DE2324731C2

DE2324731C2 - Festkörperspeicher mit Mehrfachzugriff

Info

Publication number: DE2324731C2
Application number: DE2324731A
Authority: DE
Inventors: Kenneth E. Stow Ohio Batcher
Original assignee: GOODYEAR AEROSPACE CORP AKRON OHIO US
Current assignee: GOODYEAR AEROSPACE CORP AKRON OHIO US
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1985-08-14
Also published as: SE394338B; CA983174A; AU5439173A; BE799570A; NL7306628A; FR2184792B1; FR2184792A1; JPS4942244A; DE2324731A1; JPS5640911B2; US3800289A; AU474465B2; GB1423397A; CH582402A5; NL176719C; IT984997B

Description

Die Erfindung betriff* ein Ft^tkörperspeicher mit Mehrfachzugriff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Festkörperspeiche, dieser Art ist aus der DE-OS 21 21 490 bekannt. Dieser kann sowohl zu in Zeilen angeordneten als auch in Spalte.. angeordneten Worten bzw. Bits Zugriff erreichen, wobei Adressenleitungen und Speictaermodule in vorbestimmter Anzahl vorgesehen »ind.

Wenn in einem quadratischen Datenfeld Zugriff zu einer Folge von Bits verschiedener Zeilen und verschiedener Spalten des Feldes also z. B. zur Diagonalen des Datenfelds, möglich ist, wird dies als »schräge« Speicherung bezeichnet. Bei einem »schrägen Speicher« erfordert jeder Speichermodul einen eigenen besonderen Addierer, dessen Größe unmittelbar von der Größe des insgesamt aufzubauenden Speichers abhängt. Der mit den Addierern zusammenhängende schaltungstechnische Aufwand sowie die Vergrößerung der Speicher-Zugriffszeit aufgrund von Berechnungen in den Addierern macht diese Vorgehensweise außerordentlich kostspielig, darüber hinaus langsam in der Verarbeitung und sperrig. Ferner ist eine Umsteuerschaltung für die der Speicherung zugeordnete Datenschnittstelle erforderlich, um die in Zugriff befindliche Zeile oder Spalte in eine permutationsfreie Ordnung zu bringen. Diese Umsteuerschaltung kann nicht ohne große Anzahl von Zwischenvcrbindungsleitungen und einer Steuerschaltung in Abschnitte unterteilt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Festkörperspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringem schaltungstechnischen Aufwand und geringer Baugröße ein schräger Zugriff möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkrmie des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unterrjisprüche weitergebildet.

Der erfiudungsgemäße Festkörperspeicher ermöglicht den wahlweisen Zugriff zu Zeilen, Spalten und Diagonalen bei einfachem und wirtschaftlichem Aufbau, wobei der Aufbau derart ist, daß die Anordnung in einfacher Weise unterteilt werden kann, ohne daß hierzu ein wesentlicher zusätzlicher Aufwand erforderlich wäre. Dadurch wird genauer Betrieb bei schneller Verarbeitungszeit erreicht, wobei ferner hohe Anpassungsflexibilität vorliegt. Der erfindungsgemäße Festkörperspeicher vermeidet daher die eingangs erwähnten, bei bisherigen Festkörperspeichern mit Mehrfachzugriff aufgetretenen Nachteile.

Darüber hinaus kann bei der Erfindung eine Permutationsschaltung verwendet werden, mittels der die Daten, zu denen Zugriff erfolgt, stets folgerichtig vorliegen unabhängig davon, ob zeüenweiser, spaltenweiser oder schräger Zugriff erfolgt.

Zusammenfassend läßt sich die Erfindung durch die im folgenden erläuterte Vorgehensweise darstellen, bei 6ö der die Datenspeicherbits eines Speieherfeldes eines Digital-Computers derart angeordnet werden, wobei das Speicherfeld aus Speichermodulen mit codierten Adressenleitungen besteht, diejeweils N Bits enthalten, wobei N positiv und ganzzeilig ist, daß der Zugriff zu den Datenspeicherbits in jeder der drei Betriebsarten durchgeführt werden kann. Die Vorgehensweise enthält folgende Schritte:

a) Anordnen der N Speichermodule in einem quadratischen Feld mit N Worten zu N Bits,

b) Bilden von N aus einem Produkt von η Faktoren z₀ bis ζ_β_·, wobei jeder Faktor größer oder gleich 2 ist,

c) Indizieren der /V Module, der N Bits pro Modul, der N Worte und N Bits pro Wort mit Vektoren, wobei das A:-te Element größer oder gleich 0 ist und kleiner oder gleich z_k-l ist,

d) Teilen der Modul-Adressenleitungen in Untersätze derart, daß jeder Untersatz A- dem A--ten Element des Bitadressenvektors entspricht und zumindest Iog₂ z_k Leitungen enthält,

e) Vorsehen von Sätzen von Feldauswahlleitungen x_kJ mit l]i <k<n-l und 0 <j < z_k-1 derail, daß jeder Satz mindestens log₂ z_k Leitungen enthält,

0 Anschließend der Modul-Adressenleitungen und der Fesldauswahlleitungen derart, daß der Untersatz A- der Adressenleitungen jedes Moduls mit x_k, m_k der Feldaiiiswahlleitungen verbunden ist, wobei m_k das Element des Modulindexvektors ist und

g) Ordnen der Datenspeicherbits des Feldes derart, daß dais-Bit B des Wortes W im Bit B des Moduls M gespeichert ist, entsprechend der Formel

M = 59 W = (£„_, θ w_n.i, b„-2 θ w„-i,..., S₁ θ W₁,, β_Φ θ W₀)
wobei θ die Modulo-^-Differenz bedeutet.

ψ Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher eriäu-

'* tert. Es zeigt

Fig. 1 nit den Unterfiguren labis Ic eine allgemeine Darstellung der verschiedenen Zugriffsarten, die bei der Erfindung möglich sind, zur leichteren Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines schrägen Feklsp sichers;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des schaitungstechnischen Aufwandes für den Zugriff zu dem schre,;, η Speicher; F i g. 4 eine Tabelle der wortorientierten Betriebsart in F i g; 4a und der bit-orieniierien Betriebsam in F i g. 4b der Erfindung bei einem 4 χ 4-Feld;

Fig. 5 ein Blockdiagramm des schaltungstechnischen Aufwandes für den Zugriff beim Speicher nach der Erfindung;

Fig. 6 eine Tabelle eines 8 χ 8-Speicherfeldes entsprechend der Vorgehensweise nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockdiagramm der Modulanordnung mit den Verbindungen der Moduladressen- und Feldauswahlleitungen;

Fig. 8 ein Blockdiagramm der Betriebsart-Wahlschaltung der Erfindung;
F i g. 9 eine Tabelle der Anordnung zum Erhalten des Zugriffs zum Speicher bei Misch-Betriebsar*. mit folge-

richtigen Bits;

Fig. 10 eine Tabelle des allgemeinen Zugriffs mit M'seh-Betriebsart;

Fig. 11 eine Tabelle der Indizierung für ein π χ n-Mehrfach-Zugriffsfeld nach der Erfindung;

Fig. 12 eine Darstellung der Teilung eines nicht-quadratischen Feldes in q Quadratfelder;

Fig. 13 ein Blockdiagramm der Adressenverbindungen lür ein 8 x 4-Unter-Quadratfeld mit q = 2;
Fig. 14 mit Unterfiguren !4a und 14b die Konstruktion des Datenspeichers für Über-Quadratspeicher.

Die Erfindung zeigt die Organisation eines neuartigen Coinputerspeicherfeldes, die nicht nur wort-orientierte Zugriffe, sondern auch bit-orientierte und gemischi-orientierte Zugriffe ermöglicht.

In F i g. 1 zeigt F i g. la einen Allzweck-Digital-Computer, der wort-orientiert arbeitet. Der assoziative Prozersor nach F i ρ 1 b arbeitet bit-orientiert. Der Festkörperspekher mit Mehrfach-Zugriff kann entweder wort-orientiert oder bit-orientiert arbeiten, wie Fig. Ic zeigt. Mit der Erfindung ist es in einem Arbeitsschritt möglich, gleichzeitig alle Bits eines Wortes oder alle gleichstelligen Bits aüer Wörter oder wenige Bits einiger Wörter oder einige Bits weniger Wörter entweder auszulesen oder einzuschreiben. Mit diesem Speicher ist es möglich, einen Prozessor aufzubauen, der nicht nur übliche Ein-Wort-pira-Zeit-Operationen, sondern auch Operalionsn der assoziativen Mehr-Wort-Ein-Bit-pro-Zeit-Prozessoren durchführt.

Neuere Entwicklungen bei Mehrfachzugriff von Datenspeicherfeldern haben zum Prinzip eines schrägen FeI-des geführt (vgl. Yoichi Muraoka, Bericht Nr. 297 vom 13. I. 1969 der Abteilung Computer-Wissenschaft der Universität von Urbana, Illinois, USA). Ein solcher Speicher kann !eicht von einem Fachmann aus handelsüblichen digitalen Festkörperspeichermodulen aufgebaut wercbn, die den beschriebenen ähnlich sind.

I·" i g. 2 zeigt den Speicher eines schrägen Feldes, das Speichermodule verwendet, die vier Dateneinheiten speichern können, worin eine Dateneinheit sich auf eine gespeicherte Informationseinheit bezieht. Die vertikale Achse stellt die Indizes der Speichermodule dar, die horizontale Achse stellt die Indizes der Speichermoduladressen dar und die Kästchen selbst enthalten die Indizes der gespeicherten Dateneinheiten. Beispielsweise ist die Dateneinheit a₂ ,1 in der Adresse 2 des Speichermoduls 3 gespeichert. Es sollen zwei Unterscheidungsmerkmale schräger Speicher beachtet werden. Erstens sind die Abszissen der Dateneinheitsindizes dieselben wie die Moduladressen der Speichermodule, in denen die Dateneinheiten gespeichei: werden.

Zweitens sind die Ordinaten der Dateneinheitindizes gleich den Modulindizes, die modulo zur Anzahl der Module zu den Moduladressen addiert werden.

Die Dateneinheiten eines schrägen Speicherfeldes könwn auf zwei Arten in Zugriff kommen. Der Zugriff erfolgt abszissenoriertiert zu allen Dateneinheiten mit derselben Abszisse, oder ordinatenorientiert zu allen Dateneinheiten mit derselben Ordinate. Fig. 3 ist typisch jur das, was zum Zugriff der in dem schrägen Feld nach F i g. 2 gespeicherten Dateneinheiten verwendet wird. Die Adressenleitungen dienen sowohl für die Abszissenadresse für abszissenorientierten Betrieb als aueb ffir die Ordinatenadresse für ordinatenorkmtierten Betrieb. Die Addierer eines jeden Speichermoduls addii»n modulo zur Anzahl der Speichermodule in der Anlage. Jeder Addierer addiert bei Abruf die Adresse, die jaim Index des Speichermoduls gesucht wird, zu dem der Addierer gehört. Der Addierer arbeitet bei ordinatenaiientiertem Betrieb uhd jedoch nicht bei abszissenorientierten Betrieb. Wenn beispielsweise alle Dateneinneiilert mit derselben Abszisse gesucht werden, würde das binäre Äquivalent der Abszisse auf die Adressenleiturigen gebracht werden. Die Addierer arbeiten nicht und demnach wird jeder Speichermodul an seiner der Abszisse äquivalenten Adresse in Zugriff kommen. Da

somit die Abszisse der Dateneinheitindizes äquivalent den Speichermoduladressen ist, in denen sie gespeichert sind, hat jeder Speichermodul Zugriff" zu der Dateneinheit, die die gesuchte Abszisse besitzt. Zum Zugriff" zu allen Dateneinheiten mit gleicher Ordinate würde das binäre Äquivalent der Ordinate auf die Adressenleitungen gebracht werden. In dieser Situaten arbeiten die Addierer und addieren modulo zur Anzahl derSpeichermos dule (4) der gesuchten Adresse zu dem entsprechenden Speichermodulindex. Folglich wird jeder Speichermodul zu der Dateneinheit mit der Ordinate Zugriff haben deren binäres Äquivalent an den Adressenleitungen nachgewiesen ist.

Während schräge Speicherfelder auf zwei verschiedene Arten Zugriff zu den Dateneinheiten erlauben, erfolgt in keiner Betriebsart der Zugriff zu den Dateneinheiten in der Reihenfolge wie bei den Speichermodulen. F i g. 4 zeigt die Dateneinheitreihenfolge für beide Betriebsarten. Abszissenorientiert erscheinen in Fig. 4 die Dateneinheiten mit den Abszissen 0 in derselben Ordinatenreihenfolge wie die Module. Die Ordinatenreihenfolge der Dateneinheiten mit Abszissen 1 ist um einen Platz nach rechts verschoben bezüglich der Speichermodulindizes. In ähnlicher Weise sind die Ordinatenreihenfolgen der Dateneinheiten mit Abszissen 2 und 3 bezüglich der Modulreihenfolge um zwei bzw. drei Plätze nach rechts verschoben. Ordinatenorientiert, wie in Fig. 4b

IS gezeigt, ist die Abszissenreihenfolge bezüglich der Speichermodule in ähnlicher Weise verschoben. Da die in Zugriff stehenden Dateneinheiten eine folgerichtige Reihenfolge unabhängig von der Zugriffsart beibehalten sollen, muß eine Schiebeschaltung vorgesehen C3in, wodurch die Zugriffsdaten in folgerichtiger Reihenfolge an einer Daienschniüsieüe unabhängig von lier Zugriffsaii gciiaiicü weiden können. Beim Schreiben aCT Daten aus der Datenschnittstelle in den Speicher werden die Daten dort in geordnete Folge gebracht und dann um Anzahl von Plätzen, die der Adresse auf den Adressenleitungen äquivalent ist, verschoben, bevor sie in den Speicher geschrieben werden. Beim Lesen der Daten aus dem Speicher verschiebt die Schiebeschaltung die Daten aus dem Speicher so oft, wie durch die Adresse auf den Adressenleitungen angezeigt ist, so daß sich die Daten in richtiger Reihenfolge an der Datenschnittstelle befinden.

Es gibt zwei Nachteile des schrägen Speichers. Erstens erfordert jeder Speichermodul seinen eigenen besonderen Addierer, dessen Größe unmittelbar auf die Größe des aufzubauenden Speichers bezogen ist. Der schaltungstechnische Aufwand durch die Addiererund die Verlängerung derSpeicherzugriffzeit infolge der arithmetischen Berechnungen in den Addierern machen deren Beseitigung wünschenswert. Zweitens ist die Schiebeschaltung für die Schiebeschaltung für die: Datenschnittstelle des schrägen Speichers nicht einfach so in einheitliche Abschnil' ·"· teilbar, daß jeder einheitliche Abschnitt auf einer besonderen gedruckten Schaltung mit einem Minimum an notwendigen Leitungsverbindungen untergebracht werden knnn. Derzeitige Kenntnisse bei der Unterbringung logischer Schaltungen erfordern bei einem schrägen Speicher praktischer Größe eine Schiebeschaltung mit zahlreichen gedruckten Schaltungen. Zahlreiche Zwischenverbindunen oder komplexe Steuerschaltungen sind dann zum Vereinigen der Schiebeschaltung notwendig. Die Unteilbarkeit der Schiebeschaltung macht es wünschenswert, diese Schaltung durch eine solche zu ersetzen, die in Einheiten unterteilt und auf gedruckten Schaltungen untergebracht werden kann, die ein Minimum an Drahtverbindungen und Steuerschal-

Die Erfindung bezieht sLh auf die beiden erwähnten größeren Probleme. F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Zugriffs-Schaltung für ein Mehrfach-Zugriffsfeld. Die Addierer für den schrägen Speicher sind vollständig weggelassen und die Schiebcschaltung ist durch eine Permutationschaltung ersetzt. Diese Schaltung kann in einheitliche Abschnitte unterteilt werden, wobei jeder Abschnitt auf einer besonderen gedruckten Schaltung bei einem Minimum an Leitungsverbindung^ und an Steuerschaltungen untergebracht werden kann. Eine detaillierte Beschreibung der Speichermoduladressierung und Datenpermutierung, wie sie in der nachveröffentlichen US-PS 38 12 467 beschrieben ist, erfolgt nachstehend.
Die Anordnung nach der Erfindung kainn sehr vorteilhaft mit Logik-Speicherfeldern verglichen werden. Ein Logik-Speicherfeld besteht aus einer Rechteckanordnung von Zellen, von denen jede Logik wie auch Speicherung enthält. Die Logik dient zum Wählen von Bit gemäß der jeweiligen Betriebsart. Weil Zwischenverbindungen sowohl für die Logik-Schaltung als auch für die Speicherbits notwendig sind, gibt es in diesen Anordnungen viele Verbindungen und ist die Modulisicrung durch die Anzahl der Stifte für ein Multizellenmodul begrenzt. Bei dem Mehrfach-Zugriffsfeld MDA-FeId besitzt jeder Multibitmodul aber wenige Stifte, da die Adressenleitungen codier: werden können (n Adressenleitungen sind für 2" Bit erforderlich) und die anderen Leitungen nur mit dem ausgewählten Bit verbunden sind. Eine Erhöhung um eine Adressenleitung zu einem Modul verdoppelt die Anzahl der im Modul speicherbaren Bits, und somit sind Speichermodule mit großer Speicherkapazität und kleinen Stiftzahlen möglich.
Wenn η eine nicht-negative ganze Zahl ist, kann ein Mehrfach-Zugriffsfeld von 2" Worten bei 2" Bits pro Wort unter Verwendung von 2" Speichereinheiten oder-modulen aufgebaut werden, wobei jeder Modul 2° Bit enthält. Dabei können kleinere Speichereinheiten so kombiniert werden, daß sie eine 2"-Bit-Einheit oder einen -Modul ergeben. Zum Zwecke der Beschreibung werden die Speichereinheiten oder -module kurz als Module bezeichnet und können vom Typ IM 5503 sein, ein bipolarer 256 Bit Festkörperspeicher mit wahlfreiem Zugriff. Ein solcher 2^B-Bit-ModuI besitzt η binäre Adresseneingänge, durch die irgendwelche der 2" Bit ausgewählt werden können. Ausgangssignale und andere Eingangssignal zum Modul bestimmen, ob das ausgewählte Bit gelesen oder geschrieben werden soll. Für Zwecke der Beschreibung sind Zugriffsbit und Lese- oder Schreibbits gemeint Bei Zugriff zu einem Bit kann dieses dann entweder gelesen oder geschrieben werden, je nach der Funktion, die durch den Zustand der Modulsteuerleitungen angezeigt wird.

Die 2" Module, die 2" Bits pro Modul, die 2" Speicherworte und die 2" Bits pro Speicherwort sind je unter Ver-Wendung der ganzen ZahlenO bis2"-l indiziert. Jeder Index kann als ein binärer n-Element-Vektorausgedrückt werden. Beispielsweise kann jeder Index / als

Un-U in-2, 4-3> --··> hi 'l. 'θ)

ausgedrückt werden, worin jedes / eine binäre 0 oder eine binäre 1 ist und gilt:
/-Σ2*'*·

In Virbindung mit dieser Indizierung sein bemerkt, daß durch die ganze Beschreibung hindurch die folgenden Booleschen Operationen-verwendet werdensollen: Negation, UND-Verknüpfung, und Antivalenz. Wennχeine Boolesche Variable ist, d. h. 0 oder 1, dann wird die Negation von χ durch die folgende Tabelle als χ bestimmt:

X	X
0	1
1	0

Wenn χ xxTiuy Boolesche Variable sind, dann wird die UND-Verknüpfung ^VQP χ und y geschrieben als XY und die Funktion »Antivalenz« von χ und y geschrieben als χ Θ y und bestimmt durch die Tabellen:

X	y	xy
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

x<Sy

0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

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Ce Operationen Negation, UND und Antivalenz können bei Vektoren von η Booleschen Variablen angewendet werden. Die Negation eines Vektors X, geschrieben als Y, ist einfach ein Vektor derselben Länge wie X, wobei jede Komponente negiert ist. D. h., mit

i, Xo), ist

Die UND-Funktion zweier Vektoren mit je π Komponenten ist einfach ein Vektor von η Komponenten, deren jede die UND-Funktion der entsprechenden Komponenten der beiden Vektoren ist. D. h., mit

X = (x„-_ux„-2,...,

xy = (x*-iy«-i, x«-2y

) und ). ist

Bit iS = (Vi, b„-i,..., b_u b₀) von Wort W = (»ν,,-ι, w„-2,..., wi, »v₀) ist gespeichert in Bit if = (Vi. b„-i,..., b_u b₀) von Modul M = (m„-i, /?i„-₂₎ ..., m_x, m₀), mit M = BQW.

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In ähnlicher Weise ist die Funktion »Antivalenz« der beiden Vektoren mit je η Komponenten ein Vektor mit η Komponenten, deren Komponenten die Funktion »Antivalenz« der entsprechenden Komponenten der beiden Vektoren sind. D. h., wenn X und Y wie oben gegeben sind, ist

X® Y = (x„-, ®y„-i, V2®Ä-;. ·-·,

Bei der Datenspeicheranordnung eines Mehrfach-Zugrifisfeldes sind die Regeln zum Speichern von Daten so wie folgt:

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In ähnlicher Weise enthält das Bit B des Moduls M das Bit B des Wortes W, mit W = M © B ist F i g. 6 zeigt die Beziehung zwischen den Modulen, Worten, Bits der Module und Bits der Worte für ein Mehrfach-Zugriffsfeld von acht Worten zu acht Bit. Die horizontale Achse stellt die Bit-Indizes dar, die vertikale Achse die Modul-Indizes und die Kästchen selbst stellen die Wort-Indizes dar. Die Tafel zeigt, daß M= B® Wund W= M® B.

Beim tatsächlichen körperlichen Aufbau eines typischen Mehrfach-Zugriffsfeldes und insbesondere bei einem Feld von acht Worten zu acht Bit besitzt jeder Speichermodul η Adressenleitungen, die mit ganzen Zahlen 0 bis n-1 indiziert wird. Wenn a_k der Zustand der Adressenleitung k ist, mit 0 < k < n—1₁ wählt der Modul das Bit (α_Λ_,, a„-₂, ...,a_u a₀) aus. Das heißt, daß jeder Modul an dem Bit In Zugriffsteht, dessen Adresse an den Adressenleitungen des Moduls erscheint. Dann sind 2 η Auswahlleitungen in das Feld gegeben mit (jx„-i, y„-u jc„_2, y„-i* ■ ■; x\, y\, xo, jo); der Satz* Auswahlleitungen soll durch X = {x„-\, x„-₂, ■ ■ -, *i, X₀) bestimmt sein und der Satz von>>Auswahlleitungen durch Y = (y„-\, y„-₂, ■ ■ ·, J'i, Jo)- °i^e " Adressenleitungen jedes Moduls liegen

an η dieser X- ^Auswahlleitungen. Nur eine einzige Adressenleitung pro Modul führt zu einer bestimmten Auswahl'leitung. Die Regel zum Verbinden der Moduladressenleitungen mit den Feldauswahlleitungen kann, wie folgt,, ausgedrückt werden: Die Adressenleitungen k des Moduls M liegt an x_kl wenn m_k = 0, oder an y_k, wenn m_k <= 1.

Darauü ergibt sich, daß jede x-Leitung an einer Hälfte der Module und die entsprechende y-Leitung an der anderen Hälfte liegt.

F i g. 7 yigt die Verbindung zwischen Moduladressen- und Feldauswahlleitungen für einen Speicher von acht Worten zu t'cht Bit. Für den Modul 0 liegen die Adressenleitungen a₀ anx₀, öi an x, und a₂ an x₂, da alle m_k = 0 sind. In ähnlicher Weise liegen für den Modul 7 a₀ an y₀, o\ any\ und a₂ &ny₂, da alle m_k = 1 sind. Für den Modul 5

ίο liegt O₀ an y₀, da m₀ = 1 ist, a\ liegt an x_u da m\ = 0 ist, und a₂ liegt an y₂, da m₂ = i ist.

Beim Betrieb eines Mehrfach-Zugriffsfeldes in bit-orientierer Betriebsart, oder als assoziativer Prozessor, sind zum Zugriff zu einem Bit B aller Worte die Zustände der X-Auswahlleitungen und der K-Auswahlleitungen gleich B gesetzt, d. h. X = Y = B. Jeder Modul wählt dann das Bit seines Inhalts aus, das das Bit S des Wortes I (B ® M) ist. Als Ergebnis erfolgt Zugriff zum Bit B jedes Wortes. Die Worte in Bezug auf die Module befinden ϊ

sich nicht in Reihe, und die Wort-Reihenfolge variiert als Funktion von B mit W = B ® M. Somit ist eine Permu- f tationsschaltung notwendig, damit die Daten jeden Wortbits an derselben Stelle für jedes Bit gesetzt werder. können. Die Permutationsschaltung ordnet die Reihenfolge der Daten in die oder aus der Datenschnittstclle, se daß die Daten jeden Speichermoduls stets an eine einheitliche Lage Pgesetzt werden können, mit P = X @ M zu der bit-orientierten Betriebsart gilt X = B, somit P = B ® W.O. h., in der bit-orientierten Betriebsart werden die Daten eines jeweiligen Wortes W stets an denselben einheitlichen Platz P in der Datenschnittstelle gesetzt.

Beim Betrieb eines Mehrfach-Zugriffsfeldes in wort-orientierter Betriebsart, oder bei der Verwendung in

einem AIlzweck-Digitalcomputer wird, wenn W der Index des in Zugriff kommenden Speichenvortes ist, X gleich W gesetzt. An dieser Stelle werden alle Adressenleitungen der Speichermodule bei denen m_k - 0, sich im Zustand w_k oder \v_k ® m_k befinden». In ähnlicher Weisen werden, wenn ^gleich W gesetzt ist, alle Speichermodul-Adressenleitungen, die zu Modulen führen mit m_k = 1, sich im Zustand w_k oder w_k © m_k befinden. Für die A'- und K-Feldauswahlleitungen zusammen folgt somit, daß jeder Modul Λ/eine Adresse B = W® M empfängt. An der Adresse B des Moduls M ist das Bit B des Wortes (Ai θ B) = (Μ® W® M) = W. Somit kann jedem Bit des Wortes W durch Setzen von X = Wund Y = W ein Zugriff erfolgen. Die Bits in Zugriff sind aber nicht in Reihe in bezug auf die Module, sondern variieren als Funktion von W mit B = W® M. Wenn eine Permutationsschaltung Ü die Daten-Reihenfolge in die oder aus der Datenschnittstelle so ordnet, daß die Daten jedes Speichermoduls stets an einer einheitliche Datea.chnittstelle P = M ® X gebracht werden, gilt für die Lage P = M® W = M® M® B = B. Somit ist die Datenschnittstelle Pdieselbe wie die Bit-Stelle B, und das Wort befindet sich in richtiger Bit-Reihenfolge in der Dateinischnittstelle.
Beim Zugriff an einem Bit aller Worte sind somit die Bits in der Datenschnittstelle antsprechend ihrem Wort in Reihe, und in ähnlicher Weise ist in Zugriff zu allen Bits eines Wortes das Wort in der richtigen Bit-Reihenfolge in der Datenschnittstelle.

Das rvicnrfach-Zügftffsfeid kann auch in gerüischi-Gfieniierier Betriebsart arbeiten, d. h., es ksnn ausgewählte = Bits ausgewählter Worte in Zugriff nehmen. Ein bit-orientierter Zugriff erfordert x_k = y_k für alle k. In ähnlicher jj Weise erfordert ein wort-orientierter Zugriff X₁ = y, für alle k. Wenn bei einigen x_k = y_k und bei einigen x_k = y_t gilt, kommen einige Bits einiger Worte in Zugriff.

Die Regel für die Verbindung der Adressen- und der Feldauswahlleitung zeigt, daß der Modul Ai'bei XM ® YM adressiert ist. Dies wählt das Bit B = XM Θ YM des Wortes W = B θ M = XM ® YM® M = XM ® YM. Dann folgt, wenn bei einigen A·, Jf₄ = y_k ist, daß b_k = x_k unabhängig von m_k ist. Wenn bei einigen k, x_k = y_A ist, folgt, daß w_k = x_k und w_k unabhängig von m_k ist. Somit bezieht sich jedes x_k entweder auf einen Bitadressenin- g

dex oder auf einen Wortadressenindex, je nach dem, ob y_k = x_k oder y_k = X_k.

Im Mehrfach-Zugriffsfeld empfangen die Auswahlleitungen .Ydie gemeinsame Feldadresse, eine Wortadresse oder eine Bitadresse je nach dem Zustand der y-Auswahlleitungen Y. Die Betriebsart, bit-orientiert oder wortorientiert, hängt somit von der Beziehung zwischen Λ' und Y ab. Mit Y= X ® S hängt die Betriebsart vom §j Zustand von Sab. Wenn alle s_k = 0, ist die Betriebsart bit-orientiert (Y= X). Wenn alle s_k = 1, ist die Betriebsart |

wort-orientiert (Y = Y). Wenn fiiiir einige s_k = 0 und für einige s_k = 1 gilt ist die Betriebsart gemischt (y_k = x_k für einige k und y_k = x_k für andere ,t)·

Die Feldauswahlleitungen werden, wie Fig. 8 zeigt, von zwei n-bit-Registern beeinflußt. Ein gemeinsames Feldadressenregister setzt den Zustand des χ Feldauswahlleiiungen. Die arbeitsweise wird dann durch den Zustand des Zugriffsart-Registeirs bestimmt, dessen Ausgangssignale zu denen des gemeinesamen Feldadressenregisters modulo-2-addiert werden, um den Zustand der y-Feldauswahlleitungen einzustellen.

Die allgemeine Zugriffsregel ist somit die, daß der Modul M die Adresse XM ® YM empfangt. Dies bringt das Bit XM ® YMdes Wortes XM © YMim Zugriff. Es folgt dann, daß beim Arbeiten in einer5-Betriebsart an einer gemeinsamen Feldadresse Λ'der Modul Aibei XM ® (X ® S)M = XQSMin Zugriff gelangt. Durch die Speichcrregel ist dies das Bit X®SM de«; Wortes X® SM ® M = X®SM. Je nach den Inhalten des Zugriffsartregistcrs können verschiedene Kombinationen von Worten und Bits von Worten in Zugriff gelangen. Wenn bei einer ganzen Zahly, mit 1 <j < n-1, s_k = 0 für alle k >j und s_k = 1 für alle k<j ist, dann isty_k = x_k für alle k >j (bitorientiert) undy_k = x_k für alle k <j (wort-orientiert). Dies ergibt, daß die oberen n-j Indizes der Bit-Adressen und die unteren,/ Indizes der Wortadressen in bezug auf M konstant sind. Die unteren./ Indizes der Bit-Adressen und die oberen η -j Indizes der Wortadressen durchlaufen dann alle möglichen Kombinationen von 0 bis !,wenn M variiert. Folglich kommen 2' Bits von 2"'^J Worten ir> Zugriff. Der in Zugriff befindliche Satz von 2/ Bits ist folgerichtig, der Satz von 2"'^J Worten jedoch nicht. Aber die ersten y Bits von jedem 2Men Wort sind in Zugriff. Ein Beispiel dieser Zugriffsart fur ein. Feld von 256 Worten zu 256 Bits ist in Fi g. 9 gezeigt. In diesem Beisniel seiy = 5 und λ = 8. Die Inhalte des gemeinsamen Feldadressenregisters seien durch die Buchstaben α bis h bezeichnet,

die eine binäre Zahl darstelleil. Durch Anwenden der Formeln B = J Θ SA/und W = XΦ SM für alle Mgelangen die ersten 32 (=2⁵) Bits von jedem 32sten Wort in Zugriff.

Selbstverständlich ist die.häufigstc gemischt-orientierte Betriebsart die beschriebene, nämlich mit den ersten 2' folgerichtigen Bits von jedem 2Men Wort. Eine Unzahl Kombinationen von Worten und Bits von Worten kann jedoch in Zugriff sein. Die Grundregel ist die, daß, wenn diie Bitindizes variieren, die Wortindizes konstant bleiben, und umgekehrt, wenn die Wortindizes variieren, die Bitindizes konstant bleiben, s_k = Ϊ bleibt w_k konstant und variiert b_k mit M- Eine verallgemeinerte Form eines gemischt-orientierten Zugriffs für eiaen Speicher vor? 256 Worten zu 256 Bits ist in Fig. 10 gezeigt.

Auch in der gemischt-orientierten Betriebsart befinden sich die Worte und Bits von Worten nicht in Reihe. Wenn die Daten jeden Speichermoduls M in eine einheitlich Stellung P - X ® M in der Datenschnittstelle gebracht sind, sind die Worte und Bits von Worten in Reihe. Mit P = X © Λ/gilt M = A" Θ Pund enthält die Stellung P in der Datenschnittstelle das Bit [X © S (X Φ P)] des Wortes [X®5(X® P)], d. h. das Bit (SX Φ 5P) des Wortes (SX © SP) ist. Die Permutationsschaltung genügt s;omit dem Wunsch, daß, wenn ein folgerichtiger Satz von Bits eines Wortes im Zugriff ist, die Bits in der Daterschnittstelle in der Reihenfolge erscheinen. Wenn 2' Bits jedes 2'-ten Wortes im Zugriff sind, sind die 2' Bits jides Wortes in derselben Reihenfolge in der Datenschnittstelle wie im Speicherwort. Die Gruppen von Ί Bits erscheinen auch in derselben Reihenfolge in der Datenschnittstelle wie die Worte, aus denen die Gruppen von H Bits stammen.

Ganz allgemein kann dann bei 2" Festkörperspeichermodulen mit wahlfreiem Zugriff und jeweils 2" Bits ein Mehrfach-Zugriffsfeid gebildet werden mil 2" vvurieu ^u 2" Bits piu Wort. Es ciuiögiieb' einen gleichzeitigen Zugriff (zum Lesen oder Schreiben) zu einem Bit aller Worte, zu allen Bits eines Wortes ot, jr zu bestimmten Sätzen von 2' ii'tis jedes 2MCn Wortes. Zum üblichen Adressieren können zwei n-Bit-Register vorgesehen sein. Ein gemeinsames Feldadressenregister liefert die Adresse für die ,IT Feldauswahlleitungen und ein Zugriffsregister, mil S, bestimmt die Betriebsart des Feldes. Wenn alle s_k = 0 sind, kommt ein Bit aller Worte in Zugriff. Wenn alle s_k = 1 sind, kommen alle Bits eines Worts in Zugriff. Wenn einige s_k = 1 und einige s_k = 0 sind, kommen Teile von Worten in Zugriff. Eine Schaltung permutiert die Lese-· und Schreibdaten, damit sie eine folgerichtige Reihenfolge an der Datenschnittstelle haben. Diese Schaltung wird von dem gemeinsamen Feldadressenregister so 's gesteuert, daß die Daten-Reihenfolge nur von der Zugriffsart, den Inhalten des Zugriffsregisters, abhängt.

ϊ Es gibt auch andere Vorgehensweisen, durch die Mehrfach-Zugriffsfeld erreicht werden kann. Eine solche ist

* das Bestimmen eines unterscJ. iedlichen Speichermusters durch Stürzen des Wortindexvektors von einem Ende

zum anderen, d. !.Transportieren von W = (w_n._uw„-₂,...,w_uv!₀)zu W= (κ·₀, (v_b..., w„_₂, h>„.,). Dies ergibt nicht mehr als eine neue Bezeichnung der Worte. Es gibt jedoch dort zwei Hauptunterschiede bei dieser Anordnung. Durch Definition ist W= M® B. Dies ergibt für bit-oriemtierten Zugriff, bei dem X=Y=B, daß die Datenschnittstellen-Stellung P= X®M = BQM= W Das heiJßt, daß bei bit-orientiertem Zugriff in der Datenschnittstelle der im Zugriff befindlichen Bits die Daten in umgekehrter Reihenfolge zu den Worten im Zugriff sind,d. h.p; = iv„ ι _k. Bei wort-orientiertemZugriffbesl:eht dieses Problem nicht. Diese andere Feldanordnung erweist sich als besonders wirkungsvoll bei gemischt-orientierter Betriebsart. Hier ist es möglich, folgerichtige Sätze von Bits von folgerichtigen Sätzen von Worten zu erhalten. Re|_die$er Anordnung befindet sich der Modul M bei XM ® YM in Zugriff, was das Bit X Φ SMjles Wertes ~X + S/t/ausgewählt. Die Stellung P in der Datenschnittstelle enthält das Bit SX®SPdes Wortes SX © SP. Wenn nun für die Zahly", nit 1 <j < n-l, s_k = 0 für alle A: >y, wird b_k = x_k undiv_s = x„-\-_k ©m,,-!-* füralle/c>./',ui:idfüri_t = 1 für alle A; <y, wird 6* = x_k ®n_kund w_k = x„_i-i für alle k<j. Dies ergibt, daß die oberen n-j Bit-Indizes und die oberen j Wort-Indizes von M unabhängig sind. Die unteren./ Bit-Indizes und die unteren n-j Wort-Indizes variieren mit M und erhalten alle möglichen Kombinationen von Nullen und Einsen. Somit befinden sich Ύ Bits von 2"'^J Worten im Zugriff. Alle 2' Bits sind folgerichtig ebenso die 2"'^J Worte.

Die Module, die Bits in jedem Modul, die Worte und die Bits injedem Wort können mit binären Vektoren indiziert werden. Das Speichermuster könnte durch Beziehen jedeir Komponente des Modulindexvektors auf entsprechende Komponenten in den Wortindexvektoren und dien Bitindexvektoren abgeleitet werden. Ein allgemeines Mehrfach-Begriffsfeld mit /V Worten zu N Bits kann durch Verwenden von N Speichermodulen aufgebaut werden, von denen jeder N Bit enthält. Dieses allgemeinere Feld könnte dadurch beschrieben werden, daß andere ganze Zahlen außer 2 die Wurzeln der Vektorenkomponenten werden. Zum Zweck der so Beschreibung sei Z = (z„-,, z„-₂,..., z_u At) ein Satz von n, nicht notwendigerweise einheitlichen, ganzen Zahlen, mit η > 1 und z_k a 2 für alle k.

B-I

Ferner sei N = TC z_k

und seien die N Module, die N Bits pro Modul, die N Speidierworte und die N Bits pro Speicherwort jeweils mit einem Vektor aus η ganze Zahlen indiziert, (/„_,, /„_₂,..., h, 'o), mit 0<4<ζ_λ - 1 fürO <k< n-l. Fig. 11 zeigt die Entwicklung der Werte der Komponenten eines Index / eines //-mal-iV-Mehrfach-Zugriffsfeldes, mit N = 30. Es seien Z₀ = 2, z\ =3 und z₂ = 5. Dann ist η = 3. Ein Index / kann dann als eü " 'rtor von η (3) ganzen Zahlen ausgedrückt werden. Da 0 < i_k < z_k -1, können die Komponente I₀ Werte von 0 ο ^er 1, /₂ Werte von 0,1 oder 2 und /₃ Werte von 0,1,2,3 oder 4 haben. Der Wert sines Index I kann durch Summieren der Produkte der verschiedenen Komponenten (i_k) multipliziert mit dem Gruppierungsfaktor dieser Komponente gefunden werden. Gemäß F ig. 11 erscheinen /₀ in Einer-GnipperuO, LCI. 1 usw., Λ in Zweier-Gruppen: 00,11.22,00 usw.. und i₂ in Sechser-Gruppen: 000000,111111,222222 usw. Desiäalb besitzen /₀ einen Gruppierungsfaktor 1, i_x einen Gruppierungsfaktor von 2 und /₂ einen Gruppierungsfaktor von 6. Für den Dezimalwert eines Index / ist somit Idrzinm! = 6 I₂ + 2 /| + Z₀.

Bei einem Mehrfach-Zugriffsfeld mit N Worten mal N Bits wird die folgende Datenspeicherregel beachtet: Bit B = (ö„_i, b_n-.₂, ■■·, b_u b_a) des Wortes W = (w„._u w„_₂,..., W₁, W₀) ist in dem Bit B des Moduls M = (6„_, Qw„-_U Z>„_2 Θ w„_2,..., O₁ Θ «ί, hg Θ w₀) = B Θ ^gespeichert, worin b_k Θ w_k die Differenz zwischen b_k und w_k modulo die Wurzel z_k bedeutet und eine ganze Zahl von 6 bis z_k-\ ist In ähnlicher Weise ist Bit B des Moduls M das Bit B des Wortes W = BBM. Mit z_k = 2 iur alle A, wird N = 2" und sind die Daten in demselben Muster wie im Feld mit 2" Worten zu 2" Bits im Speicher, wie bereits beschrieben, gespeichert

Die Verbindungen der Feldauswahlleitungen und der Moduladressenleitungen in einem N-mal-N-Mehrfach-Zugriffsfeld sind ganz einheitlich. Der Satz der Adressenleitungen jedes Moduls ist in η Untersätze unterteilt, die einer bestimmten Komponente b_k des Bitadressenvektors B zugeordnet sind. Zum Adressieren des Bit B des Moduls wird somit der Untersatz k der Adressenleitungen in einen b_k entsprechenden Zustand gesetzt, und dieser Zustand ist von anderen Komponenten von B unabhängig. Da b_k = m_k-w_k, kann b_k einen Wert zwischen 0 und zj-1 annehmen, d. h., z_k verschiedene Werte haben. Wenn die Adressenleitungen binäre Signale empfangen sollen, sind mindestens logj(z_t) Leitungen im Untersatz K zum Behandeln aller möglichen Zustände von z_k notwendig.

<i-1

Im ganzen Speicher befinden sich ^ z_k Sätze der Feldauswahlleitungen. Diese Sätze sind mit x_k-] bezeich-

t=o

net, wobei A alle Werte von O bis η - 1 annehmen kann und für ein bestimmtes k alle Werte von O bis z_k -₁ annehmen kann. Jeder Satz x_k , besitzt mindestens log₂ (z_t) Leitungen und besitzt somit dieselben z_k möglichen Zustände, die der Untersatz k der Adressenleitungen eines Moduls besitzen kann.

Jeder der η Untersätze der Adressenleitungen eines Moduls liegt an einem Satz der Feldauswahlleitungen nach folgender iRfcgel: Der Untersatz k der Adrejsenleitungen des Moduls Mliegt am Satzλ*^ der Feldauswahlleitungen, worin m_k die k-le Komponente von M ist.
F i g. 11 zeigt auch, daß N/z_k der / Indizes dieselbe Komponente i_k am A-ten Platz ihres Adressenvektors haben.

/₀ ist also eine N ull oder eine Eins in jedem von 15 (30/2) der /. In ähnlicher Weise ist Z₁ eine Null, Eins oder Zwei in jedem von 10 (30/3) der/, und ist /₂ eine 0,1,2,3 oder 4 in jedem von 6 (30/5) der /. Es folgt dann, daß N/z_k der Module dieselbe Komponente m_k am Α-ten Platz ihrer Adressenvektoren besitzen. Der Satz x_k _mjt der Auswahl-Leitungen liegt somit an N/z_k Modulen. Wenn z_k = 2 für alle A:, wird somit N = 2" und werden die Feldauswahlleitungssätze zu x_k0 und x_k ,, was den Leitungen x_k und y_k in der vorangegangenen Beschreibung des 2"-mal-2"-Mehrfach-Zugrifisföldes entspricht.

Die bit-orientierte Betriebsart erfordert, daß alle Module an der Adresse B in Zugriff stehen und das Bit gesucht wird. Dies geschieht, wenn für alle k und alle m_k der Zustand des Satzes x_Kmk der Feldauswahlleitungen auf b_k gesetzt wiird. Jeder Modul steht dann mit dem Bit B des Speicherwortes W = BQMm Zugriff. Das B aller Worte kommt dann in Zugriff.

Bei wort-orientiertem Zugriff besteht die Speicherregel W=BQM. Alle Bits eines Wortes W können in Zugriff kommen, wenn Tür alle A und alle m_k der Zustand des Satzes x_kJ„_K der Fcldauswahlleitungen auf w_k © m_k gesetzt ist (worin ©die Addition modulo z_k bedeutet). Nun befindet sich jeder Modul in Zugriff mit dem Bit ,. (WQM) des Wortes (BQ M) = WQMQM= W Alle Bits des Worts W befinden sich also in ZugrilT.

Für das Arbeiten mit gemischt-orientiertem Zugriff besitzen die Sätze x_kmk bei bit-orientiertem Zugrifidcnselben Zustand, der b_k für alle k entspripht Bei wort-orientiertem Zugriff besitzen die Sätze x_kmk verschiedene Zustände w_k © m_k für alle k. Für die gemischt-orientierte Betriebsart ist es dann notwendig, daß manche Sätze x_kmk denselben Zustand haben, während andere Sätze x_kmk verschiedene Zustände aufweisen. Dies geschieht dadurch, daß ein n-Bit-Binärvektor Sden Zustand derx_kmk -Sätze bestimmt. Wenn nun füralle k die Sätze x_k0 der Feldauswahlleitungen die gemeinsamen Feldadressenleitungen sein sollen, dann kann die bit- oder wort-orientierte Betriebsart dadurch bestimmt werden, daß der Zustand der x_k „,-Leitungen gleich dem Zustand von x_k0 Φ s_km_k ist. Mit s_k = 0 haben die Sätze x_kmt für alle m_k denselben Zustand. Mit s_k = 1 haben die Sätze x_kmk für alle m_k verschiedene Zustände. Aus dem Zustand der x_kmk Leitungen und der Speicherregel W = B θ M ist zu erkennen, daß jeder Modul M mit dem Bit (x„_, ₀ θ j„-, m„. _u x„₂ © s„-2m„-₂, ■ ■ ·, x\ ο ® ^i^m · -"b.o ® ^"O) des Wortes [^„._ι0Θ(5_η_ι θ 1) /«„-,, χ,.,.₀Φ(ν?θί) m„-2,.., XXS₁Q(S^ Q 1) /π,^ο.₀©(ίο θ 1) m₀] in Zugriff steht.

Aus den Ausdrücken für Bit und Wort ist zu erkennen, daß bei s_A = 0 für manche A- dann, wenn m_k durch die Bereiche 0 bis z_k - 1 geht, die Komponente A- des Bitadressenvektors fest bei (x_k ₀) bleibt und die Komponente k des Wortadressenvektors durch den Bereich 0 bis z_k - 1 geht. In gleicher Weise bleibt bei s_k = 1 für manche A dann, wenn m_k durch den Bereich 0 bis z_k - 1 geht die Komponente k des Wortadressenvektors fest bei (jc, ₀) und geht die Komponente A des Bitadressenvektors durch alle Werte. Der Speicher befindet sich somit an PBits aus jedem von Q Worten in Zugriff, wobei/³= π z_k und Q = η z_k ist. Welche (A: 5₄ = I)(A: s, = 0) Bits welcher Worte in Zugriff kommen, wird durch die Auswahl an den gemeinsamen Adressenauswahlleitungen x_{k 0} bestimmt.

Das Bit öder Worte wird ausgewählt, wenn O₁ = x_k _n, wo auch immer j_t = 0, und das Wort W wird gewählt, wenn Wi = x_kji, wo auch immer s, - 1.

Wenn eine ganze Zahl /. mit I *■ j < η - 1, so gewählt ist, daß s_k = 0 für alle A ■> /und 5» = I iüraüe A <j, dann

6Ö j-i «-1

werden/*= Tl s_k und Q = TC s_k. Der Speicher kommt dann in Zugriff mit einem Satz von P folgerichtigen Bits

* - 0 k'j

jedes F-ten Wortes, ähnlich wie es in Verbindung mit dem Zugriff bei 2"-mal-2ⁿ-Mehrfach-ZugrilTsfeld beschrieben worden ist.

Es ist zu erkennen, daß bei N Speichermodulen mit wahlfreiem Zugriffmitje N Bit ein Mehrfach-ZugrilTsfeld mit N Worten zu N Bits pro Wort aufgebaut werden kann. N muß zum Produkt von η Faktoren z„., bis za gemacht werden, mit η < 1. Die Adressenleitungen eines jeden Moduls müssen ebenfalls so sein, daß sie in η Sätze aufgeteilt werden können, bei die Anzahl der möglichen binären Zustände der Leitungen im Satz A mindestens z_k ist.

Die Beschreibung des Mehrfach-Zugriffsfeldes bezog sich bisher auf quadratische Felder, d. h. die Anzahl der Bits in jedem Wort und die Anzahl der Speicherbits, die gleichzeitig in Zugriff kommen können, sind gleich der Quadratwurzel der Gesamtzahl der im Feld gespeicherten Bits.

Ein nicht-quadratisches Mehrfach-Zugriffsield wird als »unterquadratisch« bezeichnet, wenn die Anzahl der gleichzeitig zugreifbaren Bits kleiner als die Quadratwurzel der Anzahl der gespeicherten Bits ist. Ein !speicher s wird als »über-quadratisch« bezeichnet, wenn die Bitzahl, die gleichzeitig in Zugriff kommen kann, größer als die Quadratwurzel der Anzahl der gespeicherten Bits ist. Bei einem Mehrfach-Zugriffsfeld können die Bedeutungen von »Worten« und »Bits« untereinander vertauscht werden: ein yV-Wort/M-Bit-Mehrfach-Zuüriffsfeld kann auch ein AZ-Wort/ZV-Mehrfach-ZugriiiTsfeld sein, wobei ein bit-orientierter Zugriff in dem einen Feld ein wort-orientierter Zugriff in anderen ist und umgekehrt. Deshalb sollen nur nicht-quadratische: Felder beschrieben werden, bei denen die Anzahl der Bits pro Wort kleiner als die Anzahl der Worte ist. Durch Vertäu- * sehen der Bedeutungen »Bits« und »Worte« in der Beschreibung kann diese gleich gut für Mehrfach-Zugriffsfelder verwendet werden, bei denen die Anzahl der Bits pro Wort größer als die Anzahl der Worte ist. Ip der Beschreibung wird auch angenommen, daß die Anzahl der Worte ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Bits pro Wort ist Die gilt, da die Speichergröße gewöhnlich so eingestellt werden kann.

Ein Unter-Quadratfeld von N Worten und M Bits pro Wort ermöglicht den gleichzeitigen Zugriff zu Aider NM gespeicherten Bits, wobei N>M ist. Da ein gleichzeitiger Zugriff zu nur M Bits möglich ist, wird ein bit-oritntierter Zugriff nur zu einem Bit aus jedem der M Worte und nicht aus allen N Worten erfolgen. Die Merkmale für Mehrfach-Zugriff sind notwendig, um einen bit-orientierten Zugriff zu allen Worten zu ermöglichem.

Da die AnTahl der Worte als gan?zahlige.s Vielfaches der Anzahl der Bits pro Wort angenommen worden ist, ergibt sich N = qM, wobei q eine ganze Zahl und größer als 1 ist. Ein Mehrfach-Zugriffsfeld kann dann aus M Speichermodulen mit wahlfreiem Zugriff und mit je W Bits aufgebaut werden. Die N Worte werden in q Gruppen von je M Worten geteilt. Effektiv ergeben sich dann q Mehrfach-Zugriffsfelder mit M Worten zu M Bits, die gespeichert werden und so in Zugriff gelangen. Jeder Speichermodul besitzt N/q Bits in jedem der q Quadratfelder. F i g. 12 zeigt die Teilung eines nicht-quadratischen Feldes in q Quadratfelder, wobei q = 3. Manche Adressenleitungen jedes Moduls dienen zum Spezifizieren, welche aus den q Gruppen ausgewählt ist, und die anderen Adressenleitungen spezifizieren, welches Wort der gewählten Gruppe in Zugriff steht. Die Adressenleitungen eines jeden Moduls, die bestimmen, welche Gruppe ausgewählt ist, werden parallel aus einer oder mehreren Gruppenauswahlleitungen genommen. Andere Adressenleitungen eines jeden Moduls liegen in gleicher Anordnung wie für einen Speicher mit M Worten zu M Bits. Fig. 13 zeigt die Adressenverbindungen für ein 30 f

Unter-Quadratfeld mit acht Worten zu vier Bits pro Wort, das mit 2" Bit-Speichermodulen aufgebaut ist. Die Gruppenauswahlleitung führt zur Adressenleitung a₂ eines jeden Speichermoduls und die A'-K-Feldauswahllei- · tungci. folgen der allgemein beschriebenen Regel. Wenn die Gruppenauswahlleitungen auf logischer Null liegt, _m

können die niedrigstwertigen Bits jedes der vier Module in Zugriff kommen. Es ist somit ein Speicherfeld mit ~t

vier Worten zu vier Bits pro Wort erzeugt worden. Wenn sich die Gruppenauswahlleitung auf logischer Eins 35 I

befindet, können die vier höchstwertigen Bits jedes Moduls in Zugriff kommen; sie erzeugen somit ein anderes Speicherfeld mit vier Worten zu vier Bits pro Wort. Hierbei ist q = 2 und das Mehrfach-Zugriffsfeld arbeitet ähnlich q Feldern mit M Worten zu M Bits, wobei Zugriff gleichzeitig zu einem Feld erfolgt. Eine Auswahlleitung wählt, welches Feld in Zugriff kommen soll, und die anderen Auswahlleitungen dienen für den Zugriff zu einem Bit alier Worte im Feld, zu allen Bits eines Wortes im Feld oder zu einigen Bits einiger Worte im Feld.

Ein Über-Quadrat-Speicher aus N Worten und M Bits pro Wort ermöglicht einen gleichzeitigen Zugriff zu /V der MN gespeicherten Bits, wobei N > M. Bei N = qM, wobei q eine ganze Zahl größer als 1 ist, kann ein Mehrfach-Zugriffsfeld aus /V/VZ-Bit-Modulen aufgebaut werden. Fig. 14 zeigt den Aufbau eines Über-Quadratfeldes mit M = 2, N = 8 und q = 4. Der Aufbau erfolgt durch folgen derselben Schaltungs- und Datenspeicherregel wie für jedes Mehrfach-Zugriffsfeld. Da es q-rniü soviel Worte und Module wie Bits gibt, sind die Module in Giuppen von q gruppiert. Alle Module in der Gruppe besitzen dieselben Schaltverbindungen.

Fig. 14a zeigt, wie dies beim Feld bei Beachtung der Verwendung von 2"-Bit-Speichermodulengeschieht. Die Module 000, 010, 100 und 110 ergeben eine Gruppe, während die Module 001, 011, 105 und 111 eine andere ergeben. F i g. 14b zeigt das Speichermuster für das Feld und bezieht die Worte und die Bits in jedem Wert auf die Module, aus denen die Gruppe besteht. Beispielsweise enthalten das Bit 0 des Moduls (011) das Bit 0 des Wortes (011) und das Bit 1 desModulsj(011)dasBit 1 des Wortes (010). Nach den Fig. 14a und 14b kommen bei X = Y ein Bit aller Worte und bei X = V alle Bits von q Worten in Zugriff. Dieser Speicher arbeitet somit weitgehend für ein Speicher mit M Worten zu M Bits, ausgenommen anstelle jedes Bits an der Schnittstelle. Dort tritt eine Gruppe von q Bits auf. Eine Gruppe von q BiIs enthält ein Bit von q Worten. Bei bit-orientiertem ZugrilTerfolgt dieser zu einem Bit aller N Worte. Bei wort-orientiertem Zugriff erfolgt dieser zu allen M Bits jedes von q Worten. Wenn das Feld der Speicherformel M = B Θ Wfolgen sollte, kann ein wort-orientierter Zugriff an allen Bits von q aufeinanderfolgenden Worten erfolgen. Wenn das Feld der Formel M = B® Wnach Fig. 14b folgt, erfolgt der Zugriff in Gruppen von q zu allen Bits jedes ΛΖ-ten Wortes.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung der Unter-Quadrat- und der Über-Quadrat-Felder auch der allgemeinen Fall von Feldern mit N- Worten zu M Bits umfaßt ist, wobei die Speichermodule von der im FaJl von N Worten zu /V¹ Bits-beschriebene Art seinwürden; ergibt sich auswiesen Beispielen, daß jedes dieser Felder aus den 2"-Bit-Speichermodulen bestehen kaiin, wie sie in Verbindung mit dem Feld mit 2" Worten zu.;»" Bits beschrieben worden sind. Wenn in der obigen Beschreibung des Unter-Quadrats N - 2" und M = q²", worin q ein ganzzahliger Faktor von N ist, und wenn in der obigen Über-Quadrat-Beschreibung M - 2" und N = q¹", worin q ein ganzzahliger Faktor von M ist, dann umfassen die Beschreibungen eindeutig die besonderen Fälle 65 g

dieser Felder, die aus 2"-Bit-Speichermodulen bestehen. I

Es wurde gezeigt, daß Speicherfelder für Digital-Computer so aufgebaut sein können, daß zu den Spei cherbits der Felder in einer von drei verschiedenen Arten Zugriff erfolgen kann. Solche Felder können allgemein aus

codierten Speichermodulen bestehen. Im aligemeinen werden solche Felder aus adressenleitungscodierten binären !"-Bit-Festkörperspeichermodulen aufgebaut sein. Solche Felder müssen nicht quadratisch sein, sondern können auch so aufgebaut sein, daß ein gleichzeitiger Zugriff für entweder weniger als die Quadratwurzel der Gesamtzahl gespeicherter Bits (Unter-Quadrat) oder zu mehr als die Quadratwurzel der Gesamtzahl der gespeicherten Bits {Über-Quadrat) erfolgt. Im Fall sowohl des Quadrats, des Unter-Quadrats als auch des ÜberQuadrats kann Zugriff für dem Speicherbit des Feldsystems in jeder der drei verschiedenen Arten erfolgen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperspeicher mit Mehrfachzugriff unter Verwendung von Speichermodulen mit codierten Adressenleitungen, von denen jeder Syeichermodul Datenspeicherbit und diesen zugeordnete Adressenleitungen besitzt, wodurch der Zugriff zu jedem Datenspeicherbit erzielt werden kann, ge ke nnze i chnet durch 2" Speichermodule mit codierten Adressenleitungen, wobei jeder Speichermodul 2" Datenspeicherbitbeinhaltet und π Adressenleitungen aufweist und wobei die Speichermodule mit M Binärvektoren aus π Elementen und die Adressenleitungen durch ganze Zahlen fortlaufend indiziert sind,
durch einen ersten Satz von π Feldauswahlleitungen, die mit den gleichen ganzen Zahlen fortlaufend indiziert sind wie die Adressenleitungen, wobei die fc-te Feldauswahlleitung des ersten Satzes mit der A:-ten Adressunleitung aller Speichermoduie verbunden ist, deren k-tes Element des Binärvektors M gleich Null ist und k iüne ganze Zahl zwischen 0 und einschließlich n-1 ist, und

durch e inen zweiten Satz von η Feldauswahlleitungen, die mit den gleichen galgen Zahlen fortlaufend indiziert sind wie die Adressenleitungen, wobei die fc-te Feldauswahlleitung des zweiten Satzes mit der k-ten Adressenleitung aller Speichermodule verbunden ist, deren &-tes Element des Binärvektors M gleich Eins ist und k eine ganze Zahl zwischen 0 und einschließlich n-1 ist

2. Speicherfeld mit Mehrfachzugriff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Schaltung, die jeweils mit den ersten bzw. zweiten Sätzen der Feldauswahlleitungen zum Einstellen der Zustände der angeschlossenen Speichermodul-Adressenleitungen verbunden sind.

3. Sp*käerfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Schaltung jeweils erste bzw. zweite Digitalregister aufweisen.

4. Spiiicherfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Schaltung zwischen der zweiten Schaltung und dem zweiten Satz der Feldauswah'leitungen vorgesehen ist, wobei die dritte Schaltung am Ausgang von erster Schaltung und zweiter Schaltung liegt und deren Ausgangssignale empfangt und ein sich ergebendes Ausgangssignal an den zweiten Satz der Feldauswahlleitungen abgibt.

5. Speicherfeld nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste .und zweite Schaltung Binärlogik-Register und die dritte Schaltung mehrere Antivalenz-Funktions-Gatter aufweisen.