DE2730328C3

DE2730328C3 - Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenworts von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort

Info

Publication number: DE2730328C3
Application number: DE2730328A
Authority: DE
Inventors: David Leslie Edina 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: 1980-01-10
Also published as: GB1588535A; US4084260A; CA1081366A; FR2358726A1; JPS539431A; IT1081545B; DE2730328B2; JPS5757797B2; DE2730328A1; FR2358726B1

Description

bestübereinstimmende Wort aus einer sehr großen, jedoch begrenzten Anzahl von Worten gefunden werden, so muß diese Schaltungsanordnung entsprechend groß und damit aufwendig sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der mit geringem, und von der Anzahl der Datenworte unabhängigem schaltungstechnischen Aufwand das mit einem Suchwort bestübereinstimmende Datenwort aus einer unbegrenzten Vielzahl von Datenworten feststellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung benötigt zur Durchführung der Such-Operation eine der Anzahl der untersuchten Datenworte proportionale Zeit. Gegenüber der Schaltungsanordnung der DE-OS 19 09 186 ist sie damit vergleichsweise langsamer, was jedoch durch die hohe Arbeitsgeschwindigkeit (bei einer Taktfrequenz von beispielsweise 1 MHz) für technisch vertretbar angesehen werden kann, wenn hierdurch der gerätetechnische Aufwand klein und von der Anzahl der untersuchten Datenworte unabhängig eingehalten werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung wird also eine Einrichtung geschaffen, mit der die beste Übereinstimmung, d. h. die minimale Hamming-Distanz zwisch.-n einem Suchwori 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 respeichert. In mehreren Exklusiv-ODER-Gliedern wird die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort sowie zwischen dem Suchwori und dem Übereinstimmungswort in paralleler Arbeitsweise bestimmt und dann werden die beiden Hamming-Distanzen unter Verwendung zweier Kirchhoffschcr Stromaddierer und einen Strom-Komparator verglichen, ist die Hamming-Distanz zwischen dum Suchwort und dem Datenwort gleich oder größer als die Hamming-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Übereinstimmungswurt, so wird das Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswort-Register beibehg'ten, 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 Übereinstimmungswort, so wird das Datenwort in das Übereinstimmungswort-Register übertragen, als neues Übereinstimmungswort definiert, und der Betrieb wird anschließend mit weiteren Datenworten fortgesetzt. Der Betrieb wird so lange fortgesetzt, bis alle Datenworte derart verglichen wurden, woraufhin dann das letzte Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswort-Register als das beste Übereinstimmungswort angesehen wird.

Die Erfindung beruht also auf dem gleichzeitigen Vergleich des Suchwortes mit dem Datenwort und dem Übercinstimmungswu-t. Zeigt der Vergleich an, daß das Datenwort einen höheren Übereinstimmungsgrad aufweist als das Übereinstimmungswort, so wird das Datenwort zum neu -1 Übcreinstimmungswort, und das

-^ü

nächst;: Datenwort wird mit dem neuen Übereir.stimmungswort verglichen. Dieser Vorgang wird also so lange wiederholt, bis alle Datenworte entsprechend verarbeitet sind, so daß dann das letzte Übereinstimmungswort auch das beste Übereinstimmungswurt ist.

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

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Wahrheits-Tabelle zur Erläuterung der Betriebsweise.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird eine Vielzahl von Datenworten mit einer i.änge von /V Bit zuerst in einem Datenwortspeicher >0 gespeichert, der eine Anzahl von N Schieberegistern (0— Λ/-Ι) enthält, jeweils mit einer Länge von A/St^en.

Die M Datenworte werden seriell in das linke Ende bzw. Stufe der N Schieberegister eingegeben, und zwar über ein Datenwortregister 12, in welches jedes Bit jedes Datenwortes parallel eingegeben wird, wobei jede: Stufe des Datenwortregisters 12 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 0 eingegeben und entsprechend das Bit N-I des Datenwortes auf der linken Seite der entsprechenden Stufe des Schieberegisters N-\. Weilerhin 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:

/V-Bit-Wort in dem Datenwortregister 16.

Übereinstimmungswort:

W-Bit-Wort in dem Übereinstimmungswortregister 18.

Suchwort:

/V-Bit-Wort in dem Suchwortregisier 14, das gleichzeitig mit dem Datenwort und dem Übereinstimmungsvort auf minimale Hamming-Distanz verglichen wird.

Hemming-Distanz:

Anzahl der zugeordneter. Stellen zweier Wörter, in denen sich die Wörter unterscheiden. (Die beiden Wörter enthalten an den jeweiligen Stellen einander komplementäre Signale.)

Zur Erläutening einer iypischen Operation der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß die Länge N der Datenworte, die verarbeitet werden soller., /V=8 sei und die An/ ihl M der Datenwörter, die in dem Datenwortspeicher 10 gespeichert sind M= 1024 sei. so daß der Datenwortspeic'er 10 acht Schieberegister mit einer Länge von 1024 Längssiufen enthält.

Zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt u, sei angenommen, dall der Datenwortspeicher 10 mit einer Anzahl von Worten geladen ist, wie beispielsweise in i i L^r. J dargestellt, und daß das Datenworlp'gist.er 16

sowie diis llbcreinstimmungswortrcgistei 18 jeweils gelöscht sind. Ils sei nun angenommen, daß ein Stichwort

SW I 0 I 1 0 I 1 I

in das Stichwortregister 14 eingeschrieben worden isi und daß die dazugehörigen Bits mit zugeordneten Fxklusiv-ODKR-Gliedern von Exklusiv-ODER-Glicdern 20 und 22 über zugeordnete l.eitungsbündel 21 und 23 verbunden sind. Zum /.citpunki i„ wird cmc Sleuerungseinheit 24. die aus einem Zweiphasen-Takisigrialgcncralor. der auf einer l-'requcnz von I Megahertz (MIIz) arbeitet, getriggert und er/eugi Zweiphasen-Signale Φ\ und Φι gemäß der F i g. 2. Das erste Phascnsignal 'ί'ι ist mit dem Datenworlspcicher 10 verbunden und bewirkt dort, daß der Inhalt der acht Schieberegister des Datenwortspeichcrs 10 parallel um einen Schritt nach rechts verschoben wird. Das Schieben der M Daienworte verursacht, daß die acht Bits des Datenwortes, das in der rechten Stufe der acht Schieberegister gespeichert ist. auf das zugeordnete l.eitungsbündel 26 gelegt wird und von dort in das Datenwortregister 16 übertragen wird und gleichzeitig über ein zugeordnetes l.eitungsbündel 28 an den Eingang des Übereinstimmungsworiregisters 18 gelegt wird, jedoch dort nicht eingespeichert wird.

Zu diesem Zeitpunkt ίο veranlaßt das Signal'/', in den Exklusiv-ODER-Gattcrn 20 folgende logische Operationen:

.SlV !0110111 (.Suchwort)
/WO 10 1110 1 (Datenwori)

1110 10 10

was eine Hamming-Distanz von 5 ergibt, während die F.xkliisiv-ODF.R-Glicdcr 22 folgende logische Operation ausführen

.VH' 1 0 1 ! 0 1 I 1 (Suchwort)
OW 0 0 0 0 0 0 0 0 (fJbereinstimmungsvvort)
10 110 111

was eine Hamming-Distanz von 6 ergibt. Die Exklusiv-ODER-Glieder 20 und 22 leiten diese Werte 5 bzw 6 in der Darstellung von logischen len entsprechend der Hamming-Distanz zu den zugeordneten Widerstandsanschlüssen von Widerstandsnetzwerken 30 bzw. 32. Diese Signale bewirken in den Widersiandsnetzwerken 30 bzw 32 die Erzeugung entsprechender Stromsignale der Größen 5 bzw. 6. wobei diese dann über zugeordnete Widerstände K? an die jeweiligen Anschlüsse eines Komparators 34 gelegt werden.

Darauffolgend, zum Zeitpunkt l„. Φ₂ steuert das zweite Phascnsignal Φ? von der Steuerungseinrichtung ■' 24 über eine Leitung 36 den Ausgang des Komparators 34. der seinerseits über eine Leitung ?8 des Übereinstimmiingswortrcgisier 18 taktet. Wenn die Hamming-Distanz (5) und der entsprechende Strom, der in den F.xklusiv-ODFR-Gliedern 20 und dem Widcrstandsnetz-

'·« werk 30 erzeugt wurde, kleiner ist als die Hamming-Distanz (ti) und der zugeordnete Strom, der in den Exklusiv-ODER-Glicdern 22 und dem Widerstandsnetzwerk 32 erzeugt wurde, so erzeugt tier Komparator 34 ein Ausgangssignal, das über die Leitung 38 steuert, daß

i"¹ das Dalenwort

IW0 10 1110 1

das auf dem zugeordneten Lciiunpsbündel 28 ansteht und gegenwärtig in dem Dalcnw. ,[!register 16 gespeist' chert ist. in das Übereinstimmuiigswortregister eingeschriebe'i wird, so daß das bisher mit dem Suchwort verglichene Wort durch ein neues Ubereinstimmimgsvvort ersetzt wird.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die -'· Steuerlingseinheit 24 fortfährt, ihre Zweiphasen-Signale '/»ι, '/>> mit de- Frequenz F=I Megahertz zu erzeugen. Hierdurch wird das Datenwort aus dem Datenwortspeicher 10 in das Datenwortregister 18 geschoben, ein Strom erzeugt, dessen Betrag die Hamming-Distanz des ',ii Vergleichs des Suchwortes in dem .Suchwortregister 14 mit dem Datenwort in dem Datenwortregister 16 und dem Übcrcinstimmungswort in dem Übereinstimmungsworiregistcr 18 entspricht, und weiterhin das Datenwort aus dem Datenwortregister 16 in das '"' I Ibereinstimmungswortregister 18 übertragen, um ein neues Übereinstimmungswort zu bilden, wenn der Vergleich dieses anzeigt. Wenn ein Zähler 48, der über die Steuerungseinheit 24 mit einer Frequenz F= 1 Megahertz betrieben wird, auf einen Wert K = M ·"> gezählt hat. so legt er ein Signal K an ein Bcstubereinstimmungswon-kegister au zur UDertragung eines bestübereinstimmenden Wortes. Zu diesem Zeitpunkt, an dem die Suche nach dem bes<Jbereinstimmenden Wort aus dem Datenwortspeicher 10 vollendet ■>*> worden ist, wird das Übereinstimmungswort in dem Übereinstimmungswortregister 18 über ein zugeordnetes Leitungsbup.de! 52 in das Bestübereinstimmungswortregister 50 übertragen, wodurch das am besten übereinstimmende Wort erhalten wurde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenworts von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort, wobei in dem Datenwort-Speicher m Datenworte von η Bit Länge gespeichert sind, mit einem Datenwortregister, das zur Speicherung eines der m Datenworte mit dem Datenwort-Speicher verbunden ist, mit einem Übereinstimmungswort-Register, das mit dem Datenwort-Speicher zur Speicherung eines ausgewählten Wortes der m Datenworte als übereinstimmendes Wort verbunden ist, mit einem Suchwortregister zur Speicherung eines Suchwortes von m Bit Länge, und mit einer ersten Einrichtung zur Erzeugung eines ersten, die Hammung-Distanz zwischen dem Suchwort und dem Datenwort darstellenden Signals, dadurcSi gekennzeichnet, daß diese erste Einrichtung (20, 30) an das Datenwortregister (16) und das Suchwortregister (14) angeschlossen ist, daß eine zweite Einrichtung (22, 32) vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines zweiten, die Hamming-Distanz zwischen dem übereinstimmenden Wort und dem Suchwort darstellenden Signals an das Übereinstimmungswortregister (18) angeschlossen ist, und daß ein Komparator (34) vorgesehen ist, 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 dam; in das Übereinstimmungswortregister (18) übernommen wird, wenn die erste Hamming-Distanz kleiner is als die zweite Hamming-Distanz.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (20, 30) eine Anzahl von /V Exklusiv-Oder-Gliedern (20) enthält, die jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Such Wortregisters (14) und des Datenwortregisters (16) verbunden sind und ein ^A0 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 zweite Einrichtung (22, 32) eine Anzahl von N Exklusiv-ODER-Gliedern (32) enthält, die jeweils mit einem Anschluß einer zugeordneten Stufe des Suchwortregisiers (14) und des Übereinstimmungs-Wortregisters (18) verbunden sind, und ein Widerstandsnetzwerk (32) mit N Widerstandsanschlüssen enthält, die jeweils mit einem separaten zugeordneten Ausgang der Exklusiv-ODER-Glieder (32) verbunden sind, und deren andere Anschlüsse mit einem zweiten Eingang des Komparators (34) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchwortspeicher (10) eine Anzahl von Λ/Schieberegistern mit einer Länge von ^b0 /V Bits enthält, wobei jedes der einzelnen N Schieberegister die gleichrangigen Bits der M Datenworte speichert und wobei die Schieberegister jedes der N Bi Is dor Daten worte parallel mit einer zugeordneten Stufe di's Datcnworircgisters (16) ^Μ verbinden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenwortes von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bereits bekannt, binäre, digitale Speicher zum Aufsuchen von Daten, die einem ideniTizierenden Schlüsselwort zugeordnet sind, zu verwenden (vgl. Associative Memories, Electronic Design, A. C ο r η e retto, 1. Februar 1963, Seite 40—55). Derartige Speichersysteme, die teilweise auch als Assoziativspeicher bezeichnet werden, bestehen aus zwei Grundspeichern oder Subsystemen; einem Suchspeicher und einem zugeordneten Speicher. Der Suchspeicher ist ein Teil des Assoziativspeicher und enthält das beschreibende Material, Speichersuchworte oder 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 Assoziativ-Speicher gespeicherte individuejle 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 Suchfu:>ktion definiert ist als: »Suche alle gespeicherten Suchworte, die mit den Suchworten gleich sind«. Der Suchspeicher erzeugt ein Ausgangssignal, das die Adresse des zugeordneten Speichers anzeigt, in dem die zugeordneten Daten, d. h. die Daten, die mit den einzelnen gespeicherten Suchworten übereinstimmen, gespeichert sind. Weiterhin ist der Assoziativ-Speicher für die zugeordneten Daten zugänglich, d. h. für die Daten in dem Assoziativ-Speicher, die dem gespeicherten Suchwort zugeordnet sind und die Suchkriterien erfüllen (vgl. US-PS 33 87 274, W. W. D a ν i s >. Derartige Assoziativ-Speicher können eine Vielzahl von Funktionen durchführen, wie z. B. gleich, größer gleich, kleiner gleich, innerhalb bestimmter Grenzen, ein Schritt größer, etc. (vgl. US-PS 33 32 069, E. J ο s e ρ h ).

Neuere Assoziativ-Speicher verwenden Speicher mit Schieberegistern großen Fassungsvermögens, mit denen die Suchfuntkion ausgeführt wird, wobei mittel-inlegrierte Schaltkreise (MSI) und hochintegrierte Schaltkreise (LSI) verwendet werden (vgl. »Parallel Search of Shift Register Storage«, H. R u ζ i c k a, IBM Technical Disclosure Bulletin, Volume !7, No. 3, August 1974, Seiten 807-808).

Aus der DE-OS 19 09 186 ist schließlich eine in der Form eines Assoziativ-Speichers aufgebaute Schaltungsanordnung zur Feststellung des bestübereinstimmenden Datenwortes von in einem Datenwort-Speicher gespeicherten Datenworten mit einem Suchwort bekanntgeworden. Diese Schaltungsanordnung besitzt einen Datenwort-Speicher zur Aufnahme von Datenworten, ein Stichwortregister zur Speicherung eines Suchwortes und ein Übereinstimmungswort-Register, das nach vollzogener Such Operation das bestübereinstimmende Wort enthält. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines ersten, die Harnming-Distan/ zwischen dem .Stichwort und dem Datenwort darstellen den Signals vorhanden

Bei dieser .Schaltungsanordnung ist die Anzahl dei Worte, die verglichen werden können, auf die Kapazität des adres.sierbaren .Speichers begrenzt. Soll das