von der in Fig. 1 gezeigten Art,, deren jedes ein Fassungsvermögen von übe* 16 000: Bits hat, übereinander, so beträgt das Gesamtfassungsvemiögen des Speicherwerks mehr als 8Θ0 OQO Bits. Jedoch ergeben sich bei einem derartigen Übereiaanderpacken gewisse Schwierigkeiten, wie·, in F i g. 2 schematisch angedeutet.

Angenommen, es seien η der Pyramide 16 in F i g. 1 entsprechende Wählpyramiden übereinandergepackt (wobei η den obengenannten Wert 50 haben kauaa). Nimmt man eines Schnitt eines derartigen Paketes entlang der Linie2-2 in Fig. 1, so erhält man die in Fig.2 gezeigte Anordnung. In dieser Anordnung sind der Einfachheit halber die GrundscMchten (in Wirklichkeit Verlängeiungen der Speicherebenen) für die Cryotrons weggelassen. Es soll nun erwünscht sein, in einer derartigen Anordnang entsprechende Speicherzellen in jeder der η Ebenen zu wählen. Diese Zellen würden in diesem Falle einem aus η Bits zusammengesetzten Wort (ein Bit pro Ebene mal η Ebenen) entsprechen. Um die gewünschten Zellen in sämtlichen Ebenen zu wählen, werden entsprechende Cryotrons in sämtlichen Wählpyramiden gleichzeitig in den Normalzustand unter Erhöhung des Widerstandes sämtlicher nicht gewählter Wege geschaltet. Es soll beispielsweise erwünscht sein, einen Wählstrom gleichzeitig den Steuerelektroden der Cryotrons 60-1 und 58-1 in der Pyramide 1, 60-2 und 28-2 in der Pyramide 2, 60-3 und 58-3 in der Pyramide 3 usw. zuzuleiten. Dies kann in der Weise bewerkstelligt werden, daß man die Wählstrornleitung 100 zickzackförmig durch jede einzelne Wählpyramide hindurchführt, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn man die Leitung 100 in dieser Weise auslegt, so wird, wie bereits eingangs erwähnt, wegen der zahlreichen Biegungen oder Windungen und der Länge der Leitung ihr induktiver Widerstand außerordentlich groß, und zwar so groß, daß die Zeit, die der Wählstrom für das Durchlaufen der Leitung benötigt, übermäßig lang werden kann. Ferner bringen die Verbindungen zwischen den Leitungen für die verschiedenen Pyramiden, beispielsweise an den Stellen 101 und 103, Impedanzanpassungsprobleme mit sich. Zudem birgt die Verbindungsleitung 105 die Gefahr des Entstehens von Störsignalen infolge von Abstrahlung aus dieser Leitung in sich. Alles in allem ergeben sich, wenn man die Speicherkapazität in der beschriebenen Weise vergrößern will, in verschiedener Hinsicht erhebliche Schwierigkeiten.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung bedient sich der in F i g. 3 oder der in F i g. 4 gezeigten Einrichtung. Derartige Einrichtungen sind unter der Bezeichnung »Ryotron« bekannt.

Die in F i g. 3 gezeigte Einrichtung enthält ein erstes Supraleiterelement 102, das dicht neben einem als »Steuergrundschicht« bezeichneten Supraleiterelement 104 von diesem angeordnet ist, Ein Signaloder Ansteuerstrom wird der Eingangsklemme 106 zugeleitet, und ein Steuerstrom kann der Eingangsklemme 108. zugeleitet werden. Im supraleitenden Zustand wirkt die Steuergrundschicht 104. als Magnetfeldabschirmung und ist die Induktanz der Leitung 102 verhältnismäßig klein. Wird jedoch der Klemme 108 ein Steuerstrom, dessen Amplitude größer ist als der kritische Stromwert für die Steuergrundschicht, zugeleitet, so schaltet die Steuergrundschicht 104 in den Normalzustand, so daß sie nicht mehr als Magnetfeldabschirmung wirkt und die Induktanz der Leitung 102 sich stark erhöht.

In dem in F i g. 4 gezeigten Ryotron ist die Steuergrundsehicht 104 durch einen verhältnismäßig kleinen Widerstand 110- (beispielsweise von 10~³ bis 10""⁴ Ohm), überbrückt. Dadurch wird es möglich, durch Anlegen eines den kritischen Stromwert der Steuergruadschicht geringfügig übersteigenden Steuerstromes an die Klemme 108 die Steuergrundschicht aus dem supraleitenden in den Zwischenzustand statt in den Normalzustand zu schalten. Das Ryotron nach Fig. 4 hat gegenüber der Einrichtung nach Fig. 3 den Vorteil, daß es weniger Leistung verbraucht und schneller arbeitet.

Die oberste Speicherebene und die obersten X- und Y-Ryotron-Wählpyramiden eines Paketes eines erfindungsgemäßen Systems sind in Fig. 5 gezeigt. Während in der Praxis die- Anzahl der Speicherzellen sehr groß (mit entsprechend großen Pyramiden) sein kann, sind lediglich sechzehn Speicherzellen (die Schnittpunkte von vier Spalten und vier Reihen) pro Ebene gezeigt. Die Yj-Wählpyramide enthält sechs Steuergrundschichten (je eine pro Zweig der Pyramide) 1-1 bis 1-6, Die X^Ryotron-Wählpyramide hat ebenfalls sechs Steuergrundschichten 1-11 bis 1-16. Der Speicher kann dem in F i g. 1 gezeigten Speicher entsprechen. In F i g. 5 ist lediglich der Speicherebenenteil sichtbar. Die Leseebene und die Ausgangsleitungen, von denen die Lesesignale abgenommen werden, sind in F i g. 5 nicht gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen.

Eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Paketes von Γ-Wählpyramiden ist in F i g. 6 gegeben. Vorzugsweise verwendet man für die Leiter der Pyramide Supraleiter, um den Leistungsverbrauch klein zu halten; jedoch kann man auch nicht supraleitende Materialien, wie z. B. Silber, Aluminium od. dgl., oder ein Supraleitermaterial im Normalzustand verwenden. Die Z-Wählpyramiden sind entsprechend ausgebildet und daher nicht besonders gezeigt. Von den in F i g. 5 gezeigten Wählstromleitungen ist in F i g. 6 nur die Leitung 112 voll gezeigt. Die Wählstromleitungen nach den anderen Steuergrundschichten, z. B. die Leitungen 1-1 und «-I, 1-2 und fl-2 und 1-3, 1-5, n-3 und n-5 sind in F i g. 6 nur teilweise gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen. Ferner ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jede Steuergrundschicht mit einem Widerstand überbrückt, um die Steuergrundschicht statt in den Normalzustand in den Zwischenzustand schalten zu können. Dieser in Fig. 6 nicht gezeigte Widerstand ist in Fig. 7 für einige der Steuergrundschichten angedeutet.

Wie man in F i g. 6 sieht, ist bei jedem Zweig a, d, b, c usw. der obersten Wählpyramide Y₁ eine Steuergrundschichtebene 1-1, 1-2, 1-3 bzw. 1-4 usw. ange-

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ordnet. Entsprechend ist an jedem Zweig der unter- Stromimpulse dem zusammengezweigten Ende eines sten Wählpyramide Y_n eine Steuergrundschicht ange- oder mehrerer der drei Netzwerke, d. h. einer oder ordnet. Sämtliche Wählpyramiden zwischen der ober- mehrerer der drei Klemmen 122-1, 122-2... sten und der untersten Pyramide sind Supraleiter 122-(n—1) und 122-n, zugeleitet werden (oder wenn (oder Leiter) und benötigen für ihre einzelnen 5 während der Zeit, da das zusammengezweigte Ende Zweige keine besonderen Steuergrundschichten. eines oder mehrerer der drei Netzwerke mit An-Im Betriebe der Anordnungen nach F i g. 5 und 6 Steuerströmen beaufschlagt ist, den Klemmen 118 sollen die gleichen (d. h. die entsprechenden) Strom- und 114 Steuerströme zugeleitet werden), so verteilen wege in sämtlichen Pyramiden gewählt werden. An- sich diese Ansteuerströme induktiv auf die vergenommen, es sollen z. B. lediglich die zu den Zwei- io schiedenen vorhandenen Wege. Da der induktive gen 1 ft, 2 b... (n—l)b und nb führende Wege Widerstand der Zweige α und & sehr viel kleiner ist gewählt werden. Zu diesem Zweck wird der Ein-· als der der anderen Zweige, fließen die Ansteuergangsklemme 114 ein Wählstrom zugeleitet. Dieser ströme nahezu ausschließlich in die Zweige α und b. Strom fließt über die Leitung 112 zu den Steuer- Wie man in F i g. 5 sieht, entspricht die Leitung 1 b grundschichten 1-4 und 1-6 und über die Leitung 15 einer Zeile (144-1) des Speichers. Es können daher 112' zu den Steuergrundschichten n-4 und n-6. Da- entsprechende Zeilen in sämtlichen Speicherebenen durch werden diese vier Steuergrundschichten aus in dieser Weise mit Strömen beliefert werden,
dem supraleitenden Zustand herausgeschaltet. Als In entsprechender Weise können die übereinander-Folge davon schalten sämtliche zwischen der Steuer- gepackten X -Ryotron- Wählpyramiden gesteuert grundschicht 1-4 und der Steuergrundschicht n-4 be- 20 werden, um entsprechende Spalten in sämtlichen findlichen Zweige von niedriger Induktanz auf hohe Speicherebenen zu wählen. Wenn man Wählströme Induktanz. Das heißt, ein Strom (Impulse), der die z.B. den Eingängen 124 und 126 (Fig. 5) zuleitet, Wege Ic, 2 c... (n—l)c und nc anzusteuern ver- so nehmen die Wege 128, 130 und 134 sämtlich sucht, findet dort einen verhältnismäßig großen einen verhältnismäßig hohen induktiven Widerstand Widerstand vor. Ebenso haben auch die Zweige 25 an. Der Weg 138, 140 hat dagegen einen niedrigen zwischen den Steuergrundschichten 1-6 und n-6, induktiven Widerstand. Ein der Klemme 142 zuged. h. die Zweige 1/, 2/... (n—1)/ und nf einen ver- leiteter Ansteuerstromimpuls 141 verteilt sich indukhältnismäßig hohen induktiven Widerstand. Zugleich tiv auf die verschiedenen Wege, und da der Weg 138, gelangt von der Eingangsklemme 118 (in Fig. 6 140 bei weitem den niedrigsten induktiven Widerstand nicht gezeigt) ein Wählstrom in die Leitungen 120 30 aufweist, fließt im wesentlichen der gesamte Strom und 120' (Fig. 5) und damit in die Steuergrund- über diesen Weg 138,140 in den Spaltenleiter 142-1. schichten 1-2 und n-1. Dieser Wählstrom schaltet die Unter den obengenannten Voraussetzungen, d. h. Steuergrundschichten 1-2 und n-2 aus dem supra- bei Wahl des Spaltenleiters 142-1 und des Zeilenleitenden Zustand heraus, so daß die Zweige 1 d, leiters 144-1, wird die Speicherzelle 146-1 in der ober- 2d... (n—l)d und nd sämtlich einen verhältnis- 35 sten Ebene gewählt oder angesteuert. Ebenso werden mäßig hohen induktiven Widerstand aufweisen. entsprechende Speicherzellen in allen anderen Der Abstand zwischen den entsprechenden Steuer- Ebenen angesteuert. Im Falle von η übereinandergegrundschichten beispielsweise 1-1 und n-1, ist in der packten Ebenen kann das eingeschriebene Wort bis auseinandergezogenen Darstellung der F i g. 6 stark zu η Bits enthalten (wobei η die Anzahl der Speicherübertrieben dargestellt. In der Praxis können die 40 ebenen ist). Im Falle eines Wortes aus η Bits befindet Leiter, beispielsweise la... na, jeweils etwa 500 bis sich das erste Bit in der Zelle 146-1 der ersten Spei-1000 A dick sein. Die Isolation, beispielsweise aus cherebene, das zweite Bit in der Zelle 146-2 (nicht Siliziummonoxyd, zwischen den aufeinanderfolgen- sichtbar in F i g. 5) der nächsten Speicherebene usw. den Pyramiden kann eine Dicke von 3000 Ä oder und das letzte Bit in der Zelle 146-n (nicht sichtbar wenigerhaben. In einem System, in dem z. B. fünfzig 45 in Fig. 5) der letzten Speicherebene. Diese Zellen Pzyramiden übereinandergepackt sind, kann somit 146-1 bis 146-n liegen in der z-Richtung, d. h. in der Abstand zwischen den Steuergrundschichten un- Richtung senkrecht zur Zeichenebene der F i g. 5, gefahr 200 000 A=0,002 cm betragen; oder wenn fluchtend übereinander.

man gemäß einer später erläuterten Ausführungs- Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie7-7 form eine dickere Isolation (ungefähr 32 000 A) 50 in F i g. 6 (wobei die in F i g. 6 nicht gezeigten Wählzwischen den Leitern verwendet, so ist der Abstand stromeitungen 151 und 151' in F i g. 7 gezeigt sind), zwischen den Grundschichten immer noch kleiner als und zwar zeigt F i g. 7 die Art und Weise, wie die 0,02 cm. Es ist daher klar, daß zwei derartige Grund- Steuergrundschichten 1-3, 1-5, n-3 und n-5 mit der schichten, beispielsweise 1-1 und n-1, im supraleiten- gemeinsamen Wählstromeingangsklemme 150 verden Zustand als außerordentlich gute Magnetfeld- 55 bunden sind. Über die Grundschichten 1-3, 1-5, n-3 abschirmung für sämtliche Leiter, beispielsweise 1 α, und n-5 ist jeweils ein Widerstand 152, 153, 154 2a...na, zwischen diesen Ebenen wirken. Ferner bzw. 155 geschaltet. Die zur obersten und zur arbeitet, obwohl man vorzugsweise zwei Grund- untersten Wählpyramide gehörigen Steuergrundschichten pro Zweigpaket in der gezeigten Auslegung schichten 1-3 bzw. n-3 steuern sämtliche zwischen verwendet, die Erfindung auch mit einer solchen 60 ihnen befindlichen &-Wege. Entsprechend steuern die Schicht pro Paket. Auch muß diese Ebene nicht Steuergrundschichten 1-5 und n-5 sämtliche e-Wege am nächsten Zweig eines Paketes von Zweigen an- des Wählpyramidenpaketes.

geordnet sein, sondern sie kann statt dessen in der Die Anordnung nach F i g. 5 bis 7 bietet gegen-

Mitte des Paketes liegen oder anderweitig in das über der nach Fig. 2 wichtige Vorteile, und zwar

Paket »eingebaut« sein. Auch kann man mehr als 65 werden lediglich zwei Wählstromleitungen benötigt,

eine Schicht pro Paket in das Paket »einbauen«. um eine sehr große Anzahl von durch den Wähl-

Wenn während der Zeit, da die Klemmen 118 und pyramidenstapel führenden Wegen zu steuern. Diese

114 mit Steuerströmen beaufschlagt sind, Ansteuer- zwei Leitungen sind verhältnismäßig geradlinig und

kurz und haben einen verhältnismäßig niedrigen einzelnen Wählpyramiden zusammengesetzt sind, induktiven Widerstand. Die mögliche Arbeitsge- eine Dicke von ungefähr 500A oder darunter. Geschwindigkeit des Speicherwerks, d. h. die erreich- wünschtenfalls kann man die aufeinandergepackten bare Betriebsfrequenz des Lese-Schreib-Vorgangs Wählpyramiden auf gleiches Niveau mit den Spaltenist daher verhältnismäßig hoch. Ferner ist die Kon- 5 oder Zeilenleitern bringen, indem man die Isolation struktion der übereinandergepackten Wählpyramiden zwischen den aufeinanderfolgenden Pyramiden entverhältnismäßig einfach. Die äußersten Pyramiden sprechend dicker macht (obwohl dies nicht unbehaben an jedem ihrer Zweige jeweils eine Steuer- dingt notwendig ist). Beispielsweise kann die Isolagrundschicht. Für die übrigen Pyramiden verwendet tion zwischen den aufeinanderfolgenden Pyramiden man einfach Leiter, beispielsweise aus Blei, die io etwa 32 500 A dick sein.

durch die Steuergrundschichten an den äußersten Bisher wurden zwei allgemeine Ausführungsfor-Pyramiden gesteuert werden. Außerdem entfallen die men der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben, genannten Schwierigkeiten hinsichtlich der Impe- Bei der einen Ausführungsform lassen sich die Steuerdanzanpassung, Ausstrahlung usw. weitgehend oder grundschichten vom supraleitenden in den Normalgänzlich. 15 zustand schalten, und umgekehrt. Bei der zweiten Die erfindungsgemäßen Wählmatrizen können aus Ausführungsform ist jede Steuergrundschicht mit Blatt- oder Schichtmaterial gefertigt werden. Vor- einem Widerstand überbrückt. Dies ermöglicht ein zugsweise stellt man sie jedoch durch Aufdampfen Schalten der Steuergrundschicht zwischen dem supraim Vakuum her. Bedient man sich des Vakuumauf- leitenden und dem Zwischenzustand. Bei der in dampfverfahrens und als Material eines Supraleiters, 20 F i g. 8 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist so verwendet man hierfür vorzugsweise Blei oder jeder Steuergrundschicht ein Element aus einem einen anderen »harten« Supraleiter. Ferner ist die Material hoher magnetischer Permeabilität zugeord-Schichtdicke vorzugsweise verhältnismäßig klein, net. Diese Elemente 160, 162, 164 und 166 befinden etwa 500 A oder darunter. Die Herstellung der Ma- sich jeweils auf der von dem betreffenden Zweig trizen aus derartig dünnen Filmen oder Schichten hat 35 der Wählpyramide abgewandten Seite der supraleiden Zweck, das Bestreben der einzelnen Schichten, tenden Steuergrundschicht. Ferner ist wie bei der als Magnetfeldabschirmung auf die benachbarten Ausführungsform nach Fig. 7 jedem Supraleiter-Schichten zu wirken, zu verringern. In dem Maße, element ein Widerstand zugeordnet, wie die Schichtdicke abnimmt, nimmt die Feldein- Im Betrieb der Anordnung nach Fig. 8 schaltet dringtiefe λ zu und die etwaige Neigung der Schicht, 30 ein der Eingangsklemme 150 zugeleiteter Steuerais Magnetfeldabschirmung zu wirken, ab. Außer- strom die Steuergrundschicht 1-3, n-3, 1-5 und n-S dem liefert die dünnere Schicht im normal leitenden in den Zwischenzustand. Danach wird die Abschir-Zustand einen höheren induktiven Widerstand, wäh- mung zwischen den hochpermeablen magnetischen rend sie im supraleitenden Zustand immer noch Elementen 160, 164 und den Wählpyramidenzweiihren verhältnismäßig niedrigen induktiven Wider- 35 gen b sowie zwischen den hochpermeablen Elemenstand beibehält. Man kann daher sagen, daß die ten 160, 166 und den Wählpyramidenzweigen e aufdünnere Schicht eine relativ höhere »Ausbeute« lie- gehoben. Bei aufgehobener Abschirmung wirkt sich fert als die dickere Schicht. . , das hochpermeable Material dahingehend aus, daß In den verschiedenen Figuren ist vorausgesetzt, sich der induktive Widerstand der Wege b und e gedaß sich zwischen den einzelnen Steuergrundschich- 40 genüber dem entsprechenden Wert im freien Raum, ten und den dazugehörigen Leitern jeweils eine Iso- d. h. gegenüber dem induktiven Widerstand in der lation befindet. Ebenso befinden sich Isolationen zwi- Anordnung nach F i g. 7 stark erhöht, sehen den aufeinanderfolgenden Wählpyramiden und Die Elemente 160,162 164 und 166 kann man aus zwischen den Steuergrundschichten und den Wider- einem ferromagnetischen Material, beispielsweise ständen und/oder den (später zu beschreibenden) 45 Eisen, Permalloy, einem der zahlreichen bekannten Elementen hoher Permeabilität. Diese Isolationen Ferrite od. dgl. herstellen. Vorzugsweise verwendet können aus durch Aufdampfen im Vakuum nieder- man ein lineares Material, d. h. ein Material, das geschlagenem Siliziummonoxyd bestehen. Um die keine oder fast keine Hysterese aufweist. Viele der Zeichnung zu vereinfachen, ist die Isolation zwi- Ferrite und Permalloylegierungen, die bei Zimmerschen den verschiedenen Elementen als aus Luft 50 temperatur eine rechteckförmige Hysteresisschleife statt aus Siliziummonoxyd bestehend dargestellt. aufweisen, haben im Bereich der niedrigen Tem-Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Pa- peraturen, bei denen die erfindungsgemäßen Schalketanordnung wird der Speicher, wenn er nach Art tungsanordnungen betrieben werden, eine sehr viel der Fig. 1 ausgebildet ist, aus einer Anzahl von geringere Hysterese und sind daher für den genann-Schichten aus verschiedenen Materialien zusammen- 55 ten Zweck geeignet.

gesetzt. Die Schichten umfassen beispielsweise einen Während Fig. 8 nur einen Teil des erfindungsge-Systemträger mit einer eventuell darauf angebrach- mäßen Wählpyramidensystems zeigt, können bei dieten Isolierschicht, die auf der Isolierschicht liegende ser Ausführungsform auch die übrigen Steuergrund-Abschirmebene, eine weitere Isolierschicht, die Lese- schichten (nicht gezeigt) des Systems mit hochperebene, eine weitere Isolierschicht, die Speicherebene, 60 meablen Elementen ausgerüstet sein. In jedem Falle eine weitere Isolierschicht, die Zeilenleiter, eine wei- wird das betreffende hochpermeable Element, beitere Isolierschicht, die Spaltenleiter und eine ab- spielsweise 160, von den Zweigen unter oder über schließende Isolierschicht. Die Gesamtzahl der der zu dem betreffenden Element gehörigen Steuer-Schichten (die Endschicht nicht gerechnet) beträgt grundschicht durch diese Steuergrundschicht, beidaher etwa elf. Wenn jede Schicht 3000 A dick ist, 65 spielsweise 1-3, abgeschirmt, wenn dieselbe sich im beträgt die Gesamtdicke, die für einen Speicher eines supraleitenden Zustand befindet. Speicherpaketes erforderlich ist, etwa 33 000 A. Wie In den verschiedenen gezeigten Ausführungsforbereits erwähnt, haben die Leiter, aus denen die men sind die oberste und die unterste Steuergrund-

schicht parallel geschaltet. Man kann diese Schichten statt dessen auch in Reihe schalten, wie es beispielsweise in Fig. 9 gezeigt ist. Fig. 9 entspricht der Ausführungsform nach Fig. 8, läßt sich jedoch in der Schaltungsweise auch auf die Ausführungsformen nach Fig. 7 und 5 übertragen.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann es erwünscht sein, das Bestreben einer Steuergrundschicht, unter dem Einfluß des Magnetfeldes, das durch den die mit dieser Grundschicht fluchtenden Pyramidenzweige durchfließenden Strom erzeugt wird, in den Normalzustand zu schalten, zu verringern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man das System bei einer Temperatur betreibt, die wesentlich unterhalb der kritischen Temperatur des für die Steuergrundschicht verwendeten Materials liegt. Oder aber man kann die Steuergrundschicht aus einem Material wie z. B. Indium fertigen, das eine verhältnismäßig hohe kritische Temperatur hat. Man kann auch die Geometrie der Grundschicht so wählen, daß für das Schalten in den Zwischenzustand oder den Normalzustand ein sehr viel stärkeres Magnetfeld erforderlich ist, als es durch die Nettofelder gegeben ist, die durch die Ströme, von denen die zu den betreffenden Grundschichten gehörigen Zweige durchflossen werden, erzeugt wird.

In den verschiedenen gezeigten Ausführungsformen werden für das Schalten der Steuergrundschichten zwischen dem supraleitenden und dem nicht supraleitenden Zustand Wählströme verwendet. Man kann jedoch hierfür auch andere Energieformen als die des elektrischen Stromes, beispielsweise Magnetfelder, Strahlungsfelder, wie Infrarotstrahlung, Ultraviolettstrahlung usw., Wärme, mechanische Energie usw., verwenden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Cryoelektrische Schaltungsanordnung zur Eingabe von Informationen in einen Speicher unter Verwendung von mehreren Supraleiter-Wählpyramiden, die jeweils aus einem Eingang und mehreren sich verzweigenden Stromwegen, in denen je ein Schaltelement liegt, bestehen, wobei zur Wahl eines bestimmten Stromweges in einer solchen Wählpyramide die Schaltelemente sämtlicher Stromwege mit Ausnahme des zu wählenden Weges in den normal leitenden Zustand geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Wählpyramiden jedem Stromweg ein Steuerelement aus supraleitendem Material zugeordnet ist, das bei Schaltung in den normal leitenden Zustand bewirkt, daß der betreffende Stromweg einen hohen induktiven Widerstand annimmt, und daß die Anordnung so getroffen ist, daß beim Schalten eines Steuerelementes einer Wählpyramide in den normal leitenden Zustand gleichzeitig die betreffenden Steuerelemente aller übrigen Wählpyramiden ebenfalls in den normal leitenden Zustand geschaltet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen gleich ausgebildeten, voneinander isoliert angeordneten Wählpyramiden so übereinandergepackt ' sind, daß die entsprechenden Stromwege der verschiedenen Wählpyramiden sich in Vertikalrichtung miteinander decken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung M 14916 VIIIa/21a³ (bekanntgemacht am 16. 6.1954).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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