DE1122299B - Schieberegister mit Supraleitern - Google Patents

Description

In dem Hauptpatent wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, in welcher der Leitfähigkeitszustand eines Supraleiters bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf den Supraleiter einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist, welche dadurch eine gewisse Verriegelungseigenschaft besitzt, daß das auf den Supraleiter einwirkende Magnetfeld durch zwei entgegengesetzte Durchflutungen hervorrufende und fest miteinander gekoppelte Wicklungen auf dem Supraleiter erzeugt wird und daß eine der beiden Wicklungen mit dem Supraleiter in Reihe geschaltet ist (Fig. 5). In einem Ausführungsbeispiel wird dort gezeigt, wie mit einem bekannten, aus zwei parallelen supraleitenden Zweigen aufgebauten, an zwei Eingängen ein- bzw. rückstellbaren Flip-Flop und zwei der genannten Anordnungen ein an einem Eingang umsteuerbarer Flip-Flop aufgebaut werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine zweckmäßige Weiterbildung der Anordnung nach dem Hauptpatent, die es gestattet, eine Anzahl solcher Anordnungen zu einem Schieberegister hintereinanderzuschalten, welches ohne die bisher erforderlichen Zwischenspeicher- oder Verzögerungsstufen auskommt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einem an einem Eingang umsteuerbares Flip-Flop, in welchem nach Patent 1 092 060 jede Eingangswicklung eines an zwei Eingängen ein- bzw. rückstellbaren Flip-Flops (Stufe B) mit zwei parallel an eine Stromquelle angeschlossenen supraleitenden und in ihrem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Zweigen, bei dem auf jeden Zweig eine Eingangswicklung und vorzugsweise eine in den anderen Zweig eingeschaltete Steuerwicklung einwirkt, in Reihe mit einem weiteren in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Supraleiter, welcher zwei entgegengesetzte Durchflutungen hervorrufende und fest miteinander gekoppelte Wicklungen trägt, und dessen einer Wicklung an den Eingang der Anordnung angeschlossen ist, die zweite Wicklung jedes der weiteren Supraleiter jeweils in einen Zweig eines weiteren derartigen Flip-Flops (Stufe A) eingeschaltet ist, so daß beim Anlegen eines Schiebeimpulses an den Eingang der Anordnung der erste Flip-Flop (Stufe B) den Zustand des zweiten Flip-Flops (Stufe Λ) vor dem Anlegen des Schiebeimpulses annimmt.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung, welche drei Stufen eines solchen Schieberegisters zeigt, näher beschrieben.

Das in Fig. 1 gezeigte Schieberegister enthält drei Stufen A, B und C von gleicher Bauart. Jede Stufe Schieberegister mit Supraleitern

Zusatz zum Patent 1 092 060

Anmelder:
International Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt, Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Dezember 1958 (Nr. 782 310)

James Bruce Mackay, Poughkeepsie, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

enthält einen Supraleiterspeicher in Form einer Flip-Flop-Schaltung, die einen binären Eins- oder einen binären Null-Zustand annehmen kann. Die Stufen sind durch Stromsteuerkreise gekoppelt, welche die der Schaltung zugeführten Schiebeimpulse so steuern, daß jede Stufe gemäß dem Zustand der vorhergehenden Stufe zur Zeit der Zuführung eines Schiebeimpulses eingestellt wird. Die binären Flip-Flop-Kreise für die drei Stufen sind in dicken Linien und die die Stufen koppelnden Steuerkreise in normal starken Linien gezeichnet, um die Darstellung der Schaltung klarer zu gestalten. Aus demselben Grunde ist jede der Supraleiter-Torsteuervorrichtungen, die in den Flip-Flop- und Steuerkreisen verwendet werden, in drahtgewickelter Form dargestellt, d. h. als Supraleiter-Torleitung, um die eine Steuerspule gewickelt ist. Jede Schieberegisterstufe, die sowohl Flip-Flop- als auch Steuerkreise enthält, besteht aus Supraleitermaterial, und zwar die Torleitungen aus weichem und die übrigen Teile aus Schaltungen aus hartem Supraleitermaterial. »Weich« ist ein Supraleitermaterial, das durch ein relativ schwaches magnetisches Feld bei der Betriebstemperatur der Schaltung normalleitend wird, und »hart« ist ein Supraleitermaterial, das erst durch ein relativ starkes magnetisches Feld bei der Betriebstemperatur der Schaltung normalleitend wird. Bei dieser Anordnung bleiben die harten Supraleiterteile der Schieberegisterstufen stets supraleitend, während die weichen Supraleiterteile,

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d. h. die Torleitungen, normalerweise im supraleitenden Zustand sind, aber wahlweise normalleitend gemacht werden durch magnetische Felder, die von ihren Steuerspulen erzeugt werden, wenn diese in der unten beschriebenen Art und Weise erregt werden. Die Betriebstemperatur der Schaltung kann z. B. 4,2° K betragen, und dann bestehen die Torleitungen aus Tantal, oder die Betriebstemperatur kann 3,7° K betragen, und dann bestehen die Torleitungen vorzugsweise aus Zinn. Die harten Supraleiterteile der Schaltung können z. B. aus Blei oder Niobium bestehen. Obwohl die Schaltung hier in Drahtform mit drahtgewickelten Kryotron -Torsteuervorrichtungen dargestellt ist, um die Zeichnungen klarer zu gestalten, kann die Schaltung auch unter ausschließlicher Verwendung von aus dünnen Filmen bestehenden Leitungen und Torsteuervorrichtungen hergestellt werden.

Da die drei gezeigten Stufen des Schieberegisters identisch sind, sind übereinstimmende Komponenten in jeder Stufe mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet, denen je nach der Stufe der Buchstabe A, B oder C nachgestellt ist. Der Aufbau jeder Stufe und ihre Wirkungsweise in der Schaltung geht aus der nachstehenden genauen Erklärung der Stufe B hervor.

Der Flip-Flop-Kreis für die Stufe B besteht aus zwei Strompfaden 10 B und 12 B. Sie verlaufen parallel zwischen einer Erdklemme 14 B und einer Stromeingangsklemme 15 B, die an eine Quelle 16 B angeschlossen ist. Der Pfad 10 B enthält eine Steuerspule 17 B, die um ein Kryotrontor 18 B gewickelt ist, eine weitere Steuerspule 20 B, die um ein Kryotrontor 225 gewickelt ist, sowie ein Kryotrontor 24 B und eine Steuerspule 26 B, die um ein Kryotron 28 B gewickelt ist. Der andere Pfad 125 enthält das Kryotrontor 18 B, eine Steuerspule 30 B, die um ein Kryotrontor 32 B gewickelt ist, eine Steuerspule 34 B, die um ein Kryotrontor 24 B gewickelt ist, und eine Steuerspule 36 B, die um eine Kryotrontor 38 B gewickelt ist. Der Flip-Flop kann zwei stabile Zustände annehmen, und zwar wird in seinem binären NuIl-Zustand der Strom aus der Quelle 16 B durch den Pfad 10 B geleitet, und in seinem binären Eins-Zustand wird der Strom aus der Quelle 16 B durch den Pfad 12 B geleitet. Wenn der Flip-Flop im binären Null-Zustand ist, ist der Pfad 10 B ganz supraleitend, und der in der Wicklung 17 B fließende Strom aus der Quelle 16 B hält einen Teil des Tors 18 B normalleitend. Dieses Tor liegt im Pfad 12 B, und daher wird durch diese Kreuzkopplung sichergestellt, daß nach Errichtung des Stroms im Pfad 10 B der Strom in diesem Pfad bleibt, bis ein Eingang in der weiter unten beschriebenen Weise zugeführt wird. Die im Pfad 12 B hegende Wicklung 34 B ist um einen Teil des im Pfad 10 B liegenden Tors 24 B gewickelt, so daß dieses Tor normalleitend gehalten wird, wenn der Flip-Flop im binären Eins-Zustand ist und Strom aus der Quelle 165 im Pfad 125 fließt.

Die Eingänge, die der Flip-Flop zwischen seinen stabilen Zuständen hin- und herschalten, werden einer von zwei Eingangsspulen 405 und 425 auf dem Tor 245 oder einer von zwei Eingangsspulen 445 und 465 auf dem Tor 185 zugeführt. Die drei Steuerspulen 345, 405 und 425 auf dem Tor 245 und ebenso die drei Steuerspulen 175, 445 und 465 auf dem Tor 185 sind um getrennte Teile dieser Tore gewickelt und bilden einzelne anstatt kombinierter Felder, um die Zustände der Tore zu steuern.

Die Steuerspulen 405 und 445 führen Eingänge von einer außerhalb des Schieberegisters befindlichen Schaltung aus dem Flip-Flop der Stufe B zu und werden verwendet, wenn z. B. ein dreistelliges Wort gleichzeitig in das dreistellige Register eingegeben werden soll. Ein der Wicklung 405 zugeführter Eingang macht den zugeordneten Teil des Tors 245 normalleitend und bringt dadurch den Flip-Flop in den binären Eins-Zustand. Ebenso bringt ein der Spule 44 B zugeführter Eingang den Flip-Flop in den binären Null-Zustand. Die Steuerspulen 425 und 465 liegen in einem Steuerkreis, der durch den Flip-Flop in der vorhergehenden A -Stufe des Schieberegisters gesteuert wird, und während einer Schiebeoperation wird eine dieser Wicklungen erregt und bringt den Flip-Flop der Stufe 5 entweder in den binären Eins- oder in den binären Null-Zustand je nach dem im Flip-Flop von Stufe A gespeicherten Wert.

Die Ausgänge für den Flip-Flop von Stufe 5 des Schieberegisters werden geliefert durch die beiden durch die Steuerspule 265 auf dem Tor 285 und die Steuerspule 365 auf dem Tor 385 gebildeten Kryotrone. Wenn der Flip-Flop im binären Null-Zustand ist und daher der Strom aus der Quelle 165 im Pfad 105 fließt, ist das Tor 28 5 normalleitend und das Tor 38 5 supraleitend. Wenn der Flip-Flop dagegen im binären Eins-Zustand ist und Strom im Pfad 125 fließt, ist das Tor 28 5 supraleitend und die Tor 385 normalleitend. Diese Tore bilden daher durch ihren supraleitenden oder normalleitenden Zustand eine sandige Ausgangsanzeige für die in dem Flip-Flop gespeicherten binären Informationen und können ohne Störung des Zustandes des Flip-Flops abgefragt werden.

Die Schiebeimpulse, durch die Informationsbits in dem Register von Stufe zu Stufe verschoben werden, werden von einer Schiebeimpulsquelle 50 geliefert. Diese Quelle ist durch Widerstände 52 Λ, 525 und 52 C an Eingangsklemmen 54 A, 545 und 54 C für die Steuerkreise der Stufen A, B bzw. C des Schieberegisters angeschlossen. In der Stufe 5 enthält der durch den Flip-Flop dieser Stufe gesteuerte Stromsteuerkreis zwei Strompfade 565 und 585, die parallel von der Klemme 545 ausgehen. Der Pfad 56 5 enthält das Tor 325, eine Spule 605, die mit diesem Tor in Reihe geschaltet und um es herumgewickelt ist, und die Steuerspule 46 C auf dem Tor 18 C im Flip-Flop der Stufe C des Schieberegisters. Der andere Pfad dieses Steuerkreises enthält das Tor 225, eine Spule 625, die mit diesem Tor in Reihe geschaltet und um es herumgewickelt ist, und die Steuerspule 42 C auf dem Tor 24 C im Flip-Flop der Stufe C. Das Tor 24 C liegt in dem binären NuIl-Strompfad IOC des Flip-Flops der Stufe C, und wenn ein der Klemme 545 des Steuerkreises der Stufe B zugeführter Schiebeimpuls zum Pfad 58 5 und durch die Spule 42 C geleitet wird, wird der Flip-Flop der Stufe C in den binären Null-Zustand gebracht. Wenn der der Klemme 545 zugeführte Schiebeimpuls zum Pfad 565 und durch die Spule 46 C auf dem Tor 18 C geleitet wird, wird der Flip-Flop der Stufe C in den binären Zustand gebracht.

Derjenige der Pfade 565 und 585, in den der Schiebeimpuls geleitet wird, wird bestimmt durch den binären Zustand des Flip-Flops von Stufe 5, der durch den supraleitenden oder normalleitenden Zustand der Tore 22 5 und 32 B angezeigt wird. Wenn

dieser Rip-Flop im binären Null-Zustand ist und der Strom aus der Quelle 16 B in den Pfad 10 B fließt, der die Spule 20 B auf dem Tor 22 B enthält, ist das Tor 22 B normalleitend und das Tor 32 B supraleitend. Wenn der Flip-Flop der Stufe B im binären Eins-Zustand ist, ist das Tor 22 B supraleitend und das Tor 32 B normalleitend. Daher wird der der Klemme 54 B zugeführte Schiebeimpuls zum Pfad 56 B geleitet, um den Flip-Flop der Stufe C in den binären Null-Zustand zu bringen, wenn eine binäre Null in Stufe B des Registers gespeichert ist, und wenn in Stufe B eine binäre Eins gespeichert ist, wird der Schiebeimpuls zum Pfad 58 B geleitet, um den Flip-Flop der Stufe C in den binären Eins-Zustand zu bringen. Das in Stufe B gespeicherte binäre Bit wird daher bei jeder Betätigung der Schiebeimpulsquelle 50 zur nächstfolgenden Stufe C verschoben. Gleichzeitig und durch die gleiche Schaltung wird das in Stufe A gespeicherte binäre Bit zur Stufe B und das in Stufe C gespeicherte Bit entweder zu einer Ausgangsschaltung für das Register oder zu einer anderen folgenden Registerstufe übertragen.

Die gleichzeitige Übertragung von Informationen, bei der jede Stufe des Registers die Einstellung der nächsten Stufe steuert und gleichzeitig unter der Steuerung der vorhergehenden Stufe eingestellt wird, war bisher ein ziemlich großes Problem bei Schieberegistern nach dem Stand der Technik. Dieses Problem erhebt sich, wenn z. B. eine bestimmte Stufe des Registers anfangs im binären Eins-Zustand und die vorhergehende Stufe im binären Null-Zustand sind. In diesem Falle wird die bestimmte Stufe des Registers zwischen ihren stabilen Zuständen hin- und hergeschaltet und steuert gleichzeitig die Einstellung der nächsten Stufe gemäß ihrem Anfangszustand. Die Stromsteuerkreise, die die Stufen des Schieberegisters nach der Erfindung koppeln, machen in dieser Hinsicht keine Schwierigkeiten.

Bei der Stufe B ist jedes der Tore 22 B und 32 B in dem Stromsteuerkreis, der diese Stufe mit der Stufe C des Registers koppelt, mit einer Eigenwicklung versehen, die mit dem Tor in Reihe geschaltet ist und die, wenn ein Schiebeimpuls durch das Tor geleitet wird, ein magnetisches Feld an das Tor anlegt. Die Größe des Schiebestromimpulses und die Ganghöhe der Eigenwicklungen auf diesen Toren sind so beschaffen, daß das durch die Spule 60 B oder 62 B dem Tor 32 B oder 22 B angelegte Feld allein nicht ausreicht, um das Tor normalleitend zu machen. Jede dieser Eigenwicklungen ist so angeordnet, daß das von ihr angelegte Feld sich mit dem durch die andere Spule auf dem Tor angelegten Feld kombiniert. Daher legen die Spulen 20B und 62 B Felder an das Tor 22B an, die je nach der Richtung des Stroms durch diese Wicklungen entweder zueinander addiert oder voneinander subtrahiert werden. In derselben Weise werden durch die Spulen 3OiB und 60 B kombinierte Felder an das Tor 32 B angelegt. Die von der Schiebeimpulsquelle 50 und der Speisestromquelle 16 B gelieferten Impulse haben eine solche Richtung, daß das durch eine der Wicklungen auf jedem dieser Tore erzeugte Feld dem durch die andere erzeugten Feld entgegenwirkt. Außerdem ist die Anordnung so, daß der durch die Quelle 16 θ in die Wicklung 20 B oder 30 B gesendete Strom ein magnetisches Feld erzeugt, das allein ausreicht, um das zugeordnete Tor 22 B oder 32 B normalleitend zu machen. Wenn z. B das Feld, das nötig ist, um diese Tore normalleitend zu machen, mit H₁.

bezeichnet wird, legt jede der Wicklungen 20 B und 3OB, wenn sie durch Strom aus der Quelle 16B erregt wird, ein Feld von +1,5 H_c an das ihr zugeordnete Tor an. Jede der Wicklungen 60S und 62B legt, wenn sie durch einen Stromimpuls aus der Quelle 50 erregt wird, ein magnetisches Feld von — 0,75 H₁. an ihr zugeordnetes Tor an. Wenn daher entweder keine oder beide Wicklungen auf einem dieser Tore erregt sind oder wenn nur die Wicklung60 B bzw. die Wicklung 62 B erregt ist, ist das Tor supraleitend. Daher wird jedes Tor 22 B und 32B in dem die Stufe B mit der Stufe C koppelnden Steuerkreis nur dann normalleitend gehalten, wenn seine zugeordnete Wicklung 20 B cder 30 B im Flip-Flop-Kreis der Stufe B den Strom aus der Quelle 16 B enthält und sich kein Strom aus der Quelle 50 in der Eigenwicklung auf diesem Tor befindet.

In Verbindung mit diesen Ausführungen sei nun die Wirkungsweise der Schaltung betrachtet, wenn ein Schiebeimpuls durch die Quelle 50 zu einem Zeitpunkt gesendet wird, wenn die Stufe A eine binäre Null und die Stufe B eine binäre Eins speichern. Der der Klemme 54 B zugeführte Schiebeimpuls wird zunächst durch den Pfad 58 B geleitet und bringt den Flip-Flop der Stufe C in den binären Eins-Zustand, da, wenn der Flip-Flop der Stufe B eine Eins speichert, das Tor 22 B supraleitend und das Tor 32 B normalleitend ist. Wenn also anfangs der Schiebeimpuls zugeführt wird, führt die Spule 30 B auf dem Tor 32 B den ganzen Strom aus der Quelle 16 B und lege daher ein Feld von +1,5 H\. an dieses Tor an, und die Eigenwicklung 60 B auf dem Tor 32 B enthält keinen Strom, so daß dieses Tor normalleitend bleibt. Die Spule 20 B im binären Null-Strompfad des Flip-Flops führt keinen Strom, und daher ist das gesamte Feld, das anfangs an das Tor 22 B angelegt wird, unter Außerachtlassung des durch den Strom im Tor selbst erzeugten Feldes das Feld —0,75 H_c, das von der Spule 62 B angelegt wird, und das Tor bleibt supraleitend. Gleichzeitig mit der Zuleitung des Schiebeimpulses zur Klemme 54 B der Stufe B wird jedoch ein ähnlicher Impuls der Klemme 54 A der Stufe A zugeführt. Da die Stufe A eine binäre Null speichert, wird der Schiebeimpuls durch den Pfad 56 Λ der Kopplungsstufen A und B geleitet und erregt die Spule 46 B auf dem Tor 18 B in dem binären Eins-Strompfad des Flip-Flops der Stufe B. Der durch die Quelle 50 der Spule 46 B zugeleitete Strom reicht aus, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das stärker ist als das kritische Feld H_c für den Teil des Tors 18 B, um den diese Spule gewickelt ist, und daher wird das Tor normalleitend. Infolgedessen beginnt der Strom aus der Quelle 16 B sich vom Pfad 12 B zum Pfad 10 B zu verlagern, und diese Stromverschiebung hält an, bis der ganze Strom aus der Quelle 16 B sich in diesem letzgenannten Pfad befindet und der Flip-Flop in den binären Null-Zustand gebracht worden ist. Durch diese Stromverschiebung im Flip-Flop der Stufe B wird jedoch nicht der Strom in dem die Stufen B und C koppelnden Stromkreis beeinflußt. Anfangs legt, wie oben erwähnt, die Wicklung 305 ein Feld von + 1,5 H₁ an das Tor 32 B an und macht es normalleitend, so daß der Schiebeimpuls durch den Pfad 58 B geleitet wird und den Flip-Flop der Stufe C in den binären Eins-Zustand schaltet und gleichzeitig die Eigenwicklung 62 B auf dem Tor 22 B erregt, um ein Feld von 0,75 H_c an dieses Tor anzulegen. Bei der Verschiebung des Stroms aus der

Quelle 16 B aus dem Pfad 125 in den Pfad 10 B werden die Wicklung 30 B abgeschaltet und die Wicklung 20 B erregt. Daher wird das an das Tor 325 angelegte Netto-Feld auf Null reduziert, während das an das Tor 22 B angelegte Netto-Feld von —0,75 H_c auf + 0,75 H_c erhöht wird. Als Ergebnis der Stromverschiebung geht daher das Tor 32 B aus dem normalleitenden in den supraleitenden Zustand über, aber das Tor 225 bleibt supraleitend. Daher sind beide Pfade 56 B und 58 B in dem die Stufen B und C koppelnden Stromkreis supraleitend, aber die Stromverschiebung bleibt ganz in dem Pfad 585 erhalten, worin der Strom anfangs geflossen ist, da in diesem Pfad kein Widerstand eingeführt worden ist. Bei Beendigung des Schiebeimpulses, wenn kein Strom mehr in der Spule 625 enthalten ist, wird das Tor 225 durch die Spule 205 normalleitend gemacht, so daß der nächste zugeführte Schiebeimpuls durch den Pfad 565 geleitet wird und den Flip-Flop der Stufe C in den binären Null-Zustand schaltet.

Wenn also ein Schiebeimpuls der Klemme 545 der Stufe 5 des Registers zugeführt wird, wird er — nach einer in der Beschreibung außer acht gelassenen Wanderwelle — durch die Tore 225 und 325 hindurch zu einem der Pfade 565 und 585 geleitet, und wenn er einmal darin fließt, bleibt der Schiebestrom selbst dann ungestört, wenn der Zustand des Flip-Flops durch einen Schiebeimpuls aus der vorhergehenden Stufe des Registers umgeschaltet wird. Die anderen Steuerkreise, die die aufeinanderfolgenden Stufen des Registers koppeln, arbeiten in derselben Weise, und zwar wird jeder durch eine Stufe gesteuert, um die nächstfolgende Stufe einzustellen, so daß jedes Bit in dem Register um eine Position nach rechts übertragen wird.

Bei der Stufe 5 sieht man, daß die Wicklung 205 im Pfad 105 magnetisch mit der Wicklung 625 im Pfad 585 gekoppelt ist und daß die Wicklung 305 im Pfad 125 magnetisch mit der Wicklung 605 im Pfad 56 S gekoppelt ist. Wenn während einer Schiebeoperation der Strom in dem Flip-Flop für diese Stufe zwischen den Pfaden 105 und 125 verschoben wird, wird ein Strom in den Pfaden 56 5 und 585 induziert. Diese letztgenannten Pfade, die von der Klemme 545 aus zur Erde verlaufen, bilden tatsächlich eine geschlossene Schleife, und da die Tore 225 und 325 während des letzten Teils der Schiebeoperation beide supraleitend sind, besteht die Möglichkeit, daß der in dieser Schleife induzierte Strom infolge der Kopplung zwischen den Spulen 205 nud 625 und 305 und 605 fortdauern und die nachfolgende Operation des Steuerkreises stören könnte. Diese Möglichkeit kann ausgeschlossen werden durch Einschaltung einer weiteren Spule in jeden der Pfade 105 und 585, die im entgegengesetzten Sinne zur Kopplung der Spulen 225 und 625 gekoppelt sind, sowie durch Einschaltung einer weiteren Spule in jeden der Pfade 12 S und 565.

Obwohl in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine getrennte Speisestromquelle für jede Stufe dargestellt ist, können die Flip-Flops der aufeinanderfolgenden Stufen mit einer einzigen Stromquelle in Reihe geschaltet sein. Zum Beispiel können die Quellen 165 und 16 C wegfallen und statt dessen die Klemmen 14 A der Stufe an die Klemme 155 der Stufe 5 anstatt an die Erde angeschlossen werden, und ebenso wird dann die Klemme 145 mit der Klemme 16 C verbunden. Diese Schiebeimpulsquelle 50 kann auch mit den die aufeinanderfolgenden Stufen koppelnden Steuerkreisen in Reihe geschaltet sein, anstatt die Schiebeimpulse über die parallel geschalteten Widerstände 52 Λ, 525 und 52 C zu schicken.

Die Kopplungskreise können in Reihe geschaltet werden, indem die beiden Pfade 56 A und 58/4 mit der Klemme 545 verbunden anstatt geerdet werden, und ebenso können die Pfade 565 und 585 mit der

ίο Klemme 54 C verbunden anstatt geerdet werden. Bei dieser Schaltungsanordnung fallen die parallel geschalteten Widerstandsverbindungen zu den Stufen weg, und es wird eine konstante Stromimpulsquelle, die nur an die Klemme 54 A angeschlossen ist, verwendet, um den Schiebestrom den in Reihe geschalteten Stromsteuerkreisen zuzuleiten, die die aufeinanderfolgenden Stufen des Registers koppeln.

Ob nun die Flip-Flops für die aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegisters und die diese Stufen

ao koppelnden Stromsteuerkreise in Reihe oder parallel geschaltet sind, die Größe des jeder dieser Schaltungen zugeführten Stroms kann dieselbe sein. Zum Beispiel kann jede der Quellen 16 A, 165 und 16 C in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dieselbe Stromgröße den Klemmen 15 A, 155 und 15 C zuführen, wie sie auch durch die Schiebeimpulsquelle 50 den Klemmen 54,4, 545 und 54 C zugeleitet wird. Wenn diese Stromgröße mit / bezeichnet wird, kann jede der Steuerwicklungen in der Schaltung mit Ausnahme der Eigenwicklungen 60 A, 62 A, 605, 625, 6OC und 62 C, wenn sie diesen Strom / führt, an das ihr zugeordnete Tor ein magnetisches Feld der Größe 1,5 H_c anlegen. Diese Tore und Steuerwicklungen können daher alle denselben Aufbau haben. Das heißt, die Schaltung kann ausschließlich mit Kryotronen hergestellt werden, die dieselben Kennzeichen haben, wobei jedes der Steuerkreiskryotone, d. h. derjenigen mit den Toren 32 A, 22 A, 325, 225, 32 C und 22C, eine besondere Steuerleitung hat, die, wenn sie den Strom / führt, ein magnetisches Feld von 0,75 H₁. an das Tor anlegt.

Wie es bei vielen Schieberegistern der Fall ist, kann die Schaltung von Fig. 1 als Ringzähler verwendet werden, indem eine binäre Eins in die erste oder /4-Stufe eingegeben und dann nacheinander von Stufe zu Stufe schrittweise weitcrgeschaltet wird. Der Zähler kann geschlossen werden, indem einfach der Steuerkreis für die letzte Stufe so angeordnet wird, daß er Eingänge an die erste anlegt. Zum Beispiel werden die Pfade 56C und 58C der Stufe C an die Steuerspulen 46 Λ und 42/4 der Stufe A angeschlossen, um einen geschlossenen dreistufigen Ringzähler zu bilden. Wenn eine offene Ringschaltung gewünscht wird, in der keine Verbindung von der letzten Stufe zurück zur ersten bestehen, kann der Pfad 58/1 in dem die Stufen A und 5 koppelnden Steuerkreis an die Spule 46/4 der Stufe A anstatt an die Erde angeschlossen werden. Wenn ein Schiebeimpuls der Klemme 54 A zugeführt wird, während die Stufe A im binären Eins-Zustand ist, wird der Impuls durch den Pfad 58/4 geleitet und bringt den Flip-Flop der Stufe 5 in den binären Eins-Zustand, wie es oben erklärt ist. Wenn der Pfad SSA mit der Spule 46 A verbunden ist, stellt dieser Schiebeimpuls außerdem die Stufe A in den binären Null-Zustand zurück. Bei Zuführung des nächsten Schiebeimpulses wird daher die binäre Eins in Stufe B zur Stufe C übertragen, und die Stufe 5 wird unter der Steuerung der Stufe A

in den binären Null-Zustand zurückgestellt. Daher Wird nur eine einzige binäre Eins den Zähler hinuntergeschaltet, und nur eine der Stufen ist nach jeder Schiebeoperation im binären Eins-Zustand. Diese Schaltung eignet sich auch für viele Schieberegisteranwendungen. In vielen solchen Anwendungen muß z. B. ein mehrstelliges Wort parallel in das Register eingegeben und dann in dem Register um eine oder mehrere Stellen weitergeschaltet oder verschoben werden. Wenn das in Stufe A, die erste Stufe, eingegebene Bit eine Null ist, entsteht natürlich kein Problem, da jede Stufe, beginnend mit der nächstniedrigen Stufe B, bei der Rechtsverschiebung des Wortes auf Null zurückgestellt wird. Wenn jedoch das in die Stufe A eingegebene Bit des Wortes eine binäre Eins ist, wird durch die oben beschriebene Schaltung diese Stufe während der ersten Schiebeoperation in den binären Null-Zustand zurückgestellt, wodurch sichergestellt wird, daß die niedrigsten Stufen des Registers nacheinander auf Null zurückgestellt werden, wenn die niedrigste Stelle des eingegebenen Wortes nach rechts verschoben wird. Wenn das Schieberegister in Anwendungen benutzt werden soll, in denen die Bits von Informationsworten in Serie in die erste Stufe sowie parallel in mehrere Stufen eingegeben werden sollen, und die oben erwähnte Verbindung vom Pfad 58 Λ zur Spule 46 A besteht, muß außerdem eine Schaltvorrichtung vorgesehen werden, um diesen Verbindungskreis während der serienweisen Eingabe abzuschalten.

Wie schon erwähnt, werden die in den verschiedenen Stellen des Schieberegisters gespeicherten Informationswerte dargestellt durch den Zustand der Tore der Ausgangskryotrons, z. B. der Tore 28 B und 38 B von Stufe B. Diese Tore können zwischen der Zuführung von Schiebeimpulsen abgefragt werden, um das in dem Register gespeicherte Wort zu entnehmen. In vielen Rechneranwendungen werden Schieberegister zusammen mit logischen Schaltungen verwendet, um verschiedene Rechenoperationen auszuführen. Bei einer solchen Anwendung ist eine in einem Schieberegister gespeicherte mehrstellige Zahl der eine Faktor in der auszuführenden Multiplikation. Während dieser Operation müssen nacheinander die Bits der Zahl parallel aus dem Schieberegister in die zugeordnete logische Schaltung übertragen werden, dann müssen die Bits der Zahl in dem Register stellenverschoben und danach erneut entnommen werden. Das Schieberegister nach der Erfindung eignet sich gut für eine solche Anwendung, da sowohl die Entnahme- als auch die Stellenverschiebungsoperation gleichzeitig auf einen von der Quelle 50 gelieferten Schiebeimpuls hin ausgeführt werden können. In einer solchen Anwendung werden die Ausgänge für die verschiedenen Registerstufen von den die Stufen koppelnden Steuerpfaden abgeleitet. Die Pfade 56 A und 5SA sind dann nicht geerdet, sondern an die binäre Null- bzw. die binäre Eins-Ausgangsklemme für die Stufe A des Registers angeschlossen, und ebenso sind die Pfade 56 B und 58 B sowie 56 C und 58 C an die binären Null- und Eins-Ausgangsklemmen für die Stufen B bzw. C des Registers angeschlossen. Bei diesen Verbindungen wird bei jeder Zuführung eines Schiebeimpulses ein Impuls zu der binären Ein- oder Null-Ausgangsklemme für jede Stufe des Schieberegisters gesendet und stellt dieses in der betreffenden Stufe gespeicherte binäre Bit dar, wenn der Schiebeimpuls zugeführt wird, und gleichzeitig werden die verschiedenen Bits, aus denen das mehrstellige Wort besteht, jedes in dem Register um eine Stelle weitergeschoben.

Das in Fig. 1 gezeigte Schieberegister nach der Erfindung kann also mit einer Mindestzahl von Schaltungsteilen vom gleichen Typ aufgebaut werden und ist in der Wirkungsweise nicht durch eng begrenzende Schaltungsgrößen eingeschränkt. Trotz dieser Einfachheit der Herstellung und Operation ist das Schieberegister sehr vielseitig und eignet sich für viele verschiedene Rechneranwendungen. Besonders sei darauf hingewiesen, daß jeder der Flip-Flops in dem Register eine tatsächliche Speicherposition ist, so daß keine Puffer- oder Verzögerungsstufen nötig sind, und die Informationsbits werden direkt ohne jede Verzögerung auf die Zuführung eines einzigen Schiebeimpulses durch die Stromquelle 50 verschoben. Die einzige einschränkende Größe bezüglich des von der Quelle 50 gelieferten Impulses besteht darin, daß er eine bestimmte Größe haben und mindestens so lange aufrechterhalten werden muß, wie es nötig ist, um die Flip-Flops aus einem Zustand in den anderen zu schalten. Für die maximale Breite der Schiebeimpulse besteht keine Grenze, da die die verschiedenen Stufen koppelnden Stromsteuerkreise den Strom einen der beiden verfügbaren Pfade leiten und der Strom darin bleibt, bis der Schiebeimpuls beendet ist.

Supraleiter - Übertragungsschaltungen, wie z. B. Schieberegister und Ringzähler, können ebenfalls nach der Erfindung hergestellt werden, ohne daß es nötig ist, die in Fig. 1 gezeigten, über Kreuz gekoppelten Flip-Flops als Speichervorrichtungen zu verwenden. Es können z. B. nicht über Kreuz gekoppelte Flip-Flop-Kreise als Speichervorrichtungen verwendet werden, da mit den Kopplungskreisen nach der vorliegenden Erfindung die Schiebeimpulse so lange aufrechterhalten werden können, wie es nötig ist, um die gewünschte Verschiebung zu bewirken, ohne das die Gefahr einer fehlerhaften Operation besteht. Ebenso können auch Speichervorrichtungen, die mit fortdauerndem Strom arbeiten, verwendet werden; es ist dann nur erforderlich, eine entsprechende Steuerung und Selbstvorspannung vorzusehen, damit ein einmal zugeführter Schiebeimpuls durch den richtigen Pfad des Kopplungskreises unter der Steuerung der vorhergehenden Speichervorrichtung geleitet wird und in diesem Pfad selbst dann bleibt, wenn danach der Zustand der betreffenden Speichervorrichtung verändert wird, bevor der Schiebeimpuls beendet ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Schieberegister mit einer Anzahl von an einem Eingang umsteuerbaren Flip-Flops, in welchen jede Eingangswicklung eines an zwei Eingängen ein- bzw. rückstellbaren Flip-Flops mit zwei parallel an eine Stromquelle angeschlossenen supraleitenden und in ihrem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Zweigen, bei dem auf jeden Zweig eine Eingangswicklung und vorzugsweise eine in den anderen Zweig eingeschaltete Steuerwicklung einwirkt, in Reihe mit einem weiteren in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Supraleiter, welcher zwei entgegengesetzte Durchflutungen hervorrufende und fest miteinander gekoppelte

   109 760/233

   Wicklungen trägt, und dessen eine Wicklung an den Eingang der Anordnung angeschlossen wird, nach Patent 109 260, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung jedes der weiteren Supraleiter jeweils in einen Zweig eines weiteren

   derartigen Flip-Flops eingeschaltet ist, so daß beim Anlegen eines Schiebeimpulses an den Eingang der Anordnung der erste Flip-Flop den Zustand des zweiten Flip-Flops vor dem Anlegen des Schiebeimpulses annimmt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen