DE1914560B2 - Schaltungsanordnung zur verschiebung eines datenwortes innerhalb eines rechenelementen-feldes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verschiebung eines Datenwortes von m Bit Länge um Y Datenwortstellen innerhalb eines Feldes von wenigstens m Rechenelementen in einer Datenverarbeitungsanlage mitiels mehrerer Umlaufschieberegister, die an eine gemeinsame Umlaufsteuerung angeschlossen sind. Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 9 No. 9, Februar 1957, Seiten 1145/7 ist ein Datenverteilungskanal für Mehrprozessor-Systeme bekannt, bei welchem eine erste Reihe von Prozessoren mit einer zweiten gleich langen Reihe von Prozessoren über eine solche Anzahl von Schieberegistern verbunden ist, die gleich der Anzahl der Bitstellen in jedem Prozessor ist. Jedes Schieberegister hat so viele Bitstellen wie Prozessoren in einer Reihe vorhanden sind. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß eine gesonderte Schieberegisterreihe außerhalb der Rechenelemente erforderlich ist. Ferner müssen bei Verschiebung eines Datenwortes innerhalb eines mehrere Zeilen enthaltenden Feldes von Rechenelementen die Ausgangs- und BestimmungszeiU: jeweils gesondert mit der Schieberegisterreihe verbunden werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verschiebung eines Datenwortes innerhalb eines Rechenelementenfeldes um V Datenwortstellen zu ermöglichen, wobei lediglich in Zeilenrichtung verschiebbare Umiaufschieberegisier ttii Verfügung stehen.

Zur Lösung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß jedes Rechenelement ein Umlaufschieberegister von wenigstens m Bit Länge enthält, in welchem das in dem Rechenelement enthaltene Datenwort gespeichert ist, daß jeweils die /-te Speicherstelle des /-ten Schieberegisters mit der /-ten Speicherstelle des /ten Schieberegisters verbunden ist, wobei / und / die ganzen Zahlen zwischen 0 und m durchlaufen, daß i.ur Verschiebung des Datenwortes von einem ersten in das um Y ίο Datenwortstellen entfernte zweite Rechenelement die Inhalte der miteinander verbundenen Speicherstellen vertauscht und die Inhalte aller Umlaufschieberegister um Y Bitstellen verschoben werden, und daß die Inhalte der verbundenen Speicherstellen erneut vertauscht werden. Auf diese Weise kann ein in einer beliebigen Zeile enthaltenes Datenwort ohne Schaffung zusätzlicher Verbindungen in eine andere Zeile verschoben werden. Zwar werden dabei gleichzeitig sämtliche Datenwörter um in den gleichen Betrag mit verschoben, jedoch ist dies in den praktisch vorkommenden Fällen kein Nachteil.

Wenn das Rechenelementenfeld aus mehreren Unterfeldern von den m Rechenelementen besteht, dann ist in zweckmäßiger Weiterführung der Erfindung J₅ vorgesehen, daß zur Verschiebung des Datenwortes von einem Unterfeld zu einem anderen Unterfeld die /te Speicherstelle des /-ten Umlauischieberegisters eines Unterfeldes mit der /-ten Speicherstelle des /-ten Umlaufschieberegisters des benachbarten Unterfeldes verbunden ist. Auch hierbei werden keine außerhalb liegende Zwischenspeicher und außerhalb des Rechenelementenfeldes liegende Kanäle zur Verschiebung des Datenwortes benötigt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein aus fünf Rechenelementen aufgebautes Feld mit den Verbindungen, die für das Verschieben des Datenwortes notwendig sind;

Fig.2 ein schematisches Blockschaltbild des Abschnittes eines Rechenelementes, der zum Verschieben eines Datenwortes verwendet werden kann;

F i g. 3 die Anordnung der Bits in den Umlaufschieberegistern des Rechenelementes aus F i g. 1 vor einem Verschiebevorgang;

F i g. 4 die Anordnung der Bits in den Rechenelementen aus Fig. 1, nachdem die Zeilen und Spalten vertauscht wurden;

Fig.5 die Anordnung der Bits in dem Rechenelement, nachdem die Bits um den Verschiebebetrag verschoben wurden;

F i g. 6 die Anordnung der Bits in dem Recheneiementcnfeid am Ende des Verschiebevorganges;

F i g. 7 die Anordnung der Bits vor einem Verschiebevorgang in einem Feld, das aus Rechenelementen mit einer Wortlänge aufgebaut ist, die kürzer als die Zahl der Rechenelemente ist;

F i g. 8 die Anordnung der Bits des Feldes aus F i g. 7 während des Verschiebevorganges;

F i g. 9a und 9b die Anordnung der Bits in einem Feld aus Rochenelementen vor dem Verschiebevorgang, wobei das Feld aus zwei Teilfeldern aufgebaut ist;

Fig. 10 die notwendigen Verbindungen, um die Daten in dem aus zehn Rechenelementen aufgebauten Feld zu verschieben, das aus zwei Teilfeldern besteht;
Fig. 11A und IIB die Anordnung der Bits in dem in F i g. 9 gezeigten Feld während der Ausführung des Vcrschiebevorganges;

Fig. 12 die Anordnung der Bits in einem Feld, bei

dem die Wortlänge größer als die Zahl der Rechenelemente ist;

Fig. 13 die Anordnung der Bits in dem in Fig. 12 gezeigten Feld zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Verschiebevorgangey.

In der Beschreibung sind die Bits in dem Umlaufschieberegister der Rechenelemente bei Beginn des Verschiebevorganges durch große Buchstaben bezeichnet, wobei für jedes Rechenelement ein anderer Buchstabe verwendet wird. Der untere Index der Buchstaben zeigt die Stellung des Bits in dem Register bei Beginn des Verschiebevorgangs an, und der obere index zeigt die Zahl des Teilfeldes an, in dem das Bit bei Beginn des Verschiebevorganges erscheint.

In Fig. 1 ist ein Feld aus fünf Rechenelementen 11 gezeigt, die jeweils eine Wortlänge von 5 Bits haben. Jedes Rechenelement 11 ist durch in beiden Richtungen durchgängige, ein Bit breite Leitungen mit jedem anderen Rechenelement 11 des Feldes verbunden, um das Verschieben der Daten zwischen den Rechenelementen durchführen zu können.

Die Abschnitte der Rechenelemente 11, die zum Verschieben der Daten eines Wortes verwendet werden können, sind in F i g. 2 gezeigt. Das Wort, das in ein anderes Rechenelement 11 verschoben werden soll, ist in dem Umlaufschieberegister 13 gespeichert. Das Verschieben wird in drei Schruien durchgeführt. Zunächst werden vier der fünf Bits des in dem Umlaufschieberegister 13 gespeicherten Wortes durch die Treiber 15 in je eines der anderen Rechenclemente U des Feldes übertragen, und vom Umlaufschieberegister 13 wird von jedem der anderen vier Rechenelemente Il des Feldes ein Bit über die Empfänger 17 aufgenommen. Während des zweiten Schrittes werden die im Umlaufschieberegister 13 befindlichen Bits durch eine Verschiebeeinrichtung 19 um den Verschiebebetrag verschoben; die Verschiebeeinrichtung kann als Walzenschalter oder Schieberegister ausgeführt sein. Als letzter Schritt des Verschiebevorganges wird der erste Schritt wiederholt.

Die Durchführung des Verschiebens von Wörtern zwischen den in F i g. 1 gezeigten Rechenelementen 11 ist im Zusammenhang mit den F i g. 3 bis 6 beschrieben. In Fig.3 sind die Umlaufschieberegister 13 jedes Rechenelementes 11 in Matrixform angeordnet, wobei die Rechenelemente 11 vertikal untereinander aufgeführt und die Bitnummern in den Umlaufschieberegistern 13 jedes Rechenelementes 11 horizontal aufgeführt sind.

Ursprünglich befindet sich das Λ-Wort im ersten Rechenelement, das ß-Wort im zweiten Rechenelement, das C-Wort im dritten Rechenelement, das D-Wort im vierten Rechenelement und das E-Wort im fünften Rechenelement. Im ersten Schritt des Verschiebevorganges sendet jedes Rechenelement 11 vier seiner in seinem Umlaufschieberegister 13 enthaltenen Bits je einem anderen Rechenelement 11, und zwar so, daß die Zeilen und Spalten der Bits in der Matrix der Umlaufschieberegistcr 13 vertauscht werden, wie in Fig.4 gezeigt ist, Das erste Rechenelement beläßt das erste Bit in seinem Umlaufschieberegister 13 unverändert und sendet das zweite, dritte, vierte und fünfte 3it auf di" jeweils ersten Bitpositionen der Umlaufschieberegister 13 des zweiten bzw. dritten bzw. vierten bzw. fünften Rechenelernentes 11.

Auf ähnliche Weise schickt das zweite Rechenelement das erste Bit seines Umlaufschieberegisters 13 auf die zweite Bitposition des Registers 13 des ersten Rechenelementes, beläßt das zweite Bit ungeändert und schickt das dritte, vierte und turnte Bit seines Registers 13 auf die zweiten Bitposiiionen der Register 13 des dritten bzw. vierten bzw. fünften Rechenelementes 11.

Die an dritter, vierter und fünfter Stelle liegenden Rechenelemente 1! senden ebenfalls vier der fünf in ihren Registern 13 enthaltenen Bits auf die dritten bzw. vierten bzw. fünften Bitpositionen der jeweiligen Register 13 der anderen Rechtnelemente 11.

ίο Im zweiten Schritt des Verschiebevorganges werden die Bits in jedem der Umlaufschieberegister 13 zyklisch um den Verschiebebetrag mittels der Verschiebeeinrichtung 19 verschoben, die ein Walzenschalter oder ein Schieberegister sein kann. Fig.5 zeigt das Ergebnis dieser Verschiebung bei einem Verschiebebetrag von + 3 oder -2. Bei einer Verschiebung in positiver Richtung werden die Bits zyklisch nach rechts verschoben, und bei einer Verschiebung in negativer Richtung werden die Bits nach links zyklisch verschoben. Beim letzten Schritt des Verschiebevorganges wird der erste Schritt wiederholt, so daß die Zeilen und Spalten der in der Fig.5 gezeigten Matrix vertauscht werden und sich die in F i g. 6 gezeigte Matrix ergibt. Das Ergebnis des Verschiebevorganges ist, daß die Worte in den Umlaufschieberegistern 13 um einen Verschiebebetrag von +3 oder —2 verschoben sind.

in der oben beschriebenen Weise können die Bits in den Registern 13 bei jeder Größe des aus Rechenelementen 11 aufgebauten Feldes um eine beliebige Zahl Rechenelemente 11 im Umlauf weitergeschoben werden, wenn nur die pro Wort vorhandene Bitzahl gleich der Zahl der Rechenelemente 11 ist. Dieses Verschiebeschema kann auf nicht quadratische Matrizen erweitert werden, d.h. wenn ein Wort eine größere oder eine kleinere Bitzahl als die Zahl der in dem Feld enthaltenen Rechenelemente 11 aufweist. Das Schema kann ferner auf den Fall ausgedehnt werden, daß eine Vielzahl von Rechenelementenfeldern vorhanden ist.

Die Anwendung des Verschiebeschemas auf ein Feld aus Rechenelementen 11, in denen die Wortlänge kleiner als die Zahl der Rechenelemente 11 ist, wird nun anhand der F i g. 7 und 8 beschrieben.

F i g. 7 zeigt ein System mit einem Feld aus sechs Rechenelementen 11 und einer Wortlänge von vier Bits.

In diesem Fall kann das Verschiebeschema benutzt werden, wenn die Verschiebeabschnitte einer Anzahl von Rechenelementen 11, die wenigstens gleich der Wortlänge ist, Worte verarbeiten können, deren Bitlänge gleich der Zahl der in dem Feld enthaltenen Rechenelemente 11 ist. Auf das in F i g. 7 gezeigte Feld angewendet, bedeutet dies, daß wenigstens vier Rechenelemente 11 mit Treibern 15, Empfangsstufen 17, Registern 13 und Schiebeeinrichtungen 19 versehen sein müssen, die sechs Bits breit sind.

Das Verschieben von Wörtern zwischen den Rechenelementen 11 der Fig. 7 kann genau auf die gleiche Weise wie bei dem in F i g. 3 gezeigten System erfolgen. Wenn die Register 13 der Rechenelemente 11 als Matrix angeordnet sind, wobei zwei Spalten leer sind, wie es durch die Nullen in F i g. 7 angedeutet ist, können die Zeilen und Spalten genau so vertauscht werden, wie es im Zusammenhang mit F i g. 4 beschrieben wurde. Bei dieser Spiegelung bleiben zwei Zeilen leer.

Der inhalt der Register 13 der vier Rechenelemente, die Bits in ihren Registern 13 enthalten, wird dann nach rechts oder nach links 'im den Verschiebebetrag verschoben (F i g. 8). Schließlich wird der erste Schritt wiederholt, und die Zeilen und Spalten werden noch

einmal vertauscht, so daß der Verschiebevorgang vollendet wird.

Das Verschieben von Wörtern zwischen Rechenelementen Il eines Feldes, bei dem die Zahl der Rechenelemente 11 kleiner als die Bitlänge der Worte ist, ist in den F i g. 9,10 und 11 gezeigt. Dieses Verfahren ist besonders bei Systemen nützlich, die eine große Anzahl von aus Rechenelementen U aufgebauten Teilfeldern haben und als ein einziges Feld arbeiten.

Ein Feld von Rechenelementen U, bei dem die Wortlänge kleiner als die Zahl der Rechenelemente 11 ist, kann auch in eine Vielzahl von Unterfeldern unterteilt werden, von denen jedes eine der Wortlänge gleiche Anzahl von Rechenelementen U enthält. Eine solche Anordnung ist in den F i g. 9A und 9B gezeigt, bei denen das Rechenelementenfeld eine Wortlänge von fünf Bits hat und in erste und zweite Unterfelder 21 und 23 unterteilt ist, die jeweils aus fünf Rechenelementen bestehen.

Beim Verschieben von Daten zwischen den Rechenelementen 11 dieses zweiteiligen Feldes wechseln einige Wörter von einem Unterfeld in das andere über. Bei jedem Verschiebevorgang werden die gleichen Wörter von dem ersten Unterfeld 21 in das zweite Unterfeld 23 übertragen, die auch von dem zweiten Unterfeld 23 in das erste Unterfeld 21 übertragen werden. Beispielsweise werden bei einem Verschiebebetrag von —2 die /4-Wörter und die ß-Wörter jedes Unterfeldes in das andere Unterfeld übertragen.

Der Verschiebevorgang kann in einem Feld, das aus zwei Unterfeldern aufgebaut ist, dadurch ausgeführt werden, daß die Wörter ausgetauscht werden, die zwischen den Unterfeldern übertragen werden, und daß mit dem Verschieben der Wörter in jedem Unterfeld fortgefahren wird, wie im Zusammenhang mit den F i g. 3 bis 6 beschrieben wurde. Um dies zu erreichen, sind die Rechenelemente jedes Unterfeldes mit den entsprechenden Rechenelementen 11 in dem anderen Unterfeld durch in zwei Richtungen durchgängige, fünf Bit breite Leitungen verbunden (F i g. 10).

Im Zusammenhang mit den Fig. 11A und 11B ist ein Verschiebebetrag von +1 für das in den F i g. 9 und 10 gezeigte System beschrieben.

Bei dem Verschiebebetrag +1 werden die Worte in dem fünften Rechenelement jedes Unterfeldes, das Ε-Wort, in das andere Unterfeld verschoben. Dieser Verschiebevorgang kann dadurch erreicht werden, daß zuerst die E-Worte vertauscht werden (Fig. HA und 11 B). Danach wird der Verschiebebetrag +1 in jedem Unterfeld genau in der oben beschriebenen Weise (Fig. 1 bis 6) durchgeführt. Der Verschiebebetrag +1 führt zu dem Ergebnis, daß das E-Wort jeweils in dem Register 13 des ersten Rechenelementes in jedem Unterfeld ist.

Bei Systemen mit mehr als zwei Unterfeldern wechseln dieselben Wörter in den Unterfeldern zu dem nächst höher oder niedriger indizierten Unterfeld während des Verschiebevorganges zyklisch über. Die Worte können in diesem Fall dadurch verschoben werden, daß zuerst die Worte übertragen werden, die zu

ίο dem nächst höher oder nächst niedriger indizierten Unterfeld in die entsprechenden Rechenelemente 11 der Unterfelder übertragen werden und daß <5„nn das Verschieben in den Unterfeldern weitergeführt wird.

Wenn in einem Feld mehr Bits pro Worte als

,₅ Rechenelemente vorhanden sind, ist es möglich, das Verschieben der Worte zwischen den Rechenelementen 11 durch Gruppieren der Bits vorzunehmen und zwar so, daß die gleiche Zahl gleicher Gruppen wie Rechenelemente 11 in dem Feld vorhanden sind. Dies ist in den F i g. 12 und 13 an einem aus fünf Rechenelemen ten 11 aufgebauten Feld gezeigt, wobei die Worte zehn Bit lang sind. In diesem Fall können die Bits eines Wortes in fünf Paare mit jeweils zwei Bits gruppiert werden, und der Verschiebevorgang kann mit den Gruppen durchgeführt werden, wie es anhand der F i g. 3 bis 6 beschrieben wurde. Die Zeilen und Spalten des Gruppenfeldes werden zunächst transponiert (F i g. 13). Danach werden die Bits um das zweifache des Verschiebebetrages mittels der Verschiebeeinrichtung 19 verschoben. Schließlich wird der erste Schritt wiederholt, und die Zeilen und Spalten der Gruppen werden erneut transportiert.

Die Bits können in größeren Gruppen verarbeitet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Wortlänge und der Zahl der Rechenelemente größer ist In jedem Fall ist die Verschiebung gleich dem Verschiebebetrag multiplizier! mit der Zahl der Bits pro Gruppe. Wenn die Zahl der in dem Wort enthaltenen Bits nicht ein geradzahliges Vieiiaches der Zahl der in dem Feld befindlichen Rechenelemente ist, kann so verfahren werden, wie anhand der F i g. 7 und 8 beschrieben wurde, wobei einige Gruppen leer sind.

Das Transponieren der Zeilen und Spalten der Matrix, die durch den Inhalt der Register 13 der Rechenelemente 11 gebildet wird, kann auch ganz unabhängig von dem Nutzen, den es beim Verschieben der Wörter zwischen den Rechenelementen 11 bietet, für den Programmierer von Interesse sein. Dies gilt insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Bits oder die Gruppen der Bits eine unabhängige Bedeutung für sich selbst und nicht nur als Teil eines Wortes haben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verschiebung eines Datenwortes von m Bit Länge um Y Datenwortsteilen innerhalb eines Feldes von wenigstens m Rechenelementen in einer Datenverarbeitungsanlage mittels mehrerer Umlaufschieberegister, die an eine gemeinsame Umlaufsteuerung angeschlossen sind, daß

a) jedes Rechenelement (A... E) ein Umlaufschieberegister (13) von wenigstens m Bit Länge enthält, in welchem das in dem Rechenelement enthaltene Datenwort gespeichert ist;

b) daß jeweils die /-te Speicherstelle des /ten Schieberegisters mit der /ten Speicherstelle des /-ten Schieberegisters verbunden ist, wobei i und / die ganzen Zahlen zwischen 0 und m durchlaufen;

c) daß zur Verschiebung des Datenwortes von einem ersten in das um Y Datenwortstellen entfernte zwei:o Rechenelement die Inhalte der miteinander verbundenen Speicherstellen vertauscht und die Inhalte aller Umlaufschieberegister um YBitstellen verschoben werden;

d) daß die Inhalte der verbundenen Speicherstellen erneut vertauscht werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Rec/ienelementenfeld aus mehreren Unterfeldern von je m Rechenelementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Datenwortes von einem Unterfeld zu einem anderen Unterfeld die /-te Spsicherstelle des /-ten Umlaufschieberegisters eines Unterfeldes mit der /-ten Speicherstelle des /-ten Umlaufschieberngisters des benachbarten Unterfeldes verbunden ist