DE1123497B

DE1123497B - Logische Schaltungen

Info

Publication number: DE1123497B
Application number: DEJ18725A
Authority: DE
Inventors: Frederick Hayes Dill
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1959-12-30
Filing date: 1960-09-16
Publication date: 1962-02-08
Also published as: US3070708A; GB953176A; NL256299A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft logische Operationen in Digitalrechnern, die mit Magnetkernen durchgeführt werden.

Bei der Entwicklung logischer Schaltungen für Digitalrechner wurde vorzugsweise der Magnetkern mit im wesentlichen rechteckiger Hystereseschleife als Speicherelement verwendet, da bei ihm kein Strom erforderlich ist, die gespeicherte Information in dem Material zu erhalten. Die Verwendung von Magnetkernen war jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß in Fällen, in denen eine Rückstellung der Magnetkerne erforderlich ist, ein zeitlich festgelegter Rückstellimpuls nötig ist, und diese zeitlich festgelegten Impulse stellen eine Geschwindigkeitsbegrenzung für das logische System dar, die die Durchführung jeglicher logischer Rechnungen verlangsamt.

Ein wünschenswert logisches System wäre ein solches, bei dem die Geschwindigkeit einer logischen Verknüpfung nur begrenzt wäre durch die Schaltgeschwindigkeit der Bauelemente, ohne daß man auf zeitlich festgelegte Impulse warten muß. Ein solches System wird in der Technik als asynchrones System bezeichnet.

Es wurde eine Technik zur Durchführung logischer Verknüpfungen unter der Verwendung von Magnetkernen mit im wesentlichen rechteckigen Hystereseschleifen gefunden, bei der eine Halbleiteranordnung, die in der Technik als Esaki- oder Tunneldiode bekannt ist, angewendet wird, die sowohl für Einstellals auch Rückstelloperationen der Magnetkerne dient und damit die Notwendigkeit zeitlich festgelegter Rückstellimpulse ausschaltet. Wenn diese Technik in logischen Systemen angewandt wird, gestattet sie asynchrones Arbeiten.

Die Erfindung umfaßt eine logische Schaltung mit automatischer Einstellvorrichtung für Magnetkerne sowie auch eine Signalaus- und -Eingabe und besteht darin, daß ein Element der Rückstellvorrichtung einen Bereich positiven und negativen Widerstandes besitzt, mittels einer Lasten- und Vorspannungsquelle in einem dieser Bereiche arbeitet und daß ein Signal an den Eingangsklemmen das Element in den anderen Bereich steuert, was bewirkt, daß die Einstellvorrichtung den Kern einstellt, der Kern aber nach dem Abklingen des Signals wieder rückgestellt wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

Fig. 1 eine Skizze einer rechteckigen Hystereseschleife eines magnetischen Elements, wie es in der Schaltung der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 2 eine Skizze der Stromspannungs-Kennlinie Logische Schaltungen

Anmelder:

International Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1959 (Nr. 862 983)

Frederick Hayes Dill, Putnam, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

der Esaki- oder Tunneldiode mit Arbeitsgeraden, wie sie für die verschiedenen Esaki- oder Tunneldioden verwendet werden,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß der Erfindung.

Die Schaltung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, in der ein Magnetkern 1 mit drei Wicklungen 2, 3 und 4 versehen ist. Die Wicklung 2 liegt in einer Masche in Reihe mit einer Batterie 5, einem Widerstand 6, einer Esaki- oder Tunneldiode 7 und einem induktiven Eingangselement 8, das einen vernachlässigbaren ohmschen Widerstand aufweist, wie z.B. einen Impulstransformator mit einer Eingangswicklung 9. Auf dem Kern 1 ist eine Ausgangswick- lung angebracht mit den Anschlüssen 10 und 11 zur Signalausgabe. Auf dem Kern 1 ist eine Rückstellwicklung 4 vorgesehen. Die Rückstellwicklung 4 ist in Reihenschaltung mit einer Batterie 12 und einem Widerstand 13 verbunden.

Die Arbeitsweise ist die folgende: Die Spannungsquelle 5 und der Widerstand 6 bilden die Belastung für die Esaki- oder Tunneldiode 7, wie in Fig. 2 als gestrichelte Gerade Y gezeigt, wobei die Esaki- oder Tunneldiode 7 so vorgespannt ist, daß sie stark leitet.

so Dies geht aus der Tatsache hervor, daß die gestrichelte Arbeitsgerade Y in Fig. 2 die Kennlinie im Bereich der Stromspitze I_p bei einem Arbeitspunkt I_b

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Claims

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schneidet. Unter diesen Bedingungen hält der normal Rückstellkreis durchgeführt werden, wie in Fig. 4 durch die Esaki- oder Tunneldiode fließende Strom gezeigt. In Fig. 4 ist die Diode, welche den Kern zuentsprechend dem Stromwert von Punkt B in Fig. 2 rückstellt, als Element 14 bezeichnet. Sie besitzt nornormalerweise den Kern in seinem zurückgestellten malerweise eine Vorspannung, die dem Punkt B von Zustand. Um dies zu erreichen, werden der Vorspan- 5 Fig. 2 entspricht. Die Diode 7, die den Kern in Fig. 4 nungsstrom Z₀ und die Lage des Arbeitspunktes B mit einschaltet, wird durch Vorspannung 5 und WiderHilfe der Spannung S und des Widerstandes 6 so stand 6 bei Punkt A im schwach leitenden Zustand reguliert, daß I_b größer ist als n-I_tm Fig. 1 plus dem gehalten. Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 4 Vorspannungsstrom Z₀ plus dem Talstrom Z_v. Dabei ist gleich der von Fig. 3 mit der Ausnahme, daß der ist zu beachten, daß infolge des gegenläufigen Wick- 10 Spitzenstrom der Esakidioden um etwa die Hälfte lungssinnes der Windungen 4 und 2 am Kern ledig- verringert ist.

lieh die Differenz der beiden Magnetisierangsstöme Z₆ In dieser Schaltung gibt es zwei Schwellwerte, die und Z₀ wirkt. Wenn ein magnetisches Element 1 ver- es ermöglichen, sie zur Durchführung von logischen wendet wird, das keine rechteckige Hystereseschleife Verknüpfungen zu verwenden. Der erste ist der aufweist, wird anstelle von η -I₁ ein Strom verwendet, 15 Schwellwert für den Magnetkern I_t oder der Sättider lediglich genügt, um es im Sättigungszustand zu gungsstrom für ein magnetisches Element ohne rechthalten. Unter diesen Bedingungen schaltet Z₀ den eckige Hystereseschleife. Der zweite ist der Minimal-Kern zurück und hält ihn in diesem Zustand, immer schwellwert für das Eingangssignal, der nötig ist, um wenn die Schaltung nicht arbeitet. den Kern umzuschalten und dann zurückstellen zu Wenn an den Klemmen 9 des Übertragers 8 ein ao lassen. Durch geeignete Verwendung dieser Schwell-Eingangssignal, vorzugsweise von kurzer Dauer, er- werte ist es möglich, »UND«-, »ODER«- und scheint, so wird die am Element 7 angelegte Span- »NICHT«-Funktionen zu erhalten, wie sie in der nung erhöht, welche die Arbeitsgerade in Fig. 2 nach Technik wohlbekannt sind und für logische Zwecke rechts schiebt. Dies bewirkt, daß der Strom in der verwendbar. Zum Beispiel kann die logische Funk-Esaki- oder Tunneldiode? auf Z_v abfällt. Die Schal- 35 tion A -B ausgedrückt werden durch gleichzeitige Antung ist so ausgelegt, daß der Vorspannungsstrom Wendung der Variablen A und B jeweils in der Form größer ist als der TalstromI_v, und zwar um einen eines Impulses an Elemente, wie z.B. 8, wobei die Wert, der höher liegt als n-I_t eines Kernes mit recht- Summe dieser Impulse einen Schwellwert für eine eckiger Hystereseschleife oder der Sättigungsstrom Esakidiode liefert, oder es kann als Abwandlung der eines Kernes ohne rechteckige Hystereseschleife. 30 Summenstrom zweier Eingangsschleifen den Schwell-Wenn der Strom, der das Element 7 durchfließt, auf wert für das magnetische Element ergeben, den Punkt abfällt, in dem der Unterschied zwischen In gleicher Weise würde für den logischen Ausbund dem Strom durch Element 7 genau gleich η-/^ druck AVB jeder Impuls in einer Größenordnung oder gleich dem Sättigungsstrom eines Kernes mit sein, die zur Lieferung des Schwellwertes genügt. Das nicht rechteckiger Hystereseschleife ist, so ist dies der 35 logische ~Ä würde erreicht durch Zuordnung eines Strom, der nötig ist, um den Remanenzzustand des synchronisierten festen Signals einer Polarität zu Kernes 1 zu verändern, so daß der KernI umge- einem Element, wie z.B. 8, und Einführung der schaltet wird. Eine Ausgangsspannung entsteht wäh- Variablen^, mit umgekehrter Wicklungspolarität in rend des Umschaltungsvorganges und erscheint an ein anderes Element, wie z.B. 8, so daß in Abden Ausgangspunkten 10 und 11. Wenn der Kernl 40 Wesenheit von A das feststehende Signal das inavöllig umgeschaltet ist, kann, der Strom in Kern 1 gnetische Element umschaltet. Diese Anordnung ist und in der Esaki- oder Tunneldiode 7 beginnen, nach funktionsgemäß gleichwertig zu B vT. Punkt B zu anzusteigen. Wenn der Strom durch EIe- Um einen Begriff von den bei der Erfindung vorment 7 auf einen solchen Wert steigt, daß der Strom kommenden Größenordnungen zu geben, seien nach-Z₀ entspricht dem Strom, der durch Wicklung 4 plus 45 stehend folgende Angaben gemacht:

n-I_t, also dem Strom, der nötig ist, den Remanenz- Magnetkern 1 l_t = 0,5 Am-

zustand von Kern 1 zu ändern, so wird der Kern von perewindungen

der Differenz, die durch die Wicklungen 2 und 4 von Batterie 5 0,1 V

Fig. 3 fließt, zurückgestellt. Nach Rückstellung des VorspaimungsstromZ₀^-Z( + zV .. o',62 Ampere

Kernes erhöht sich der Strom durch Element 7 und 50 Widerstand 6 0,1 Ohm

kommt in einem festen Arbeitspunkt B zum Still- Tunneldiode 7 I =1,2 Am-

stand, wo er bis zum nächsten Eingangsimpuls ver- p^P _ere

bleibt. Z_v = 0,12 Am-

Es wird ersichtlich, daß zwischen Einschalten und p_ere Zurückstellen des Kernes ein Geschwindigkeitsunter- 55

schied auftritt, und zwar auf Grund der geringeren PATENTANSPRÜCHE: verfügbaren Spannung während des Rückstellens der 1. Logische Schaltung mit automatischer Einschaltung. Stellvorrichtung für Magnetkerne sowie Signalaus-Außerdem wird ersichtlich, daß die Schaltung so und -eingabe, dadurch gekennzeichnet, daß ein ausgelegt werden kann, daß sie mit verschiedenen 60 Element (7) der Rückstellvorrichtung einen Be-Stromverhältnissen arbeitet, und zwar durch Ver- reich positiven und negativen Widerstandes beändern der Windungszahl in einer oder allen der sitzt, mittels einer Last (6) und Vorspannungs-Wicklungen. Außerdem kann durch entsprechende quelle (5) in einem dieser Bereiche arbeitet und Änderungen der Vorspannung die Schaltung zum daß ein Signal an den Eingangsklemmen (9) das Schalten um den Talpunkt anstatt der Stromspitze 65 Element in den anderen Bereich steuert, womit der Kennlinie in Fig. 2 gebracht werden. die Einstellvorrichtung den Kern einstellt, der Gemäß der Erfindung kann das Rückstellen durch Kern aber nach dem Abklingen des Signals wieder Einbau einer zweiten Esaki- oder Tunneldiode in den rückgestellt wird.
2. Schaltung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auch in der Einstellvorrichtung ein Element mit einem Bereich positiven und negativen Widerstandes befindet und dieses durch Last (13) und Vorspannung (12) so gesteuert wird, daß es sich in dem zum Element (7) der Rückstellvorrichtung entgegengesetzten Bereich befindet.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Elementen der Rück- und Einstellvorrichtung um hochdotierte Halbleiter, vorzugsweise Tunneldioden, handelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen