DE1233438B - Schaltungsanordnung zur Entnahme von Daten aus einem assoziativen Speicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GlIc

Deutsche Kl.: 21 al-37/60

Nummer: 1233 438

Aktenzeichen: J 23543 IX c/21 al

Anmeldetag: 13. April 1963

Auslegetag: 2. Februar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Entnahme von Daten aus einem assoziativen Speicher, in welchem die Daten in Wortbereichen gespeichert sind.

Für die Entnahme eines Datenwortes aus einem assoziativen Speicher ist es erforderlich, daß alle im Speicher enthaltenen Worte parallel und gleichzeitig mit einem in einem Frageregister enthaltenen Schlüsselwort verglichen werden. Die Worte sind im Speicher in beliebiger Reihenfolge eingegeben, und der Vergleichsstrom vergleicht jedes Bit des Schlüsselwortes in dem Frageregister mit den entsprechenden Bitstellen eines jeden Wortes im Speicher. Der Vergleichsstrom, der sich auf einer Übereinstimmungsanzeigeleitung einstellt, läuft in jedem Wortregister des Speichers in Richtung der höchsten Wertstelle. Solange die Speicherstellen den entsprechenden Stellen im Frageregister gleichen, überbrückt der Vergleichsstrom eine eine Nichtübereinstimmung anzeigende Leitung. Am Ende eines jeden Speicher-Wortes schließt sich die Speicherstelle eines Übereinstimmungsanzeigebits an, die durch den Strom auf der Übereinstimmungsanzeigeleitung in den Eins-Zustand gebracht wird, um die Übereinstimmung eines Wortes anzuzeigen. Umgekehrt wird die Speicherstelle des Anzeigebits im Null-Speicherzustand gehalten, wenn das entsprechende Wortregister ein nichtübereinstimmendes Wort enthält.

Eine der empfindlichsten Stellen eines assoziativen Speichers stellt die Leseschaltung dar. Da die bisher vorgeschlagenen Entnahmeschaltungen für assoziative Speicher einen gleichzeitigen Vergleich von vielen Worten mit dem Schlüsselwort im Frageregister durchführen, ist eine parallele Einstellung aller derjenigen Ubereinstimmungsanzeiger erforderlich, die einem übereinstimmenden Wort ■ entsprechen. Diese Worte sind nacheinander aus dem Speicher zu entnehmen. Es ergibt sich daraus, daß die Gesamtleseschaltung ein großes Netzwerk mit vielen Parallelzweigen und demzufolge einem offensichtlich niedrigen Widerstand ist. Da die Schaltgeschwindigkeit von großen Parallelverknüpfungen in direktem Verhältnis zur Induktivität der Schaltung und im umgekehrten Verhältnis zum Widerstand der Schaltung steht, führt ein niedriger Widerstandswert zu einer großen Zeitkonstante, die sich ungünstig auf die Geschwindigkeit der Leseoperation auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lesezeit zu verkürzen, d. h. also den Widerstandswert der Leseschaltung zu erhöhen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Anzahl der Parallelpfade der Leseschaltung vermindert wird, indem Schaltungsanordnung zur Entnahme von Daten
aus einem assoziativen Speicher

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Floyd A. Behnke, Ruby, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. April 1962 (188152)

jeweils mehrere Wortbereiche zu Blöcken zusammengefaßt sind, von denen jeder mit einer separaten Entnahmeschaltung versehen ist, und daß die Übereinstimmungsanzeiger der Wortbereiche im Ein-Zustand einerseits die Entnahmeschaltung des zugehörigen Blockes wirksam machen und die der folgenden Blöcke sperren und andererseits die Entnahme der Worte innerhalb eines Blockes steuern.

Die Entnahme mehrerer übereinstimmender Worte innerhalb eines Blockes erfolgt nacheinander, und durch die Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers des zuletzt entnommenen Wortes wird ein Entnahmesteuersignal an den nächsten Block abgegeben, der seinerseits alle nachfolgenden Blöcke sperrt, wenn er im Ein-Zustand befindliche Ubereinstimmungsanzeiger enthält, und der im anderen Falle das Entnahmesteuersignal an den folgenden Block weiterleitet.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen in Verbindung mit einem nachfolgend an Hand einer Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel zu ersehen.

Das Ausführungsbeispiel verwendet bekannte Kryotron-Schaltelemente. Es handelt sich dabei um Schichtkryotrons, deren Tor-Leiter in der Zeichnung mit einem halbkreisförmigen Bogen verbunden ist, während der Steuerleiter den Halbkreis rechtwinklig zum Tor-Leiter durchläuft. Ein Strom im Steuerleiter hält das Kryotrontorelement normalleitend. Befindet sich ein Tor in seinem supraleitenden Zustand, so

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weist es keinen Widerstand gegenüber dem im Torleiter fließenden Strom auf, vorausgesetzt, daß dieser Stromfluß unter dem kritischen Strom des Torelementes bleibt. Sobald ein Suprastrom von einem ersten Pfad zu einem zweiten Pfad umgeschaltet wurde, da der erste Pfad normalleitend geworden ist, bleibt der Stromfluß im zweiten Pfad auch dann erhalten, wenn der erste Pfad in seinen supraleitenden Zustand zurückkehrt.

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Speicher mit zwei Blöcken. Block 1 besteht aus drei Worten und Block 2 enthält ebenfalls drei Worte. Ein jedes Wort setzt sich aus einer Anzahl Bits zusammen. Es versteht sich, daß ein Block wesentlich mehr Worte enthalten kann, und daß die Anzahl der Blöcke unabhängig von der Anzahl der Worte im ganzen Speicher ist. Die Vergleichsschaltungen dieses assoziativen Speichers sind nicht gezeigt, da sie zum Verständnis der Erfindung nicht nötig sind.

Jeder Block besteht aus einem Übereinstimmungsanzeiger für jedes Wort im Block. Der Übereinstimmungsanzeiger MIl für das Wort 1 enthält Kryotrons 6, 7, 108 und 109, der Übereinstimmungsanzeiger MI2 des Wortes 2 enthält Kryotrons 8, 9, 10 und 24 und der Übereinstimmungsanzeiger MI3 des Wortes 3 enthält Kryotrons 25, 23, T und 24'. Jeder Block enthält weiterhin eine Steuerkippschaltung. Die Steuerkippschaltung des Wortes 1 enthält Kryotrons 14, 15, 104 und 105, die Steuerkippschaltung des Wortes 2 enthält Kryotrons 11, 12, 111 und 112 und die Steuerkippschaltung des Wortes 3 umfaßt Kryotrons 12', 11', 111' und 112'. Alle diese Kryotrons haben eine gemeinsame Rückstellschaltung, welche Kryotrone 20, 200 umfaßt, die den Strom von einer Stromquelle + S entweder über Leitung L oder Leitungi? steuert. Eine Schaltung zum Aufsuchen des Zustandes der Übereinstimmungsanzeiger wird durch die Kryotrons 1 und 21 gesteuert. Die Suchoperation erfolgt über die Leitung M oder N in Abhängigkeit von Zustand der Übereinstimmungsanzeiger der entsprechenden Worte in einem gegebenen Block.

Zur weiteren Erläuterung der Schaltung wird angenommen, daß die Übereinstimmungsanzeiger MI2 und MI3 des Blockes 1 in ihre Ein-Zustände gebracht wurden, und daß keiner der Ubereinstimmungsanzeiger in einem anderen Block sich im Ein-Zustand befindet. Es soll eine Entnahme der ausgewählten Worte 2 und 3 aus dem Speicher erfolgen, die mit dem Schlüsselwort übereinstimmen, das sich im nicht dargestellten Frageregister befindet.

Am Beginn eines Lesezyklus erhält die Leseleitung B einen Impuls, der bewirkt, daß das Kryotron 1 normalleitend wird. Der Strom von der Quelle + T, der normalerweise über Leitung U fließt, wird nun auf Leitung V umgeschaltet und passiert das Torkryotron 21. Am Punkt P sind dem Suchstrom auf Leitung V zwei verschiedene Wege gegeben, nämlich durch Kryotron 2 oder 3. Wenn sich irgendein Übereinstimmungsanzeiger im ersten Block im Ein-Zustand befindet, wird der Strom von Quelle + Z umgeleitet von einer Leitung X zu einer Leitung Y. Da das Kryotron 3 nun normalleitend ist, fließt der Strom vom Punkt P durch Kryotrone 2 und 4 auf Leitung W. Kryotron 4 wird dadurch normalleitend und bewirkt, daß der Strom aus der Stromquelle + R vom rechten Pfad J in den linken Pfad umgeschaltet wird. Nachdem dieser Strom das Tor 5 passiert hat, findet er zwei mögliche Wege, von denen der eine durch das Kryotron 6 und der andere durch das Kryotron 7 führt. Infolge der Annahme, daß der Übereinstimmungsanzeiger M/l sich nicht im Ein-Zustand befindet, fließt ein Strom aus einer Stromquelle + E durch den Steuerleiter des Kryotrons 6 und macht dieses normalleitend. Der Strom von Quelle + R passiert dadurch Kryotron 7 und erreicht den Punkt PP. Am Punkt PP werden diesem Strom zwei mögliche Wege geboten, nämlich einmal über Kryotron 9 und zum anderen über Kryotron 10. Da der Übereinstimmungsanzeiger MI2 im Ein-Zustand steht, ist das Kryotron 10 normalleitend, und der Strom vom Punkt PP fließt durch das Kryotron 9 und des weiteren durch das Kryotron 11 der Steuerkippschaltung des Wortes 2. Dieser Strom bewirkt weiterhin in für sich bekannter Weise eine Entnahme des Wortes 2, da für dieses eine Übereinstimmung mit dem im Frageregister befindlichen Wort angezeigt wurde.

Nachdem das Kryotron 11 durch den Lesestrom in den normalleitenden Zustand gebracht wurde, wird der Stromfluß von Quelle + F vom rechten Pfad in den linken Pfad der Steuerkippschaltung des Wortes 2 umgeleitet. Sobald die Entnahme des Wortes 2 beendet ist, wird ein Strom in Leitung G erzeugt. Dieser Strom macht das Kryotron 17 normalleitend und schaltet daher den Strom von Quelle + O vom linken Pfad in den rechten Pfad. Der daraufhin durch das Kryotron 18 fließende Strom findet am Punkt P' zwei mögliche Wege, die durch die Kryotrone 15 oder 14 führen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Steuerkippschaltung des Wortes 1 im Null-Zustand verblieben und das Kryotron 14 daher normalleitend ist. Der Strom von der Quelle O fließt so durch das Kryotron 15 und erreicht den Punkt P'P'. Von diesem Punkt führen wiederum zwei mögliche Pfade weg, nämlich durch Kryotron 111 oder 112. Die Steuerkippschaltung des Wortes 2 befindet sich, wie vorausgehend erläutert, im Eins-Zustand, weshalb das Kryotron 111 normalleitend ist und bewirkt, daß der Strom durch das Kryotron 112 zum Kryotron 24 fließt, dieses normalleitend macht und schließlich den Punkt P'P'P' erreicht.

Die Umschaltung des Kryotrons 24 in den normalleitenden Zustand führt zu einer Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers des Wortes 2 in den Aus-Zustand. Da keine andere Steuerkippschaltung sich im Eins-Zustand befindet, fließt der Strom von Quelle O durch die linken Kryotrons 111' der übrigen Steuerkippschaltungen. Nachdem der Übereinstimmungsanzeiger MI2 in seinen Aus-Zustand gebracht worden ist, wird ein Impuls auf der Leitung H erzeugt, der zum Ausgang / fließt. Dieser Strom macht das Kryotron 20 normalleitend, so daß der Strom von Quelle + S vom rechten Leiter R in den linken Leiter L umgeschaltet wird. Die Leitung!, läuft durch jede der Steuerkippschaltungen des Speichers und ist im stromführenden Zustand bestrebt, alle Steuerkippschaltungen in ihren Null-Zustand zu schalten. Da sich nur die Steuerkippschaltung des Wortes 2 im Eins-Zustand befindet, wird nur diese durch den auf der Leitung L erscheinenden Strom in den Null-Zustand geschaltet. Alle übrigen Steuerkippschaltungen verbleiben in ihrem Null-Zustand. Der Strom auf Leitung L macht außerdem das Kryotron 18 normalleitend, welches den Strom von Quelle + O von seinem rechten Pfad in seinen linken Pfad zurückschaltet.

Mit der Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers des Wortes 2 wurde das Kryotron 9 normalleitend und das Kryotron 10 supraleitend gemacht. Der Strom von Quelle + R fließt daher vom Punkt PP weiter durch das Tor 10 zum Punkt PPP. Da der S Ubereinstimmungsanzeiger M/3 ebenfalls im Ein-Zustand steht, erfolgt eine Entnahme des Wortes 3 in der vorbeschriebenen Weise. Nach Vollendung der Entnahme des Wortes 3 und nach Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers MI3 in seinen Aus-Zustand wird das Kryotron 25 normalleitend und der Lesestrom wird vom Punkt PPP aus durch die Kryotrone 7' und 26 geleitet. Das Kryotron 26 wird normalleitend und bewirkt, daß der Strom aus Leitung Y auf Leitung X umgeschaltet wird. Durch diese Umschaltung des Stromes aus Quelle +Z auf Leitung X wird das Kryotron 2 normalleitend gemacht, so daß der Strom von Punkt P aus nunmehr durch die Kryotrone 3 und 5 läuft. Sobald das Kryotron S normalleitend wird, fließt der Strom von Quelle + R durch das Kryotron 4 auf Leitung J. Dieser Strom auf Leitung / zeigt an, daß die Suche nach übereinstimmenden Worten im Block 1 beendet ist. Der Suchprozeß wird nun im Block 2 in den gleichen, in Verbindung mit Block 1 erläuterten Schritten fortgesetzt.

Der Entnahmezyklus für jeden Block des assoziativen Speichers enthält die folgenden Schritte:

1. Auslösung eines Impulses auf der Leitung B, um das Kryotron 1 normalleitend zu machen und den Suchstrom von der neutralen Leitung U auf die Leitung V umzuschalten.

2. Der Suchstrom auf Leitung V prüft den Block nach der Anwesenheit von übereinstimmenden Worten.

3. Die Anwesenheit eines übereinstimmenden Wortes, die angezeigt wird durch den Ein-Zustand eines Übereinstimmungsanzeigers, bewirkt, daß der Blocklesestrom von der neutralen Leitung /

in die Leseleitung des Blockes 1 umgeschaltet wird, daß das erste übereinstimmende Wort gelesen wird und daß die entsprechende Steuerkippschaltung in ihren Eins-Zustand geschaltet wird, wobei jeweils nur eine Steuerkippschaltung des Blockes während einer Entnahmeoperation in den Eins-Zustand gebracht wird, trotzdem eine Vielzahl von Übereinstimmungsanzeigern in ihren entsprechenden Ein-Zuständen stehen können.

4. Der Übereinstimmungsanzeiger des ausgelesenen Wortes wird in seinen Aus-Zustand rückgestellt.

5. Auf Leitung H erscheint ein Impuls, der die jeweils wirksam gewesene Steuerkippschaltung in ihren Null-Zustand zurückstellt und alle übrigen Steuerkippschaltungen in diesem Zustand hält.

6. Auf Leitung H' tritt ein zum Ausgang / fließender Impuls auf, der den Stromfluß auf der Rückstelleitung L beendet, indem er das Kryotron 200 normalleitend macht und den Strom von Quelle + S in die neutrale Leitung R umschaltet. Sobald ein bestimmter Block anzeigt, daß keiner der Übereinstimmungsanzeiger sich im Ein-Zustand befindet, werden alle Suchströme umgeleitet in den nächsten Block, nämlich Block 2, und alle vorerläuterten Lesezyklen sind für die Entnahme von übereinstimmenden Worten aus dem Block 2 wirksam. Die Suchoperation setzt sich fort, bis aus allen nachfolgenden Blöcken die übereinstimmenden Worte entnommen worden sind. Wenn das letzte ausgewählte Wort des letzten Blockes entnommen wurde, wird auf der Rückstelleitung V, die durch den Steuerleiter des Kryotrons 21 führt, ein Impuls erzeugt, der dieses Kryotron normalleitend macht und so den Strom aus Quelle + T auf die neutrale Leitung U umschaltet.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sowohl im Aufbau der Schaltung als auch in der Wahl der Schaltelemente können vielfältige Abwandlungen vorgenommen werden, ohne daß dabei der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Entnahme von Daten aus einem assoziativen Speicher, in welchem die Daten in Wortbereichen gespeichert sind und jedem Wortbereich ein bistabiler Übereinstimmungsanzeiger zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Wortbereiche in Blöcken zusammengefaßt sind, von denen jeder mit einer separaten Entnahmeschaltung versehen ist, und daß die Übereinstimmungsanzeiger (MI 1 bis MI3) im Ein-Zustand einerseits die Entnahmeschaltung des zugehörigen Blockes wirksam machen und die der folgenden Blöcke sperren und andererseits die Entnahme der Worte innerhalb eines Blockes steuern.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubereinstimmungsanzeiger (MI 1 bis MI3) als Kippschaltungen ausgebildet sind, die über Tore (108, 8, 23) nach der logischen Funktion »Oder« die Entnahmeschaltungen steuern.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Übereinstimmungsanzeiger (MI 1 bis MI3) eine Steuerkippschaltung (CB) zugeordnet ist, die bei der Entnahme des entsprechenden Wortes in den Ein-Zustand geschaltet wird und eine Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers steuert.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme mehrerer übereinstimmender Worte eines Blockes nacheinander erfolgt und durch die Rückstellung des Übereinstimmungsanzeigers des zuletzt entnommenen Wortes ein Entnahmesteuersignal an den nächsten Block abgegeben wird, der seinerseits alle nachfolgenden Blöcke sperrt, wenn er im Ein-Zustand befindliche Übereinstimmungsanzeiger (MI) enthält, und der im anderen Fall das Entnahmesteuersignal an den folgenden Block weiterleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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