DE1095557B - Schaltmatrix fuer datenverarbeitende Anlagen - Google Patents

Description

In der Technik der Nachrichtenverarbeitungsmaschinen, z. B. der Rechenmaschinen, ist sehr häufig die Aufgabe gegeben, eine ganz bestimmte Leitung unter einer Vielzahl von Leitungen anzusteuern. Diese Aufgabe ist z. B. in der Speichertechnik gegeben, wenn einzelne Kerne innerhalb eines Magnetkernspeichers angesteuert werden müssen.

Es ist bekannt, eine derartige Ansteuerung mit Hilfe von Magnetkernen zu erzielen. Hierbei wird jeder einzelnen, anzusteuernden Leitung ein Magnetkern mit zumindest angenähert rechteckiger Hystereseschleife zugeordnet, und die einzelnen Magnetkerne werden derart mit Steuerwicklungen versehen, daß, sobald ein bestimmter Kern und damit eine Leitung angesteuert werden sollen, dieser Magnetkern ummagnetisiert wird, wobei er über die entsprechende Leitung einen (oder gegebenenfalls mehrere) Impulse gibt.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Anordnung dargestellt. Die Anordnung besteht aus einer sogenannten Magnetkernmatrix, wobei insgesamt sechsunddreißig Magnetkerne K in Matrixform angeordnet sind. Jeder einzelne Kern kann über zwei Leitungen, nämlich über eine der Leitungen in der »X-Richtung« und eine der Leitungen in der »F-Richtung«, angesteuert werden. Jeder einzelne Kern ist mit einer Vormagnetisierungswicklung versehen. Der Vormagnetisierungsstrom ist in bezug auf die Wicklung so gewählt, daß die einzelnen Kerne, die je eine rechteckige Hystereseschleife besitzen, eine definierte Ruhelage einnehmen.

Soll dann beispielsweise der in der dritten Zeile und in der dritten Kolonne liegende Kern angesteuert werden, damit er über die ihm zugeordnete Ausgangswicklung, die in der Figur durch einen einfachen Schrägstrich angedeutet ist, einen Impuls weitergibt, dann wird dementsprechend über die dritte Z-Leitung und die dritte F-Leitung ein Stromimpuls gegeben. Beide Leitungen sind mit jedem in der gleichen Zeile oder Kolonne liegenden Kern verkettet und die Stromimpulse sind so gewählt, daß das durch einen Impuls induzierte Feld innerhalb eines Kernes nicht ausreicht, den Kern, der, wie erwähnt, entsprechend vormagnetisiert ist, umzukippen. Bei der Addition zweier Ströme, die über eine der X-Leitungen und über eine der F-Leitungen sich gerade nur in einem Kern addieren können, wird hingegen dieser Kern ummagnetisiert und gibt sowohl bei der Ummagnetisierung als auch bei der Rückmagnetisierung durch den Vormagnetisierungsstrom einen Impuls ab. Einer dieser beiden Impulse wird im Regelfall mit Hilfe eines richtungsabhängigen Widerstandes unterdrückt.

Wie aus der Darstellung nach der Fig. 1 zu ersehen ist, können mit Hilfe von insgesamt zwölf sogenannten Schaltmatrix für datenverarbeitende
Anlagen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Phys. Rudolf Buser, München,
ist als Erfinder genannt worden

Treiberstufen, nämlich sechs für die sechs X-Leitungen und sechs für die sechs F-Leitungen, sechsunddreißig Magnetkerne bzw. einer von diesen sechsunddreißig Magnetkernen angesteuert werden. Für jede Leitung ist deshalb im Regelfall eine Treiberstufe notwendig, da die Magnetkerne einen verhältnismäßig hohen Strom zur Ummagnetisierung benötigen und die Steuerimpulse, die beispielsweise innerhalb einer Rechenmaschine auftreten, nicht derart hoch belastet werden können bzw. dürfen.

An Hand der Fig. 2 seien die Feldverhältnisse bei der Ansteuerung eines einzelnen Magnetkernes erläutert.

In dieser Figur ist die rechteckige Hystereseschleife eines Magnetkernes dargestellt. Mit Hilfe eines Vormagnetisierungsstromes — oder eines permanenten Feldes — wird der Magnetkern in dem definierten Zustand α gehalten.

Das Vormagnetisierungsfeld entspricht hierbei dem Vektor Vl. Über die X-Leitungen und über die F-Leitungen werden nunmehr Ströme geschickt, die in dem Kern ein dem Vormagnetisierungsfeld entgegengerichtetes Feld induzieren. Diese Vektoren sind unterhalb der Hystereseschleife durch die Vektoren V2 und V3 dargestellt. Wie hierbei zu ersehen ist, reicht keines der Felder, also weder das durch den Vektor V2 noch das durch den Vektor VZ dargestellte Feld aus, den Kern umzumagnetisieren, so daß in der Ausgangswicklung ein Impuls nur dann auftritt, wenn sich beide Felder addieren, was in der Fig. 2 angenommen ist. In diesem Fall kippt der Kern in die Lage b um. Hierbei wird ein Ausgangsimpuls induziert, und wenn die impulsförmige Magnetisierung am Kern wieder abgeklungen ist, kippt der Magnetkern über den linken Ast der Hystereseschleife wieder in seine definierte Ausgangslage (Punkt α) zurück.

009 679/284

Die Erfindung bezieht sich auf eine derartige Schaltungsanordnung, wobei angestrebt wird, mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand eine Auswahl aus einer großen Anzahl von Kernen zu treffen. Dies wird gemäß der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Kerne zumindest elektrisch mehrdimensional, z. B. in mehreren Ebenen, angeordnet und mit einer der Anzahl der Dimensionen der Anordnung entsprechenden Zahl von Erregerwicklungen verkettet sind, wobei die Erregerströme xo so aufeinander abgestimmt sind, daß ein bestimmter Kern nur, wenn er über alle Wicklungen angesteuert wird, ummagnetisiert wird und hierbei einen Impuls abgibt. Gemäß der Erfindung wird zur Ansteuerung einer bestimmten Leitung keine ebene Matrix verwendet, sondern es wird eine räumliche Anordnung der Kerne, die dementsprechend über mehr als zwei Leitungen angesteuert werden müssen, vorgesehen, wobei sich eine erhebliche Einsparung an Treiberstufen für die Ansteuerung selbst ergibt. Im einfachsten und auch übersichtlichsten Fall genügt es bereits, die Kerne dreidimensional anzuordnen, also beispielsweise in mehreren Ebenen übereinander, wobei jeder der Kerne durch insgesamt drei Leitungen, entsprechend den drei Dimensionen, angesteuert wird.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt hierbei ein Ausführungsbeispiel. In dieser Figur ist ein Würfel zu sehen, der die räumliche Anordnung von insgesamt vierundsechzig Kernen wiedergeben soll, wobei die Kerne in vier Ebenen zu je sechzehn Kernen übereinander angeordnet sind. Jeder einzelne Kern ist mit einer X-, einer Y- und einer Z-Leitung verkettet, wobei zunächst an jedem Kreuzungspunkt nur ein Kern vorhanden ist, so daß, wenn über je eine Leitung einer Dimension ein Erregerimpuls gegeben wird, gerade nur ein Kern ummagnetisiert wird. Dieser Kern gibt dann einen Impuls an seine ihm zugeordnete Ausgangsleitung weiter. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ist es hierbei also möglich, mit Hilfe von zwölf Treiberstufen, die bei einem derartigen Schalter den größten Aufwand darstellen, bereits eine Auswahl aus vierundsechzig Leitungen, statt wie bisher aus sechsunddreißig Leitungen, zu erzielen. Bei noch mehr Leitungen wird das Verhältnis zwischen dem Aufwand an Treiberstufen und der Anzahl der Leitungen, aus der gerade eine angesteuert werden soll, noch günstiger.

Jeder einzelne Kern ist, wie erwähnt, mit einer der X-, derF- und der Z-Leitung verkettet. Um eindeutige Verhältnisse zu schaffen, wird dann zur Ansteuerung über jede der Leitungen ein Strom gegeben, der in dem Kern ein für alle Leitungen gleichmäßiges Feld induziert. Die Größe des Feldes ist hierbei so gewählt, daß durch die Überlagerung zweier Ummagnetisierungsfelder der Kern noch nicht ummagnetisiert wird, daß aber beim Auftreten eines Ummagnetisierungsimpulses in allen drei Leitungen dieser Kern sicher umgeworfen wird.

In der Fig. 2 ist dies durch die Vektoren VA, VS und V6 dargestellt, wobei zu ersehen ist, daß durch die Addition zweier Vektoren der rechte Ast der Magnetisierungsschleife, vom Punkt α aus gesehen, noch nicht erreicht wird, während durch die Addition dreier Vektoren eine Ummagnetisierung stattfinden muß. Nach Abklingen der Ummagnetisierungsimpulse wird auch bei einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit Hilfe einer Vormagnetisierung, die wiederum in an sich bekannter Weise durch einen Vormagnetisierungsstrom bewirkt sein kann, der Kern in seine Ausgangslage (Punkt 0) zurückgeführt.

An Hand der Fig. 3 wurde erläutert, daß bei einer elektrischen dreidimensionalen Anordnung der Kern eine Ummagnetisierung der Kerne durch Ströme von der Größe //3 bewirkt wird, wobei angenommen ist, daß der Strom / für eine Ummagnetisierung sicher ausreicht. Durch die etwas feinere Unterteilung der Ummagnetisierungsströme gegenüber den bekannten Anordnungen, bei denen mit //2-Strömen gearbeitet wird, ergibt sich, insbesondere dann, wenn das Vormagnetisierungsfeld nicht genauso groß gewählt werden kann wie das durch die Teilströme erzeugte Ummagnetisierungsfeld in der anderen Leitung, daß Ummagnetisierungsvorgang und Rückmagnetisierungsvorgang unterschiedlich verlaufen, daß also die über die Ausgangswicklung abgegebenen Impulse, von denen einer selbstverständlich unterdrückt werden kann, unterschiedlich sind. Dies ist, insbesondere bei höheren Schaltfrequenzen, störend und beeinträchtigt die Arbeitsweise des Magnetkernes. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird deshalb vorgeschlagen, während der Rückmagnetisierung die Vormagnetisierung durch einen Impuls zu unterstützen, so daß der Rückmagnetisierungsvorgang, da nunmehr auch ein Impuls für die Rückmagnetisierung vorliegt, zumindest angenähert genauso verläuft wie der Ummagnetisierungsvorgang.

In der Fig. 2 der Zeichnung ist dies durch den einem Vektor entsprechenden Hilfsimpuls V7 dargestellt, der ein Feld erzeugt, das der Vormagnetisierung Vl in gleicher Richtung überlagert wird. Während also bei konstanter Vormagnetisierung die Ausgangsimpulse des Kernes, wie aus der Fig. 4a zu ersehen ist, ungleich ausfallen, kann mit Hilfe eines Rückstellungsimpulses, der der Vormagnetisierung überlagert wird, eine Kurvenform nach der Fig. 4b erzwungen werden. Dies ist namentlich dann von großem Interesse, wenn mit Hilfe der Schaltmatrix ein Magnetkernspeicher gesteuert wird, bei dem die positiven Impulse beispielsweise zum Lesen der in den Speicher eingespeicherten Informationen verwendet werden, während die negativen Impulse, die ja unmittelbar anschließend auftreten, zum Einschreiben einer neuen Information, oder aber der aus dem Speicher herausgelesenen Informationen, verwendet werden.

Eine Anpassung der durch die Rückstellung induzierten Ausgangsimpulse an die bei der Ummagnetisierung auftretenden Impulse kann auch mit Hilfe von Schaltgliedern in der Ausgangsleitung selbst erreicht werden. In der Fig. 5 ist dies anschaulich dargestellt, wobei angenommen ist, daß der Kern KZ, der sich innerhalb einer Schaltmatrix nach der Erfindung befindet, bei Ansteuerung über seine Wicklungen an die die einzelnen Speicherkerne S1 bis Sn durchsetzende Leitung L einen positiven und negativen Stromimpuls abgibt. Das Ende dieser Leitung L ist so mit einem Widerstandskondensatorglied abgeschlossen, daß zusammen mit der Induktivität der Leitung selbst die gewünschte Stromverteilung bzw. Verformung der Ausgangsimpulse zustande kommt. Das Widerstandskondensatorglied ist hierbei so dimensioniert, daß die steile Rückstellflanke (vgl. Fig. 4a) so verformt wird, daß die Impulsform zumindest angenähert der in Fig. 4b dargestellten Funktion entspricht.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann der Aufwand an Treiberstufen für eine Schaltanordnung mit einer Vielzahl von Magnetkernen dadurch noch weiter herabgedrückt werden, daß an jedem einzelnen Kreuzungspunkt der den Dimensionen einer räumlichen Anordnung entsprechenden Leitung mehrere, mindestens zwei Kerne angeordnet werden.

Jeder der Kerne an einem Kreuzungspunkt ist mit allen Ummagnetisierungsleitungen, also beispielsweise mit der X-Leitung, mit der F-Leitung und mit der Z-Leitung verkettet.

In der Fig. 6 ist auszugsweise eine derartige An-Ordnung dargestellt. In dieser Figur ist lediglich eine X-Leitung, eine F-Leitung und eine Z-Leitung zu sehen, und es ist angenommen, daß am Kreuzungspunkt dieser Leitung zunächst zwei Kerne angeordnet sind. Wie die Figur zeigt, ist sowohl der Kern k 1 als auch der Kern k 2 mit der Z-Leitung, mit der X-Leitung und mit der F-Leitung verkettet. Jeder Kern trägt aber eine eigene, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Ausgangswicklung, und jeder Kern ist mit einer anderen Vormagnetisierungswicklung verkettet, d. h., die Vormagnetisierungswicklung, die ja innerhalb einer räumlichen Matrix mit allen Kernen verkettet ist, die in der Matrix angeordnet sind, ist ebenso wie bei einer einfachen Matrix mit einer Vielzahl der Kerne verbunden, doch niemals mit zwei Kernen innerhalb eines Kreuzungspunktes. Durch diese Anordnung wird in einfacher Weise erreicht, daß mit derselben Anzahl von Treiberstufen die doppelte bzw. eine mehrfache Anzahl von Kernen angesteuert werden kann, wobei dann lediglich eine Umschaltung der Vormagnetisierungswicklung notwendig wird, um bestimmte einander zugeordnete Kerne innerhalb einer kubischen Schaltmatrix wirksam zu machen.

Bei der Erläuterung der Erfindung wurde über die Ansteuerung, die über die einzelnen Leitungen erfolgt, nichts ausgesagt. Diese Ansteuerung, die von Steuerimpulsen, die eine Information enthalten oder der Reihe nach von Taktimpulsen einer Taktleitung abgeleitet werden können, muß je nach den Erf ordernissen und insbesondere dem Aufbau der Schaltmatrix und dem Aufbau der durch die Schaltmatrix zu steuernden Schaltglieder, z. B. einer Speichermatrix, jeweils dimensioniert werden. Daß hierbei gelegentlich auch mit Hilfe von positiven Steuerimpulsen aufhebenden negativen Impulsen gearbeitet werden kann, sei nur aus Vollständigkeitsgründen erwähnt.

Claims (7)

Patentansprüche: 45

1. Schaltmatrix für datenverarbeitende Anlagen zur Ansteuerung einer bestimmten Leitung unter einer Vielzahl von Leitungen mit Hilfe von den einzelnen Leitungen zugeordneten Magnetkernen mit rechteckiger Hystereseschleife; die sich in einer über eine Vormagnetisierung erzwungenen Ruhelage befinden und die durch Ummagnetisierung an die ihnen zugeordnete Leitung jeweils einen Impuls abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne zumindest elektrisch mehrdimensional, z. B. in mehreren Ebenen, angeordnet und mit einer der Anzahl der Dimensionen der Anordnung entsprechenden Zahl von Erregerwicklungen versehen sind, wobei die Erregerströme so aufeinander abgestimmt sind, daß der Kern immer nur dann, wenn er über alle Wicklungen angesteuert wird, ummagnetisiert wird und hierbei einen Impuls abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dreidimensionale Anordnung der Kerne in mehreren Ebenen, wobei jeder Kern durch insgesamt drei Leitungen entsprechend den drei Dimensionen angesteuert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen auf den Kernen und die diese Wicklungen durchfließenden Ströme so aufeinander abgestimmt sind, daß das zur Ummagnetisierung nötige Feld zu gleichen Teilen aufgebracht wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zurückmagnetisierung dem Vormagnetisierungsstrom ein diesen unterstützender impulsförmiger Strom überlagert wird, der so gewählt ist, daß der Ausgangsimpuls des Kernes bei Ummagnetisierung und Rückmagnetisierung zumindest angenähert gleich ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls durch einen Impuls verstärkte Vormagnetisierungsfeld auf das zur Ummagnetisierung erzeugte Feld so abgestimmt ist, daß beide Felder in entgegengesetzter Seite einen gleichen Wert von der Linie H-O besitzen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Zeitgliedern eine Übereinstimmung der positiven und negativen Ausgangsimpulse erzwungen wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Kreuzungspunkt der Erregerleitungen zumindest zwei Kerne angeordnet sind, die alle mit sämtlichen Erregerwicklungen, aber mit unterschiedlichen Vormagnetisierungs- und unterschiedlichen Ausgangswicklungen verkettet sind, so daß durch Wahl der Vormagnetisierung unterschiedliche Kerne wirksam werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 740 949;
Zeitschrift Journal Applied Physics, 22, 1951, S. 44 bis 48.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 679/284 12.60