DE1117166B - Magnetische Speichereinrichtung mit Magnetkernen, die eine annaehernd rechteckfoermige Hysteresiskurve aufweisen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Anordnungen, welche die annähernd rechteckförmige Hysteresiskurve von Magnetkernen zur Speicherung und Verarbeitung einer Information verwenden.

Die Verwendung von kleinen Kernen aus magnetischem Material für die Zwecke der Speicherung und als logische Elemente in elektronischen Datenverarbeitungsanlagen ist zweckmäßig, und zwar besonders wegen ihrer geringen Größe, dem kleinen Energiebedarf, der zuverlässigen Arbeitsweise und der Möglichkeit, eine Information für eine lange Zeitdauer ohne Energieaufwand zu speichern. Diese magnetischen Elemente sind in der Lage, eine aus zwei Werten bestehende Information in Form einer statischen remanenten Magnetisierung zu speichern, nachdem sie kurzzeitig in einer der beiden Richtungen bis zur Sättigung magnetisiert worden sind. Die Sättigung kann mittels eines Stromimpulses, der auf eine Wicklung auf dem magnetischen Element gegeben wird, erreicht werden. Ein Kippen erfolgt durch Anlegen eines Stromimpulses an eine Wicklung, der der Einfachheit halber im folgenden als Anrufstrom bezeichnet werden soll. Es entsteht dabei eine magnetomotorische Kraft, welche entgegengesetzt zu dem bisherigen magnetischen Fluß gerichtet ist, so daß das Element in das Sättigungsgebiet entgegengesetzter Polarität gesteuert wird. Dabei wird ein Spannungsimpuls in den anderen Wicklungen auf dem magnetischen Element erzeugt. Wenn eine Wicklung auf einem ersten Element mit einer Wicklung auf einem zweiten Element verbunden ist, so erzeugt die induzierte Spannung in dem zweiten Element eine magnetomotorische Kraft, welche dieses Element in einen Zustand entgegengesetzter Polarität steuert. Dabei ist Voraussetzung, daß diese magnetomotorische Kraft einen bestimmten kritischen Wert überschreitet und entgegengesetzt zu dem ursprünglichen remanenten Magnetfluß in dem zweiten Element gerichtet ist. Andererseits erzeugen Magnetisierungsimpulse, welche an das erste Element gelegt werden und dieses in der gleichen Richtung weiter in das Sättigungsgebiet aussteuern, eine Änderung des magnetischen Flusses, welche klein ist im Verhältnis zu der Änderung, die bei der Umkehr seiner Polarität auftritt. Damit wird eine Spannung in der Ausgangswicklung induziert, die kleiner ist als die Mindestspannung, welche für ein Kippen des zweiten Elementes erforderlich ist.

Die dauernde Zuführung von kleinen Spannungsimpulsen an das zweite magnetische Element kann die Wirkung haben, daß dieses Element entmagnetisiert wird, woraus sich Nachteile bei verschiedenen Anwendungen ergeben.

Magnetische Speichereinrichtung

mit Magnetkernen, die eine annähernd rechteckförmige Hysteresiskurve aufweisen

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
Saint Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Oktober 1954 (Nr. 465 177)

Seymour Roger Cray, Minneapolis, Minn. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Um ein günstiges Verhältnis zwischen den Ausgangssignalen des ersten Elementes bei der Aussteuerung in das Gebiet entgegengesetzter Polarität und den Ausgangssignalen bei der Aussteuerung in den Sättigungsbereich der ursprünglichen Polarität zu erzielen, besitzt das magnetische Material des Elementes vorzugsweise eine im wesentlichen rechteckförmig verlaufende Hysteresisschleife, so daß die Flußdichte des remanenten Flusses einen verhältnismäßig großen Teil derjenigen Flußdichte darstellt, die beim Anlegen einer die Sättigung hervorrufenden magnetomotorischen Kraft vorhanden ist. Eine Reihe von geeigneten magnetischen Materialien, z. B. bestimmte Nickel-Eisen-Legierungen und ferromagnetische Ferrite, sind hierfür geeignet. Um den Frequenzgang für hohe Frequenzen durch Verringerung der Wirbel-Stromverluste zu verbessern, werden Nickel-Eisen-Legierungen, vorzugsweise in Form dünner Streifen, verwendet, welche um keramische Spulen gewickelt werden, während die Ferritelemente so geformt werden können, daß die Wicklungen direkt darauf angebracht sind, da Ferrite verhältnismäßig frei von Wirbelstromerscheinungen sind.

Während magnetische Elemente in zunehmendem Maße in elektronischen Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, war ihre allgemeine Anwendung in größerem Ausmaß durch zahlreiche Schwierigkeiten bisher beschränkt. So lassen sich beispielsweise bei der Übertragung einer Information von einem

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Element zum nächsten gewisse Energieverluste nicht vermeiden. Diese Verluste wurden dadurch vergrößert, daß alle bisher bekannten Schaltungen mit magnetischen Bauteilen auch die Verwendung von Widerständen erforderten. Darüber hinaus wirken bei vielen Schaltvorgängen die Wicklungen als Transformatoren, so daß weitere Energieverluste auftreten. Diese Verluste treten besonders bei einer praktischen Datenverarbeitungsanlage in Erscheinung. Weitere Energieverluste entstehen bei Schaltvorgängen in Summierungs- oder Löschverfahren, die gewöhnlich dann Anwendung finden, wenn die bisher bekannte Technik zum Aufbau vollständiger logischer Schaltungen auf der Grundlage von magnetischen Elementen verwendet wird.

Gemäß der Erfindung ist die magnetische Vorrichtung gekennzeichnet durch mindestens zwei sättigungsfähige Kernelemente und einen Strompfad mit zwei parallelen Zweigen, durch mindestens eine erste Wicklung, die induktiv mit dem einen Kernelement gekoppelt ist und in dem einen Zweig liegt, sowie durch mindestens eine zweite Wicklung, die induktiv mit dem anderen Kernelement gekoppelt ist und in einem der Zweige liegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Strom in dem Pfad sich auf die beiden Zweige derart verteilt, daß, wenn sich das eine Kernelement in dem einen Magnetisierungszustand befindet, in dem mindestens der Hauptanteil des Stromes infolge der verhältnismäßig niedrigen Impedanz der ersten Wicklung den ersten Zweig durchfließt, der in dem zweiten Zweig etwa noch fließende Strom nicht ausreicht, um den Magnetisierungszustand des zweiten Elementes zu ändern, während, wenn das erste Kernelement sich in dem zweiten Magnetisierungszustand befindet, in dem die erste Wicklung einen verhältnismäßig hohen Widerstand bietet, ein großer Anteil des Stromes in dem zweiten Zweig fließt, der den Magnetisierungszustand des zweiten Elementes ändert.

Damit die Erfindung in ihrer richtigen Wirkungsweise besser verstanden wird, wird im folgenden eine ins einzelne gehende Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnungen vorgenommen. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schaltung, die den Erfindungsgedanken anschaulich macht;

Fig. 2 zeigt die Kurvenformen der in den Wicklungen der magnetischen Elemente nach Fig. 1 und 3 induzierten Spannung, wenn die Elemente kurzzeitig in den Sättigungszustand gebracht werden;

Fig. 3 zeigt die Abänderung der Schaltung nach Fig. 1, bei der durch die Steuerung eines magnetischen Elementes in Richtung des remanenten Flusses in das Gebiet der Sättigung Ausgangssignale weitgehend ausgeschaltet werden;

Fig. 4 zeigt schematisch eine logische »Oder«- Schaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 zeigt schematisch eine logische »Und«-Schaltung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 zeigt eine Schaltung, die die logischen Funktionen der Schaltungen nach Fig. 4 und 5 zu einer einzigen »Oder-Und«-Schaltung vereinigt;

Fig. 7 zeigt das Schema einer Schaltung, die in ihrer Funktion einer Flip-Flop-Schaltung oder einem bistabilen Multivibrator äquivalent ist;

Fig. 7 a zeigt, wie eine Schaltung nach Fig. 7 zu einem System zur Verarbeitung von stellenweise gegebenen Daten ergänzt werden kann.

Die Kerne der magnetischen Elemente werden in den Zeichnungen ringförmig dargestellt. Die Form dieser Kerne ist jedoch nicht von entscheidender Bedeutung, solange eine gute Kopplung zwischen den Kernen und ihren Wicklungen erreicht wird. Ringkerne sind in dieser Beziehung besonders günstig, und sie erzeugen nebenbei ein minimales Streufeld. Jeder Ringkern ist mit einer oder mehreren Wicklungen versehen, die symbolisch so dargestellt sind, als ob

ίο sie aus einer, zwei oder vier Windungen bestünden. Eine einzige Windung stellt dabei die Anzahl der Windungen dar, durch die der Steuerstrom fließen muß, damit gerade ein Speicherelement von einem Sättigungszustand in den anderen kippt. Mehr als eine Windung in einer Wicklung zeigt ungefähr die entsprechende Zahl von Windungen der Wicklung im Verhältnis zu einer Wicklung, die mit einer einzigen Windung dargestellt ist, an. Es ist jedoch für den mit der Technik vertrauten Fachmann beim Durchlesen der folgenden Beschreibung klar, daß ein beträchtlicher Schwankungsbereich in der relativen Anzahl der Windungen zulässig ist.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung, die im wesentlichen aus zwei identischen magnetischen Speicherlementen 10 und 12 und zwei Gleichrichtern 14 und 16 besteht, wobei das Element 10 endgültig abgelesen werden soll und das Element 12 entsprechend einer Bedingung in einen bestimmten Zustand gebracht wird. Die Gleichrichter 14 und 16 sind vorzugsweise Kristalldioden, die so ausgewählt sind, daß die Diode 14 eine merklich höhere Leitfähigkeit besitzt als die Diode 16. Das Element 10 ist mit zwei Wicklungen 18 und 20 und das Element 12 mit einer einzigen Wicklung 22 versehen. Die Wicklungen 18,20 und 22 werden symbolisch durch eine, vier und zwei Windungen dargestellt, um damit ganz allgemein die relative Anzahl von Windungen in jeder Wicklung anzudeuten, wie dies oben erklärt ist. Die Widerstände 24 und 26 sind als solche in der Schaltung nicht vorhanden, sondern stellen den Eigenwiderstand der Wicklungen 20 und 22 sowie den Innenwiderstand der Dioden 14 und 16 dar. Dadurch ist der Widerstand 26 merklich größer als der Widerstand 24, da er weitgehend den Widerstand in der Diode 16 mit relativ niedriger Leitfähigkeit wiedergibt.

Zunächst sei der Fall betrachtet, bei dem das magnetische Speicherelement 10 vorher in den Zustand »frei« gebracht worden ist und das Element 12 sich in einem gegebenen Zustand befindet, wobei ein Anrufstrom ohne Einhaltung bestimmter Bedingungen über die Leitung 28 durch die Wicklung 18 auf dem Element 10 in einer Richtung fließt, welche dem Zustand »frei« entspricht. Er teilt sich zwischen den anderen beiden möglichen Strompfaden entsprechend den Spannungsabfällen an den Widerständen und den in den Wicklungen erzeugten Gegen- oder Kompensationsspannungen auf. Da das Speicherelement 10 vorher in den Zustand »frei« gebracht worden war, erscheint die Wicklung 20 als virtueller Kurzschluß, da der andauernde Sättigungszustand die Induktion einer merklichen Spannung in der Wicklung 20 verhindert. Infolgedessen erscheint nur der kleine Spannungsabfall an der Diode 14 auf diesem Strompfad.

Da der Widerstand 26 merklich größer ist als der Widerstand 24 und/oder die Gegenspannung Null ist, geht der größere Anteil des Stromes durch die Wicklung 20, während nur ein relativ kleiner Teil durch

die Wicklung 22 auf dem Speicherelement 12 fließt. Solange der Strom durch die Wicklung 22 kleiner ist als der Mindeststrom, der benötigt wird, um die magnetomotorische Kraft in dem Element 12 über den kritischen Wert zu bringen, welcher zur Umkehr der Polarität erforderlich ist, erfolgt keine Änderung des magnetischen Zustandes des Elementes 12 (vorausgesetzt, daß sein Zustand ein Kippen erlaubt). Nun sei der Fall betrachtet, bei dem das Element

enigegengerichtet ist. Wenn das Element 10 seinen Zustand nicht ändert, wird eine ungenügende Gegenspannung erzeugt, und es fließt ein Strom in der Wicklung 22, der nicht ausreicht, das Element 20 5 zum Kippen zu bringen (wenn dieses hierzu in der Lage ist). Wenn Jedoch das Element 10 entsprechend dem durch die Wicklung 18 fließenden Strom kippt, reicht die Gegenspannung aus, um den Stromfluß durch den ersten Abschnitt zu blockieren mit dem

dere Zwecke. Die magnetischen Speicherelemente 10 und 12 werden infolgedessen zu jeder Zeit unter Leerlaufbedingungen zum Kippen gebracht.

Es sei weiter festgestellt, daß mit oder ohne Gleichrichter der Widerstand der Abschnitte nicht verschieden sein muß, daß aber der vorerwähnte Unterschied zur besseren Arbeitsweise beiträgt.

Auch dann, wenn die Grundschaltung nach Fig. 1

10 vorher in den Zustand »besetzt« gebracht worden io Ergebnis, daß der durch den zweiten Abschnitt und

ist. Der Anrufstrom fließt wieder ohne Einhaltung be- die Wicklung 22 fließende Strom ausreicht, um das

stimmter Bedingungen über die Leitung 28 durch die Element 12 zu kippen.

Wicklung 18 auf dem Element 10 in einer Richtung, Die Gleichrichteranordnungen 14 und 16 sind für die der Stellung »frei« entspricht, und das Element die Grundschaltung nicht unbedingt erforderlich. In 10 kippt in seinem anderen magnetischen Zustand. 15 der Praxis jedoch dienen sie zur Verhinderung von Dies hat zur Folge, daß in den Wicklungen 18 und 20 Ringströmen, welche durch den ersten und zweiten Spannungen induziert werden, die der der relativen Abschnitt fließen. Solche Ströme können den Betrieb Anzahl von Windungen proportional sind. Dies be- der Anordnung in ungünstiger Weise beeinflussen, deutet, daß die Amplitude der in der Wicklung 20 Wenn kein Anrufstrom fließt, verhindern die Dioden induzierten Spannung etwa viermal so groß ist wie die 20 14 und 16 die Ausbildung eines Ringstromes, der der in der Wicklung 18 erzeugten Spannung und in sich durch eine Kombination der in den Wicklungen gleicher Weise etwa zweimal so groß wie die, welche induzierten Spannungen ergibt. Diese können beiin der Wicklung 22 induziert würde, wenn das EIe- spielsweise durch zusätzliche (nicht eingezeichnete) ment 12 seinen magnetischen Zustand im gleichen Wicklungen auf den Elementen entstehen, die zur Ausmaß ändern würde. Als Folge hiervon wird die 25 Ablesung dienen oder dazu, das Element in den ZuDiode 14 durch die in der Wicklung 20 erzeugte stand »besetzt« oder »frei« zu bringen, oder für an-Gegenspannung gesperrt, und der gesamte Anrufstrom fließt durch die Wicklung 22 und bewirkt am
Element 12 eine doppelt so große Umschaltenergie,
wie sie am Element 10 vorhanden ist. Dadurch wird 30
das Element 12 schneller umgeschaltet wie das Element 10, und es wird vollständig umgeschaltet, bevor
die induzierte Spannung, welche den Anruf steuert,
abgeklungen ist.

Es ist verständlich, daß durch Umkehr der Zulei- 35 auf die Bearbeitung beliebiger logischer Funktionen tungen zu den Wicklungen 18 und 20 erreicht wer- ausgedehnt wird, werden alle magnetischen Elemente den kann, daß der Anrufstrom das Element 10 in bei einer solchen Schaltung nur unter Leerlaufbedineinen magnetischen Zustand bringt, der willkürlich gungen, d. h. ohne Belastung, zum Kippen gebracht, mit »besetzt« bezeichnet worden ist, wobei der Zu- Infolgedessen sind Widerstandselemente bei einer stand des Elementes 12 nur dann geändert wird, wenn 40 Schaltung, die nach dem Prinzip der Fig. 1 aufgebaut das Element 10 vorher »frei« war. Ferner kann das ist, nicht erforderlich, während früher Widerstands-Element 12 entweder in den Zustand »frei« oder »be- elemente notwendig waren, um den Kurzschluß einer setzt« gebracht werden, wenn der Zustand des EIe- oder mehrerer Wicklungen bei bestimmten Bedingunmentes 10 geändert wird, was von der Polarität der gen zu verhindern. Diese Eigenschaft der Leerlauf-Verbindung und der Richtung der Wicklung 22 ab- 45 umschaltung ermöglicht es, die Erfindung auf komhängt. Damit kann die vorliegende Erfindung dazu plizierte Netzwerke für logische Schaltwerke anzuverwendet werden, ein magnetisches Speicherelement wenden, wobei der Energiebedarf pro Kreis eine entweder bei Auftreten einer bestimmten vorgegebe- Funktion der Gesamtzahl der zugehörigen Elemente nen Bedingung oder ohne irgendeine Bedingung in und nicht eine Funktion der komplizierten Gesamteinen der beiden möglichen magnetischen Sättigungs- 50 schaltung ist.
zustände zu bringen. In Fig. 2 stellt die Kurve α eine Spannung dar, wie

Die Schaltung nach Fig. 1 kann in anderer Weise sie in jeder Wicklung eines magnetischen Speicherso beschrieben werden, daß sie ein erstes Element 10 elementes induziert wird, wenn dieses Element seinen mit einem sättigungsfähigen Kern und ein zweites magnetischen Zustand ändert. Wenn das Speicher-Element 12, ebenfalls mit einem sättigungsfähigen 55 element bis zur Sättigung magnetisiert wird, und zwar Kern, enthält und ein Anrufstrompfad mit den Lei- in einer solchen Richtung, daß keine Änderung des tungen 28 verbunden ist, wobei dieser Pfad einen die magnetischen Zustandes erfolgt, hat die als Folge Wicklung 20 enthaltenden ersten Abschnitt und einen eines impulsförmigen Anrufstromes induzierte Spandie Wicklung 22 enthaltenden zweiten Abschnitt auf- nung eine Form, wie sie in Kurve b der Fig. 2 geweist. Diese Abschnitte zweigen von dem Hauptweg 60 zeigt ist. Wenn sich auch die Amplituden der beiden an den Punkten 29 und 29' ab. Außer diesen Ab- auf diese Weise induzierten Spannungen beträchtlich

schnitten enthält der Anrufstrompfad die Wicklung 18 auf dem ersten Speicherelement. Die grundsätzliche Arbeitsweise der Schaltung hängt davon ab, ob die Wicklung 20 so angeordnet ist, daß bei einem 65 Kippen des Elementes 10 von einem magnetischen Zustand in einen anderen die in der Wicklung 20 erzeugte Spannung der Flußrichtung des Anruf stromes

unterscheiden, ist es doch für bestimmte Anwendungen erwünscht, den Kurvenverlauf nach der Kurve b zu eliminieren.

Eine Modifikation der Grundschaltung nach Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt, wobei die Spannung, welche dann an das Element 12 gelegt wird, wenn das Element 10 seinen magnetischen Zustand nicht ändert, praktisch

Null ist. Zu diesem Zweck wird ein zusätzliches magnetisches Speicherelement 30 mittels der beiden Wicklungen 32 und 34 in den Kreis eingeschaltet, wobei diese Wicklungen gleichsinnig in Serie geschaltet sind. Das Element 30 befindet sich immer in dem Zustand »frei«, so daß ein Anrufstrom über die Leitung 28 das Element nur weiter in den Bereich der Sättigung unter Beibehaltung der ursprünglichen Polarität steuert. Befindet sich das Element 10 in dem Zustand »frei«, so daß der Anrufstrom über die Wicklung 20 kurzgeschlossen ist, so wird eine Spannung entsprechend der in Kurve b der Fig. 2 gezeigten Kurvenform in der Wicklung 20 induziert und an die Wicklung 22 auf dem Element 12 gelegt. Der Anrufstrom, der durch die Wicklung 32 auf dem Element 30 fließt, bewirkt jedoch, daß eine Spannung der gleichen Kurvenform in der Wicklung 34 induziert wird, welche an die Wicklung 22 auf dem Element 12 mit entgegengesetzter Polarität wie die Spannung aus der Wicklung 20 gelegt wird. In Kurve c der Fig. 2 ist dargestellt, daß dann, wenn die Spannung aus der Wicklung 20, welche an die Wicklung 22 gelegt wird, den Kurvenverlauf 36 aufweist, die Spannung aus der Wicklung 34 als Kurve 38 erscheint. Da die Spannungen 36 und 38 die Tendenz zeigen, sich gegenseitig aufzuheben, wird praktisch keine Spannung an die Wicklung 22 gelegt, wenn der Fluß in dem Element 10 seine Polarität nicht ändert.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ist äquivalent der nach Fig. 1 und dient zur Demonstration der Anwendung der Erfindung auf die Durchführung verschiedener logischer Vorgänge. Um jedoch ein besseres Verständnis der verwendeten Prinzipien zu ermöglichen, wird die Schaltung nach Fig. 1 betrachtet. Zusätzlich werden nur die Grundzüge des Schaltbeispiels dargelegt. Dabei kann jedes der verschiedenen magnetischen Speicherelemente mit einer oder mehreren (nicht eingezeichneten) Wicklungen versehen sein, über die diese Speicherelemente in die Stellungen »besetzt« oder »frei« gebracht oder induzierte Spannungsimpulse anderen elektronischen oder elektromechanischen Anordnungen zugeführt werden können. Die erfindungsgemäße Anordnung kann somit zusammen mit geeigneten Eingangs- und Ausgangsschaltungen die gesamten Steuerfunktionen und Rechenfunktionen eines umfangreichen elektronischen Datenverarbeitungssystems ausüben.

Die Art und Weise, in der die Grundschaltung nach Fig. 1 so angewendet werden kann, daß sie als sogenannte logische »Oder«-Schaltung arbeitet, wird in Fig. 4 dargestellt, auf die im folgenden Bezug genommen wird. Bei dieser Schaltung wird das magnetische Speicherelement 40 unter der Bedingung in die Stellung »besetzt« gebracht, daß entweder das Speicherelement 42 oder 44 vorher in die Stellung »besetzt« gebracht worden war. Wenn beide Speicherelemente 42 und 44 vorher die Stellung »frei« eingenommen hatten, stellt der Weg über die Wicklungen 46, 48, 50 und 52 einen Kurzschluß dar, und der Hauptanteil des Anrufstromes über die Zuleitung 54 fließt im Nebenschluß an der Wicklung 56 des Elementes 40 vorbei. Wenn entweder das Element 42 oder 44 »besetzt« war, wird eine Spannung in der Wicklung 46 oder 48 auf einem dieser Elemente erzeugt, die so groß ist, daß die Diode 58 sperrt und der gesamte Anrufstrom über die Wicklung 56 des Speicherelementes 40 fließt. Die Schaltung kann so ausgeführt werden, daß das Element 40 in die Stellung »frei« gebracht wird, wenn entweder das Element 42 oder das Element 44 vorher in die Stellung »besetzt« gebracht worden ist. Dies geschieht durch Umkehr der Zuleitungen zur Wicklung 56.

Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine logische »Und«-Schaltung, bei der beide Speicherelemente 70 und 72 »besetzt« sein müssen, damit das Element 74 in die Stellung »besetzt« gebracht werden

ίο kann. Dem Anrufstrom über die Leitung 76 stehen in diesem Fall drei Wege zur Verfügung. Wenn das Element 70 oder das Element 72 »frei« ist, tritt ein Kurzschluß über diesen Weg auf, und der Hauptanteil des Stromes fließt im Nebenschluß an der Wicklung 78 des Speicherelementes 74 vorbei. Wenn beide Speicherelemente 70 und 72 »besetzt« sind, wird in beiden Wicklungen 80 und 82 eine Spannung induziert, welche die entsprechenden Dioden 84 und 86 sperrt und den gesamten Anruf strom durch die Wick-

zo lung 78 treibt und dabei das Element 74 in der willkürlich mit »besetzt« bezeichneten Richtung in den Sättigungszustand überführt. Hierbei werden drei Gleichrichter 84, 86 und 88 benötigt, um das Aufheben eines Ringstromes als Ergebnis der in den Wicklungen induzierten Spannungen zu verhindern. In Fig. 6 wird eine Schaltung gezeigt, welche dem Ausdruck genügt: »Bringe D in den gleichen Zustand wie A und (B oder C)«; d. h., das Speicherelement 100 wird in die Stellung »besetzt« gebracht, wenn soso wohl das Element 102 als auch Element 104 oder Element 106 »besetzt« sind. Es ist klar, daß dann ein Kurzschlußkreis vorhanden ist, der es ermöglicht, daß der Anrufstrom im Nebenschluß an der Wicklung 108 des Elementes 100 vorbeifließt, wenn die obige Bedingung nicht zutrifft, jedoch nicht umgekehrt.

Zusätzlich zu ihrer Verwendung in logischen Schaltungen kann die erfindungsgemäße Anordnung direkt als Bauteil einer elektronischen digitalen Datenverarbeitungsanlage verwendet werden. Fig. 7 zeigt die Möglichkeit, wie mit einer Anordnung gemäß der Erfindung sich die Funktionen einer Flip-Hop-Schaltung oder eines bistabilen Multivibrators erzielen lassen. Die sogenannte Flip-Flop-Schaltung in Fig. 7 hat die spezielle Eigenschaft, daß die gespeicherte Information, ohne sie zu zerstören, abgelesen werden kann, eine Eigenschaft, die nicht allgemein bei magnetischen Schaltungen gefunden wird. Zum Betrieb der Flip-Flop-Schaltung sind zwei voneinander unabhängige Anrufströme über die Leiiungen 120 und 122 erforderlich, wobei es aber nicht unbedingt erforderlich ist, daß der Anrufstrom periodisch in abwechselnden Sperrperioden auftritt. Die Flip-Flop-Schaltung enthält zwei magnetische Speicherelemente 124 und 126, die sich beide zwangläufig in dem Zustand befinden, der willkürlich mit »frei« bezeichnet wird, wenn die Flip-Flop-Schaltung die binäre Information »0« speichern soll. Der A_nrufstrom über die Leitung 120 oder 122 ändert dann den magnetischen Zustand des Elementes 124 bzw. 126 nicht, so daß die Elemente in dem Zustand »frei« verbleiben. Um die Flip-Flop-Schaltung in die Stellung »1« zu bringen, werden eines der beiden Elemente 124 oder 126 oder beide durch einen Stromimpuls in einer oder mehreren darauf befindliehen (nicht gezeigten) Wicklungen in die Stellung »besetzt« gebracht. Wenn dann beispielsweise das Element 124 »besetzt« ist, kippt ein Anrufstrom auf der Leitung 120 dieses Element in den Zustand

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ίο

»frei«. Dabei wird eine Spannung in der Wicklung 128 induziert, welche die Diode 130 sperrt, was zur Folge hat, daß der Anrufstrom auf der Leitung 120 durch die Wicklung 132 des Elementes 126 fließt und dessen Polarität umkehrt. Ein Anrufstrom auf der Leitung 122 würde das Schaltelement 126 in den Zustand »frei« und das Element 124 in den Zustand »besetzt« bringen. Es ist für den Fachmann klar, daß entweder eines der beiden Speicherelemente 124 und 126 oder beide mit einer (nicht eingezeichneten) zusätzlichen Ausgangswicklung versehen sein können. Das Kippen der Speicherelemente erzeugt dabei einen Spannungsimpuls auf solch einer Ausgangsleitung, der anzeigt, daß die Flip-Flop-Schaltung den Zustand »1« speichert, während bei dem gespeicherten Zustand »0« keine Ausgangsspannung auftritt.

Die Schaltung nach Fig. 7 kann auch in anderer Weise so analysiert werden, daß sie einen Pfad für den ersten Anrufstrom enthält, der mit den Zuleitungen 120 verbunden ist und dessen erster Zweig die Wicklung 128 und dessen zweiter Zweig die Wicklung 132 enthält. Ein Weg für den zweiten Anrufstrom ist mit den Zuleitungen 122 verbunden, und sein erster erhält die Wicklung 133 und sein zweiter Zweig die Wicklung 135. Die vollständige Analyse der Schaltungen nach den Fig. 1, 2 und 3 kann dann auf die beiden so gebildeten Grundschaltungen angewendet werden.

Fig. 7 A zeigt, wie die Anordnung nach Fig. 7 so erweitert werden kann, daß ein viertes Element 134 unter der Bedingung in die Stellung »besetzt« gebracht wird, daß die Flip-Flop-Schaltung den Zustand»!« speichert und ein zusätzliches drittes Element 136 vorher in den Zustand »besetzt« gebracht worden war. Mit einer zusätzlichen Wicklung 138 auf dem Element 124, die als Ausgangswicklung der Flip-Flop-Schaltung dient, wird das Element 134 bei Auftreten eines Anrufstromes auf der Leitung 120 in den Zustand »besetzt« gebracht, wenn die Flip-Flop-Schaltung den Wert »1« speichert und die mit ihrem Ausgang verbundene Sperre offen ist, weil das magnetische Speicherelement 136 »besetzt« ist. Die gleiche Erweiterung der Schaltung der Fig. 7 kann auch vorgenommen werden, daß sie die »Oder«-Schaltung nach Fig. 4 enthält.

In Fig. 7 A kann der erste Weg für den Anrufstrom als offener Kreis angesehen werden, der in Serie mit einem verzweigten Netzwerk liegt, das einen ersten, zweiten und dritten Zweig enthält, wobei der erste Zweig die Wicklung 138, der zweite Zweig die Wicklung 141 des Elementes 136 und der dritte Zweig die Wicklung 139 des Elementes 134 enthält.

Das Element 134 kann eines der zahlreichen, in anderen Rechenmaschinen verwendeten Speicherelemente, beispielsweise ein Verschieberegister, ein Zählwerk od. dgl. sein, oder es kann eine Regelfunktion ausüben. Im letzteren Fall kann es mit zusätzlichen Eingangs- und Ausgangswicklungen versehen sein, die so angeordnet sind, daß, wenn es über die Eingangswicklung auf den Zustand »1« getestet wird, der resultierende Impuls dann, wenn wirklich eine »1« gespeichert wird, einen bestimmten Vorgang auslöst. In Abänderung dessen kann der Impuls, der dazu dient, das Element 134 in die Stellung »besetzt« zu bringen, nach einer Verstärkung oder einer anderen geeigneten Umwandlung dazu verwendet werden, z. B. eine elektrische Schreibmaschine oder die Regelvorrichtung eines Servomechanismus anzutreiben.

Während die Erfindung nur an Hand einiger einfacher Beispiele dargestellt wurde, ist sie doch in gleicher Weise für komplizierte Netzwerke, beispielsweise Verschieberegister, elektronische Rechenakkumulatoren und automatische Regel- oder Prüfeinrichtungen, anwendbar, ohne daß von den Grundprinzipien der Erfindung abgewichen wird. Dabei wird jeder Schaltvorgang unter Leerlaufbedingungen ohne Widerstände durchgeführt und jedes Element unter dem Einfluß einer einzigen getrennten magnetomotorischen Kraft umgeschaltet. Komplizierte Funktionen können mit so hoher Arbeitsgeschwindigkeit und niedrigem Energieverbrauch und ohne Energiebegrenzung in bezug auf die komplizierte Gesamtschaltung durchgeführt werden.

Claims (19)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetische Speichereinrichtung mit Magnetkernen, die eine annähernd rechteckförmige Hysteresiskurve aufweisen, gekennzeichnet durch mindestens zwei sättigungsfähige Kernelemente (10, 12) und einen Strompfad mit zwei parallelen Zweigen (29, 20, 29' und 29, 22, 29') durch mindestens eine erste Wicklung (20), die induktiv mit dem einen Kernelement (10) gekoppelt ist und in dem einen Zweig liegt, sowie durch mindestens eine zweite Wicklung (22), die induktiv mit dem anderen Kernelement (12) gekoppelt ist und in einem der Zweige liegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Strom in dem Pfad sich auf die beiden Zweige derart verteilt, daß, wenn sich das eine Kernelement in dem einen Magnetisierungszustand befindet, in dem mindestens der Hauptanteil des Stromes infolge der verhältnismäßig niedrigen Impedanz der ersten Wicklung den ersten Zweig durchfließt, der in dem zweiten Zweig etwa noch fließende Strom nicht ausreicht, um den Magnetisierungszustand des zweiten Elementes zu ändern, während, wenn das erste Kernelement sich in dem zweiten Magnetisierungszustand befindet, in dem die erste Wicklung einen verhältnismäßig hohen Widerstand bietet, ein großer Anteil des Stromes in dem zweiten Zweig fließt, der den Magnetisierungszustand des zweiten Elementes ändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen (20, 22) in verschiedenen Zweigen des Strompfades liegen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Element (10) eine dritte oder Anrufstromwicklung (18) induktiv gekoppelt ist, die einen Anrufstrom führt, der gleichzeitig mit dem Strom in dem Pfad fließt, um das erste Element zu kippen, wenn es kippbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anrufstromwicklung (18) in dem Strompfad hinter den Abschnitten liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom in der Anrufstromwicklung (18), dessen Größe zum Kippen des ersten Kernelementes ausreicht, aber die verkehrte Richtung besitzt, bewirkt, daß der Strom des Pfades sich infolge der niedrigen induzierten Rückspannung der ersten Wicklung (20) des ersten Kernelementes (10) auf die beiden Zweige direkt verteilt, da der Strom in dem zweiten

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Zweig nicht genügt, um das zweite Kernelement zu kippen, während ein Anrufstrom, dessen Größe zum Kippen des ersten Kernelementes ausreicht und der auch die richtige Richtung hat, bewirkt, daß der Strom in dem Pfad sich infolge der höheren, in der ersten Wicklung des ersten Kernelementes induzierten Spannung auf die beiden Zweige derart verteilt, daß in dem zweiten Zweig genügend Strom fließt, um das zweite Kernelement zu kippen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zweig (29, 22, 29') einen größeren Widerstand hat als der erste Zweig (29, 20, 29'), so daß der Strom in dem zweiten Zweig entsprechend begrenzt wird, wenn die niedrige Rückspannung in dem ersten Zweig erzeugt wird.

7. Einrichtung nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige des Strompfades je eine Gleichrichteranordnung (14 oder 16) aufweisen, die in den betreffenden Zweigen in der gleichen Richtung mit Bezug auf den Strompfad liegen, jedoch in Bezug aufeinander in dem Reihenkreis gegensinnig geschaltet sind, so daß in dem Reihenkreis und daher auch in den Wicklungen keine Ringströme fließen können.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung (14) des ersten Zweiges eine größere Leitfähigkeit in der Flußrichtung aufweist als die Gleichrichteranordnung (16) des zweiten Zweiges.

9. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (20) des Kernelementes (10) eine größere Anzahl von Windungen hat als die Anrufstromwicklung (18) des ersten Kernelementes, während die Wicklung (22) auf dem zweiten Kernelement eine zwischen den beiden Werten liegende Anzahl von Windungen aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windungszahlverhältnis für die erste Wicklung (20) und die Anrufstromwicklung (18) des ersten Kernelementes (10) 4:1 beträgt und für die erste Wicklung des ersten Kernelementes und die Wicklung (22) des zweiten Kernelementes 4:2.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein drittes Element mit einem sättigungsfähigen Kern (30) und einer ersten Wicklung (32) enthält, die so eingeschaltet ist, daß sie mindestens einen Teil des Stromes durch den ersten Zweig des Strompfades aufnimmt, während eine zweite Wicklung (34) auf dem dritten Element in den zweiten Zweig des Strompfades eingeschaltet und die Anordnung so getroffen ist, daß der Strom durch die erste Wicklung (20) des dritten Elementes das Bestreben zeigt, das dritte Element in einem gegebenen magnetischen Zustand zu halten, während Stromimpulse in der ersten Wicklung (32) des dritten Elementes eine Spannung in der zweiten Wicklung (34) des dritten Elementes erzeugen, die dazu dient, die in der ersten Wicklung (20) des ersten Elementes (10) induzierte und die an die Wicklung (22) des zweiten Elementes (12) gelegte Spannung zu kompensieren, wenn das erste Element seinen magnetischen Zustand nicht ändert.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (32) auf dem dritten Element (30) in den Stromweg außerhalb der Verzweigung eingeschaltet ist.

13. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein weiteres zusätzliches Element mit einem sättigungsfähigen Kern (42) besitzt, wobei dieses zusätzliche Element eine erste Wicklung (46) in dem ersten Zweig des Strompfades in Serie mit der ersten Wicklung (48) auf dem ersten Element (44) besitzt und dieses zusätzliche Element ferner eine Anrufwicklung (52) im gleichen Kreis mit der Anrufwicklung (50) des ersten Elementes hat, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine Umschaltung des ersten oder des zusätzlichen Elementes einen Strom in dem zweiten Zweig zur Folge hat, der genügend groß ist, um das zweite Element (40) umzuschalten.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites zusätzliches sättigungsfähiges Kernelement (102) vorgesehen ist, das eine erste Wicklung in einem dritten, zum ersten Zweig parallelen Zweig des Strompfades trägt und eine Anrufwicklung in Reihe mit den Anrufwicklungen des ersten Elementes (106) und des ersten zusätzlichen Elementes (104) trägt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Änderung der magnetischen Polarität des ersten Elementes und eines der zusätzlichen Elemente erforderlich ist, um einen zur Umschaltung des zweiten Elementes ausreichenden Strom in dem zweiten Zweig zu erzeugen.

15. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein weiteres zusätzliches Element mit einem sättigungsfähigen Kern (72) enthält, das eine erste Wicklung (82) in einem dritten Zweig des Strompfades aufweist, der parallel zu dem ersten Zweig liegt, und wobei das zusätzliche Element eine Anrufwicklung in dem gleichen Kreis aufweist wie die Anrufwicklung des ersten Elementes (70) und die Anordnung so getroffen ist, daß eine Umschaltung des ersten und des zusätzlichen Elementes einen Strom in dem zweiten Strompfad zur Folge hat, der ausreicht, das zweite Element (74) umzuschalten.

16. Einrichtung nach Ansprüchen 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anrufstromwicklungen in dem Strompfad hinter der Verzweigung liegen.

17. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen zweiten Strompfad mit einem ersten und einem zweiten Zweig sowie eine unabhängige Anordnung (122) enthält, welche aus einer ersten Anrufwicklung besteht, die dazu dient, einen Anrufstrom an das zweite Element (126) zu legen, wobei der erste Zweig des zweiten Strompfades eine Wicklung (133) auf dem zweiten Element besitzt, während der zweite Zweig des zweiten Strompfades eine Wicklung (135) auf dem ersten Element besitzt (124) und die Anordnung so getroffen ist, daß dann, wenn eines der Elemente sich vorher in einem magnetischen Zustand befindet, der eine Umschaltung durch den Anrufstrom ermöglicht, der in der Anrufwicklung des einen Elementes fließende Anrufstrom einen der

in der Anrufwicklung des anderen Elementes fließenden Anrufstrom zur Folge hat, welcher eine Umschaltung mindestens eines dieser Elemente bewirkt.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein drittes und viertes Element (136 und 134) besitzt, wobei der erste Strompfad außerhalb seiner Aufzweigung ein Netzwerk in Serie mit dem ersten Pfad besitzt und dieses Netzwerk einen ersten, zweiten und dritten Zweig besitzt, wobei der erste Zweig dieses Netzwerkes eine Wicklung (138) auf dem ersten Element (124), der zweite Zweig des Netzwerkes eine Wicklung (141) auf dem dritten Element (136) und der dritte Zweig eine Wicklung (139) auf dem vierten Element (134) enthält, während das Netzwerk außerhalb dieser Zweige eine Wicklung auf dem dritten Element besitzt, wobei der erste und zweite Zweig des Netzwerkes parallel zueinander und zu dem dritten Zweig des

Netzwerkes liegen, während die Anordnung so getroffen ist, daß ein genügend großer Strom für die Umschaltung des vierten Elementes in dem dritten Zweig .des Netzwerkes nur dann fließt, wenn gleichzeitig eine Umschaltung des ersten und dritten Elementes erfolgt.

19. Einrichtung nach Ansprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromzweig eine Gleichrichteranordnung besitzt, die so geschaltet sind, daß sie in bezug auf den Strompfad, in den sie eingeschaltet sind, in der gleichen Richtung leiten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Ringströme in den Zweigen während des Betriebes vermieden werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronic Engineering«, Mai 1954, S. 192 bis 199;
»Electronics«, September 1954, S. 174 bis 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 739/279 11.61