DE2730328B2

DE2730328B2 - Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenworts von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort

Info

Publication number: DE2730328B2
Application number: DE2730328A
Authority: DE
Inventors: David Leslie Edina Fleming; Leslie Matthew Jenson; Gerald Francis Sauter
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1979-05-10
Also published as: US4084260A; FR2358726A1; GB1588535A; IT1081545B; DE2730328C3; DE2730328A1; JPS5757797B2; CA1081366A; JPS539431A; FR2358726B1

Description

bestübereinsiimmende Wort aus einer sehr großen, jedoch begrenzten Anzahl von Worten gefunden werden, so muß diese Schaltungsanordnung entsprechend groß und damit aufwendig sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der mit geringem, und von der Anzahl der Datenworte unabhängigem schaltungstechnischen Aufwand das mit einem Suchwort bestübereinstimmende Datenwort aus einer unbegrenzten Vielzahl von Datenworten feststellbar ist

Diese Aufgabe wird di-rch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung benötigt zur Durchführung der Such-Operation eine der Anzahl der untersuchten Datenworte proportionale Zeit Gegenüber der Schaltungsanordnung der DE-OS 19 09 186 ist sie damit vergleichsweise langsamer, was jedoch durch die hohe Arbeitsgeschwindigkeit (bei einer Taktfrequenz von beispielsweise 1 MHz) für technisch vertretbar angesehen werden kann, wenn hierdurch der gerätetechnische Aufwand klein und von der Anzahl der untersuchten Datenworte unabhängig eingehalten werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung wird also eine Einrichtung geschaffen, mit der die beste Übereinstimmung, d. h. die minimale Hamming-Distanz zwischen -³⁰ einem Suchwort und einer Vielzahl von Datenworten bestimmt werden kann. Diese neue Einrichtung basiert auf folgendem Gedanken: Ein erstes Datenwort einer Vielzahl von Datenworten wird in einem Datenwortregister gespeichert ein als übereinstimmend festgestell- tes Wort wird in einem Übereinstimmungswortregister gespeichert, und ein Suchwort wird in einem Suchwortregister gespeichert. In mehreren Exklusiv-ODER-Gliedern wird die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort sowie zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmungswort in paralleler Arbeitsweise bestimmt und dann werden die beiden Hamming-Distanzen unter Verwendung zweier Kirchhoffscher Stromaddierer und einen Strom-Komparator verglichen. Ist die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort gleich oder größer als die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwqrt und dem Übereinstimmungswort, so wird das Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswort-Register beibehalten, und der Betrieb wird mit dem nächsten ^M Datenwort fortgesetzt Andererseits, wenn die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort kleiner ist als die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmungswort, so wird das Datenwort in das Übereinstimmungs- ~^Λ wort-Register übertragen, als neues Übereinstimmungswort definiert, und der Betrieb wird anschließend mit weiteren Datenworten fortgesetzt Der Uetrieb wird so lange fortgesetzt, bis alle Datenworte derart verglichen wurden, woraufhin dann das letzte Übereinstimmungs- ^m wort in dem Übereinstimmungswort-Register als das beste Übereinstimmungswort angesehen wird.

Die Erfindung beruht also auf dem gleichzeitigen Vergleich des Suchwortes mit dem Datenwort und dem Übereinstimmungswort. Zeigt der Vergleich an, daß das Datenwort einen höheren Übereinstimmungsgrad aufweist als das Übereinstimmungswort, so wird das Datenwort zum neuen Übereinstimmungswort, und das nächste Datenwort wird mit dem neuen Übereinstimmungswort verglichen. Dieser Vorgang wird also so lange wiederholt, bis alle Datenworte entsprechend verarbeitet sind, so daß dann das letzte Übereinstimmungswort auch das beste Übereinstimmungswort ist

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles irn Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert Es zeigen:

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und

Fig.3 eine Wahrheits-Tabelle zur Erläuterung der Betriebsweise.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fi g. 1 wird eine Vielzahl von Datenworten mit einer Länge von /V Bit zuerst in einem Datenwortspeicher 10 gespeichert, der eine Anzahl von N Schieberegistern (0 — N-\) enthält, jeweils mi ϊ einer Länge von A/Stufen.

Die M Datenworte werden seric.i in das linke Ende bzw. Stufe der N Schieberegister eingegeben, und zwar über ein Datenwortregister 12, in welches jedes Bit jedes Datenwortes parallel eingegeben wird,-wobei jeder Stufe des Datenwortregisters 12 eine entsprechende Stufe des Registers des Datenwortspeichers 10 zugeordnet ist d. h, das Bit 0 des Datenwortes wird auf der linken Seite der entsprechenden Stufe des Schiebregisters 0 eingegeben und entsprechend das Bit yV-1 des Datenwortes auf der linken Seite der entsprechenden Stufe des Schieberegisters Λ/-1. Weiterhin wird ein Suchwort in ein Suchwortregister 14 eingegeben. Während dieser Vorbereitung bzw. organisatorischen Operation werden, bevor mit der eigentlichen Operation des Suchens des bestübereinstimmenden Wortes begonnen wird, ein Datenwortregister 16 und ein Übereinstimmungswortregister 18 vollständig gelösch (, so daß beide Register an allen Stellen eine Null enthalten. Im folgenden sollen die verwendeten Begriffe definiert werden:

Da^enwort:

MBit-Wort in dem Datenwortregister 16. Übereinstimmungswort:

N- Bit-Wort in dem Übereinstimmungswortregister 18.

Suchwort:

/V-Bit-Wort in dem Suchwortregister 14, das gleichzeitig mit dem Datenwort und dem Übereinstimmungswort auf minimale Hamming-Distanz verglichen wird.

Hamming-Distanz:

Anzahl der zugeordneten Stellen zweier Wörter, in denen sich die Wörter unterscheiden. (Die beiden Wörter enthalten an den jeweiligen Siellen einander komplementäre Signale.)

Zur Erläuterung einer typischen Operation der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß die Länge ,V der Datenworte, die verarbeitet werden sollen, /V= 8 sei und die Anzahl M der Datenwörter, die in dem Da.enwortspeicher 10 gespeichert sind M= 1024 sei, so daß der Datenwortspeicher 10 acht Schieberegister mit einer Länge von 1024 Län«sstufen enthält

Zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt to sei angenommen, daß der Datenwortspeicher 10 mit einer Anzahl von Worten geladen ist wie beispielsweise in. F i g. 3 dargestellt, und daß das Datenwortregister 16

sowie das Übereinstimmungswortregister 18 jeweils gelöscht sind. Es sei nun angenommen, daß ein Suchwort

SW 1 0 1 I 0 1 I I

in das Suchwortregister 14 eingeschrieben worden ist und daß die dazugehörigen Bits mit zugeordneten Exklusiv-ODER-Gliedern von Exklusiv-ODER-Gliedern 20 und 22 Ober zugeordnete Leitungsbündel 21 und 23 verbunden sind Zum Zeitpunkt t„ wird eine Steucrungseinheit 24, die aus einem Zweiphasen-Taktsignalgenerator, der auf einer Frequenz von I Megahertz (MHz) arbeitet, getriggert und erzeugt Zweiphasen-Signale Φ\ und Φ₂ gemäß der F i g. 2. Das erste Phasensignal Φι ist mit dem Datenwortspeicher 10 verbunden und bewirkt dort, daß der Inhalt der acht Schieberegister des Datenwortspcichers 10 parallel um einen Schritt nach rechts verschoben wird. Das Schieben der M Datenworte verursacht, daß die acht Bits des Datenwortes, das in der rechten Stufe der acht Schieberegister gespeichert ist, auf das zugeordnete Leitungsbündcl 26 gelegt wird und von dort in das Datenwortregister 16 übertragen wird und gleichzeitig über ein zugeordnetes Leitungsbündel 28 an den Eingang des Übercinstimmungswortregisters 18 gelegt wird, jedoch dort nicht eingespeichert wird.

Zu diesem Zeitpunkt fo veranlaßt das Signal <f>\ in den Exklusiv-ODER-Gattern 20 folgende logische Operationen:

5 W I 0 1 10 1 1 I (Suchwort)
FW 0 10 1110 1 (Datenwort)

1110 10 10

was eine Hamming-Distanz von 5 ergibt, während die Exkiusiv-ODER-Glieder 22 folgende logische Operation ausführen

5VV 10 110 111 (Suchwort)
ÜWO 0 0 0 0 0 0 0 (Übereinstimmungswort)
10 110 111

was eine Hamming-Distanz von 6 ergibt. Die Exklusiv-ODER-Glieder 20 und 22 ieitcn diese Werte 5 bzw. 6 in der Darstellung von logischen len entsprechend der Hamming-Distanz zu den zugeordneten Widerstandsanschlüssen von Widerstandsnetzwerken 30 bzw. 32. Diese Signale bewirken in den Widerstandsnetzwerken 30 bzw 32 die Erzeugung entsprechender Stromsignale der Größen 5 bzw. 6, wobei diese dann über zugeordnete Widerstände R₂ an die jeweiligen Anschlüsse eines !Comparators 34 gelegt werden.

Darauffolgend, zum Zeitpunkt fo. Φι steuert das zweite Phasensignal Φ₂ von der Steuerungseinrichtung 24 Ober eine Leitung 36 den Ausgang des Komparator 34, der seinerseits über eine Leitung 38 des Übereinstimmungswortregister 18 taktet. Wenn die Hamming-Distanz (5) und der entsprechende Strom, der in den Exklusiv-ODER-Gliedern 20 und dem Widerstandsnetz- werk 30 erzeugt wurde, kleiner ist als die Hamming-Distanz (6) und der zugeordnete Strom, der in den F.xklusiv-ODER-Gliedcrn 22 und dem Widerstandsnetzwerk 32 erzeugt wurde, so erzeugt der Komparator 34 ein Ausgangssignal, das über die Leitung 38 steuert, daß

¹^ das Datenwort

FW0 1 0 I 1 I 0 I

das auf dem zugeordneten Leitungsbündcl 28 ansteht und gegenwärtig in dem Datenwortregister 16 gcspei-

chert ist, in das Übcrcinstimmungswortrcgister eingeschrieben wird, so daß das bisher mit dem Suchwort verglichene Wort durch ein neues Übereinstimmungswort ersetzt wird.

Aus den F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die

■?■> Steucrungseinheit 24 fortfährt, ihre Zweiphasen-Signalc Φu Φ₂ mit der Frequenz F= I Megahertz zu erzeugen. Hierdurch wird das Datenwort aus dem Datenwortspeicher 10 in das Datenwortregister 18 geschoben, ein Strom erzeugt, dessen Betrag die Hamming-Distanz des

*° Vergleichs des Suchwortcs in dem Suchwortregister 14 mit dem Datenwori in dem Datenwortregister 16 und dem Übereinstimmungswort in dem Übercinstimmungswortregister 18 entspricht, und weiterhin das Datenwort aus dem Datenwortregister 16 in das Übereinstimmungswortregister 18 übertragen, um ein neues Übereinstimmungswort zu bilden, wenn der Vergleich dieses anzeigt. Wenn ein Zähler 48. der über die Steuerungseinheit 24 mit einer Frequenz F= 1 Megahertz betrieben wird, auf einen Wert K=M

*o gezählt hat, so legt er ein Signal K an ein Bestübereinstimmungswort-Register 50 zur Übertragung eines bestübereinstimmenden Wortes. Zu diesem Zeitpunkt, an dem die Suche nach dem bestübereinstimmenden Wort aus dem Datenwortspeicher 10 vollendet worden ist, wird das Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswortregister 18 über ein zugeordnetes Leitungsbündel 52 in das Bestübereinstimmungswortregister 50 übertragen, wodurch das am besten übereinstimmende Wort erhalten wurde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenworts von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort, wobei in dem Datenwort-Speicher m Datenworte von η Bit Länge gespeichert sind, mit einem Datenwortregister, das zur Speicherung eines der m Datenworte mit dem Datenwort-Speicher verbunden ist, mit einem Obereinstim- '° mungswort-Register, das mit dem Datenwort-Speicher zur Speicherung eines ausgewählten Wortes der m Datenworte als übereinstimmendes Wort verbunden ist, mit einem Suchwortregister zur Speicherung eines Suchwortes von m Bit Länge, und mit einer ersten Einrichtung zur Erzeugung eines ersten, die Hammung- Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort darstellenden Signals, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste Einrichtung (20, 30) an das Datenwortregister (16) und das Suchwortregister (14) angeschlossen ist, daß eine zweite Einrichtung (22, 32) vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines zweiten, die Hamming-Distanz zwischen dem übereinstimmenden Wort und dem Suchwort darstellenden Signals an das Übereinstimmungswortregister (18) angeschlossen ist, und daß ein Komparator (34) vorgesehen ist, der zum Vergleich der ersten und der zweiten Hamming-Distanz-Signale mit der ersten und der zweiten Einrichtung (20,30 und 22,32) verbunden ist, wobei das Datenwort dann in das Obereinstimmungswortregister (IS) übernommen -.Λτά, wenn die erste Hamming-Distanz kleii.er ist als die zweite Hamming-Distanz.

2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (20, 30) eine Anzahl von N Exklusiv-Oder-Gliedern (20) enthält, die jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Suchwortregisters (14) und des Datenwortregisters (16) verbunden sind und ein Widerstandsnetzwerk (30) mit N Widerstandsanschlüssen enthält, die jeweils mit einem separaten zugeordneten Ausgang der Exklusiv-ODER-Glieder (20) verbunden sind, und deren andere Widerstandsanschlüsse gemeinsam mit einem ersten Eingang eines !Comparators (34) verbunden sind, und daß die zweite Einrichtung (22, 32) eine Anzahl von N Exklusiv-ODER-Gliedern (32) enthält, die jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Suchwortregisters (14) und des Übereinstimmungs-Wortregisters (18) verbunden sind, und ein Widerstandsnetzwerk (32) mit N Widerstandsanschlüssen enthält, die jeweils mit einem separaten zugeordneten Ausgang der Exklusiv-ODER-Glieder (32) verbunden sind, und deren andere Anschlüsse mit einem zweiten Eingang des Komparator (34) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchwortspeicher (10) eine Anzahl von NSchieberegistern mit einer Länge von ^ω N Bits enthält, wobei jedes der einzelnen N Schieberegister die gleichrangigen Bits der M Datenworte speichert und wobei die Schieberegister jedes der N Bits der Datenworte parallel mit einer zugeordneten Stufe des Datenwortregisters (16) verbinden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenwortes von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits bekannt, binäre, digitale Speicher zum Aufsuchen von Daten, die einem identifizierenden Schlüsselwort zugeordnet sind, zu verwenden (vgl. Associative Memories, Electronic Design, A. C ο r η e -ret to, I. Februar 1963, Seite 40—55). Derartige Speichersysteme, die teilweise auch als Assoziativspeicher bezeichnet werden, bestehen aus zwei Grundspeichern oder Subsystemen; einem Suchspeicher und einem zugeordneten Speicher. Der Suchspeicher ist ein Teil des Assoziativspeicher und enthält das beschreibende Material, Speichersuchworte oder Bestimmungsworte, die mit den Datenworten oder mit Suchworten verglichen werden. Der Assoziativspeicher enthält dagegen die Daten, die den in dem Suchspeicher gespeicherten beschreibenden Kriterien im einzelnen zugeordnet sind.

Es wurde auch ein anderer Weg angegeben, bei dem der Suchspeicher eine Vielzahl von Mehr-Bit-Worten enthält, die andere in dem Assoziativ-Speicher gespeicherte individuelle Mehr-Bit-Worte beschreiben, bzw. jeweils mit ihnen ir. Beziehung stehen. Das Mehr-Bit-Suchwort wird mit dem gespeicherten Suchwort verglichen, wenn z. B. die Suchfunktion definiert ist als: »Suche alle gespeicherten Suchworle, die mit den Suchworten gleich sind«. Der Suchspeicher erzeugt ein Ausgangssignal, das die Adresse des zugeordneten Speichers anzeigt, in dem die zugeordneten Daten, d. h. die Daten, die mit den einzelnen gespeicherten Suchworten übereinstimmen, gespeichert sind. Weiterhin ist der Assoziativ-Speicher für die zugeordneten Daten zugänglich, d. h. für die Daten in dem Assoziativ-Speicher, die dem gespeicherten Suchwort zugeordnet sind und die Suchkriterien erfüllen (vgl. US-PS 33 87 274, W. W. D a ν i s ). Derartige Assoziativ-Speicher können eine Vielzahl von Funktionen durchführen, wie z. B. gleich, größer gleich, kleiner gleich, innerhalb bestimmter Grenzen, ein Schritt größer, etc. (vgl. US-PS 33 32 069, E. J ο s e ρ h).

Neuere Assoziativ-Speicher verwenden Speicher mit Schieberegistern großen Fassungsvermögens, mit denen die Suchfuntkion ausgeführt wird, wobei mittel-integrierte Schaltkreise (MSI) und hochintegrierte Schaltkreise (LSI) verwendet werden (vgl. »Parallel Search of Shift Register Storage«, H. R u ζ i c k a, IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 17, No. 3, August 1974, Seiten 807-808).

Aus der DE-OS 19 09 186 ist schließlich eine in der Form eines Assoziativ-Speichers aufgebaute Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenwortes von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort bekanntgeworden. Diese Schaltungsanordnung besitzt einen Datenwort-Speicher zur Aufnahme von Datenworten, ein Suchwortregister zur Speicherung eines Suchwortes und ein Übereinstimmungs wort-Register, das nach vollzogener Such-Operation das bestübereinstimmende Wort enthält. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines ersten, die Hamming-Distanz zwischen dem Such wort und dem Datenwort darstellenden Signals vorhanden.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Anzahl der Worte, die verglichen werden können, auf die Kapazität des adressierbaren Speichers begrenzt. Soll das