DE2142634C3

DE2142634C3 - Assoziativspeicher

Info

Publication number: DE2142634C3
Application number: DE2142634A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 8011 Faistenhaar Sachs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1971-08-25
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2150424A1; DE2142634A1; BE788028A; DE2142634B2; GB1390400A; FR2150424B1; IT964222B; LU65939A1; US3868642A; NL7211452A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Assoziativspeicher mit einem nichtassoziativen Teil zur Speicherung der Datenwörter und einem assoziativen Teil zur Speicherung der zugehörigen Adressen, bei dem ein Datenwort im nichtassoziativen Teil dann angesteuert wird, wenn eine angebotene Adresse mit der zugehörigen Adresse im assoziativen Teil übereinstimmt

Eine wesentliche Anwendung des Assoziativspeichers besteht darin, Korrespondenzpaare von Größen zu speichern. Dabei ist jede Speicherzelle des Assoziativspeichers in einen assoziativen Teil und einen nichtassoziativen Teil unterteilt. Der assoziative Teil enthält eine im folgenden mit Adresse bezeichnete Größe, der nichtassoziative Teil die dieser Adresse zugeordnete Größe, z. B. ein Datenwort. Falls die einer beliebigen Adresse zugeordnete Größe gesucht wird, bietet man dem Assoziativspeicher die Adresse an, die dann mit dem Inhalt der assoziativen Teile aller Speicherzellen verglichen wird. Bei Gleichheit wird von der entsprechenden Speicherzelle des Assoziativspeichers ein

Übereinstimmungssignal erzeugt, mit dessen Hilfe die Größe aus dem nichtassoziativen Teil der Speicherzelle ausgegeben werden kann oder eine Größe in den nichtassoziativen Teil der Speicherzelle eingetragen werden kann. Ein solcher Speicher ergib; sich z.B aus der DT-AS 1 250 875.

Ein besonderer Vorteil eines Assoziativspeichers besteht darin, daß er als schneller kleiner Hilfsspeicher in Verbindung mit langsameren Großspeichern verwendet werden kann, um einen schnellen Zugriff zu den Daten des Großspeichers zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, müssen die am häufigsten gebrauchten Datenwörter zusammen mit ihren Adressen in den Assoziativspeicher gebracht werden.

Der Nachteil der bisherigen Assoziativspeicher besteht jedoch darin, daß beim Auslesen eines Datenwortts aus dem Assoziativspeicher in allen assoziativen Teilen der Speicherzellen die volle Adresse verglichen wird und damit jede Speicherzelle eine durch die Größe der Adresse bedingte Anzahl von Binärstellen für die Adresse enthalten muß.

Aufgabe der Erfindung ist es darum, einen Assoziativspeicher anzugeben, bei der die Anzahl der Binärstellen pro Adresse und damit die Kosten des Assoziativspeichers erheblich geringer sind. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Hauptassoziativspeicher, in dessen Speicherzellen im nichtassoziativen Teil die Datenwörter und im assoziativen Teil die niederwertigen Adreßstellen der Datenwörter stehen und durch einen als Assoziativspeicher ausgebildeten Vorwahlspeicher, in dessen Speicherzellen die höherwertigen Adreßstellen der im Hauptassoziativspeicher eingeschriebenen Datenwörter eingespeichert sind und der bei Auswahl einer Speicherzelle ein Übereinstimmungssignal erzeugt, mit dem gleichzeitig die Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers angesteuert werden, deren Inhalte dieselben höherwertigen Adreßstellen haben.

Der erfindungsgemäße Assoziativspeicher ist somit hierarchisch aufgebaut. Eine Verringerung der Binärstellen pro Adresse wird dadurch erreicht, daß die höherwertigen Adreßstellen, die den Inhalten des nichtassoziativen Teils des Hauptassoziativspeichers gemeinsam sind, in einer Speicherzelle de<> Vorwahlspeichers eingeschrieben sind.

Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Assoziativspeichers,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Assoziativspeichers und

F i g. 3 eine Teilschaltung, die bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 verwendet wird.

In F i g. 1 ist der Hauptassoziativspeicher mit HAS, der Vorwahlspeicher mit KlVS bezeichnet. Der Vorwahlspeicher VWS, der ebenfalls ausschließlich als Assoziativspeicher aufgebaut ist, besteht aus Speicherzellen SZ. Der Hauptassoziativspeicher HAS besitzt ebenfalls Speicherzellen, die jedoch in einen assoziativen Teil A T und einen nichtassoziativen Teil NA T unterteilt sind.

In den nichtassoziativen Teil AMTeiner Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers HAS wird ein Datenwort eingeschrieben, in den assoziativen Teil A T der gleichen Speicherzelle werden dann die η niederwertigen Adreßstellen der Adresse des Datenwortes eingespeichert. Die h restlichen Adreßstellen der Adresse des im nichtassoziativen Teil der Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers stehenden Datenwortes befinden sich in einer der Speicherzellen SZ des Vorwahlspeichers VWS Jeder Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers HAS ist eine UND-Schaltung UG zugeordnet, die die Ansteuerung des nichtassoziativen Teils NAT der zugeordneten Speicherzelle veranlaßt, wenn ihren Eingängen sowohl «in Obereinstimmungssignal vom assoziativen Teil A T des Hauptassoziativspeichers HASaIs auch von einer Speicherzelle SZ des Vorwahlspeichers VWS zugeführt wird. Da die höherwertigen Adreßstellen von mehreren Inhalten der nichtassoziativen Teile M47*des Hauptassoziativspeichers HAS gleich sind, können eine entsprechende Anzahl von UND-Gliedern UG zu einer Gruppe zusammengefaßt werden und miteinander verbunden werden. Finer solchen Gruppe von UND-Gliedern UG wird dann das Übereinstimmungssignal von einer der Speicherzellen SZ des Vorwahlspeichers VWS gleichzeitig zugeführt

Soll ein Datenwort, das in dem nichtassoziativen Teil des Hauptassoziativspeichers HAS gespeichert ist, ausgelesen werden, dann werden die η niederwertigen Adreßstellen der Adresse des Datenwortes dem assoziativen Teil des Hauptassoziativsptichers HAS angeboten, d^;e h höhenvertigen Adreßstellen dem Vorwahlspeicher VlVS. Die niederwertigen Adreßstellen werden mit den im assoziativen Teil des Hauptassoziativspeichers HAS stehenden Adreßstellen verglichen, und bei Gleichheit wird von dem assoziativen Teil der ausgewählten Speicherzelle ein Übereinstimmungssignal erzeugt, mit dem das dieser Speicherzelle zugeordnete UND-Glied UG angesteuert wird. Da dieselben Adreßstellen im assoziativen Teil mehrerer Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers HAS auftreten können, können bei diesem Suchvorgang bei mehreren Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers HAS Übereinstimmungssignale auftreten, und somit können auch mehrere UND-Glieder UG angesteuert werden.

Gleichzeitig zum Suchvorgang im assoziativen Teil des Hauptassoziativspeichers HAS findet ein Suchvor gang mit den höherwertigen Stellen des Datenwortes im Vorwahlspeicher VlVS statt. Bei Gleichheit der angebotenen höherwertigen Adreßstellen mit dem Inhalt einer der Speicherzellen des Vorwahlspeichers VlVS wird auch hier ein Übereinstimmungssignal erzeugt, das einer Gruppe von UND-Gliedern UG zugeführt wird und das UND-Glied UG in der Gruppe durchschaltet, bei dem auch ein Übereinstimmungssignal vom assoziativen Teil des Hauptassoziativspeichers HAS vorliegt. Das durchgeschaltete UND-Glied UG erzeugt ein Ausgangssignal, das das Auslesen des Datenwortes aus dem nichtassoziativen Teil des Hauptspeichers veranlaßt.

Beim Einschreiben eines Datenwortes in den Hauptassoziativspeicher werden die h höhenwertigen Adreßstellen zunächst dem Vorwahlspeicher VlVS angeboten. Tritt ein Übereinstimmungssignal auf, dann wird das Datenwort in eine der Speicherzellen des Speicherbereiches im Hauptassoziativspeicher eingeschrieben, der durch die ausgewählte Speicherzelle im Vorwahlspeicher VlVS festgelegt ist. Liefert der Vorwahlspeicher kein Übereinstimmungssignal, dann muß eine Speicherzelle des Vorwahlspeichers VlVS und der dieser Speicherzelle zugeordnete Hauptassoziativspeicherbereich gelöscht werden, bevor ein neues Datenwort eingeschrieben werden kann.

Falls zu einem Zeitpunkt mehrere Adressen mit den gleichen h höherwertigen Adreßstellen vorliegen, als die Gruppen Speicherzellen im Hauptassoziativspei-

eher haben, dann müssen in zwei oder gegebenenfalls noch mehr Speicherzellen des Vorwahlspeichers VWS diese gleichen höherwertigen Adreßstellen eingetragen werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt F i g. 2 und 3. In diesem Ausführungsbeispiel verfügt auch der Vorwahlspeicher VWS über einen assoziativen Teil SZA und einen nichtassoziativen Teil SZN. Im nichtassoziativen Teil SNZ einer jeden Speicherzelle des Vorwahlspeichers VWS steht die obere Grenze des ihr zugehörigen Speicherbereiches im Hauptassoziativspeicher HAS. Dazu werden die Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers HAS mit fortlaufenden Zellennummern versehen. Im nichtassoziativen Teil einer Speicherzelle des Vorwahlspeichers steht dann die Zellennummer, die die um 1 vergrößerte höchste der Zellennummern ist, die den im assoziativen Teil der Speicherzelle des Vorwahlspeichers VlVS gespeicherten höherwertigen Adreßstellen zugeordnet sind. Diese im nichtassoziativen Teil der Speicherzelle des Vorwahlspeichers VVVS stehende Zellennummer ist aber gleichzeitig die niedrigste der Zellennummern, die den im assoziativen Teil der nächsten Speicherzelle des Vorwahlspeichers VWS gespeicherten höherwertigen Adreßstellen zugeordnet sind. Die letzte Speicherzelle des Vorwahlspeichers VVVS muß immer die um 1 erhöhte höchste Zellennummer des Hauptassoziativspeichers enthalten. Die der ersten Speicherzelle vorhergehenden Speicherzelle ist fiktiv und enthält eine 1.

Jeder Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers HAS ist ferner ein 1-Bit-Speicher zugeordnet. Die Gesamtheit dieser 1-Bit-Speicher heißt Grenzzeiger GZ Jeder Speicherzelle im Hauptassoziativspeicher — der in F i g. 2 nicht dargestellt ist, dessen Aufbau sich aus Fig. 1 ergibt — ist wiederum ein UND-Glied UGzugeordnet, deren ersten Eingänge die Übereinstimmungssignale von den assoziativen Teilen der Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers zugeleitet werden. Die zweiten Eingänge der UND-Glieder UG sind nicht gruppenweise miteinander verbunden. Vielmehr sind sie an die Ausgänge der zugehörigen 1-Bit-Speicher des Grenzzeigers GZ angeschlossen.

Bei einem Zugriff zu einem Datenwort des Hauptassoziativspeichers HAS werden wiederum die niederwertigen Adreßsiellen dem assoziativen Teil des Hauptspeichers HAS und die höherwertigen Adreßstellen dem assoziativen Teil SZA des Vorwahlspeichers VWS angeboten. Bei einem Übereinstimmungssignal im Vorwahlspeicher VVVS werden die 1-Bit-Speicher des Grenzzeigers GZ gesetzt, deren Nummer kleiner als der Inhalt des nichtassoziativen Teils der ausgewählten Speicherzelle im Vorwahlspeicher VVVS ist, aber größer oder gleich dem Inhalt des nichtassoziativen Teils der vorhergehenden Speicherzelle des Vorwahlspeichers VVVS ist. Es wird dann das Übereinstimmungssignal vom assoziativen Teil derjenigen Speicherzelle im Hauptassoziativspeicher HAS als gültig erklärt, dessen zugehöriger 1-Bit-Speicher im Grenzzeiger GZ gesetzt ist.

Das Setzen der 1-Bit-Speicher im Grenzzeiger GZ erfolgt mit Hilfe von zwei Auswahlschaltern A WSl, A WS 1 und zwei Decodierschaltungen DKi und DKl. Durch den zweiten Auswahlschalter A WS 2 wird der Inhalt des nichtassoziativen Teils der beim Suchvorgang ausgewählten Speicherzelle des Vorwahlspeichers VWS zugeführt. Durch den ersten Auswahlschalter AWSl wird der Inhalt des nichtassoziativen Teils der vorhergehenden Speicherzelle des Vorwahlspeichers VWS der ersten Decodierschaltung DKi züge schaltet. Die Decodierschaltungen DKi und DKl ent schlüsseln diese Inhalte, die ja Zellennummern de; Hauptassoziativspeichers sind, und betätigen z. B. die mit den Zellennummern übereinstimmenden Ausgangs leitungen, die zu dem Grenzzeiger GZ führen. Wenr z. B. die in dem nichtassoziativen Teil der ausgewählter Speicherzelle stehende Zellennummer 5 ist, dann wire durch die Decodierschaltung DKl der fünfte Ausgang betätigt.

Ein möglicher Aufbau des Grenzzeigers GZ ist ir F i g. 3 dargestellt Jeder Speicherzelle im Hauptasso ziativspeicher HAS ist dann im Grenzzeiger GZ eir 1-Bit-Speicher SP, ein UND-Glied KG, ein ODER Glied OG und ein NAND-Glied NG zugeordnet. Dei 1-Bit-Speicher SP wird dann gesetzt, wenn derr ODER-Glied OG entweder ein Ausgangssignal vor dem der vorhergehenden Speicherzelle zugeordneter 1 -Bit-Speicher oder ein Ausgangssignal von der erster Decodierschaltung DKi, und zwar auf deren /-ten Ausgangsleitung zugeführt wird und außerdem derr NAND-Glied NG von der zweiten Decodierschaltun§ DKl auf deren /-ten Ausgangsleitung kein Ausgangs signal zugeleitet wird. Die Durchschaltung des UND-Gliedes KG erfolgt bei Vorliegen des Setztaktes Sl Nach einem Zyklus werden die 1-Bit-Speicher de: Grenzzeigers GZ zurückgesetzt

In den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungs formen der Erfindung sind nur die Teile des Assoziativspeichers gezeigt, die zur Erklärung der Erfindung notwendig sind. Alle übrigen zum Betrieb eines Assoziativ Speichers weiterhin notwendigen Teile, die aus dei so Literatur bekannt sind, sind weggelassen worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Assoziativspeicher mit einem nichtassoziaiiven Teil zur Speicherung der Datenwörter und einem assoziativen Teil zur Speicherung der zugehörigen Adressen, bei dem ein Datenwort im nichtassoziativen Teil dann angesteuert wird, wenn eine angebotene Adresse mit der zugehörigen Adresse im assoziativen Teil übereinstimmt, gekennzeichnet durch einen Hauptassoziativspeicher (HAS), in dessen Speicherzellen im nichtassoziativen Teil (NAT) die Datenwörter und im assoziativen Teil (AT) die niederwertigen Adreßstellen der Datenwörter stehen und durch einen als Assoziativspeieher ausgebildeten Vorwahlspeicher (VWS), in dessen Speicherzellen (SZ) die höherwertigen Adreßstellen der im Hauptassoziativspeicher (HAS) eingeschriebenen Datenwörter eingespeichert sind und der bei Auswahl einer Speicherzelle (SZ) ein Übereinstimmungssignal erzeugt, mit dem gleichzeitig die Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers (HAS) angesteuert werden, deren Inhalte dieselben höherwertigen Adreßstellen haben.

2. Assoziativspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers (HAS) jeweils ein UND-Glied (UG) zugeordnet ist, daß diejenigen UND-Glieder (UG) zu einer Gruppe zusammengefaßt und miteinander verbunden sind, deren zugeordneten Speicherzellen im Hauptaysoziativspeicher (HAS) dieselben höherwertigen Adreßstellen im Vorwahlspeicher (VWS) haben, so daß der nichtassoziative Teil einer Speicherzelle dann angesteuert wird, wenn dem zugeordneten UND-Glied ein Überein-Stimmungssignal von dem Vorwahlspeicher (VWS) und dem assoziativen Teil der Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers (HAS) zugeführt wird.

3. Assoziativspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers (HAS)mh fortlaufenden Zellennummern versehen sind, daß jede Speicherzelle des Vorwahlspeichers (VWS) neben dem assoziativen Teil (SZA) einen nichtassoziativen Teil (SZN) enthält, in dem die Zellennummer der Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers (HAS) steht, die die um 1 vergrößerte höchste der Zellennummern ist, die den im assoziativen Teil einer Speicherzelle des Vorwahlspeichers (VWS) gespeicherten höherwertigen Adreßstellen zugeordnet sind und die gleichzeitig die niedrigste der Zellennummern ist, die den im assoziativen Teil der nächsten Speicherzelle des Vorwahlspeichers (VWS) gespeicherten höherwertigen Adreßstellen zugeordnet sind, und daß bei Auswahl einer Speicherzelle des Vorwahlspeichers (VWS) die Speicherzellen des Hauptassoziativspeichers angesteuert werden, deren Zellennummern kleiner als die im nichtassoziativen Teil der Speicherzelle des Vorwahlspeichers gespeicherte Zellennummer, aber größer oder gleich der im nichtassoziativen Teil der vorhergehenden Speicherzelle des Vorwahlspeichers eingeschriebenen Zellennummer sind.

4. Assoziativspeicher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Decodierschaltungen (DKi, DK2), von denen der ersten bei Auswahl einer Speicherzelle des Vorwahlspeichers (VWS) über einen ersten Auswahlschalter (-4WSl) jeweils der Inhalt des nichtassoziativen Teils der vorhergehenden Speicherzelle und der zweiten (DK2) Ober einen zweiten Auswahlschaker (AWS2) jeweils der Inhalt des assoziativen Teils der ausgewählten Speicherzelle zugeführt wird, durch einen Grenzzeiger (GZ), der für jede Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers (HAS) einen 1-Bit-Speicher (SP) enthält, von denen diejenigen durch die Decodierschaltungen (DKi, DK2) gesetzt werden, deren zugeordnete Speicherzelle im Hauptassoziativspeicher eine Zellennummer haben, die kleiner als der Inhalt des nichtassoziativen Teils der ausgewählten Speicherzelle im Vorwahlspeicher, aber größer oder gleich dem Inhalt des assoziativen Teils der vorhergehenden Speicherzelle im Vorwahlspeicher ist und durch jeder Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers zugeordnete UND-Glieder (UG), von denen jedes jeweils mit dem der Speicherzelle zugeordneten 1-Bit-Speicher (SP) des Grenzzeigers (GZ) verbunden ist und von denen dasjenige ein Ausgangssignal zum Ansteuern des nichtassoziativen Teils einer Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers abgibt, dessen 1-Bit-Speicher gesetzt ist und das ein Übereinstimmungssignal von dem assoziativen Teil der Speicherzelle erhält.

5. Assoziativspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzzeiger (GZ) für jede Speicherzelle des Hauptassoziativspeichers (HAS) den 1-Bit-Speicher, ein ODER-Glied (OGJl ein NAND-Glied (NG) und ein UND-Glied (KG) enthält, daß der Setzeingang eines 1-Bit-Speichers (SP) mit dem Ausgang des UND-Gliedes (KG) verbunden ist, daß das UND-Glied (KG) mit einem Eingang mit dem Ausgang des ODER-Gliedes (OG), mit einem anderen Eingang mit dem Ausgang des NAND-Gliedes (NG) und mit einem dritten Eingang mit der Leitung für den Setztakt verbunden ist, daß das ODER-Glied (OG) mit einem Eingang an den Ausgang des der Speicherzelle mit der vorausgehenden Zellennummer zugeordneten 1-Bit-Speichers, mit dem anderen Eingang an die erste Decodierschaltung (DKi) angeschlossen ist und daß das NAND-Giied (NG) mit der zweiten Decodierschaltung (DK2) verbunden ist