Магнитокристаллический сдвиговый регистр

 

368650

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаатскиа

Социалистическик

Республик

Зависимое or авт. свидетельства №

Заявлено 24.XII.1970 (№ 1608041/18-24) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

Опубликовано 26.1.1973. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 17.IV.1973

М. Кл. G 11с 19/ОО

Комитет по делам изобретений и открытий при Соаств Министров

СССР

УДК 621.374.32(088.8) Авторы изобретения

М. А. Боярченков и В. К. Раев

Институт электронных управляющих машин (f (I

Заявитель

МАГНИТОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СДВИГОВЫЙ РЕГИСТР

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для хранения и передачи дискретной информации.

Известен магнитокристаллический сдвиговый регистр, в котором магнитной средой служит пластина магнитоодноосного кристалла, а носителями двоичной информации являются цилиндрические магнитные домены. Последние продвигаются под влиянием импульсов внешнего поля в соответствии с зигзагообразной конфигурацией, образованной одномерными основными и вспомогательными магнитостатическими ловушками, размещенными на поверхности кристалла.

Градиент вертикальной составляющей магнитного поля, действующего на цилиндрический магнитный домен, создается лишь магнитными зарядами на концах одномерных магнитостатических ловушек. Прн этом градиент продвигающего внешнего поля равен нулю. Вместе с тем характеристики известных магнитных материалов таковы, что наведенный магнитный заряд оказывается недостаточным для достижения быстродействия, которым в потенциале располгают устройства на магнитных кристаллах.

Цель изобретения — повышение быстродействия магнитного регистра, содержащего магнитную среду, в которой происходит управляемое перемещение и фиксирование магнитных доменов, рассматриваемых в качестве носителей двоичной информации. Достигается она тем, что в предлагаемом регистре использовано магнитостатическое взаимодействие в двуслойной ферромагнитной системе, образованной однородной изотропной магнитной средой, для перемещения магнитных доменов которой служит пластина магнитного монокристалла, и асимметричными клинообразными

10 магнитостатическими ловушками из ферромагнитного материала. Ловушки размещены на поверхности магнитной среды и в совокупности образуют зигзагообразную систему, над которой и в соответствии с которой в магнит1 ной среде располагаются и перемещаются магнитные домены. Каждая ловушка представляет собой плоскую ферромагнитную пленку клинообразной или близкой к ней конфигурации. Основание и вершина любых

20 двух смежных клиньев в верхней части зигзагообразной системы образуют разрядную ячейку магнитокристаллического сдвигового регистра. Продвигающее поле создается полосковой шиной, расположенной с обратной сто25 роны магнитной среды непосредственно под зигзагообразной системой и вдоль нее. Повышенное по сравнению с прототипом быстродействие достигается благодаря совокупному действию магнитного поля тока в полосковой

30 шине и поля магнитных зарядов, возникаю368650

65 щих на концах асимметричных магнитостатических ловушек.

На фиг. 1 показана магнитная среда с изолированным магнитным доменом и элементами сдвигового регистра; на фиг. 2 — магнитокристаллический сдвиговый регистр согласно изобретению; на фиг. 3 — показаны возможные состояния, возникающие в процессе работы регистра.

На фиг. 1,а изображена магнитная среда 1, которой в данном регистре может служить тонкая, не толще 100 л км, пластина монокристаллического ферромагнетика из класса магнитоодноосных ферритов, ось легкого намагничивания которого нормальна плоскости пла стины. Таким материалом является, например, ГmFe03. В плоскости пластины магнитные свойства магнитной среды изотропны.

В случае приложения однородного магнитного поля, нормального поверхности магнитной среды (направление поля показано стрелками на ее торцах) в последней возникают и устойчиво существуют цилиндрические магнитные домены 2, используемые в магнитокристаллическом сдвиговом регистре в качестве носителей двоичной информации. Предполагается, что нахождение магнитного домена в разрядной ячейке регистра, означает запись в эту ячейку двоичной единицы и, соответственно, отсутствие его в разрядной ячейке означает запись двоичного нуля.

Цилиндрический магнитный домен с допустимым упрощением можно трактовать как магнитный диполь или элементарный постоянный магнит, обладающий определенной магнитостатической энергией. Для уменьшения этой энергии на поверхность магнитной среды 1 наносят магнитостатические ловушки 8, одна из возможных конфигураций которых изображена на фиг. 1, а в виде тонкопленочного прямоугольного ферромагнитного пятна.

Магнитостатическая ловушка является локализованной зоной пониженной энергии для магнитного домена, чем обусловливается устойчивость нахождения магнитного домена в зоне ее действия. При попытке вывести магнитный домен из зоны действия ловушки в направлении, перпендикулярном ее продольной оси, возникает удерживающая сила

F dgldx, где g — магнитостатическая энергия, а х — смещение, отсчитываемое от центра магнитного домена до продольной оси ловушки.

Непосредственно под ловушкой с противоположной стороны магнитной среды находится токовая шина 4. При подаче импульса тока продвижения I„p в токовную шину вокруг нее возникает магнитное поле Н„р, одно из возможных направлений которого показано на фиг. 1,а и б. Нормальная магнитной среде составляющая поля Нр имеет градиент, отличный от нуля. Как следует из фиг. 1, б, с этим градиентом совпадает по направлению градиент нормальной составляющей поля магнитных зарядов, возникающих на концах ловушки при подаче импульса в токовую шину.

На фиг. 1,а и б эти заряды обозначены «+» и « — ». Под влиянием суммарного магнитного поля токовой шины и магнитных зарядов домен смещается к одному из полюсов магнитостатической ловушки в зависимости от знака намагниченности домена. Например, в случае, приведенном на фиг. 1,а домен должен сместиться к левому полюсу ловушки. При изменении направления тока 1пр в токовой шине 4 меняется направление градиента нормальной составляющей суммарного поля, действующего на стенку магнитного домена, в связи с чем последний перемещается вдоль ловушки в обратном направлении — слева направо.

На фиг. 2 изображен предлагаемый сдвиговой регистр 5, содержащий магнитную среду 1, которой, как уже отмечалось, служит тонкая пластина монокристалла магнитоодноосного ферромагнетика. На поверхности магнитной среды размещена система клинообразных магнитостатических ловушек 8 из ферромагнитного материала. Эти ловушки в совокупности образуют зигзагообразную продвигающую систему, под которой и в соответствии с которой в магнитокристаллическом сдвиговом регистре движутся магнитные домены 2.

Части ловушек, примыкающих к основаниям клиньев, служат разрядными ячейками регистра. Последние удобно подразделить на основные и промежуточные. Верхний ряд вершин зигзагообразной продвигающей системы на фиг. 2 включает в себя основные разрядные ячейки, тогда как нижний ряд образует ячейки промежуточные. На фиг. 2 в основных ячейках записан двоичный код 10101...,01.

Непосредственно под продвигающей системой с обратной стороны магнитной среды 1 расположена токовая шина 4, соединенная проводником б с генератором продвигающих импульсов 7, который через проводник 8 подключен к устройству управления 9. Источник поля смещения 10, соединенный с устройством управления 9 проводником 11, создает магнитное поле, нормальное поверхности магнитной среды.

Для последовательного ввода двоичной информации служит проводящий виток 12, соединенный проводником 18 с генератором импульсов записи 14. Для параллельного ввода двоичной информации предназначено n — 1 проводящих витков 15, соединенных проводниками 1б с формирователем кода 17, Формирователь кода 17 и генератор импульсов записи 14 соединен с устройством управления проводниками 18 и 19 соответственно.

Считывание происходит с помощью проводящего витка 20, соединенного проводником

21 с цепью нагрузки 22. Источник импульсов

28, соединенный проводником 24 с проводящим витком 25, образует схему коллапсирования магнитного домена 2 в выходной разрядной ячейке магнитокристаллического сдвигового регистра. Источник импульсов 23 и

368650 цепь нагрузки 22 подключены к устройству управления 9 посредством проводников 2б.

Работает магнитокристаллический сдвиговый регистр следующим образом.

При подаче в проводящий виток 12 импульса записи от генератора 14 во входной разрядной ячейке регистра зарождается магнитный домен 2. После этого генератор продвигающих импульсов 7 вырабатывает импульс тока, который попадает в токовую шину 4.

На фиг. 3, а показано состояние магнитного домена 2, в основной разрядной ячейке после прекращения импульса от генератора импульса записи. При поступлении в токовую шину

4 импульса тока 1„р от генератора продвигающих импульсов 7 эффективное продвигающее поле О,р (на фиг. 3,6 показано стрелкой) перемещает магнитный домен из основной разрядной ячейки в промежуточную. Вслед за первым продвигающим импульсом генератор

7 вырабатывает второй, с противоположной полярностью. Соответственно, как следует из фиг. 3, в изменяется направление продвигающего поля. Магнитный домен 2 из промежуточной разрядной ячейки вновь попадает в основную, соседнюю с исходной разрядной ячейкой, как показано на фиг. З,в. Таким образом, за время действия пары импульсов противоположной полярности или одного биполярного импульса происходит сдвиг информации в регистре на один разряд. После и-1 продвигающих биполярных импульсов в п-разрядном магнитокристаллическом регистре магнитный домен попадает в выходную ячейку. При этом он наводит в проводящем витке

20 импульс считывания, который регистрируется цепью нагрузки 22. После этого магнитный домен в выходной ячейке регистра магнитного домена путем подачи от источника импульсов 23 коллапсирующего импульса в проводящий виток 25 передается в сопряженную с регистром логическую схему, также составленную из магнитостатических ловушек.

Последовательная запись информации происходит в интервалах между продвигающими

5 импульсами.

Аналогичным образом осуществляется параллельный ввод двоичной информации, В этом случае от формирования кода 17 в и — 1-й проводящий виток 15 синхронно по10 ступает и — 1-й разрядный параллельный код, который может храниться в регистре требуемое время, а затем последовательно считывается путем подачи а — 1 продвигающих импульсов от генератора 7 в токовую шину 4.

15 Синхронизацию работы источника поля смещения 10, источника импульсов 25, цепью нагрузки 22, генератора 14, генератора 7, илп соответственно источника поля смещения 10, источника импульсов 28, цепью нагрузки 22, 20 генератора 7 и генератора 17 осуществляет устройство управления.

В описанном магнитокрпсталлическом сдвиговом регистре может быть проведен целый ряд модификаций, не изменяющих однако су25 щества изобретения. Например, может быть видоизменена форма магнитостатпческих ловушек или геометрия токовой шины.

Предмет изобретения

Магнптокристаллический сдвиговый регистр, содержащий поляризующуюся доменную магнитную среду, соединенную с токовой шиной, подключенной к генератору продвига35 ющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, на поверхности магнитной среды размещена имеющая зигзагообразную конфигурацию система клинообразных магнитостатических ловушек, 40 вдоль и под которой на противоположной поверхности магнитной среды размещена токовая шина.

368650 Рог 5а Рог 5b

Фиг 58

Редактор Б. Федотов

Корректор Е. Талалаева

Заказ 1007/3 Изд. № 258 Тираж 576 Подписное

ЦНИКПИ Комитета по делам изобретений н открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Рау пская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель И. Горелова

Техред Y. Ускова