DE1131735B - Elektrische Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Informationen mit einem Gedaechtniselement - Google Patents

Description

deutsches

Patentamt

W 26105 Vffla/Ha¹

ANMELDKTAG: 31. JULI 1959
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 20. JUNI 1962

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung von Informationen, insbesondere binäre elektrische Laufzeitglieder und Verschiebespeicher.

Elektrische Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung von Informationen, bei denen einzelne Gedächtniselemente aus einem Material mit im wesentlichen nichtlinearen Eigenschaften verwendet werden, so daß die Gedächtniselemente zwei stabile Zustände annehmen können, sind bekannt und in zahlreichen Formen verbreitet. Vorteilhafterweise können dabei Gedächtniselemente entweder aus ferromagnetischem oder ferroelektrischem Material verwendet werden. Ferromagnetische Materialien der hier betrachteten Art besitzen rechteckige Hysteresiskennlinien. Die analogen ferroelektrischen Materialien weisen im wesentlichen rechteckige Ladungs-Spannungs-Kennlinien auf. Gedächtniselemente, die aus solchen Materialien bestehen, sind zur Speicherung von binären Informationselementen gut geeignet.

Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Informationen, bei der ferromagnetische und ferroelektrische Gedächtniselemente verwendet werden können, ist ein Verschiebespeicherkreis. Bei einem derartigen Kreis kann eine binäre Information an einer Stelle eingeführt und durch Verschieben entlang aufeinanderfolgenden Informationsadressen in eine andere Stelle des Kreises zeitweise gespeichert oder verzögert werden. In solchen Kreisen sind einseitig leitende Elemente, z. B. Dioden, erforderlich, um einen Übergang von Informationen zwischen den Stufen des Speichers nach rückwärts zu sperren. Dadurch ergeben sich Nachteile in Form zusätzlicher Kosten und höherer Leistungsaufnahmen sowie in bezug auf die Betriebssicherheit.

Die bekannten Verschiebespeicheranordnungen mit ferromagnetischen Gedächtniselementen, z. B. üblichen magnetischen Toroidkernen zur Speicherung der Information in jeder Stufe, weisen aber noch weitere Nachteile auf. So ist z. B. das Bewickeln von Toroidkernen mit den Leitern oder das Aufreihen auf die Leiter, welche die magnetischen Zustände steuern oder ablesen, kostspielig und zeitraubend. Das Bewickeln oder Aufreihen stellt auch eine Begrenzung für die Verkleinerung des magnetischen Gedächtniselements dar.

Die Art der in einem Verschiebespeicher gespeicherten Information wird im allgemeinen bestimmt, wenn das Informationselement zu der Stelle verschoben ist, an der die erforderliche Verzögerung erreicht ist. An dieser Stelle sind geeignete Feststellungs- und Verbraucherschaltanordnungen vor-Elektrische Schaltungsanordnung

zur Verarbeitung von Informationen

mit einem Gedächtniselement

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. August 1958 (Nr. 752 905)

Andrew Henry Bobeck, Chatham, N. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

gesehen, die das Element ablesen. Bei zahlreichen Verschiebespeichern und anderen Schaltanordnungen zur Verarbeitung von Informationen wird dabei das Informationselement zerstört, da es z. B. bei magnetischen Gedächtnisanordnungen im allgemeinen erforderlich ist, das magnetische Gedächtniselement von einem magnetischen Zustand in den anderen umzuschalten. Wenn daher die Information in einer besonderen Informationsadresse zur wiederholten Abfrage verfügbar sein soll, muß nach jeder Ablesung wenigstens einer der binären Werte die Information in der Adresse wiederhergestellt werden. Wenn auch die zerstörende Ablesung in der letzten Stufe eines Verschiebungsspeichers dazu dient, den Speicher für die nachfolgende Information wieder frei zu machen, so kann es doch häufig vorteilhaft sein, ein. Informationselement an irgendeiner ausgewählten Adresse im Speicher abzulesen, ohne das Element beim Durchlaufen des Speichers zu zerstören.

Es skid bereits Speicheranordnungen bekannt, die die Tatsache ausnutzen, daß ein Speicherelement in Teilbereichen unterschiedliche stabile Polarisationszustände haben kann. So ist eine Speichereinrichtung mit Magnetdrähten bekannt, die an Stelle einer

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Matrixanordnung mit Ferritkernen Verwendung fin- werden, bei der Teilbereiche einzeln polarisiert werden soll. Die Anordnung besteht aus einer Anzahl den können, beispielsweise an sich bekannte Magnetparalleler Magnetleiter, beispielsweise mit magne- leiter mit einer im wesentlichen rechteckigen tischem Material plattierten Kupferdrähten, die Hysteresislinie oder ferroelektrische Speicher mit im eine bevorzugt spiralförmige Magnetisierungsnchtung 5 wesentlichen rechteckiger Ladungs-Spannungs-Kennhaben, und dazu rechtwinklig verlaufenden elek- linie.

Irischen Leitern, die um die Magnetleiter gewickelt Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen im

oder gewebt sind, so daß in Reihe liegende Wick- einzelnen beschrieben.

lungen gebildet werden, die gegebenenfalls aus einer Fig. 1 zeigt ein ferromagnetisches Ausführungseinfachen Kreuzung bestehen. Wenn gleichzeitig to beispiel der Erfindung;

durch einen der Magnetleiter und einen der elek- Fig. 2 zeigt ein ferroelektrisches Ausführungstrischen Leiter ein Impuls bestimmter Polarität und beispiel der Erfindung.

Größe geschickt wird, so wird der betreffende In Fig. 1 ist eine ferromagnetische Ausführung

Magnetleiter im Kreuzungspunkt entsprechend stabil entsprechend dem Erfindungsprinzip dargestellt, die

polarisiert. Wenn durch den elektrischen Leiter ein 15 ein Einheitsgedächtniselement 20 enthält. Das EIe-

Impuls entgegengesetzter Polarität geschickt wird, ment 20 ist für die Erläuterung vergrößert dargestellt,

wird am Magnetleiter ein Impuls abgegeben, wenn Es besteht aus einem elektrischen Leiter mit einem

dieser dabei ummagnetisiert wird. spiralförmigen bevorzugten magnetischen Flußweg,

Der Erfindung liegt demgegenüber die Erkenntnis dessen Achse mit der Leiterachse übereinstimmt, zugrunde, daß in Teilbereichen eines Speicher- 20 Der Flußweg und vorteilhafterweise, jedoch nicht elements zwar verschiedene Polarisationszustände notwendigerweise, auch der Leiter können aus irgendinduziert werden können, daß diese aber nicht stabil einem bekannten ferromagnetischen Material besind, wenn die Teilbereiche zu klein sind, weil sie stehen, das im wesentlichen rechteckige Hysteresissich nach Wegnahme der polarisierenden Kraft der kennlinien aufweist. Das Element 20 kann z. B. vorUmgebung wieder angleichen. 25 teilhafterweise aus einem speziellen Element be-

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis sollen durch stehen, bei dem der spiralförmige magnetische Flußdie Erfindung neue vorteilhafte Anordnungen ge- weg dadurch verwirklicht ist, daß ein ferroschaffen werden. Es wird dabei von einer elektri- magnetischer Draht oder Streifen mit einer gegeschen Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von benen Steigung um einen elektrischen Leiter geInformationen ausgegangen, bestehend aus einem 30 wickelt ist.

Gedächtniselement aus einem Material, das in seinen Das Element 20 ist in eine Vielzahl von einzeln Bereichen stabile Polarisationszustände annehmen magnetisierbaren diskreten Segmenten eingeteilt, und kann, wenn diese Bereiche wenigstens eine vor- zwar durch die Verschiebungswicklungsgruppen 21 gegebene Minimalabmessung haben, die durch die bis 25, 31 bis 35, 41 bis 45, 51 bis 55 und 61 bis 63, besonderen Eigenschaften des Materials gegeben ist, 35 die induktiv mit dem Element 20 gekoppelt sind. Soeinem ersten polarisierenden Treibmittel, durch das mit sind bei der Ausführung der Fig. 1 dreizehn derein stabiler Polarisationszustand in einem ersten Be- artige Segmente nacheinander durch die folgenden reich induziert wird, dessen Abmessung größer als Wicklungen einzeln oder paarweise definiert: Die die Minimalabmessung ist, und Mitteln zur Fest- Wicklungen 21, 22, 23, 31 und 24, 32 und 25, 33 stellung von Polarisationsänderungen im Gedächtnis- 40 und 41, 34 und 42, 35 und 43, 51 und 44, 52 und 45, element; erfindungsgemäß sind zusätzliche polarisie- 53 und 61, 54 und 62 sowie 55 und 63. rende Treibmittel an einen zweiten Bereich des Die oben beschriebene Einteilung des Gedächtnis-Gedächtniselements angekoppelt, der dem ersten elements 20 in Segmente durch die Wicklungen stellt Bereich unmittelbar benachbart ist und eine kleinere eine der Grundlagen für die Arbeitsweise der Erfin-Abmessung hat, als es der vorgegebenen Minimal- 45 dung dar. Man hat bei der noch zu beschreibenden abmessung zur Induzierung eines stabilen Polari- ferromagnetischen Ausführung der Erfindung festsationszustandes entspricht. gestellt, daß magnetische Wechselwirkungen zwi-

Damit wird die Möglichkeit geschaffen, eine sehen eng gekoppelten magnetisierten Gebieten oder Koinzidenzeinheit aufzubauen, die praktisch unab- Segmenten stattfinden. Man hat ferner bei einem hängig von der Stärke der angelegten Impulse ist, 50 magnetischen Element wie dem Element 20 gefunden, wenn diese eine bestimmte Größe überschreiten. daß diese Wechselwirkungen eine Instabilität in Insbesondere ist nicht zu befürchten, daß durch zu einem magnetisierten Segment verursachen, das einem große Impulse Koinzidenz vorgetäuscht wird, wenn entgegengesetzt magnetisierten Gebiet benachbart ist, in Wirklichkeit nur ein Impuls vorhanden ist. Weiter wenn nicht das Segment wenigstens eine minimale wird ein besonders einfaches Verschieberegister ver- 55 Abmessung aufweist. Wenn also ein derartiges fügbar gemacht, bei dem die bei den älteren Ver- Segment eine geringere als die minimale Abmessung Schieberegistern mit magnetischer Speicherung be- aufweist und seine Magnetisierung in eine Richtung nötigten Dioden überflüssig sind, die nicht nur die geschaltet wird, die derjenigen eines benachbarten Herstellungskosten erhöhen, sondern auch viel Raum stabilen Gebiets entgegengesetzt ist, versetzen die einnehmen und Leistung verbrauchen. Darüber hin- 60 magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Segaus wird eine Möglichkeit verfügbar gemacht, die ment und dem benachbarten Gebiet das Segment in gespeicherte Information ohne Zerstörung abzulesen, seine ursprüngliche Magnetisierung zurück, sobald d. h., es wird das sonst bei vergleichbaren Speichern die treibende Kraft entfernt wird. Das Ausmaß der bestehende Erfordernis vermieden, die abgelesene Wechselwirkungen und die minimale stabile Lange Information jeweils wieder an der gleichen Stelle 65 eines magnetisierbaren Segments hängen offensichteinzuspeichern. lieh zum Teil von dem besonderen verwendeten ferro-

Zur Durchführung des Erfindungsgedankens kann magnetischen Material ab. Ferner kann eine beson-

grundsätzlich jede Speichereinrichtung verwendet dere Wechselwirkung auch durch geeignete Einrich-

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tung der Längen der Treiberwicklung der Treiber- geschaltet sind. Eine Hilfsablesewicklung 74 ist mit

felder oder des Abstands zwischen den Treiber- dem mittleren Segment der Informationsadresse B

wicklungen oder durch geeignete Einrichtungen von induktiv gekoppelt und liegt zwischen Erde und einer

Kombinationen dieser Faktoren erzielt werden. Wenn Hilfsableseimpulsquelle75. Die Informationsadresse B

ein Gedächtniselement wie das Element 20 verwendet 5 kann offensichtlich irgendeine Adresse zwischen den

wird, kann eine weitere Verbesserung der magneti- beiden Endadressen A und C sein, in der die Art der

sehen Wechselwirkung erreicht werden, indem der Information festgestellt werden soll. Obwohl in der

Draht der Drehung des magnetischen Drahtes oder Zeichnung die hierfür bestimmten Mittel nicht dar-

die Steigung des spiralförmig gewickelten Flußweges gestellt sind, kann mehr als eine Adresse abgefragt

geeignet eingerichtet wird. io werden, indem zusätzliche Ablesewicklungen und

Die Länge jedes der Segmente des Gedächtnis- zeitlich geeignet abgestimmte Impulsquellen vor-

elements 20, wie sie durch die oben angegebenen gesehen werden.

Wicklungen definiert sind, wird kleiner als die mini- Das Gedächtniselement selbst ist an einem Ende male Abmessung gewählt, die zur Erreichung der mit Erde und am anderen mit einem Informationsmagnetischen Stabilität notwendig ist. Die Segmente 15 ausgangskreis 76 verbunden, der Ausgangsspannungsweisen jedoch eine solche Länge auf, daß zwei be- signale abnehmen und sie zu einer nicht dargestellten nachbarte Segmente eine minimale Gruppe bilden, zugehörigen Schaltanordnung übertragen kann, innerhalb deren eine magnetische Polarität, die der- Wenn auch die mit dem Gedächtniselement 20 gejenigen der übrigen Segmente des Elements 20 ent- koppelten Wicklungen in Fig. 1 nebeneinander dargegengesetzt ist, stabil gehalten bleibt. Eine Gruppe 20 gestellt sind, so kann doch auch eine Wicklung die aus drei derartigen benachbarten magnetisierbaren andere umgeben, wenn mehr als eine derartige Wick-Segmenten bildet eine vorteilhafte minimale Adressen- lung mit dem gleichen Gedächtnissegment gekoppelt gruppe, die entlang des Elements 20 in einer noch zu ist. So sind die Wicklungen in Fig. 1 besonders darbeschreibenden Weise verschoben werden kann, ohne gestellt, um das Erfindungsprinzip hervorzuheben, daß während der Verschiebung weniger als die 25 ohne daß andere Wicklungsanordnungen ausgeschlosniinimalen zwei entgegengesetzt polarisierten Seg- sen werden sollen, welche die Reiberfunktion durchmente abgesondert werden. Offensichtlich kann eine führen können. Es sei angenommen, daß anfangs Adressengruppe aus mehr als drei benachbarten jedes der Segmente des spiralförmigen magnetischen Segmenten bestehen, wenn es durch eine besondere Flußwegs des Elements 20, das durch die Verschiebe-Schaltungsanwendung notwendig wird. Beispiele für 30 wicklungen in den Verschiebekreisen definiert ist, in die vorgenannten Adressensegmentgruppen sind die einer Richtung magnetisiert ist, welche für die Ermit A, B und C in Fig. 1 bezeichneten. läuterung in der Zeichnung der Fig. 1 als nach links

Die vorher genannten Verschiebewicklungen sind gerichtet angenommen ist und durch die Teile in

in Reihenkombinationen in einer Vielzahl von Fort- jeder Informationsadresse mit Ausnahme der ersten

schalt- oder Verschiebekreisen zusammengeschaltet. 35 Adresse A dargestellt ist. Während der Eingangs-

Wie später verständlicher wird, verschieben durch die phase kann ein Informationselement, z. B. eine

Festlegung, daß jede Adressengruppe aus drei ein- binäre »1«, durch Anlegen eines positiven Eingangs-

zeln magnetisierbaren Segmenten besteht, minimal Stromimpulses 77 von der Quelle 69 eingeführt wer-

fünf Phasen von Verschiebestromimpulsen ein In- den. Dieser Stromimpuls wird gleichzeitig an die Ein-

formationselement segmentweise entlang des Spei- 40 gangswicklungen 66, 67 und 68 angelegt. Der Sinn

chers, ohne daß eine Störung zwischen den Speicher- der letzteren Wicklungen ist derart, daß sämtliche

wicklungen auftritt. Der Verschiebekreis Φ₁ (in An- Segmente der Informationsadresse A in ihrer Polari-

lehnung an die Zeichnung) besteht aus den in Reihe tat umgekehrt werden, um den binären Wert »1«

geschalteten Verschiebewicklungen 21, 31, 41, 51 darzustellen. Diese Polaritätsumkehr ist in Fig. 1

und 61. Der Verschiebekreis Φ._? besteht aus den 45 durch die Pfeile dargestellt, die in jedem der Seg-

Wicklungen 22, 32, 42, 52 und 62, während der Ver- mente der Adresse A nach rechts zeigen. Dieses In-

schiebekreis Φ₃ aus den Wicklungen 23, 33, 43, 53 f ormationselement kann nun entlang des Gedächtnis-

und 63 besteht. Der Verschiebekreis Φ_Α besteht aus elements 20 in der nachfolgenden Fortschaltphase

den in Reihe geschalteten Verschiebewicklungen 24, verschoben werden. Diese Fortschaltphase besteht

34, 44 und 54. Schließlich besteht der Verschiebe- 5° aus der Anlegung einer Vielzahl von aufeinander-

kreis Φ₅ aus den Verschiebewicklungen 25, 35, 45 folgenden Fortschalt- oder Verschiebestromimpulsen

und 55. Jeder der Verschiebekreise Φ₁ bis Φ₅ liegt an die Verschiebekreise Φ₁ bis Φ_Η. An den Ver-

zwischen Erde und einer Fortschaltstromimpulsquelle schiebekreis Φ₁ wird zuerst ein positiver Fortschalt-

65. Diese Quelle 65 kann aus einem der in der Tech- impuls 78 angelegt, der magnetomotorische Kräfte

nik bekannten Folgeschalter bestehen, der in der 55 im Element 20 an den Segmenten und in den Rich-

Lage ist, aufeinanderfolgende Stromimpulse mit einer tungen entwickelt, die durch den Sinn jeder der in

solchen Polarität und Größe zu liefern, daß die not- Reihe geschalteten Verschiebewicklungen 21, 31, 41,

wendigen magnetomotorischen Kräfte zur Umkehr 51 und 61 bestimmt sind. Die Wicklung 21, welche

der magnetischen Zustände der Adressensegmente das erste Segment Α_Λ der Informationsadresse A mit

entstehen. 6° der binären »1« definiert, das in Fig. 1 gestrichelt

Ferner sind mit den diskreten Segmenten der ersten dargestellt ist, hat einen solchen Sinn, daß die magne-Informationsadresse A drei Eingangswicklungen 66, tische Polarität dieses Segments umgekehrt wird, wo-67 und 68 induktiv gekoppelt, die zwischen Erde und durch es in seine anfängliche oder normale Polarität einer Informationseingangsquelle 69 in Reihe ge- zurückkehrt. Die Wicklung 31, welche das Segschaltet sind. Mit den diskreten Segmenten der letz- 65 ment A₁' definiert, das dem letzten Segment der ten Informationsadresse C sind drei Ablesewicklun- Adresse A folgt, ist ebenfalls gestrichelt dargestellt gen 70, 71 und 72 induktiv gekoppelt, die zwischen und ist im entgegengesetzten Sinn gewickelt, so daß Erde und einer Hauptableseimpulsquelle 73 in Reihe das Segment A₁' von seiner normalen magnetischen

Polarität in diejenige Polarität umgeschaltet wird, die zurückkehrt und der letztere in die Polarität umeine binäre »1« darstellt. Die restlichen beiden Seg- geschaltet wird, welche die binäre »1« darstellt. Das mente der Informationsadresse A werden infolge der Informationselement ist damit zu der Informationsmagnetischen Stabilität des ferromagnetischen Mate- adresse verschoben, die in Fig. 1 mit B bezeichnet rials des Elements 20 magnetisch nicht beeinflußt. 5 ist. Der Erregungszyklus der Verschiebekreise Φ_± Wie vorher erwähnt wurde, erlaubt diese Stabilität bis Φ₅ kann wiederholt werden, wenn das Inforin vorteilhafter Weise die Absonderung von wenig- mationselement bis zur Adresse B fortgeschritten ist. stens zwei benachbarten Segmenten, deren magne- An dieser Stelle kann der Verschiebekreis Φ_χ abertische Polarität derjenigen der anderen diskreten mais mit einem Impuls beliefert werden, ohne daß Segmente des Elements 20 entgegengesetzt ist. 10 die Adressensegmente gestört werden, die magne-Infolge des Anlegens des Verschiebestromimpulses tisch unbeeinflußt bleiben müssen. Durch fortgesetz-78 des Kreises Φ₁ wurde die anfangs in der Adresse^ tes Anlegen von Verschiebestromimpulsen an die enthaltene binäre »1« um ein Segment nach rechts Verschiebekreise in der beschriebenen Weise kann in Fig. 1 verschoben. Die neue Adresse überlappt das Informationselement zur letzten Informationsoffensichtlich die Adresse A um zwei Segmente. Der 15 adresse C des Speichers fortschreiten. Verschiebestromimpuls 78 wird ferner an die Ver- Jetzt kann die Fortschaltimpulsquelle 65 unterschiebewicklungen 41, 51 und 61 angelegt, so daß an brechen und die Art des Informationselements in der den durch diese Wicklungen definierten Segmenten Adresse C festgestellt werden. Es wird ein positiver des Elements 20 auch eine Flußumkehr stattfindet. Ablesestromimpuls, wie der Impuls 80, von der Die letzteren Segmente sind jedoch abgesonderte 20 Hauptableseimpulsstelle 73 an die in Reihe liegenden einfache Segmente, so daß die Wechselwirkung mit Ablesewicklungen 70, 71 und 72 angelegt. Der Sinn den an jeder Seite benachbarten Segmenten diese der letzteren Wicklung ist derart, daß die magneti-Elemente ohne Anlegung einer äußeren Kraft in ihre sehen Polaritäten der Segmente des Elements 20, die normalen magnetischen Zustände zurückversetzt. teilweise durch die letzteren Wicklungen definiert Das Anlegen von aufeinanderfolgenden Ver- 25 sind, in ihren normalen magnetischen Zustand zurückschiebestromimpulsen an die nachfolgenden Ver- versetzt werden. Die gleichzeitige Umkehr des Schiebekreise Φ.₂ bis Φ₅ wird fortgesetzt, um das fort- magnetischen Flusses in den spiralförmigen Flußwegschreitende Verschieben des Informationselements »1« Segmenten der Informationsadresse C induziert eine entlang des Speichers zu bewirken. So kehrt der an Ausgangsspannung an den Enden des Gedächtnisden Verschiebekreis Φ₂ angelegte positive Strom- 30 elements 20 entsprechend dem Prinzip dieses Geimpuls79 die magnetische Polarität des ersten Seg- dächtniselements. Diese Spannung, die hier eine ments der augenblicklichen Informationsadresse so- binäre »1« angibt, kann durch den Informationswie des Segments um, das dem letzten Segment der ausgangskreis 76 festgestellt und zu den zugehörigen, augenblicklichen Informationsadresse unmittelbar nicht dargestellten Verbrauchskreisen übertragen folgt. Die letzteren beiden Segmente sind durch die 35 werden.

Verschiebewicklung 22 und das Wicklungspaar 32 Wenn in der Informationsadresse C eine binäre und 25 definiert. Nach der Erregung des Verschiebe- »0« vorhanden ist, wobei jedes der Segmente dieser kreises Φ₂ überlappt die Informationsadresse an die- Adresse in seinem normalen magnetischen Zustand ser Stelle die Informationsadresse A noch um ein geblieben ist, findet infolge des Anlegens des posi-Element, wobei die entstehende Informationsadresse 40 tiven Stromimpulses 80 nur eine vernachlässigbare aus den Segmenten besteht, die durch die Verschiebe- Flußänderung in diesen Segmenten statt, und es wird wicklung 23, das Wicklungspaar 31 und 24 und das zwischen den Enden des Elements 20 nur eine ver-Wicklungspaar 32 und 25 definiert sind. Nach An- nachlässigbare Ausgangsspannung erzeugt. Ein sollegen eines Verschiebestromimpulses an den Ver- ches vernachlässigbares Spannungssignal kann durch schiebekreis Φ₃ wird das Informationselement in glei- 45 bekannte Schaltanordnungen leicht von dem Signal eher Weise zur Informationsadresse verschoben, deren unterschieden werden, das eine binäre »1« darstellt, erstes Segment das Segment A₁' ist. Dieses Segment Es wurde somit ein vollständiger Durchlauf eines Inwird teilweise durch die Wicklung 31 des Verschiebe- formationselements von einem Ende des Verschiebekreises Φ₁ definiert. Der Sinn der Wicklung 31 ist je- Speichers oder der Verzögerungsleitung der Erfindoch demjenigen entgegengesetzt, der zur Umkehr 50 dung zum anderen beschrieben. Es kann bei besondes Flusses im Segment A₁' notwendig ist, die zur deren Schaltungsanordnungen zweckmäßig sein, die weiteren Verschiebung des Informationselements ge- Art des Informationselements festzustellen, das in braucht wird. Infolgedessen ist ein vierter Verschiebe- einer dazwischenliegenden Informationsadresse, wie kreis Φ₄, der die richtig gewickelte Wicklung 24 des der Adresse B, gespeichert wird. In diesem Falle Segments A₁ enthält, vorgesehen. Wenn dieser Ver- 55 kann das Anlegen der Verschiebestromimpulse unterschiebekreis erregt wird, verschiebt sich das Infor- brachen und ein positiver Ablesestromimpuls 81 von mationselement zu der Adresse, welche die durch die der Hilfsableseimpulsquelle 75 an die Hilfsablese-Verschiebewicklungspaare 32 und 25, 33 und 41 so- wicklung 74 angelegt werden, die mit dem mittleren wie 34 und 42 definierten Segmente enthält. An die- Segment dieser Adresse induktiv gekoppelt ist. Wenn ser Stelle ist die Erregung eines zusätzlichen Ver- 60 im Augenblick der Ablesung eine binäre »1« geschiebekreises Φ₅ erforderlich, bevor der Zyklus der speichert ist, wird die magnetische Polarität des letz-Verschiebestromimpulse mit der Anlegung eines Im- teren Segments umgekehrt und wiederum eine Auspulses an den Kreis Φ₁ wiederholt werden kann. Nach gangsspannung an den Enden des Elements 20 erAnlegen eines positiven Verschiebestromimpulses, zeugt, welche dieses Informationselement angibt, wie der Impulse 78 und 79 an den Verschiebekreis Φ₅, 65 Dieses Ausgangsspannungssignal kann ebenfalls wird die Polarität der teilweise durch die Wicklungen durch den Informationsausgangskreis 76 festgestellt und 35 definierten Segmente umgekehrt, wobei werden. Nach der Beendigung des Stromimpulses 81 der erstere in seinen normalen magnetischen Zustand in der Hilfsausgangswicklung 84 ist keine weitere

ίο

Leistung erforderlich, um das mittlere Segment der Adresse B in den magnetischen Zustand zurückzuversetzen, der die Information darstellt. Wie vorher erwähnt wurde, versetzt die magnetische Wechselwirkung des magnetischen Flusses der an jeder Seite benachbarten Segmente dieses Segment in den magnetischen Zustand zurück, der die binäre »1« darstellt. Sobald die Zurückversetzung in den Zustand stattgefunden hat, kann das normale Fortschalten des eignete Quelle sein, die in der Lage ist, Spannungsimpulse von solcher Polarität und Größe zu liefern, die zur gleichzeitigen Aufladung der Segmente der Informationsadresse X erforderlich sind.

Die ungeerdeten Platten der Plattenpaare 101, 102 und 103, welche die Segmente der letzten Informationsadresse Z definieren, sind parallel über die Widerstände 109, 110 und 111 und einen Reihenwiderstand 112 mit einer Ablesespannungsimpuls-

Informationselements durch Anlegung weiterer Ver- io quelle 113 verbunden. Diese Quelle kann ebenfalls schiebestromimpulse fortgesetzt werden. eine bekannte geeignete Spannungsquelle sein, die in

Der soeben beschriebene erfindungsgemäße Spei- der Lage ist, Ablesespannungsimpulse einer Art und eher kann vorteilhafterweise auf verschiedene Weise zu einer Zeit zu liefern, die nachfolgend beschrieben umkehrbar gemacht werden. Der in Fig. 1 dargestellte werden. Zwischen den Widerstand 112 und die ge-Speicher kann so ausgeführt werden, daß eine Infor- 15 meinsame Klemme der parallelen Widerstände 109, mation in der umgekehrten Richtung fortschreitet,
indem sowohl die Polarität als auch die Folge der
Fortschaltimpulse umgekehrt werden. Wenn eine zusätzliche Phase von Fortschalt- oder Verschiebe-

stromimpulsen vorgesehen wird, kann der Speicher 20 Verschiebe- oder Fortschaltnetzwerk verbunden, mit allein dadurch umkehrbar gemacht werden, daß die dessen Hilfe Verschiebespannungsimpulse aufein-Foige der Fortschaltimpulse geändert wird. anderfolgend an die Platten angelegt werden, um die

Eine weitere Verschiebespeicheranordnung, welche Verschiebung einer Information entlang des Speidas Prinzip der Erfindung verkörpert, ist in Fig. 2 chers zu bewirken. Wie bei den Verschiebeströmen dargestellt. Das einzige Gedächtniselement 90 be- 25 der vorher beschriebenen magnetischen Ausführung

HO und 111 ist ein Informationsausgangskreis 114 geschaltet. Die ungeerdeten Platten jedes der Plattenpaare 91 bis 103 sind über eine Vielzahl von Trennwiderständen 115 bis 127 mit einem fünfphasigen

steht aus einem ferroelektrischen Streifen, der in der Lage ist, eine Ladung nach der Entfernung einer an die gegenüberliegenden Platten angelegten induzierenden Spannung beizubehalten. Das Element 90, welches mit geeigneten Elektroden oder Platten versehen ist, bildet somit einen nichtlinearen Vielfachkondensator mit einem Dielektrikum aus einem Material, das im wesentlichen eine rechteckige Ladungs-Spannungs-Kennlinie zeigt. Solche Materialien sind in der Technik bekannt, sie halten eine Ladung mit der einen oder der anderen Polarität bei, bis eine umkehrende Spannung von genügender Größe angelegt wird. Es ist jedoch bekannt, daß bei derartigen Materialien eine minimale Länge eines geladenen Gebiets besteht, bei deren Unterschreitung die Ladung durch Wechselwirkungen von benachbarten geladenen Gebieten beeinflußt wird. Also wird ein Gebiet mit kleinerer Länge unstabil sein und ist nicht in der Lage, seine Ladung beizubehalten. Jede Länge oberhalb dieser minimalen Länge, z. B. zwei derartige Gebiete, deren Länge jeweils unterhalb dieser minimalen Länge liegt, zeigen dagegen die oben beschriebene nichtlineare Eigenschaft.

Das ferroelektrische Element 90 ist in eine Vielzahl von getrennt ladefähigen Kondensatorsegmenten eingeteilt, deren Länge jeweils kleiner als die Länge eines der minimal stabilen oben beschriebenen Gebiete ist, und zwar durch eine Vielzahl von Plattenpaaren 91 bis 103. Die auf diese Weise definierten Segmentgruppen bilden eine Vielzahl von sich überläppenden Informationsadressen auf dem Gedächtniselement 90. So bilden z. B. die durch die Plattenpaare 91, 92 und 93 definierten Segmente die erste mit X bezeichnete Informationsadresse. Eine Platte jedes der Plattenpaare 91 bis 103 ist mit einer Erdsammeileitung 104 verbunden, während die andere Platte jedes Plattenpaares in einem Informationsverschiebenetzwerk in einer nachfolgend beschriebenen Weise geschaltet ist. Die letztgenannten Platten der Plattenpaare 91, 92 und 93 der ersten Informationsadresse X sind über die Widerstände 105, 106 und 107 parallel mit einer Eingangsspannungsimpulsquelle 108 verbunden. Diese Quelle kann irgendeine bekannte geder Erfindung werden Verschiebepotentiale mit entgegengesetzten Polaritäten gleichzeitig an die Adressensegmente in jedem Verschiebekreis angelegt, um ein Informationselement segmentweise entlang des Speichers fortzuschalten. Dementsprechend besteht bei der vorliegenden Ausführung jeder der Fortschaltkreise aus dualen Schaltmitteln, um zwei entgegengesetzte Verschiebespannungsimpulse fortzuleiten. So besteht der Verschiebekreis Φ_χ aus den Leiterpaaren 128 und 129, der Verschiebekreis Φ₂ aus den Leiterpaaren 130 und 131, der Verschiebekreis Φ
der Verschiebekreis

₃ aus den Leiterpaaren 132 und 133, Φ_ι aus den Leiterpaaren 134 und 135 und schließlich der Verschiebekreis Φ₅ aus den Leiterpaaren 136 und 137. Die Leiterpaare sind zwischen die ungeerdeten Platten der Plattenpaare 91 bis 103 und eine Fortschaltspannungsimpulsquelle 138 in folgender Weise geschaltet. Der Leiter 128 ist parallel über die Widerstände 115, 120 und 125 mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 91, 96 und 101 verbunden. Der Leiter 129 ist über die Widerstände 118 und 123 parallel mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 94 und 99 verbunden. Der Leiter 130 ist über die parallelen Widerstände 116, 121 und 126 mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 92, 97 und 102 verbunden. Der Leiter 131 ist über die parallelen Widerstände 119 und 124 mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 95 und 100 verbunden.

Das Verschiebenetzwerk der Leiterpaare wird mit der Verbindung des Leiters 132 über die parallelen Widerstände 117, 122 und 127 mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 93, 98 und 103 fortgesetzt. Der Leiter 133 ist mit jeder der ungeerdeten Platten der Plattenpaare 96 und 101 über die parallelen Widerstände 120 und 125 verbunden. Der Leiter 134 ist parallel mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 94 und 99 über die Widerstände 118 und 123 verbunden, während der Leiter 135 parallel mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 97 und 102 über die Widerstände 121 und 126 verbunden ist. Schließlich ist das Leiterpaar 136 und 137 mit den ungeerdeten Platten der Plattenpaare 95 und 100 so-

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wie 98 und 103 über die jeweiligen parallelen Widerstände 119 und 124 sowie 122 und 127 verbunden. Die Impulsquelle 138 kann vorteilhafterweise aus irgendeinem geeigneten Folgeschaltmittel bestehen, das in der Lage ist, eine Folge von im wesentlichen gleichzeitigen Spannungsimpulspaaren mit entgegengesetzter Polarität und mit einer solchen Größe zu liefern, die ausreicht, um den Ladungszustand des ferroelektrischen Materials umzukehren, der das Gedächtniselement 90 bildet.

Die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten ferroelektrischen Ausführung der Erfindung ist der für die ferromagnetische Ausführung beschriebenen im wesentlichen gleich. Die Arbeitsweise jeder Ausfüh-

tät, die derjenigen der anderen diskreten Segmente des Elements 90 entgegensetzt ist. Infolge des Anlegens der Spannungsimpulse 140 und 141 des Verschiebungskreises Φ_ί wird die ursprünglich in der Adresse X 5 enthaltene binäre »1« um ein Kondensatorsegment nach rechts in Fig. 2 verschoben. Die letzteren Verschiebungsspannungsimpulse werden ebenfalls an die Plattenpaare 96 und 101 sowie das Plattenpaar 99 angelegt. Bei den Plattenpaaren 96 und 101 befinden ίο sich die zwischen ihnen gebildeten Segmente bereits in einem Ladungszustand, in den der Spannungsimpuls 140 sie zu bringen sucht, so daß diese Elemente unbeeinflußt bleiben. Das durch das Plattenpaar 99 definierte Kondensatorsegment ist ein un-

rung beruht auf der Tatsache der Poiaritätsumkehr 15 stabiles Einzelsegment, so daß es, obwohl seine in den einzelnen Adressenelementen und nicht auf Polarität durch den Spannungsimpuls 141 umgekehrt der Richtung, in der die Umkehr stattfindet. Dem- wird, durch die elektrostatische Wechselwirkung seigemäß kann bei Betrachtung der Richtungen der ner benachbarten Segmente nach Beendigung des Ladungen zwischen den Plattenpaaren 91 bis 103 Spannungsimpulses 141 ohne weitere äußere Erangenommen werden, daß die durch diese Platten- ao regung in seinen Zustand zurückkehrt,
paare definierten Adressenkondensatorsegmente nor- Wenn entgegengesetzt gepolte Verschiebungsspanmal in Fig. 2 quer nach unten geladen sind, d.h., nungsimpulse nacheinander an die Leiterpaare der entsprechend der Polarität der noch zu beschreiben- dualen Verschiebungskreise Φ₁ bis Φ₅ gleichzeitig in den Erregungsspannungsimpulse sind die geerdeten wiederholten Zyklen angelegt werden, wird das In-Platten der Plattenpaare normalerweise negativ und 25 formationselement »1« segmentweise durch die sich die entgegengesetzten Platten normalerweise positiv überlappenden Informationsadressen in der für die geladen. Diese Ladungen sind in Fig. 2 durch nach erste Segmentverschiebung beschriebenen Weise fortunten gerichtete Pfeile zwischen den Plattenpaaren 94 geschaltet. Diese Arbeitsweise bei der aufeinanderbis 100 angedeutet. Während der Eingangsphase folgenden Anlegung von Verschiebungsspannungskann ein Informationselement, z. B. eine binäre »1«, 3° impulspaaren an die Verschiebekreise ist offensichtdurch Anlegen eines negativen Eingangsspannungs- lieh der Verschiebung eines Informationselements impulses 139 von der Quelle 108 eingeführt werden. durch die aufeinanderfolgende Anlegung eines ein-Dieser Spannungsimpuls wird über die parallelen zelnen Verschiebungsstromimpulses an die Ver-Trennwiderstände 105, 106 und 107 an die ungeerde- Schiebungskreise der vorher beschriebenen ferroten Platten der Plattenpaare 91, 92 und 93 angelegt. 35 magnetischen Ausführung der Erfindung vollständig Die durch die letzteren Plattenpaare definierten analog. Schließlich wird das Informationselement, Kondensatorsegmente, welche die Adresse X bilden, das hier eine binäre »1« ist, zur letzten Informationswerden jeweils von ihrer normalen Ladungsrichtung adresseZ des Speichers fortgeschaltet. Nun kann die in die entgegengesetzte umgekehrt und nehmen eine Fortschaltimpulsquelle 138 unterbrochen und die Art Ladung an, die in Fig. 2 durch nach oben gerichtete 4° des in der Adresse Z enthaltenen Informations-Pfeile angegeben ist und die den binären Wert »1« elements festgestellt werden. Von der Quelle 113 darstellt. wird ein positiver Ablesespannungsimpuls 142 über

Dieses Informationselement kann nun entlang des den Reihenbrennwiderstand 112 und die parallelen Gedächtniselements 90 in der nachfolgenden Fort- Widerstände 109, 110 und 111 an die ungeerdeten schaltphase verschoben werden. Diese Fortschalt- 45 Platten der Plattenpaare 101, 102 und 103 angelegt, phase besteht aus dem Anlegen einer Vielzahl von Die Ladung jedes der Kondensatorsegmente, welche entgegengesetzt gepolten aufeinanderfolgenden Fort- die letzte Information durch die letztgenannten schalt- oder Verschiebespannungsimpulspaaren an Plattenpaare definierte Informationsadresse Z bilden, die dualen Verschiebungskreise Φ- bis Φ_ν Es wird wird in ihre normale Polarität umgekehrt, daß bei der zuerst ein positiver Fortschaltspannungsimpuls 140 5° Beschreibung der Arbeitsweise eine binäre »1« zu an den Leiter 128 des Kreises Φ_χ im wesentlichen dieser letzten Adresse fortgeschaltet war. Die Tatgleichzeitig mit dem Anlegen eines negativen Span- sache der gleichzeitigen Umkehr der Ladungen in nungsimpulses 141 an dem Leiter 129 des gleichen den Kondensatorsegmenten der letzten Adresse kann Kreises angelegt. Die entgegengesetzt gepolten Im- als Spannungsabfall am Widerstand 112 festgestellt pulse 140 und 141 werden an die Plattenpaare 91 55 werden, wobei dieses Signal durch den Informations- und 94 über die Trennwiderstände 115 bzw. 118 an- ausgangskreis 114 festgestellt und zu dem zugehörigelegt. Infolgedessen wird die Ladung in dem durch gen, nicht dargestellten Verbraucherkreis übertragen das Plattenpaar 91 definierten Kondensatorsegment werden kann.

in ihre normale Polarität umgekehrt, während die Wenn eine binäre »0« in der Informations-

Ladung in dem durch das Plattenpaar 94 definierten ^6o adresse Z vorhanden ist, wobei in diesem Fall jedes Segment von ihrer normalen Polarität umgekehrt der Segmente dieser Adresse in seinem normalen wird. Die dazwischenliegenden Kondensatorsegmente, Ladungszustand bleibt, findet nur eine vernachlässigweiche durch die Plattenpaare 92 und 93 definiert bare Ladungsänderung in diesen Segmenten infolge sind, werden infolge der Stabilität des Materials des des Anlegens des positiven Spannungsimpulses 142 Elements 90 elektrostatisch nicht beeinflußt. Wie vor- ⁶S statt, und es wird durch den Ausgangskreis 114 nur

her erwähnt, erlaubt diese Stabilität in vorteilhafter
Weise die Absonderung von wenigstens zwei benachbarten Segmenten mit einer Ladung von einer Polari-

ein vernachlässigbares Ausgangssignal festgestellt.
Ein derartiges vernachlässigbares Ausgangssignal
kann durch bekannte Schaltanordnungen leicht von

dem Signal unterschieden werden, das eine binäre »1« darstellt. Es wurde somit ein vollständiger Durchgang eines Informationselements von einem Ende der Verschiebespeicherausführung der Fig. 2 zum anderen beschrieben.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Informationen, bestehend aus einem Gedächtniselement aus einem Material, das in seinen Bereichen stabile Polarisationszustände annehmen kann, wenn diese Bereiche wenigstens eine vorgegebene Minimalabmessung haben, die durch die besonderen Eigenschaften des Materials gegeben ist, einem ersten polarisierenden Treibmittel, durch das ein stabiler Polarisationszustand in einem ersten Bereich induziert wird, dessen Abmessung größer als die Minimalabmessung ist, und Mitteln zur Feststellung von Polarisationsänderungen im Gedächtniselement, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche polarisierende Treibmittel an einen zweiten Bereich des Gedächtniselements angekoppelt sind, der dem ersten Bereich unmittelbar benachbart ist und eine kleinere Abmessung hat, als es der vorgegebenen Minimalabmessung zur Induzierung eines stabilen Polarisationszustandes entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste polarisierende Treibmittel eine Anzahl von Mitteln zur Induzierung von Polarisationszuständen in unmittelbar benachbarten Unterbereichen des ersten Bereichs des Gedächtniselements umfaßt und daß jeder Unterbereich eine kleinere Abmessung als die vorgegebene Minimalabmessung hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche polarisierende Treibmittel gleichzeitig mit dem ersten polarisierenden Treibmittel erregt wird, so daß ein gleicher Polarisationszustand im zweiten Bereich des Gedächtniselements induziert wird, und daß die gleichen Polarisationszustände der Unterbereiche des zweiten Bereichs binäre Informationen repräsentieren.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch polarisierende Verschiebetreibmittel an einen dritten, dem zweiten unmittelbar benachbarten Bereich angekoppelt sind, daß der dritte Bereich ebenfalls eine kleinere Abmessung als die Minimalabmessung für die Induzierung eines stabilen Polarisationszustandes in dem dritten Bereich hat und daß das erste polarisierende Treibmittel gleichzeitig mit dem polarisierenden Verschiebetreibmittel so gesteuert wird, daß der Polarisationszustand des ersten Unterbereichs des ersten Bereichs des Gedächtniselements umgekehrt wird, um binäre Information längs des Gedächtniselements zu verschieben.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß Ablesemittel vorgesehen sind, die gleichzeitig die Polarisationszustände von wenigstens zwei benachbarten Unterbereichen des Gedächtniselements umkehren, wenn die Summe der Abmessungen der beiden Unterbereiche gleich oder größer ist als die vorgegebene Minimalabmessung.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ablesemittel vorgesehen sind, die den Polarisationszustand nur eines einzelnen Unterbereichs umkehren, von dem eine Abmessung kleiner als die vorgegebene Minimalabmessung ist und der zwischen zwei anderen Unterbereichen liegt, die ebenfalls eine kleinere Abmessung als die Minimalabmessung haben, um eine nicht zerstörende Ablesung zu erzielen.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß — wie an sich bekannt — das Gedächtniselement aus einem elektrischen Leiter besteht, der einen bevorzugten magnetischen Flußweg aufweist, dessen Achse mit der Leiterachse zusammenfällt, und jedes der polarisierenden Treibmittel eine induktiv mit dem Gedächtniselement gekoppelte Wicklung ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte magnetische Flußweg in an sich bekannter Weise spiralförmig mit Bezug auf die Leiterachse angeordnet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gedächtniselement aus einem Stab eines ferroelektrischen Materials mit im wesentlichen rechteckiger Spannungs-Ladungs-Kennlinie besteht und daß jedes der polarisierenden Mittel ein Elektrodenpaar umfaßt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes angeordnet sind und ein Kondensatorsegment auf dem Stab definieren, dessen Dielektrikum aus dem ferroelektrischen Material besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Bell Laboratories Record«, Dezember 1957, S. 488 und 489.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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