DE2730328A1

DE2730328A1 - Adressierbarer assoziativ-speicher

Info

Publication number: DE2730328A1
Application number: DE19772730328
Authority: DE
Inventors: David Leslie Fleming; Leslie Matthew Jenson; Gerald Francis Sauter
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-02-23
Also published as: US4084260A; FR2358726A1; GB1588535A; IT1081545B; DE2730328C3; JPS5757797B2; CA1081366A; JPS539431A; DE2730328B2; FR2358726B1

Description

5. Juli 1977

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen adressierbaren Assoziativspeicher zur Bestimmung der besten Übereinstimmung, d. h. der minimalen Hamming-Distanz zwischen einem Suchwort und einer Vielzahl von Datenworten.

Im einzelnen betrifft die Erfindung einen adressierbaren Assoziativ-Speicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits bekannt , binäre, digitale Speicher zum Aufsuchen von Daten, die einem identifizierenden Schlüsselwort zugeordnet sind, zu verwenden, (vgl. Associative Memories, Electronic Design, A. Corneretto, 1. Februar 1963, Seite 40 55). Derartige Speichersysteme, die Üblicherweise als Assoziativspeicher bezeichnet werden, bestehen aus zwei Grundspeichern oder Subsystemen; einem Suchspeicher und einem zugeordneten Speicher. Der Suchspeicher ist ein Teil des Assoziativ-Speichers und enthält das beschreibende Material, Speichersuchworteoder Bestimmungsworte, die mit den Datenworten oder mit Suchworten verglichen werden. Der Assoziativspeicher enthält dagegen die Daten, die den in dem Suchspeicher gespeicherten beschreibenden Kriterien im einzelnen zugeordnet sind.

Es wurde auch ein anderer Weg angegeben, bei dem der Suchspeicher eine Vielzahl von Mehr-Bit-Worten enthält, die andere in dem Assoziativspeicher gespeicherte individuelle Mehr-Bit-Worte beschreiben, bzw. jeweils mit ihnen in Beziehung stehen. Das Mehr-Bit-Suchwort wird mit dem gespeicherten Suchwort verglichen, wenn z. B. die Suchfunktion definiert ist als: "Suche alle gespeicherten Suchwori^ die mit den Suchworten gleich sind." Der Suchspeicher erzeugt ein Ausgangssignal, das die Adresse des zugeordneten Speichers anzeigt, in dem die zugeordneten

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Daten, d. h. die Daten, die mit de η einzelnen gespeicherten Suchwor-^^Übereinstimmen, gespeichert sind. Weiterhin ist der Assoziativspeicher für die zugeordneten Daten zugänglich, d. h. für die Daten in dem Assozia-tiv-Speicher, die dem gespeicherten Suchwort zugeordnet sind und die Suchkriterien erfüllen, (vgl. US-PS 3 387 274, W. W. Davis). Derartige Assoziativ-Speicher können eine Vielzahl von Punktionen durchführen, wie z. B. gleich, größer gleich, kleiner gleich, innerhalb bestimmter Grenzen, ein Schritt größer, etc. (vgl. US-PS 3 332 069, E. Joseph).

Neuere Assoziativ-Speicher verwenden Speicher mit Schieberegistern großen Fassungsvermögens, mit denen die Suchfunktion ausgeführt wird, wobei mittel-integrierte Schaltkreise (MSI) und hochintegrierte Schaltkreise (LSI) verwendet werden, (vgl. "Parallel Search of Shift Register Storage", H. Ruzicka, IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume 17, No. 3, August 1974, Seiten 807-808).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin begründet, die aus dem Stand der Technik bekanntgewordenen Assoziativspeicher zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch folgende Merkmale gelöst: Durch einen Datenwortspeicher zur Speicherung von M Datenworten von N Bits-Länge, durch ein Datenwortregister, das mit dem Datenwortspeicher zur Speicherung der M Datenworte verbunden ist, durch ein Übereinstimmungswortregister, das zur Speicherung eines ausgewählten Wortes der M Datenworte als übereinstimmendes Wort mit dem Datenwortspeicher verbunden ist, durch eine erste Einrichtung, die zur Erzeugung eines ersten, die Hamming-Distanz zwischen Suchwort und Datenwort darstellenden Signales mit dem Datenwortregister und dem Suchwortregister verbunden ist, durch eine zweite Einrichtung, die zur Erzeugung eines zweiten, die

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Hamming-Distanz zwischen dem übereinstimmenden Wort und dem Suchwort darstellenden Signal mit dem Übereinstimmungaortregister und dem Suchwortregister vexhinden ist und durch einen ' Komparator, der mit der ersten und der zweiten Einrichtung zum Vergleich des ersten und des zweiten Hamming-Distanz-Signales verbunden ist, wobei das Datenwort nur dann in das Übereinstimmungsregister übernommen wird, wenn die erste Hamming-Distanz kleiner ist als die zweite Hamming-Distanz. '

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die vorliegende Erfindung wird also eine Einrichtung geschaffen, mit der die beste Übereinstimmung, d. h. die minimale Hamming-Distanz zwischen einem Suchwort und einer Vielzahl von Datenworten bestimmt werden kann. Diese neue Einrichtung basiert auf folgendem Gedanken: Ein erstes Datenwort einer Vielzahl von Datenworten wird in einem Datenwortregister gespeichert, ein als übereinstimmend festgestelltes Wort wird in einem Übereinstimmungswortregister gespeichert und ein Suchwort wird in einem Suchwortregister gespeichert. In mehreren Exklusiv-ODER-Gliedern wird die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort sowie zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmungswrt in paralleler Arbeitsweise bestimmt und dann werden die beiden Hamming-Distanzen unter Verwendung zweier Kirchhoff'scher Stromaddierer und einen Strom-Komparator verglichen. Ist die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort gleich oder größer als die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmungswort, so wird das Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswort-Register bei- , behalten und der Betrieb wird mit dem nächsten Datenwort fortgesetzt. Andererseits, wenn die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort kleiner ist als die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmunggert, so wird das Datenwort in das Übereinstimmungswort-Register übertragen, als

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neues Ubereinstimmungswort definiert und der Betrieb wird an- j schließend mit weiteren Datenworten fortgesetzt. Der Betrieb _: wird so lange fortgesetzt, bis alle Datenworte derart verglichen wurden, woraufhin dann das letzte Ubereinstimmungswort in \ dem Übereinstimmungswort-Register als das beste Übereinstim- ⁱ mungswort angesehen wird.

Die Erfindung beruht also auf dem gleichzeitigen Vergleich des Suchwortes mit dem Datenwort und dem Ubereinstimmungswort. Zeigt der Vergleich an, daß das Datenwort einen höheren Ubereinstimmungsgrad aufweist als das Ubereinstimmungswort, so wird das Datenwort zum neuen Ubereinstimmungswort und das nächste Datenwort wird mit dem neuen Ubereinstimmungswort verglichen. Dieser Vorgang wird also so lange wiederholt, bis alle Dgtenwort entsprechend verarbeitet wurden, so daß dann das letzte Ubereinstimmungswort auch das beste Ubereinstimmungswort ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines AusfUhrungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des adressierbaren Assoziativ-Speichers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Arbeitsweise

des adressierbaren Assozlativ-Speichers nach Fig. 1; und

Fig. 3 eine Wahrheits-Tabelle zur Erläuterung der Betriebsweise; des Assoziativ-Speichers. ■■

In dem Assoziativ-Speicher gemäß Fig. 1 wird eine Vielzahl von Datenworten mit einer Länge von N BLt zuerst in einem Daten- -wortspeicher 10 gespeichert, der eine Anzahl von N Schiebere- ^: gistern (0 - N-1) enthält, Jeweils mit einer Länge von M Stufen.

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Die M Datenworte werden seriell in das linke Ende bzw. Stufe j der N Schieberegister eingegeben,und zwar über ein Datenwortregister 12, in welches Jedes Bit jedes Datenwortes parallel eingegeben wird, wobei jeder Stufe des Datenwortregisters 12 i eine entsprechende Stufe des Registers des Datenwortspeichers ! 10 zugeordnet ist, d. h., das bit 0 des Datenwortes wird auf ! der linken Seite der entsprechenden Stufe des Schiebregisters i O eingegeben und entsprechend das Bit N-1 des Datenwortes auf ι der linken Seite der entsprechenden Stufe des Schieberegisters N-1. Weiterhin wird ein Suchwort in ein Suchwortregister 14 eingegeben. Während dieser Vorbereitung bzw. organisatorischen Operation werden, bevor mit der eigentlichen Operation des Suchens des bestübereinstimmenden Wortes begonnen wird, ein Datenwortregister 16 und ein Übereinstimmungswortregister 18 vollständig gelöscht, so daß beide Register an allen Stellen eine Null enthalten. Im folgenden sollen die verwendeten Begriffe definiert werden:

Datenwort: N-Bit-Wort in dem Datenwortregister 16.

Übereinstimmungswort: N-Bit-Wort in dem Übereinstimmungswortregister 18.

Suchwort: N-Bit-Wort in dem Suchwortregister 14, das gleichzeitig mit dem Datenwort und dem Übereinstimmungswort auf minimale Hamming-Distanz verglichen wird.

Hamming-Distanz: Anzahl der zugeordneten Stellen zweier Wörter,

in denen sich die Wörter unterscheiden. (Die beiden Wörter enthalten an den jeweiligen Stellen einander komplementäre Signale).

Zur Erläuterung einer typischen Operation des adressierbaren Assoziativ-Speichers gemäß der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß die Länge N der Datenworte, die verarbeitet werden

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sollen, N = 8 sei und die Anzahl M der Datenworte, die in dem Datenwortspeicher 10 gespeichert sind M = 1024 sei, so daß der Datenwortspeicher 10 acht Schieberegister mit einer Länge von 1024 Längsstufen enthält.

Zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t_Q sei angenommen, daß der Datenwortspeicher 10 mit einer Anzahl von Worten geladen ist, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, und daß das Daten- ' Wortregister 16 sowie das Übereinstimmungswortregister 18 Jeweils gelöscht sind. Es sei nun angenommen, daß ein Suchwort

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in das Suchwortregister 14 eingeschrieben worden ist und daß die dazugehörigen Bits mit zugeordneten Exklusiv-ODER-Gliedern von Exklusiv-ODER-Gliedern 20 und 22 über zugeordnete Leitungsbündel 21 und 23 verbunden sind. Zum Zeitpunkt t_Q wird eine Steuerungseinheit 24, die aus einem Zweiphasen-Taktsignalgenerator, der auf einer Frequenz von 1 Megahertz (MHz) arbeitet, getriggert und erzeugt Zweiphasen-Signale 0-j und 0₂ gemäß der Fig. 2. Das erste Phasensignal 0₁ is%/äem Datenwortspeicher 10 verbunden und bewirkt dort, daß der Inhalt der acht Schieberegister des Datenwortspeichers 10 parallel um einen Schritt nach rechts verschoben wird. Das Schieben der M Datenworte verursacht, daß die acht Bits des Datenwortes, das in der rechten Stufe der acht Schieberegister gespeichert ist, auf das züge- _t ordnete Leitungsbündel 26 fliegt wird und von dort in das Datenwortregister 16 übertragen wird und gleichzeitig über ein zugeordnetes Leitungsbündel 28 an den Eingang des Übereinstimmungswortregisters 18 gelegt wird, jedoch dort nicht eingespeichert wird.

Zu diesem Zeitpunkt t_Q veranlaßt das Signal 0^ in den Exklusiv-ODER-Gattern 20 folgende logische Operationen:

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steuert, daß das Suchwort

SW 01011101

das auf dem zugeordneten Leitungsbündel 28 angeordnet ist und gegenwärtig in dem Datenwortregister 16 gespeichert ist, in das Übereinstiminungs»rtregister eingeschrieben wird, so daß das j bisher mit den Datenworten verglichene Wort durch ein neues Übereinstimmungswort ersetzt wird.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Steuerungseinheit 2k fortfährt, ihre Zweiphasen-Signale 0*_t 0~ ^m^ ^der Frequenz F = 1 Megahertz zu erzeugen, wodurch das Datenwort aus dem Datenwortspeicher 10 in das Datenwortregister 16 geschoben wird, wodurch ein Strom, dessen Betrag die Hamming-Distanz des Vergleichs der Suchworte in dem Suchwortregister 14 mit den Datenworten in dem Datenwortregister 16 und der Übereinstimmungsworte in dem Übereinstimmungswortregister 18 erzeugt wird, und weiterhin das Datenwort aus dem Datenwortregister 16 in das Übereinstimmungswortregister 18 übertragen wird, um ein neues Übereinstimmungswort zu bilden, wenn der Vergleich dieses anzeigt. Wenn ein Zähler 48, der über die Steuerungseinheit 2k mit einer Frequenz F = 1 Megahertz betrieben wird, auf einen Wert K = M gezählt hat, so legt er ein Signal K an ein Bestüberein- ' stimmungswort-Register 50 zur Übertragung eines bestübereinstimmenden Wortes. Zu diesem Zeitpunkt, an dem die Suche nach dem bestübereinstimmenden Wort aus dem Datenwortspeicher 10 vervollständigt worden ist, wird das Übereinstimmungswort in dem Ubereinstimmungswortregister 18 über ein zugeordnetes Leitungs- : bündel 52 in das Bestübereinstimmungswortregister 50 übertragen, wodurch das am besten übereinstimmende Wort erhalten wurde. Alle in der Beschreibung und den Zeichnungen angegebenen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

IMTHMMNH^LTE ^{te A} BROSE^{D Ka} BROSE

0-8023 München-Pullach. Wiener Sir. 2. Tel. ((·89> 7 93 3.) 71 Telex 5212147 Wos d. Cables ■ Palenlibus- München

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Diplom ¹ Ingenieure

Ihr Zeichen . '^a9

Yourref ERA 2435 ^Date

SPERRY RAND CORPORATION, &-corpoe- -e 1290 Avenue of the Americas, New York, New York 10010, U.S.A.

Adressierbarer Assoziativspeicher.

PATENTANSPRÜCHE

Adressierbarer Assoziativ-Speicher für bestübereinstimmenden Inhalt, gekennze ichnet durch einen Datenwortspeicher (10) zur Speicherung von M Datenworten von N Bits Länge, durch ein Datenwortregister (16), das zur Speicherung eines der M Datenworte mit dem Datenwortspeicher (10) verbunden ist, durch ein Übereinstimmungswort-Register (18), das mit dem Datenwortspeicher (10) zur Speicherung eines ausgewählten Wortes der M Datenworteals übereinstimmendes Wort verbunden ist, durch ein Suchwortregister (14) zur Speicherung eines Suchwortes von N-Bits-Länge, durch eine erste Einrichtung (20, 30), die zur Erzeugung eines ersten, die Hamming-Distanz zwischen dem Such-809808/0624

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wort und dem Datenwort darstellenden Signales an das Datenwortregister (16) und das Suchwortregister (14) angeschlossen ist, durch eine zweite Einrichtung (22, 32), die zur Erzeugung eines zweiten die Hamming-Distanz zwischen dem übereinstimmenden Wort und dem Suchwort darstellenden Signales an das Übereinstimmungswortregister (18) angeschlossen ist und durch einen Komparator (34), der zum Vergleich der ersten und der zweiten Hamming-Distanz-Signale mit der ersten und der zweiten Einrichtung (20, 30 und 22, 32) verbunden ist, wobei das Datenwort dann in das Übereinstiminungswortregister (18) übernommen wird, wenn die erste Hamming-Distanz kleiner ist als die zweite Hamming-Distanz.
2. Assoziativspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste RJnzidbtLiK (20, 30) eine Anzahl von N Exklusiv-ODER-Gliedern (20) enthält, die Jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Suchwortregisters (14) und des Datenwortregisters (16) verbunden sind und ein Widerstandsnetzwerk (30) mit N Widerstandsanschlüssen enthält, die Jeweils mit einem separaten zugeordneten Ausgang der Exklusiv-ODER-Glieder (20) verbunden sind, und deren andere Widerstandsanschlüsse gemeinsam mit einem ersten Eingang eines Komparators (34) verbunden sind, und daß die zweiteEtnrichting (22, 32) eine Anzahl von N Exklusiv-ODER-Gliedern (32) enthält, die Jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Suchwortregisters (14) und des Übereinstimmungswortregisters (18) verbunden sind, und ein Widerstandsnetzwerk (32) mit N-Wiaerstandsanschlüssen enthält, die Jeweils mit einem separaten zugeordneten Ausgang der Exklusiv-ODER-Glieder (3?) verbunden sind,und deren andere Anschlüsse mit einem zweiten Eingang des Komparators (54) verbunden sind.
3. Assoziativ-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchwortspeicher eine Anzahl von N Schieberegistern

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mit einer Länge von N Bits enthält, wobei jedes der einzelnen N-Schieberegister die entsprechende Stufe der M Datenwort speichert und wobei die Schiebaegister jedes der N B its der Datenworte parallel mit einer zugeordneten Stufe des Datenwortregisters (16) verbinden.

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