DE3009329C2 - Hybrid-Assoziativspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Assoziativspeicher, bestehend aus einer eine Vielzahl von Assozialionsfeldern aufweisenden Assoziationsmatrix und einem eine Vielzahl von Speichereinheiten aufweisenden, nicht assoziativen Basisspeicher, wobei die Speichereinheiten jeweils analog der Assoziationsmatrix aus den Assoziationsfeldern entsprechenden Speicherabschnitten zusammengesetzt sind, so daß jeweils ein Speicherabschnitt aus jeder Speichereinheit miteinander und mit demselben Assoziationsfeld der Assoziationsmatrix korrespondiert und der Inhalt jedes Speiche-abschnittes lu zu dem zugehörigen Assoziationsfeld der Assoziationsmatrix übertragbar ist. Derartige Speicher sind bereits bekannt, z. B. durch die DE-AS 25 25 287 oder durch »data report« Il (1976), Heft 2, Seite 29 bis 34, insbesondere Seite 32.

Die Bewirtschaftung von Speichern erfordert in der Rege! zusätzliche Einrichtungen, z. B. für die Belegungsüberwachung und -Steuerung, für die Verwaltung von Parameterlisten, für die Steuerung von Betriebsabläufen, wie z. B. Suchen uder Sortieren von Daten. Aufgabe der Erfindung ist es, Hybrid-Assoziativspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Aufwand für Zusatzeinrichtungen verringert wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß neben de« Speichereinheiten für die Speicherung allgemeiner Daten von Dateien oder Tabellen im Basisspeicher mindestens eine zusätzliche Speichereinheit für die Speicherung von Daten und Informationen zur Steuerung von Arbeitsabläufen des Hybrid-Assoziativspeichers unter Ausnützung der vorhandenen assoziativen Oberfläche vorgesehen ist.

Die Erfindung nutzt dabei den Vorteil, daß zusätzlicher Speicherplatz im Basisspeicher eines Hybrid-Assoziativspeichers nicht allzusehr ins Gewicht fällt, und dadurch die Möglichkeit zur Ausnutzung der bereits vorhandenen assoziativen Oberfläche, mit der sich sehr viele der sonst von gesonderten Einrichtungen wahrgenommenen Aufgaben lösen lassen, insbesondere wenn dazu Assoziativspeicher erforderlich sind.

Bezogen auf einen häufigen Anwendungsfall ist eine Weiterbildung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine der zusätzlichen Speichereinheiten für jede der für die Speicherung allgemeiner Daten vorgesehenen Speichereinheiten ein Belegungskennzeichen, z. B. vollständig frei oder mit wenigstens einem Eintrag belegt, gespeichert enthält, daß neben den Trefferausgängen auch die Leseausgänge der Assoziationsmatrix jeweils über einen Inverter mi" einer Stufe eines Registers verbunden sind, dem eine Prioritätssteuerung nachgeschaltet ist, und daß nach Lesen der durch die Prioritätssteuerung der Trefferauswerlesteuerung gekennzeichneten Zeile der Assoziationsmatrix anhand der von beiden Prioritä'.ssteuerungen gelieferten Koordinatenwerte die Adresse einer nicht belegten Speichereinheit mit Basisspeicher abhängig von den in der zusätzlichen Speichereinheit gespeichert enthaltenen Belegungskennzeichen ermittelt wird. Die dabei verwendeten Inverter stellen sicher, daß auch ein Nicht-Treffer als Treffer ausgewertet werden kann.
Eine Erhöhung der Anpassungsfähigkeit ergibt sich weiterhin dadurch, daß die Inverter an den Treffer- und Leseausgängen der Assoziationsmatrix jeweils aus einem exklusiven ODER-Glied bestehen und daß die exklusiven ODER-Glieder abhängig von einem auf den jeweils zweiten Steuereingang einwirkenden Signal als einfacher Schalter oder Inverter arbeiten. Man ist also in einfacher Weise in der Lage, wahlweise Treffer oder auch Nicht-Treffer als Treffer zu werten.

Auch ist eine Einengung auf vorgegebene Bereiche im

Basisspeicher möglich, wenn zwischen Register und Prioritätssteuerung jeweils eine steuerbare Maske angeordnet ist, wobei die Einstellung der Maske zur Auswertung der gelesenen Zeile mit der dem Suchargument vorgeschalteten Maske übereinstimmt.

Darüber hinaus können ausgehend von dem Grundgedanken der Erfindung viele weitere Aufgaben zur Bewältigung der Steuerung in den Hybrid-Assoziationsspeicher verlagert werden. Weitere Einzelheiten der Erfindung seien anhand der Zeichnungen näher ίο erläutert. Irr. einzelnen zeigen:

F i g. 1 den schematischen Aufbau eines Hybrid-As,soziativspeichers gemäß der Erfindung und

Fig. 2 die Ausstattung der Assoziationsmatrix zur Ermittlung der Adres.se freier Speichereinheiten im r, Basisspeicher.

F i g. 1 zeigt den schematischer. Aufbau eines an sich bekannten Hybrid-Assoziativspeichers, bestehend aus einem Basispeicher BSP, einer als Oberflächenpuffer OP wirkenden Speichereinheit und einer Mssoziationsmatrix AM. Zusätzlich kann ein Pufferspeicher P-SPlür die Eingabe in den Basisspeicher BSP vorgesehen sein.

Die Assoziationsmatrix besteht in an sich bekannter Weise aus Gruppen zeilenweise angeordneter Vergleicher für jeweils ein Bit. die zeilenweise gelesen werden können bzw. spaltenweise über die gesamte Zeilenbreite beliebig maskierbar sind. Dabei wird bei jeder Ansteuerung ein durch eine Maske freigebenes Bit des Suchargumentes mit einem Datenbit aus dem Basisspeicher verglichen. Stimmen alle innerhalb einer Zeile jo miteinander verglichenen Bits überein, so wird ein Treffer gemeldet und die zugehörige Zeile ausgelesen. Der Aufbau derartiger Assoziationsmairizen ist allgemein bekannt. In der Zeichnung wurde daher auf die Darstellung der zusätzlich benötigten Bauteile verziehtet und stattdessen nur Pfeile eingesetzt, die auf diese Bauteile hinweisen. E;s handelt sich dabei um die Zeilenauswahl anhand einer Zeilenadresse Z-AD. die Bereitstellung des Suchargumentes ARG und die Maskierung M, sowie die Auswertung der Treffer Tund die Ausgabe A US für die Daten einer Zeile.

Die Assoziationsmatrix AM besteht beispielsweise aus 32 Zeilen mit jeweils 8 Byte zu je 8 Bit. so daß insgesamt 256 Byte oder 2048 Bit assoziativ erlaßt werden. Diese Bit müssen alle gleichzeitig der Assoziationsmalrix AMaus dem Basisspeicher BSP zur Verfugung gestellt werden.

Mit der Assoziationsmatrix ist eine entsprechend organisierte Speichereinheit als Oberflächerpuffer OP für entsprechend viele Datenbit gekoppelt, der zusammen mit der Assoziationsmatrix AM we ein konventioneller Assoziativspeicher arbeitet, allerdings mit dem Unterschied, daß ein paralleler Zugang zu allen einzelnen Speicherzeilen vorgesehen ist. Assoziationsmatrix AM und Oberflächenpuffer OP lassen sich integriert durch eine Reihe gleichartiger LSI-Bausteinc, beispielsweise für jeweils sechzehn assoziative Bitstellen, realisieren.

Neben der assoziativen Oberfläche, bestehend aus der Assoziationsmatrix AMund dem Oberflächenpuffer OP, ist der Basisspeicher BSP wesentlicher Bestandteil des Hybrid-Assoziativspeichers. Dieser Basisspeicher gliedert sich in eine Vielzahl von in Etagen übereinander geschichteten Speichereinheiten SP-Ei bis SP-EN, die jeweils analog dem Oberflächenpuffer OPder assoziati- so ven Oberfläche organisiert sind, d. h. diese Speichereinheiten weisen bei gleicher matrixförmiger Anordnung je Bit einen Speicherabschnitt auf, so daß jeweils ein Speicherabschnitt in jeder SpeiLhereinheit SP-E ... miteinander korrespondiert und alle diese miteinander korrespondierenden Speicherabschnitte zum selben Assoziationsfeld der assoziativen Oberfläche durchschaltbar sind.

Zusätzlich zu den Speichereinheiten Sf-Zf 1 bis SP-Eu sind im Basisspeicher BSP in Auswirkung der Erfindung zusätzliche Speichereinheiten, nämlich H-SP, SP-B und SP-D vorgesehen. Diese zusätzlichen Speichereinheiten sind wie die übrigen Speichereinheiten SP-E ... organisiert und in gleicher Weise Bestandteil des Basisspeichers BSP.

Den vielfältigen Betriebsbedingungen des Assoziativspeichers entsprechend sind mit dem Basisspeicher S-SP Auswahlschallmittel zur Auswahl jeweils einer der Speichereinheiten SP-E... sowie H-SP. SP-B und SP-D, für die einzelnen Zeilen und auch für die einzelnen Spalten innerhalb jeder Speichereinheit vorgesehen. Derartige Auswahlschaltmittel in Verbindung mit dreidimensionalen Speichern sind allgemein bekannt und daher nicht g-esondert dargestellt. Stattdessen sind die dadurch gegebenen Auswahlmöglichkeilen ledig'ich durch Adressenpfeile angedeutet, nämlich für die Speichereinheilen die Auswahl durch die Adresse E-AD, für die Zeilen durch die Adresse Z-AD und für die Spalten durch die Adresse S-AD.

Anstelle eines einzigen dreidimensionalen Speicherblockes als Basisspeicher BSP können entsprechend einem anderen Erfindungsvorschlag (deutsche Patentanmeldung P 30 09 3'.7.5-53) mehrere dreidimensionale SpeichTblöcke als Reilspeicher des Basisspeichers vorgesehen werden, die dann zyklisch umlaufend über eine gesonderte Durchschalteeinrichtung mit der gemeinsamen assoziativen Oberfläche verbunden werden. In diesem Falle können die zusätzlichen Speichereinheiten auch auf verschiedene Teilspciclvjr des Basisspeichers verteilt werden. Asso/iationsvorgünge durch die Assoziationsmatrix AM werden durch fortlaufende Auswahl von Speichereinheilen SP-E .. anhand der Adressen E-AD zur Kennzeichnung der jeweiligen Speichereinheil sowie durch Übergabe der in den gelesenen Speichereinheilen enthaltenen Daten in den Oberflächenpuffer OPder assoziativen Oberflächen abgewickelt. In analoger Weise erfolgt auch das gezielte Lesen von Daten aus dem Basisspeicher BSP, in dem zunächst die zugehörige Speichereinheit SP-E ... adressiert und der assoziativen Oberfläche zur Verfügung gestellt wird und in dem dann anhand der eingestellten Zeilenadresse Z-AD unter Ausschaltung des Assoziationsvorganges die Daten der ausgewählten Zeile ausgelesen werden.

Die Dateneingabe in de.i Basisspeicher B-SP kann dagegen unabhängig von der assoziativen Oberfläche über den Pufferspeicher PSP erfolgen. Dabei sind zwei Einzelfälle zu unterscheiden, nämlich das Einspeichern von Daten für eine gesamte Speichereinheit oder aber nur für die einzige Zeile bzw. Spalte innerhalb einer Speichereinheit, was wiederum durch Adressenpfeile Z-AD bzw. S-AD angedeutet ist. Dabei werden die Daten zunächst zeilen- bzw. spaltenweise übernommen und gegebenenfalls erst dann in die zugehörige Speichereinheit übertragen, wenn der Pufferspeicher PSP gefüllt ist. Das Aufsammeln der Daten im Pufferspeicher hat den Vorteil, daß nicht alle Zeilen bzw. Spalten von Daten an den Basisspeicher BSP einzeln übergeben werden müssen und damit unnötig Arbeitszyklen des Basisspeichers für die Eingabe verbraucht werden. Auch können bereits Daten zur

Übergabe in den Basisspeicher aufgesammelt werden, wenn der Basisspeicher infolge Zusammenarbeit mit der assoziativen Oberfläche noch nicht zur Verfügung steht.

Die zusätzlichen Speichereinheiten H-SP, SP-B und 5P-D. die gleichfalls Bestandteil des Basisspeichers B-SP sind, können für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Die Speichereinheit SP-B wird beispielsweise für die Zuweisung und Auswahl einer freien Speichereinheit der Speichereinheiten SP-E1 bis SP-En verwendet, beispielsweise in der Weise, daß jeder der Speichereinheiten SP-E ... ein Speicherabschnitt oder Speicherbit innerhalb der Speichereinheit 5P-S zugeordnet ist. um ein Belegungskennzeichen B aufzunehmen, das anzeigt, ob die zugehörige Speichereinheit vollständig frei oder mit wenigstens einem Eintrag belegt ist. Das Belegungskennzeichen B kann daher aus einer 0 für eine freie Speichereinheit und aus einer 1 für eine belegte Speichereinheit bestehen. Zur Feststellung, welche Speichereinheit noch frei ist, wird die Speichereinheit SP-B anhand der zugehörigen Adresse E-AD ausgewählt und zur assoziativen Oberfläche durchgeschaltet.

Die nachfolgende Auswertung der Einträge in der Speichereinheit SP-B sei an Fig. 2 erläutert. Diese Figur zeigt im Mittelpunkt die Assoziationsmatrix mit den einzelnen Assoziationsfeldern, die jeweils eines der Belegungskennzeichen B auswerten. Gezeigt sind weiterhin die zugehörige Zeilenauswahlschaltung AM-A W zum Auslesen der jeweils durch die Adresse Z-AD gekennzeichneten Matrix/eile, der Generator SBM-G für die Bereitstellung des Suchargumentes ARG und die zugehörige Maske M sowie die mit den Trefferausgängen TA der Assoziationsmatrix AM verbundene Trefferauswertesteuerung 7-57.

Diese Trefferauswertesteuerung T-ST besteht in an sich bekannter Weise aus einem Trefferregister T-REG zur Zwischenspeicherung der bei einem Assoziationsvorgang angezeigten Treffer, einer Treffer-Prioritätssteuerung T-PST. um nach einer vorgegebenen Priorität angezeigte Treffer auswählen zu können, und einen nachgeschalteten Codierer T-COD zur Umwandlung des priorisierten Treffers in die Zeilenadresse Z-AD. die dann in an sich bekannter Weise der Auswahlschaltung AM-AW zugeleitet wird, wenn die zugehörige Zeile über den Ausgang AI '5ausgelesen werden soll.

In Auswirkung der in diesem Zusammenhang beschriebenen Weiterbildung der Erfindung ist jeder Stufe des Trefferregisters T-REG ein exklusives ODER-Glied vorgeschaltet die gemeinsam mit EXOR 1 bezeichnet sind. Außerdem ist zwischen dem Trefferregister T REG und der Prioritätssteuerung T-PST eine ■variabel einstellbare Maske T-Mangeordnet.

Darüber hinaus sind die Leseausgänge LA der Assoziationsmatnx AM mit einer ähnlich aufgebauten Anordnung verbunden. Diese Anordnung besteht aus dem Register REG 2 mit einer der Anzahl der Leseausgänge LA entsprechenden Anzahl von Stufen, wobei jeder Stufe ebenfalls ein exklusives ODER-Glied vorgeschaltet ist, die gemeinsam mit EXOR 2 bezeichnet sind Die Ausgänge der einzelnen Stufen des Registers REG 2. die zugleich gemeinsam den Leseausgang A US der Assoziationsmatrix AM bilden können, sind des weiteren mit einer Prioritätssteuerung PST2 verbunden, der ebenfalls eine variabel einstellbare Maske M 2 vorgeschaltet ist. Diese Prioritätssteuerung liefert wie die Prioritätssteuerung T-PST der Trefferauswertesteuerung T-5Tdie Adresse einer priorisierten Spalte, für die ein Treffer vorliegt Die Adressen beider Prioritätssteuerungen T-PST und Ρ5Γ2 werden einer Adressenumsetzeinrichtung AD-UM als Koordinutenadressen zugeleitet, aus denen dann in an sich bekannter Weise die Adresse E-AD für die als frei erkannte ί Speichereinheit SP-E... ermittelt wird.

Die exklusiven ODER-Glieder EXOR 1 bzw. EXOR 2 weisen neben den mit den Trefferausgängen TA bzw. den Leseausgängen LA verbundenen Eingängen in an sich bekannter Weise einen zweiten Eingang auf, wobei

ίο diese zweiten Eingänge parallel von einem Signal inv beaufschlagt werden können. Ist dieses Signal eine 0, so wirken die exklusiven ODER-Glieder wie ein normaler Schalter, d. h. das über die Trefferausgänge TA bzw. Leseausgänge LA zugeführte Signal wird unverändert zu den nachgeschalteten Registerstufen weitergeleitet. Ist dagegen das Signal eine I, so wirken die exklusiven ODER-Glieder wie Inverter, und die von den Trefferausgängen TA bzw. Leseausgängen LA gelieferten Signale werden invertiert. Auf diese Weise besteht die

2u Möglichkeit, sowohl Treffer als auch Nicht-Treffer als Treffer zu werten. Die weiterhin vorgesehenen Masken dienen dazu, den Bereich im Basisspeicher B-SP einzuengen, aus dem die freie Speichereinrichtung SP-E ... auszuwählen ist. Die Maske M für die Auswahl des wirksamen Teiles des vom Generator SBM-G zur Verfügung gestellten Suchargumentes ARG und die Maske M2 werden für die Spaltenauswahl immer gleichlaufend eingestellt. Die Maske T-M bewirkt die Einschränkung des Zeilenbereichs. Bei den gezeigten Maskeneinstellungen wird lediglich das innerhalb der Assoziationsmatrix AM stark umrandete Feld überprüft.

Für die Auswahl einer freien Speichereinheit wird beispielsweise das Suchargunieni 1 ... 1 verwendet, wenn alle mit wenigstens einem Eintrag belegten Speichereinheiten durch eine 1 gekennzeichnet sind. In diesem Falle liefern alle Zeilen mit einer 0 für eine freie nicht belegte Speichereinheit keinen Treffer. Da jedoch diese Zeilen als Treffer gewertet werden müssen, werden die exklusiven ODER-Glieder EXOR1 und EXOR 2 durch eine 1 am Eingang inv auf Invertsrbetrieb geschaltet. Die daraus resultierenden Trefferergebnisse sind in den einzelnen Stufen der Register T-REG und REG 2 wiedergegeben. Innerhalb des durch die Masken T-M und M2 ausgewählten Bereiches ermitteln dann die nachgeschalteten Prioritätssteuerungen T-PST und Ρ5Γ2 jeweils die Nicht-Treffer-Zeile bzw. -spalte mit der höchsten Priorität, so daß aus den so gewonnenen Koordinatenwerten durch die Einrichtung AD-UM die zugehörige Adresse E-AD für die gefundene Speichereinheit SP-E ... ermittelt werden kanu. Für den normalen Betrieb w.rd dagegen der Eingang inv mit einer 0 beaufschlagt, so daß in bekannter Weise nur echte Treffer als Treffer gewertet werden.

Neben dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Rahmen der Speicherbewirtschaftung können die zusätzlichen Speichereinrichtungen für verschiedene bekannte Anwendungsfälle verwendet werden. So dient beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte zusätzliche Speichereinheit SP-D zur Speicherung von Parameterlisten für Kettungen von Daten im Bereich der Speichereinheit SP-E \ bis SP-En und die zusätzliche Speichereinheit H-SP als Hilfsspeicher entsprechend einem anderen Erfindungs-Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 30 09 330.2-53) zum Sortieren von in den Speichereinheiten SP-Ei bis SPEn enthaltenen Daten einer Datei

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hybrid-Assoziativspeicher, bestehend aus einer eine Vielzahl von Assoziationsfeldern aufweisenden Assozialionsmatrix und einem eine Vielzahl von Speichereinheiten aufweisenden, nicht assoziativen Basis-Speicher, wobei die Speichereinheiten jeweils analog der Assoziationsmatrix aus den Assoziationsfeldern entsprechenden Speicherabschnitten zusammengesetzt sind, so daß jeweils ein Speicherabschnitt aus jeder Speichereinheit miteinander und mit demselben Assoziationsfeld der Assoziationsmatrix korrespondiert und der Inhalt jedes Speicherab schnittes zu dem zugehörigen Assoziationsfeld der Assoziationsmatrix übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Speichereinheiten (Sp-Ei bis SP-En) für die Speicherung allgemeiner Daten von Dateien oder Tabellen im Basisspeicher (B-SP) mindestens eine zusätzliche Speichereinheit (z. B. H-SP, SP-B, SP-D) für die Speicherung von Daten und Informationen zur Steuerung von Arbeitsabläufen des Hybrid-Assoziativspeichers unter Ausnützung der vorhandenen assoziativen Oberfläche f.4A^)vorgesehen ist.

2. Hybrid-Assoziativspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zusätzlichen Speichereinheiten (SP-B) für jede der für die Speicherung allgemeiner Daten vorgesehenen Speichereinheilen (SP-EX bis SP-EN) ein Belegungskennzeichen (z. B. B= unvollständig frei oder ß= 1 = mit wenigstens einem Eintrag belegt) gespeichert enthält, daß neben den Trefferausgängen (TA) auch die Leseausgänge (LA) der Assoziationsmatrix (AM) jeweils über einen Inverter mit einer Stufe eines Registers (REG 2) verbunden sind, dem eine Prioritätssteuerung (PST2) nachgeschaltet ist, und daß nach Lesen der durch die Prioritälssteuerung (T-PST) der Trefferauswenesteuerung (T-ST) gekennzeichneten Zeile der Assoziationsmatrix (AM) anhand der von beiden Prioritätssteuerungen (T-PST und PST2) gelieferten Koordinalenwerte die Adresse (E-AD) einer nicht belegten Speichereinheit im Basisspeicher (B-SP)abhängig von dem in der zusätzlichen Speichereinheit (SP-B) gespeichert enthaltenen Belegungskennzeichen (B) ermittelt wird.

3. Hybrid-Assoziativspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter an den Treffer- und Leseausgängen (TA bzw. LA) der Assoziationsmatrix (AM) jeweils aus einem exklusiven ODER-Glied (EXOR) bestehen und daß die exklusiven ODER-Glieder abhängig von einem auf den jeweils zweiten Steuereingang einwirkenden Signal (inv) als einfacher Schalter oder als Inverter arbeiten.

4. Hybrid-Assoziativspeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Register [T-REG bzw. REG2) und Prioritätssteuerung (T-PST bzw. PS~^r2) jeweils eine steuerbare Maske (T-M bzw. M2) angeordnet ist, wobei die Einstellung der Maske (M2) zur Auswertung der gelesenen Matrixzeile mit der dem Suchargument (ARG) vorgeschalteten Maske (^übereinstimmt.