DE1574502A1 - Assoziativspeicher - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Masdiinen Geselhchaft mbH

Böblingen, 5. 1. 1968 ru-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation» Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket PO 9-66-012 Assoziativspeicher

Die Erfindung betrifft einen Assoziativspeicher mit matrixformig angeordneten Speicherelementen zur zeilenweisen Speicherung von Wörtern und einem Eingaberegister/fsur Speicherung eines Suchwortes.

Außer den bekannten wort- oder bitorganisierten Speichern gibt es noch sogenannte Assoziativspeicher. Ein derartiger Assoziativspeicher ist z.B. in der deutschen Patentschrift 1 151 959 beschrieben. In einer derartigen Speicheranordnung mit suchendem Aufruf wird ein Angabenwort zusammen mit einem Kennwort gespeichert und das Angabenwort wird mit Hilfe dieses Kennwortes wiedergefunden, indem die Kennworte mit einem am Speichereingang stehenden Suchwort verglichen werden. Bei

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Übereinstimmung eine· Kennwortes mit dem Suchwort wird das zugeordnete Angabenwort ausgegeben. Die eigentliche Speicherposition innerhalb des assoziativen Speichere ist für die betreffenden Daten jedoch unbekannt. Eb ißt aber auch bei Assoziativspeichern manchmal erwünscht, daß gespeicherte Daten durch herkömmliche Adressierung gefunden werden können. Oft wäre es auch nützlich, wenn man nach einem Assoziativ-Suchvorgang für ein gefundenes Datenwort eine genaue Speicherposition innerhalb des Assoziativspeichere durch Ausgabe der betreffenden Adresse angeben könnte. Diese Funktion ist z.B. wichtig, wenn der Assoziativspeicher als Zuordnungsliste für die dynamische Speicher Zuweisung bei der Multiprogrammierung in Großrechenanlagen verwendet wird.

Eine derartige Möglichkeit weisen aber alle bisher bekanntgewordenen Assoziativspeicher nicht auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Assoziativspeicher zu schaffen, mit dem auch diese beiden Funktionen der herkömmlichen Adressierung und der Adressenermittlung ausgeführt werden können«

Gegenstand der Erfindung ist ein Assoziativspeicher mit matrixförmig angeordneten Speicherelementen zur zeilenweisen Speicherung von Wörtern

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und einem Eingaberegister zur Speicherung des Suchwortes, der dadurch charakterisiert ist, daß die Zeilen der Speichermatrix in ein Datenfeld zur Speicherung veränderbarer Daten und in ein Adressfeld zur Speicherung vorgegebener, in allen Zeilen unterschiedlicher Adressen unterteilt sind, und daß die Adressfelder ebenfalls einem Aesoziativ-Suchvorgang unterzogen werden können.

Ein solcher Assoziativspeicher kann vorteilhaft ergänzt werden durch eine Detektorschaltung, mit der festgestellt werden kann, ob bei einem Assoziativ-Suchvorgang in keinem, in einem oder in mehreren in der Assoziativspeicher-Matrix gespeicherten Wörtern eine Übereinstimmung mit den signifikanten Teilen des Suchworte β vorgelegen hat.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild eines Assoziativspeichers gemäß der

Erfindung,

Fig. 2: ein Blockschaltbild der Assoziativspeicher-Matrix aus Fig. 1, Fig. 3: ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten Detektorschaltung,

Fig. 4a-d: schematische Schaltbilder von Festwert-Speicherelementen, die für eine Verwendung in einer Assoziativspeicher-Matrix gemäß Fig. 2 geeignet sind. 209885/1058

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Der in Fig. 1 dargestellte Assoziativspeicher enthält eine Assozia-' tivspeicher-Matrix mit einem beschriftbaren Teil 10 aus bistabilen Speicherelementen! und einem Festwertteil 12 aus monostabilen oder bistabilen Speicherelementen. Der Speicher wird durch eine Bitspalten-Steuerschaltung 14 angesteuert, die einEingaberegister 16 und ein Maskierungeregister 18 enthält, welches jede gewünschte Position des Registers 16 ausblenden kann. Die Ausgangssignale der Assoziativspeicher-Matrix werden an ein·Speicher-Ausgaberegister 20 gegeben, das bei einem Lesevorgang Datenbits aus den Speicherteilen 10 und 12 empfängt. Die Detektorschaltung 22 stellt fest, ob keine, eine öder mehrere Uebereinstimmungen im Speicher vorlagen. Zur Steuerung der Speichervorgänge sind ausserdem eine Wortzeilen-Steuerschaltung 24 und eine Gesamtspeicher-Steuerschaltung 28 vorgesehen.

Die Afieoziativspeicher-Matrix 10, 12 ist genauer in Fig. 2 dargestellt. Die Matrix enthält mehrere Speicherelemente 50, die entweder normale Schreib-Lese-Speicher elemente oder Festwert-Speicherelemente sind. Die Elemente 50 werden spaltenweise von Bittreiberschaltungen 52 und 54 versorgt. Für jede. Zeile ist eine Worttreiber schaltung 56 vorgesehen, so dass beim Schreiben eine bestimmte Zeile ausgewählt werden kann. Weiterhin ist für jede Zeile ein Wortausgangsverstärker 58 vorgesehen, in der dargestellten Ausführung enthält der Assoziativspeicher 64 Wörter mit je 16 Bit·. Einige dieser Bits können unveränderliche Angaben

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darstellen^und dann sind die Speicherelemente in diesem Speicherteil Festwertelemente. Zum Schreiben einer "Eins" in ein bestimmtes bistabiles Speicherelement muss die Worttreiberschaltung 56 für die ausgewählte Zeile und die Bittreiberschaltung 54 für die ausgewählte Spalte erregt werden. Das Lesen eines Wortes ohne Löschung erfolgt durch alleinige Erregung der betreffenden Worttreiberschaltung 56, wodurch sich in einigen Speicherelementen 50 z.B. der durch einen . leitenden Transistor flies sende Strom ändert. Diese Aenderung nehmen die Bit-Leseverstärker 72 auf. Bei einem Vergleich der im Assoziativspeicher enthaltenen Wörter mit einem Suchwort wird in jeder betroffene* Spalte entweder eine Abfrage auf Null durch den einen oder eine Abfrage

auf Eins durch den anderen Bittreiber ausgeführt. Ein an die Wortleitung angeschlossener Ausgangsverstärker.58.stellt dabei fest, ob "keine Uebereins.timmüng" angetroffen wurde.

Für die Adressfeldbits 10 bis 16 der in'Fig. 2 dargestellten Assoziativspeicher-Matrix körinen Festwert-Speicherelemente vorgesehen sein. Solche Festwert-Speicherelemente sind in den Fig..4a bis d dargestellt. Hier werden die Signale zur Assoziativsuche entweder nur über die Abfrageleitung 0 oder nur über die Abfrageleitung 1 auf die Wortleitung weitergegeben. Das Auslesen ohne Löschen erreicht man durch positive Impulse über die Wortleitung und Abfühlen der Stromänderungen auf der Abfrageleitung 1. Bei diesen beiden Anwendungen von Festwert-Spe-icher-

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elementen sind die elektrischen Merkmale dieselben wie bei den bistabilen Schreib-Lese-Speicherelementen. Deswegen können im selben Speicher die Festwert-Speicherelemente mit den Schreib- , Lese-Speicherelementen kombiniert werden. Auf die Festwert-Speicherelemente haben die Schreiboperationen natürlich keinen Einfluss. ·

Die Detektorschaltung 22 von Fig. 1 ist' genauer in Fig. 3 dargestellt. Diese Schaltung-stellt feet, ob keine, eine oder mehrere Uebereinstimmungen bei einem Assoziativ-Suchvorgang (Kennzeichen-Vergleich) vorgefunden wurden· Eine genauere Beschreibung dieser Schaltung -folgt der Deichreibung dei ganzer Speicher··'

Herkömmliche Adressierung

Unter Bezug auf Fig. 1 sei festgestellt, dass bei Verwendung des Assoziativspeicher als herkömmlicher Speicher eine Adresse "decodiert¹¹ werden kann, indem man diese Adresse in das Adressfeld des Eingaberegisters 16 -setzt und alle anderen Bits mit dem Maskierungsregister 18 aus blendet. Nur die unmaskierten Bitpositionen fragen die Assoziativspeicher-Matrix ab. Da der Inhalt des Adressfeldes eines jeden Wortes verschieden von dem aller anderen ist, führt diese Abfrage-Operation zu nur einer Uebereinstimmung. Das betreffende Wort wird dann unter Steuerung der

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Wortzeilen-Steuerechaltung 24 in das Ausgaberegister 20 ausgelesen. Auf diese Weise arbeite't der Assoziativspeicher wie ein herkömmlicher Speicher.

Auffinden der Adresse durch Assoziativ-Suchvorgang Zum Auffinden der Adresse eines bestimmten Datenwortes wird der Assoziativspeicher aufgrund des variablen Inhaltes und nicht aufgrund fest vorgegebener Adressen abgefragt. Das erfolgt durch Speichern der betreffenden Daten in dem Datenfeld des Eingaberegisters 16. Mit dem Maskenregister w.ird das Adressfeld auemaskiert und der Speicherteil 10 dann nur nach den Datenfeldbits abgefragt. Bei Feststellung einer Uebereinstimmung wird das gesamte betreffende Wort dann unter Steuerung der Wortzeilen-Steuerschalter 24 in das Auegaberegister ausgelesen. Das Adressfeld dieses Registers enthält dann die gewünschte Adresse.. , '

Es kann vorkommen, dass dieselbe Information im Datenfeld von z-vai oder mehr Zeilen des Assoziativspeichers oder, auch überhaupt nicht gespeichert ist. In allen Fällen muse bestimmt werden können, ob bei der Suchoperation keine, eine oder mehrere U eb er ein Stimmung en angetroffen wurden. Diese Funktion übernimmt die in Fig. 1 allgemein und in Fig. 3 genauer beschriebene Detektorschaltung 22.

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Die Assoziativ-Suchoperation geschieht folgendermassen :' Die Daten werden im Datenfeld des Eingangsregisters 16 gespeichert. Das Maskierungsregiater 18 wird auf die Ausblendung des Adressfeldes eingestellt. Die Abfragung des Bereiches 10 erfolgt dann durch Erregung entweder des Eins- oder des Null-Bitfreibers selektiv für jede Spalte. Durch jede nicht übereinstimmende Bitstelle wird ein Impuls auf der entsprechenden Wortleitung erzeugt, der einen Merker für diese Wortzeile zurückstellt. Bei den Wortzeilen aber, in denen die Daten mit dem Inhalt des-Eingaberegisters 16, abgesehen von den ausgeblendeten Teilen, übereinstimmen, bleiben die Merker gesetzt. Die Aüsleseoperation wird durch Erregung der Worttre.iber für alle die Wörter eingeleitet, deren Merker gesetzt ist. Die Wortzeilen-Treiber-Impulse-rufen für jede Spalte der Matrix entweder ein Ausgangs signal im Bit-Leseverstärker 72 oder im Bit-Leseverstärker 74 hervor. Wenn z.B. das Wort 2 zum Suchwort passt und Bit 1 dieses Wortes eine "Eins" ist, kommt vom Bit-Leseverstärker 72 ein Signal für Bitposition 1. Falls aber die Datenteile von Wort I₁- und Wort 2 beide mit dem Suchwort übereinstimmen, und das Adressbit 1 von Wort 2 eine "Null" ist und das Adressbit 1 von Wort 2 eine "Eins", geben sowohl der "1"-Bit-Leseverstärker als auch der "O"-Bit-Leseverstärker in der Spalte für das .erste Adressbit ein Signal ab. Wenn diese Signale verknüpft werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, kann festgestellt werden, ob keine, eine einfache oder eine mehrfache Uebereinetimmung vorliegt. Wenn also beide Bit-Leecverstärker ("O¹¹ und "1") einer Bitposition erregt sind, wird eines der UND-Glieder

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60 erregt, und dies führt zu einem Ausgangsignal aus dem ODER-Glied 62, wodurch eine mehrfache Uebereinstimmung angezeigt wird. Wenn irgendeine Spalte ein "Eins"- oder ein "Null"-Ausgangssignal abgibt, liegt mindestens ein übereinstimmendes Wort vor. In der in Fig. 3 dargestellten Detektorschaltung ist diese Ueberprüfung nur in einer Spalte, z.B. für die Bitstelle 16 erforderlich. Bitstellensighale für ^Ml" und ¹¹O" der Spalte 16 werden im ODER-Glied 64 verarbeitet,

dessen Ausgangs signal anzeigt, dass mindestens in einem gespeicherten Wort der Datenteil mit dem Suchwort übereinstimmt. Wenn gleichzeitig die M-Leitung (mehrere übereinstimmende Worter) nicht erregt ist, zeigt infolge des Inverters 70 ein Ausgangesignal aus dem UND-Glied 66 an, dass nur ein Wort übereinstimmt.

Falls gar keine Uebereinstimmung vorlag, fehlen die Eingangsimpulse auf beiden Eingängen des ODER-Gliedes 64, und es entsteht über den Inverter 68 ein entsprechendes Aus gangs signal.

Die beschriebene Ergänzung eines Assoziativspeichers durch Adressfeldstellen ergibt den Vorteil, dass einerseits eine Datenauswahl aufgrund fester Adressen, jedoch mit Hilfe der für den Speicher ohnehin bestehenden Assoziativ-Sucheinrichtungen möglich ist, dass aber andererseits mit der gleichen Anordnung Daten durch Vergleich mit einem Suchwort gefunden und dann deren Adresse .ausgegeben werden kann.

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Es versteht sich von selbst, dass bei der Assoziatiysuche statt des gesamten Datenfeldes durch Anwendung des Maskierungsregisters auch ein Teil des Datenfeldes des Suchwortei als Such-Kennzeichen

verwendet werden kann·

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Claims (10)

- 11 - Böblingen, 5. 1. 1968 ru-hn PATENTANSPRÜCHE

1. Assoziativspeicher mit matrixförmig angeordneten Speicherelementen zur zeilenweisen Speicherung von Wörtern und einem Eigaberegister zur Speicherung eines Suchwortes» dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen der Speichermatrix in einen Datenteil (10) zur Speicherung veränderbarer Daten und in einen Adressteil (IZ) zur Speicherung vorgegebener, in allen Zeilen unterschiedlicher Adressen unterteilt sind, wobei auch der Adressteil (12) einem Assoziativ-Suchvorgang unterzogen werden kann.

2. Assoziativspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (50) im Adressteil (12) Festwertspeicherlemente zur Darstellung nur je eines der beiden Binärwerte sind, jedoch beim Suchvorgang und beim Auslesevorgang ein den Schreib-Lese Speicherelementen des Datenteiles (10) entsprechendes Verhalten zeigen.

3. Assoziativspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maskenregister (18) vorgesehen 1st, mit dessen Hilfe Teile des Inhaltes des Eingaberegisters (16) für einen Assozia-

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tiv-Suchvorgang ausgeblendet werden können.

4. Assoziativspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorschaltung (22) der Assoziativspeicher Matrix nachgeschaltet ist, mit der festgestellt werden kann, ob bei einem Assoziativ-Suchvorgang in keinem, in einem oder in mehreren in der Assoziativspeicher -Matrix gespeicherten Wörtern eine Übereinstimmung mit den signifikanten Teilen des Suchwortes vorgelegen hat.

5. Assoziativspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Spalte der Assoziativspeicher-Matrix zwei separate Spaltenleitungen für die beiden Binfrwerte (L und 0) vorgesehen sind, und zwar sowohl für da· Einschreiben/Abfragen al« auch für das Auslesen de« Spei eher inhaltes.

6. Assoziativspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgabe register (20) mit dem Datenteil (10) und dem Adressteil (12) der Assoziativspeicher-Matrix und mit dem Ausgang der Detektor-Schaltung (22) verbunden ist,

7. Assoziativspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da/3 die Stelleneingänge des Ausgaberegisters (20) mit den Spaltenlei -

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tungen der Assoziativspeicher-Ma tr ix verbunden sind, und daß Mittel (56, 72, 74) vorgesehen sind, um den Inhalt einer ausgewählten Speicherzelle der Assoziativspeicher-Matrix parallel in das Ausgaberegister (20) zu übertragen.

8. Assoziativspeicher nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (22) logische Verknüpfungsschaltungen (60, 62, 64 und 66) enthält, um die beiden Auegangssignale mehrerer Bitspalten der Assoziativspeicher-Matrix paarweise miteinander zu verknüpfen und ein Signal auf einer von mehreren Ausgangsleitungen (M, 1 und 0) das die Anzahl der gleichzeitig ausgelesenen Wörter angibt.

9. Assoziativspeicher nach den Ansprüchen 3, 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (22) eine Anzahl Und-Schaltungen (60) enthält, daß die beiden Eingänge jeder dieser Und-Schaltungen mit den beiden komplementären Auegangsleitungen (0 und 1) je einer Bitspalte verbunden sind und daß ferner die Auegänge dieser Und-Schal tungen mit den Eingängen einer nachgeschalteten Oder-Schaltung (62) verbunden sind, deren Ausgangsleitung (M) zur Anzeige einer Mehrfach-Übereinstimmung dient.

10. Assoziativspeicher nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß

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die Detektorschaltung (2Z) eine weitere Oder-Schaltung (64) enthält, deren beide Eingänge mit den komplementären Ausgangeleitungen nur einer Bitspalte der Assoadativspeicher-Matrix verbunden sind, und deren Ausgang über einen Inverter mit einer Leitung (0) für das Signal "Keine Übereinstimmung" verbunden ist, und daß sie eine weitere Und-Schaltung (66) enthält, deren erster Eingang über einen Inverter mit dem Ausgang der ersten Oder-Schaltung (62) und deren zweiter Eingang direkt mit dem Ausgang der zweiten Oder-Schaltung (64) verbunden ist, deren Ausgang »signal auf Leitung (1) zur Anzeige einer Einfach -Ubereinstimmung dient.

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