DE1474455C - Mit mechanischen Spannungswellen arbeitende Speichereinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung mit einem langgestreckten Speicherelement, das einen elektrischen Stromweg, eine Laufzeitstrecke für mechanische Spannungswellen, und magnetisierbares Material, dessen Remanenzfluß umschaltbar ist, enthält und mit einem einzigen Wandler gekoppelt ist, der zum Erzeugen und Wahrnehmen von mechanischen Spannungswellen dient, ferner mit einer Einspeicheranordnung, die eine elektrische Impulsquelle, welche an den Stromweg anschließbar ist und an diesen Impulse liefert, die der längs des Elementes magnetisch zu speichernden Bitinformation entsprechen, sowie einen Impulsgenerator, der vor der Impulsquelle einen Impuls liefert, enthält, und mit einer Abfrageanordnung zum Umschalten des der gespeicherten Information entsprechenden magnetischen Flusses durch elektrische Erregung des Elementes unter Erzeugung von entsprechenden mechanischen Spannungswellen, die entlang des Elementes laufen und von einer Leseanordnung wahrgennommen werden.

Wenn ein magnetisches Material mechanischen Spannungen ausgesetzt wird, ändern sich seine magnetischen Eigenschaften, z. B. die zur Ummagnetisierung erforderliche Koerzitivkraft H_c. Wenn das magnetische Material anisotrop ist, ändert sich auch die für eine Sättigungsmagnetisierung in Richtung der harten Achse erforderliche Magnetisierungskraft H_k sowie die Richtung der weichen Achse. Die Amplitude eines elektrischen Stromimpulses in einem mit dem magnetischen Material gekoppelten Leiter kann dann an der Stelle, an der das magnetische Material unter mechanischer Spannung steht, zur Umkehrung des magnetischen Flusses ausreichen, während sie dort, wo das magnetische Material nicht unter mechanischer Spannung steht, zur Umkehrung des Flusses nicht ausreicht. Dieser Effekt kann dazu verwendet werden, eine Anzahl von Informationsbits längs eines langgestreckten Magnetspeicherelementes zu speichern, indem einem mit diesem Element gekoppelten Leiter elektrische Informationssignale synchron mit der zeitlichen Ausbreitung einer Schallwelle im magnetischen Material zugeführt werden. Die Wiedergabe der Information, die in einem solchen Speicher gespeichert worden ist, kann dadurch erfolgen, daß man wieder eine mechanische Spannungswelle durch das Magnetmaterial laufen läßt und die die Reihe der gespeicherten Bits darstellenden Informationssignale wahrnimmt, die in dem elektrischen Leiter induziert werden.

Bei mit mechanischen Spannungswellen arbeitenden Speichern, die mehrere langgestreckte Speicherelemente enthalten, muß jedes dieser Speicherelemente zu beliebiger Zeit adressierbar sein. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, jedem Speicherelement einen eigenen elektromechanischen Wandler zum Erzeugen von mechanischen Spannungswellen zuzuordnen. In diesem Fall ist eine Miniaturisierung des Speichers wegen der vielen elektromechanischen Wandler und der zwischen den einzelnen Speicherelementen erforderlichen akustischen Isolation kaum möglich. -

In der britischen Patentschrift 862 364 ist bereits eine Speichereinrichtung beschrieben, die langgestreckte Speicherelemente enthält, welche mit mechanischen Spannungswellen arbeiten. Beim Einspeichern von Information wird das gewünschte Speicherelement an eine elektrische Impulsquelle angeschlossen, und in dem durch diese elektrische Erregung adressierten Speicherelement werden dann die gewünschten magnetischen Flußänderungen erzeugt. Die Einspeicheranordnung enthält einen mit dem Speicherelement gekoppelten, durch einen Impulsgenerator gespeisten elektromechanischen Wandler. Die mit dem elektrischen Stromweg des Speicherelementes gekoppelte Impulsquelle liefert eine Folge von Bitimpulsen, die mit der Ausbreitung der vom

elektromechanischen Wandler erzeugten und in Längsrichtung durch das Speicherelement laufenden mechanischen Spannungswelle synchronisiert sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, die oben beschriebene bekannte Speichereinrichtung zu vereinfachen. Dies wird bei einer Speichereinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch eine Schaltvorrichtung erreicht, die den Wandler während eines Speicherzyklüs mit dem Impulsgenerator verbindet, um eine mechanische Spannungswelle zu erzeugen, die synchron mit den der Bitinformation entsprechenden Impulsen von der Impulsquelle entlang des Elementes läuft, und die den Wandler während eines Lesezyklus mit der Leseanordnung verbindet, um die vom Wandler entsprechend den empfangenen mechanischen Sparinungswellen erzeugten Ausgangsimpulse der Leseanordnung zuzuführen. Bei der Speichereinrichtung gemäß der Erfindung dient der einzige Wandler in Kombination mit de'rn Schreibe/Lese-Schalter also dazu, während eines Speicherzyklus einen einzigen Impuls zu erzeugen, der als elastische Welle synchron mit den Ziffernimpulsen von der elektrischen Impulsquelle durch das Speicherelement läuft, während bei einem Lesezyklus eine Reihe von Spannungswellen wahrgenommen und in entsprechende elektrische Impulse umgesetzt werden. Durch diese Kombination und Mehrfachausnutzung kann ein einzelnes Speicherlement beim Schreiben und Lesen wirtschaftlich und effektiv adressiert werden.

Die vorliegende Speichereinrichtung hat außerdem den Vorteil, daß sie weniger Teile als die obenerwähnte bekannte Speichereinrichtung benötigt und eine höhere Speicherdichte ermöglicht, da diese nicht durch mechanische Gesichtspunkte, wie Spulenbreite u. dgl., begrenzt wird. Außerdem wird ein gleichmäßigeres Verhalten der verschiedenen Speicherelemente erreicht, da bei Verwendung des einzigen Wandlers zum Schreiben und Lesen eine gleichartige Erregung und Empfangsempfindlichkeit gewährleistet sind. :

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, es zeigt .....■■■

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Speichereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, '"_

F i g. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Ansicht eines Teiles der Speichereinrichtung gemäß F i g. 1 und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der längs der Ordinate aufgetragenen Koerzitivfeidstärke H_c - als Funktion der längs der Abszisse aufgetragenen mechanischen Beanspruchung. ■ ^: Die in Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Speichereinrichtung enthält eine Reihe langgestreckter, parallel zueinander verlauf ender Speicherelemente 10, die jeweils einen elektrischen Leiter 12, eine Laufzeitstrecke für mechanische Spannungswellen (Schalleitung) 14 und ein Magnetmaterial 16 enthalten, dessen Magnetfluß umschaltbar ist. Die Schalleitung 14 kann aus Glas oder Quarz bestehen, und das Magnetmaterial 16 kann ein Material sein, das in geeigneter Dicke in innigem Kontakt mit der Schalleitung angeordnet bzw. auf dieser niedergeschlagen ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Schalleitung 14 und das Magnetmaterial 16 aus einem einheitlichen, homogenen" Material bestehen, das sowohl die gewünschten magnetischen als auch die gewünschten akustischmechanischen Eigenschaften aufweist.

Die parallelen, langgestreckten Speicherelemente 10 bestehen, wie in F i g. 2 beispielsweise dargestellt ist, aus konzentrischen zylindrischen Teilen 12, 14, 16. Die parallelen Elemente 10 können jedoch auch durch geeignete Druck- oder Ätzverfahren auf einem Träger oder Substrat hergestellt werden. Das Substrat kann dabei die akustische Schalleitung 14 für alle parallelen Speicherelemente bilden, da eine Schallisolation zwischen den verschiedenen parallelen Wegen nicht erforderlich ist. Falls erwünscht, kann das Magnetmaterial 16 ebenfalls eine zusammenhängende Folie oder Schicht sein, oder es kann andererseits aus getrennten, einzelnen Bereichen oder Fleckchen bestehen. Die elektrischen Leiter 12 müssen dagegen getrennt und voneinander elektrisch isoliert sein.

Mit den Schalleitungen 14 aller parallelen Speicherelemente 10 ist ein elektromechanischer Wandler 20 mechanisch gekoppelt. Der Wandler 20 ist als piezoelektrischer Wandler mit Elektroden 22,24, zwischen denen sich ein piezoelektrischer Kristall 26 befindet, dargestellt. Die elektrischen Leiter 12 der einzelnen parallelen Speicherelemente können am einen Ende an die Elektrode 24 des Wandlers 20 angeschlossen sein, um eine einfache Masserückleitung für die in den Leitern 12 fließenden elektrischen Ströme zu erhalten. Die dem Wandler 20 abgewandten Enden der Speicherelemente 10 sind in üblicher Weise mit nicht dargestellten schallabsorbierenden Abschlüssen versehen, um eine Reflexion der akustischen Wellen zu verhindern.

Die Schalleitungen 14 und das ihnen innig zugeordnete Magnetmaterial 16 sind so aufgebaut, daß das Magnetmaterial unter einer festen mechanischen Vorspannung steht, um eine günstigere Abhängigkeit zwischen magnetischen Eigenschaften und mecharüschen Spannungen zu erhalten. In F i g. 3 ist die Abhängigkeit der Koerzitivkraft H_c eines Magnetmaterials von der mechanischen Beanspruchung dargestellt, wobei Druckbeanspruchungen C von der Ordinate aus nach links und Zugbeanspruchungen T von der Ordinate aus nach rechts aufgetragen sind. Wie die Kurve 27 zeigt, nimmt die Koerzitivkraft H_c zuerst ab und steigt dann wieder an, wenn die Zugbeanspruchung des Magnetmaterials von 0 aus erhöht wird. Es ist daher unzweckmäßig, den NuIlpunkt der Abszisse als Ruhearbeitspunkt zu wählen, von dem die durch die Zugbelastung verursachten dynamischen Änderungen der Koerzitivkraft ausgehen.
■·■■■ Man erhält bessere dynamische Eigenschaften, wenn das Magnetmaterial einer festen Zugvörspan-•nung entsprechend dem Wert 28 (F i g. 3) ausgesetzt ist. Dynamische Änderungen der mechanischen Spannung ergeben dann in einem relativ großen Be-'reich ziemlich lineare, umkehrungsfreie Änderungen der Koerzitivkraft. Ein entsprechend günstiges dynamisches Verhalten kann auch durch eine mechanische Druckvorspannung des Magnetmaterials entsprechend einem Wert 29 (F i g. 3) erreicht werden.
"Eine gewünschte mechanische Vorspannung des

,65 'Magnetmaterials 16 läßt sich auf verschiedene Weise ■erreichen. Das Magnetmaterial 16 kann beispielsweise auf die Schalleitung 14 aufgebracht werden,

— während diese durch eine Klemm-, Spann- oder Ver-

Windungsvorrichtung mechanisch vorgespannt ist. nischen Wandler 20 ein elektrischer Impuls vom Wenn die Schalleitung aus der Vorrichtung ausge- Speicherbeginnimpulsgenerator 42 über die Leitung spannt wird, iiirnrnt sie wieder ihren normalen Zu- 44 und dem in der Stellung »Speichern« stehenden stand an und bewirkt dann eine entsprechende Schalter 46 zugeführt wird. Dieser elektrische Impuls dauernde mechanische Vorspannung des Magnet- 5 läßt im Wandler 20 einen akustischen Impuls entmaterials 16. Die mechanische Vorspannung kann stehen, der auf die Schalleitungen 14 aller paralleler auch dadurch erzeugt werden, daß das Magnetmate- Speicherelemente 10 gekoppelt wird und diesen entrial aufgebracht wird, während sich die Schalleitung lang läuft. Unmittelbar nach der Erzeugung der akuauf einer anormal hohen oder niedrigen Tempe- stischen Impulse wird durch den Speicherwählkreis ratur befindet. Bei der normalen Betriebstemperatur io 34 ein gewünschtes Gatter 32 adressiert. Durch das steht dann das Magnetmaterial unter mechanischer adressierte Gatter wird dann die Informationsquelle Spannung. Wieder eine andere Möglichkeit besteht 30 an die elektrische Leitung 12 des adressierten darin, das Magnetmaterial 16 unter Einwirkung eines Speicherelementes 10 angeschlossen.
Magnetfeldes auf dem akustischen Leiter 14 aufzu- Die Schallimpulse breiten sich in den akustischen bringen. 15 Leitungen mit der Schallgeschwindigkeit des diese Um Information im Magnetfluß des Magnetmate- Leitungen bildenden Materials aus. Die Schallgerials 16 zu speichern, kann man durch mechanische schwindigkeit ist im Vergleich zu der praktisch Spannungen verursachte Änderungen der Koerzitiv- verzögerungsfreien Ausbreitungsgeschwindigkeit der kraft H_c des Magnetmaterials, Änderungen der Sätti- elektrischen Signale im Leiter 12 sehr klein. Die aus gungsmagnetisierungskraft H_k in Richtung der harten 20 einer Reihe von Bits bestehenden Informationssignale Achse oder Änderungen in der Richtung der weichen von der Quelle 30 werden zeitlich mit der Ausbrei-Achse des Materials heranziehen. Die feste Vorspan- rung des Schallimpulses längs der Schalleitung synnung des Magnetmaterials 16 wird bezüglich ihrer chronisiert. Die elektrischen Informationssignale Art, Richtung und Größe so bemessen, daß das Ver- schalten dann jeweils den Magnetfluß an denjenigen halten des Magnetmaterials hinsichtlich der für den as Stellen längs des adressierten Speicherplatzes um, der Zugriff zu irgendeinem beliebigen Speicherplatz- gerade mechanisch vorgespannt ist.
element ausgenutzten magnetischen Eigenschaft ver- Zum Abfragen oder Herauslesen der in einem bessert wird. langgestreckten Speicherlement 10 gespeicherten In-

Mit den verschiedenen elektrischen Leitern 12 ist formation wird der Schalter 46 in die Stellung »Abeine elektrische Impulsquelle 30 für serienmäßige 30 fragen« (in F i g. 1 unten) umgelegt, so daß nun der Bitinformationssignale über Gatter 32 gekoppelt, Wandler 20 mit dem Leseverstärker 56 verbunden deren Ausgänge jeweils an einen Leiter 12 ange- ist, und vom Leseimpulsgenerator 50 wird dem Leischlossen sind. Ein Eingang jedes Gatters 32 ist mit ter 12 des gewünschten Speicherelementes 10 vom einem Speicherwählkreis 34 gekoppelt, der ein be- Leseimpulsgenerator 50 über den Lesewahlkreis 52 liebiges Gatter zu adressieren gestattet. Wenn in der 35 ein Impuls zugeführt. Der durch den adressierten Speicheranordnung Informationen gespeichert wer- Leiter 12 fließende Leseimpuls schaltet alle einzelnen den sollen, spricht der Speicherwählkreis 34 in einem informationsspeichernden Flüsse längs der adres-Zeitpunkt an, der durch ein Ausgangssignal eines sierten Leitung um. Beim Umschalten der Informa-Taktgebers 38 bestimmt wird. Der Taktgeber 38 tionsflüsse im Material 16 entstehen entsprechende steuert über eine Ausgangsleitung 40 einen Speicher- 40 akustische Impulse in der Schalleitung 14. Die akubeginnimpulsgenerator 42. Der Ausgang des Genera- stischen Informationsimpulse entstehen alle gleichtors 42 ist über eine Leitung 44 und einen Schreibe/ zeitig und sind anfänglich über die Länge der Schall-Lese-Schalter 46 an die eine Elektrode 22 des elektro- leitung 14 verteilt,
mechanischen Wandlers 20 angeschlossen. . Die akustischen Informationsimpulse breiten sich

Beim Abfragen der im Speicher gespeicherten In- 45 nach ihrer Erzeugung von ihrem Entstehungsort aus formation liefert der Taktgeber 38 einen Taktimpuls in beiden Richtungen aus. Die zum abgeschlossenen über eine Leitung 48 an einen Leseimpulsgenerator Ende laufenden Impulse werden dort ohne Reflexion 50. Der Ausgang des Generators 50 kann mittels absorbiert. Die sich in Richtung auf den Wandler 20 eines Lesewahlkreises 52 an einen beliebigen der ausbreitenden Impulse kommen dort in der richtigen elektrischen Leiter 12 angeschlossen werden. Der 50 Reihenfolge an. Jeder am Wandler 20 ankommende Taktgeber 38 liefert außerdem ein Tastsignal über akustische Informationsimpuls bewirkt eine mechaeine Leitung 54 an einen Geber- oder Leseverstärker nische Biegeverformung des Wandlers und läßt an 56. Der Leseverstärker 56 kann über den Schalter 46 den Elektroden 22, 24 des Wandlers 20 ein entspre- und die Leitung 47 an die Elektrode 22 des Wand- chendes elektrisches Signal entstehen. Die entstehenlers 20 angeschlossen werden. 55 den elektrischen Signale werden dem Eingang des

Eine andere Möglichkeit bestände darin, die Funk- Leseverstärkers 56 über den Schalter 46 zugeführt,

tionen des Wandlers 20 beim Speichern und Lesen Der Leseverstärker kann gewünschtenfalls über eine

zwei getrennten Wandlern zu übertragen, die beide Leitung 54 vom Taktgeber 38 getastet werden, um

mechanisch mit den Schalleitungen 14 gekoppelt ihn während einer Reihe von Zeitintervallen, die der

sind. In diesem Falle wäre dann der eine Wandler 60 Ankunft der akustischen Informationssignale am

elektrisch mit dem Impulsgenerator 42 und der an- Wandler 20 entsprechen, ansprechbereit zu machen,

dere elektrisch mit dem Leseverstärker 56 gekoppelt. Am Ausgang 58 des Leseverstärkers 56 stehen serien-

Im Betrieb der in F i g. 1 dargestellten Speicher- mäßige elektrische Bitinformationssignale zur Vereinrichtung wird Information in einem gewünschten fügung, die der ursprünglich im Magnetfluß längs der parallelen, langgestreckten Speicherelemente 10 65 des adressierten Speicherelementes 10 gespeicherten dadurch gespeichert, daß zuerst dem elektromecha- Information entsprechen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Speichereinrichtung mit mindestens einem langgestreckten Speicherelement, das einen elektrischen Stromweg, eine Laufzeitstrecke für mechanische Spannungswellen, und magnetisierbares Material, dessen Remanenzfluß umschaltbar ist, enthält und mit einem einzigen Wandler gekoppelt ist, der zum Erzeugen und Wahrnehmen von mechanischen Spannungswellen dient, ferner mit einer Einspeicheranordnung, die eine elektrische Impulsquelle, welche an den Stromweg anschließbar ist und an diesen Impulse liefert, die der längs des Elementes magnetisch zu speichernden Bitinformation entsprechen, sowie einen Impulsgenerator, der vor der Impulsquelle einen Impuls liefert, enthält, und mit einer Abfrageanordnung zum Umschalten des der gespeicherten Information entsprechenden magnetischen Flusses durch elektrische Erregung des Elementes unter Erzeugung von entsprechenden mechanischen Spannungswellen, die entlang des Elementes laufen und von einer Leseanordnung wahrgenommen werden, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (46), die den Wandler (20) während eines Speicherzyklus mit dem Impulsgenerator verbindet, um eine mecham'sche Spannungswelle zu erzeugen, die synchron mit den, der Bitinformation entsprechenden Impulsen von der Impulsquelle entlang des Elementes läuft, und die den Wandler (20) während eines Lesezyklus mit der Leseanordnung (56) verbindet, um die vom Wandler entsprechend den empfangenen mechanischen Spannungswellen erzeugten Ausgangsimpulse der Leseanordnung (56) zuzuführen.

2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler mit den Laufzeitstrecken mehrer Speicherelemente gekoppelt ist, um in allen diesen Laufzeitstrecken mechanische Spannungswellen zu erzeugen, und daß die der Bitinformation entsprechenden Impulse von der elektrischen Impulsquelle (30) über eine Gatteranordnung (32) in zeitlichem Synchronismus mit der vom Wandler erzeugten mechanischen Spannungswelle einem bestimmten Stromweg zuführbar sind und daß der Stromweg eines gewünschten Elementes über eine weitere Gatteranordnung (52) elektrisch erregbar ist, um den in '50 diesem Element gespeicherten Fluß umzuschalten und entsprechende mechanische Spannungswellen zu erzeugen, die - von einem einzigen Wandler aufgenommen werden. , .