DE3518818A1 - Datenverarbeitungsvorrichtung und verfahren und vorrichtung zur umsetzung von datenelementen - Google Patents

Description

HITACHI, LTD., Tokyo Japan

Datenverarbeitungsvorrichtung und Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung von Datenelementen

Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die eine Vorrichtung aufweist, die Datenelemente sehr schnell umsetzen kann und ein Umsetzverfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Vektordatenprozessor, der eine Vektorverarbeitung für Vergleichsdatenbanken durchführt und sequentiell Datenelemente umsetzen kann.

Die Datenbanktechnik, die eine wirksame Verarbeitung oder Steuerung großer Datenmengen ermöglicht, handhabt hauptsächlich drei Datenbanktypen, nämlich hierarchische, netzwerkartige und Vergleichsdatenbanken. Während die ersten zwei Datenbanktypen zur Verarbeitung großer Datenvolumen mit hoher Geschwindigkeit entwickelt wurden und komplexe Verar-

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beitungen erfordern, die für den in Datenbankoperationen erfahrenen Benutzer geeignet sind, werden bei Vergleichsdatenbanken verhältnismäßig kleine Datenmengen durch eine einfache Operation verarbeitet. Man nimmt an, daß sich letztere Technik in der Zukunft beträchtlich ausdehnen wird. Dabei gibt es jedoch das Problem, daß sich die Verarbeitungsgeschwindigkeit mit wachsender Datenkapazität verringert.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer logischen Datenstruktur einer Vergleichsdatenbank, die als Beispiel Information über Bauteile enthält. Die Information wird in Form einer Tabelle in einer Plattenspeichereinheit 110 (Fig. 2) gespeichert.

Eine Tabelle 100 enthält eine Zeile 101, die Datensatz, Reihe oder "tupple" heißt und eine Spalte 102. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Daten physikalisch in Datensatzeinheiten in Blöcken fester Länge (120a, 120b, usw.) gespeichert sind, die jeweils eine Seite auf der Platte 110 bilden. Eine Seite enthält normalerweise mehrere Datensätze. Eine Adresse eines Datensatzes auf einer Platte (als Datensatzadresse bezeichnet) weist eine Seitennummer und eine Adresse in der Seite auf. Solch ein Beispiel offenbart ein Bericht von CJ. Date in "An Introduction to Database Sysstems" (3. Auflage, Seite 173 - 174). In diesem Bericht wird die Datensatzadresse mit "tupple identifier" (TIDi)) bezeichnet.

Ein in einem Hauptspeicher 200 gespeichertes Vergleichsdatenbanksteuerprogramm 240 liest Seiten, die die benötigten Datensätze enthalten von der Platte und speichert die Seiten in einen Eingabe/Ausgabepufferbereich 201 im Hauptspeicher. Die auf diese Weise erhaltenen Seiten urid Datensätze werden in Fig. 2 jeweils mit den Bezugsziffern 220a, 220b und 221a, 221b bezeichnet. Anders als eine auf der Platte gespeicherte Seite oder ein Datensatz, die jeweils mittels einer Daten-

satzadresse und einer Seitennummer adressiert werden, adressiert man eine Seite und einen Datensatz im Hauptspeicher mittels einer Hauptspeicheradresse; folglich muß das Vergleichsdatenbank-Steuerprogramm eine Prozedur enthalten, die die Adressen umsetzt.

Wenn der Hauptspeicher eine kleine Datenspeicherkapazität hat, muß, um einen Datensatz vom Speicher zu erhalten, jede Seite gelesen werden, womit der Hauptteil der Verarbeitungszeit für Eingabe/Ausgabeprozesse für den Zugriff zur Platte 101 verbraucht wird. Neuerliche Fortschritte in der Halbleitertechnologie ermöglichten jedoch sehr große Hauptspeicher, beispielsweise mit 32 Megabyte (MB) Kapazität, die das Speichern aller Tabellenoder aller Seiten im Pufferbereich 201 im Hauptspeicher ermöglichen, wodurch sich die zur Eingabe/Ausgabe für den Zugriff zur Platte 110 nötige Zeit wesentlich verringert läßt. Im Ergebnis kann das Vergleichsdatenbankprogramm einen großen Teil der Verarbeitungszeit benützen, um die Datenverarbeitung dann mit hoher Geschwindigkeit auszuführen.

Zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit wurden bereits verschiedene Vektorprozessoren vorgeschlagen, beispielsweise CRAY-1, die als die erste Maschine dieses Typs entwickelt wurde.

In der Vergangenheit wurden jedoch solche Datensätze, wie die in Fig. 1 dargestellte Verarbeitungseinheit verarbeitet. Dieses Verfahren kann vorteilhaft bei einem Hauptspeicher kleiner Kapazität beispielsweise, wenn der Pufferbereich nicht mehr als einigen Seiten entspricht, verwendet werden. Andererseits variiert, wenn angenommen wird, daß die Datenelemente in Datensatzrichtung einen Vektor bilden, der Datentyp und die arithmetische Operation zwischen diesen Datenelementen; deshalb eignet sich eine solche Datenstruktur nicht

für die Vektorverarbeitung. Umgekehrt läßt sich, wenn der Hauptspeicher eine große Kapazität besitzt, das folgende Verarbeitungssystem gemäß dem von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen neuen Prinzip ausführen.

Dabei kann jeder Satz von Datenelementen die in Spaltenrichtung erhalten werden, falls die gesamte von der Platte geholte Tabelle zuvor im Hauptspeicher gespeichert wird, als Vektordaten angenommen werden. Dann kann die Vektorverarbeitung vorteilhaft angewendet werden, da

a) jedes Vektorelement vom selben Datentyp ist, und

b) jedes Vektorelement derselben arithmetischen Verarbeitung, wie z.B. Verschieben (move), Vergleich (comparison) oder Auswählen (selection) unterworfen wird. Die folgenden Abschnitte behandeln die neuen Operationen eines konkreten Vergleichsdatenbankprogramms, wobei jeder Schritt eines Datenwiedergewinnungsbeispiels, durch das die Teilenamen, für die der Herstellername HITACHI ist, gewonnen werden, beschrieben wird, z.B. aus der Zeile 101 der Tabelle 100 in Figur 1.

(1) Im Vektorarbeitsbereich 18 des Hauptspeichers 200 (durch die Bezugsziffer■7 in Fig. 2 bezeichnet), wird eine Liste von Datensatzadressen der zur Tabelle gehörenden Datensätze erzeugt. Diese Tabelle hat gewöhn-

; lieh einen Index für jede der Spalten. Für jeden Datensatz enthält dieser Index ein aus dem Spaltenwert und einer Datensatzadresse bestehendes Paar (in Fig. 2 nicht dargestellt). Folglich kann die Datensatzadressliste, falls der Index im Vektorformat aufgebaut ist, mittels einer Vektorverschiebeanweisung erzeugt werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß ein Index für die Teilecodes der Bauteiletabelle 100

in Figur 1 erzeugt wird. In diesem Fall sind jedoch die erhaltenen Datensatzadressen nicht notwendigerweise in der Reihenfolge der Seitennummern geordnet, d.h., daß sie bezüglich der Seitennummer zufällig anfallen.

(2) Eine Hauptspeicheradressliste der zur Tabelle gehörenden Datensätze wird in einem Vektorarbeitsbereich 31 des Hauptspeichers 200 (durch die Bezugsziffer 6 in Figur 2 bezeichnet) erzeugt. Diese Maßnahme führt die obenbeschriebene Adressumsetzung aus, um erfindungsgemäß die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Für jeden Datensatz war es bisher nötig, eine Seitennummer aufgrund einer Datensatzadresse zu extrahieren und einen Datenposten mit derselben Seitennummer in den Seiten (221a, 221b, usw.) des Pufferbereichs 201 von Figur zu erreichen. Die dafür nötige Verarbeitungszeit erhöhte sich mit größer werdender Pufferbereichskapazität. Zusätzlich wurde im Stand der Technik nicht versucht, die Verarbeitungsgeschwindigkeit mittels der Vektorarithmetikoperation zu erhöhen, weil die Vektorverarbeitung nicht anwendbar war; folglich stellte diese Prozedur einen Engpass in der Systemleistungsfähigkeit dar, falls sie in einem Vergleichsdatenbanksystem in einem Hauptspeicher großer Kapazität verwendet wurde.

(3) Auf der Basis einer im obigen Schritt (2) erzeugten Hauptspeicheradresse des Datensatzes wird die Postennamenadresse des Herstellernamens für jeden Datensatz berechnet, und derjenige Datensatz, dessen Herstellername HITACHI lautet, durch Vergleich mit dem Herstellernamen ausgewählt. Diese Prozedur wird durch Befehle, wie einen Vektoradditionsbefehl und einen Vektorvergleichsbefehl durchgeführt.

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(4) Die die Wiedergewinnungsprozedurbedingungen erfüllenden Datensätze werden übertragen. Nur solche Bauteile-' Namenposten der in Schritt (3) gewählten Datensätze werden zu einem Bereich beispielsweise einem Anzeigebereich übertragen und als Wiedergewinnungsergebnisse abgespeichert. Diese Verarbeitung wird mittels Befehlen, wie einem'Vektorverschiebebefehl mit einer indirekten Adressierfunktion durchgeführt.

Von den oben beschriebenen Verarbeitungsschritten (1) bis (4) ist die Adressumsetzung von Schritt (2) die schwierigste Verarbeitung bei der Anwendung der Vektorverarbeitung hierauf um die Verarbeitungsgeschwindigkeit durch Verwendung eines Vektorprozessors zu erhöhen, und ist deshalb ein Engpaß in der Systemleistungsfähigkeit.

Beim Versuch, die Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der Vergleichsdatenbank Verarbeitung mittels der Vektoroperation zu erhöhen, ist dieses Problem neuartig.

Aus der US-PS 4 024 508 ist beispielsweise ein Adressumsetzverfahren in einer Datenbank bekannt. Bei diesem System werden jedoch alle Deskriptoren aufgesucht, die Informationspaare enthalten, deren Zahl gleich der Maximalzahl der Seiten in dem gekennzeichneten Pufferbereich ist und die jeweils eine Seitennummer und eine Hauptspeicheradresse jeder Seite enthalten, die Datensätze aufweist und die zuvor im Pufferbereich des Hauptspeichers gespeichert sind und zwar für jeden Datensatz, für den die Adressumsetzung ausgeführt werden muß. Somit erhöht sich mit steigender Kapazität des Pufferbereichs die Suchzeit. Außerdem ist es schwierig, die Verarbeitungszeit mittels der Vektorarithmetikoperation zu minimieren.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Datenprozessor mit einer Datenumsetzvorrichtung und ein Verfahren anzugeben,

womit vektorartige Daten in die entsprechenden Vektorformatdaten mit hoher Geschwindigkeit umgesetzt werden. Ferner sollen mehrere Benutzer ohne sich zu stören, den Datenumsetzer gemeinsam benutzen. Erfindungsgemäß weist zur Lösung der obigen Aufgabe ein Datenprozessor mit einer Datenumsetzvorrichtung einen Assoziativspeicher, der assoziative Kennbegriffe und diesen entsprechende Wiedergewinnungsdaten enthält, eine erste Ausleseeinrichtung, die sequentiell für jede Vektorumsetzung im Datenspeicher gespeicherte Vektordaten ausliest, die aus Vektorelementen desselben Typs wie die assoziativen Kennbegriffe bestehen, wobei der Assoziativspeicher die von der ersten Ausleseeinrichtung ausgelesenen Vektorelemente nacheinander mit den assoziativen Kennbegriffen vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Vektorelement mit einem der assoziativen Kennbegriffe übereinstimmt, eine zweite Ausleseeinrichtung, die abhängig vom Ve rg Ie ichs ausgangs signal ' einen Wiedergewinnungsdatenposten,

der dem . assoziativen Kennbegriff entspricht,

aus dem Assoziativspeicher ausliest und

eine Abspeichereinrichtung auf, die die von der zweiten Ausleseeinrichtung wiedergewonnenen Daten nacheinander in den Datenspeicher einspeichert und umgesetzte Vektordaten erzeugt, deren Vektorelemente die wiedergewonnen Daten darstellen.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Datenumsetzvorrichtung weiterhin ein Benutzerkennzeichenregister auf, das eine Kennung eines eine Datenumsetzung befehlenden Benutzers speichert, wobei jedem assoziativen Kennbegriff ein Benutzerkennzeichen-Datenposten eines den assoziativen Kennbegriff spezifizierenden Benutzers hinzugefügt wird und wobei der Assoziativspeicher den Benutzerkennzeichnungsdatenposten im Benutzerkennzeichenregister mit den Benutzerkennzeichnungsdatenposten und außerdem

die Vektorelemente der umzusetzenden Vektordaten mit den assoziativen Kennbegriffen im Assoziativspeicher vergleicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Diagramm, das einen logischen Datenaufbau einer Vergleichsdatenbank darstellt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das ein Vergleichsdatenbanksystem zeigt, bei dem die Datenumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet wird;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, das Operationen von Vektorbefehlen zeigt, die die Datenumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung verwenden;

Fig. 4 ein vereinfachtes Diagramm, das ein Datenaufbaubeispiel eines Speichers für Assoziativdaten darstellt, der in der Datenumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird; und

Fig. 5 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Datenumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Operationen neuer Vektorbefehle darstellt, die mittels der Vektorumsetzvorrichtung gemäß der Erfindung implementiert werden können, nämlich des Assoziativspeicher-Vektorregistrierbefehls und Assoziativspeicher-Vektorwiedergewinnbefehls (abgekürzt Registrier- und Wiedergewinnbefehl). Diese Vektorbefehle werden in einem gemeinsamen Befehlsformat 1 dargestellt. Die zwei oberen Bytes eines 4-Byte-Befehls 1 kennzeichnen einen Operationscode für die zweie Befehle. Das unterste Byte wird zum Kennzeichnen zweier allgemeiner Register R1 und R2 verwendet. Ein durch R1 gekennzeichnetes allgemeines Register 2 speichert die

Anzahl von Vektorelementen eines umzusetzenden Vektors. Ein allgemeines Register 3, das durch R2 gekennzeichnet ist, enthält die erste Adresse eines Vektors 6, der als Wiedergewinnungsausgangsdatenposten des Wiedergewinnungsbefehls verwendet wird oder ein Registriereingangsdatum des Registrierbefehls. Ein allgemeines Register 4, das durch (R2+1) gekennzeichnet ist, speichert die Anfangsadresse von Daten eines umzusetzenden Vektors 7, von dem ein Vektorelement die als ein Assoziativkennbegriff vom Benutzer spezifizierte Seitenadresse ist. Jedes Vektorelement besteht aus vier Byte und wird aufeinanderfolgend im Hauptspeicher angeordnet.

Ein Benutzerkennzeichenregister 13 enthält ein Benutzerkennzeichen, durch das jeder Benutzer identifiziert wird. Das Betriebssystem setzt einen jedem Benutzer eigenen Wert in dieses Register und der Wert kann vom Benutzer nicht geändert werden. Beispielsweise setzt das VOS 3-Betriebssystem des Allzweck M28OH -Prozessors von HITACHIT LIMITED die Anfangsadresse der Adressumsetztabelle für virtuelle/reelle Adressräume für jeden Benutzerbereich in das erste Steuerregister, das heißt, dieses Steuerregister kann als das obengenannte Benutzerkennungsregister verwendet werden.

Figur 4 ist ein vereinfachtes Schema, das den Aufbau eines Speichers für Assoziativdaten oder eines Umsetztabellenspeichers 23, der in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, zeigt. Jeder Eintrag oder jede Zelle des Speichers 23 enthält drei Felder aus je vier Byte. Ein erstes Feld 41 speichert einen vom Benutzer gekennzeichneten assoziativen Kennbegriff, ein zweites Feld 42 enthält eine Benutzerkennung des Benutzers, der den Kennbegriff dieses Eintrags spezifiziert, und ein drittes Feld 43 speichert ein Wiedergewinnungsausgangsdatum, zugeordnet dem Kennbegriff desselben Eintrags. Wenn ein Benutzer den Kennbegriff spezifiziert und eine Benutzerkennung

eingibt, gibt der Speicher 23 einen Wiedergewinnungsdatenposten von einer Assoziativspeicherzelle, deren erstes und zweites Feld mit den eingegebenen Werten übereinstimmen, aus. Diese Funktion wird benötigt, wenn mehrere Vergleichsdatenbankprogramme unabhängig die jeweiligen in Figur 2 gezeigten Datenbänke verarbeiten. Da die Datensatzadressen einzeln nur einer jeweiligen Datenbank zugeordnet sind, müssen Mittel vorgesehen werden, eine jeweilige Datenbank zu identifizieren. Dazu muß zusätzlich zur Datensatzadresse Information zur Kennzeichnung eines Vergleichsdatenbankprogramms, das ist eine Kennung eines zu einer Vergleichsdatenbank zugreifenden Benutzers ebenfalls in die Daten für die Adressumsetzung enthalten sein, damit nicht fälschlich zu den Inhalten anderer Vergleichsdatenbänke oder Pufferbereiche anderer Benutzer zugreifen. Figur 4 stellt ein Beispiel einer Konfiguration mit vier Einträgen dar.

Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild eines konkreten Ausführungsbeispiel einer Vektorprozessorschaltung, die die Registrierung und Wiedergewinnung im Assoziativspeicher ausführt.

Ein Vektorprozessor 300 enthält eine Vektorarithmetikeinheit 302 und eine Befehlssteuereinheit 10 und enthält außerdem einen Vektordatenumsetzer 301 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zuerst wird die Operation des Registrierbefehls anhand der Figur 5 beschrieben. Wenn ein Registrierbefehl in ein Befehlswortregister 12 eingegeben wird, holt eine Befehlssteuereinheit 10 die ersten Adressen gemäß dem ersten und zweiten Operanden, die vom Befehl spezifiziert sind, aus einer Gruppe allgemeiner Register (GPRS) 11 und speichert die geholten Adressen in ein erstes Operandenadressregister (OP1AR) 26 und ein zweites Operandenadressregister (OP2AR) 15. Außerdem

wird die Anzahl der Vektorelemente, die in einem allgemeinen Register 11 gespeichert ist, einem Vektorlängenregister 60 übertragen. Eine Vektorsteuerschaltung 61 steuert den Vektordatenumsetzer 301 nach Maßgabe eines Operationscodes im Befehlswortregister 12 und der Vektorelementzahl im Vektorlängenregister 60, um einen Registrier- oder Wiedergewinnungsbefehl auszuführen. Die Signale a bis e werden nach Maßgabe sowohl des Registrier- als auch Wiedergewinnungsbefehls erzeugt und steuern verschiedene Register, um in diese wiederholt Eingangssignale zu setzen, bis alle Vektorelemente der angegebenen Länge darin gespeichert sind. Das Signal f wird entsprechend dem Registrierbefehl erzeugt und weist den Speicher 23 an, auf den Leitungen 50, 51 und 52 gelieferte daten zu speichern. Der Speicher 23 führt eine Leseoperation aus, wenn das Signal f nicht anliegt.

Der Ausgang des OP1AR wird als eine Holadresse für den Vektorarbeitsbereich 31 zum Hauptspeicher 200 über eine Adressleitung 29 übertragen, und das gelesene Datum in ein erstes Operandenlesedaten-A-Register (OP1DRA) 32 gespeichert.

Gleichzeitig wird der Ausgang des OP2AR als Holadresse für den Vektorarbeitsbereich 18 zum Hauptspeicher 200 über eine Adressleitung 17 übertragen und das geholte Datum in ein zweites Operandendatenregister (OP2DR) 19 eingespeichert.

Die Inhalte von OP1AR und ÖP2AR werden jeweils mit vier durch Addierer (+4) 30 und 16 in jedem Zyklus inkrementiert, um aufeinanderfolgend jeweils die fortlaufenden ersten und zweiten Operanden, die einem jeweiligen Vektor in jedem Zyklus entsprechen, auszugeben.

Der in Figur 3 gezeigte Speicher für Assoziativdaten hat eine vier Spalten mal 1 Zeilenstruktur entsprechend dem Kongruenzsystem, in dem eine Spaltenadresse mittels einer Störschutzschaltung (HASH) 24 erzeugt wird, die Ausgangssignale

von dem Benutzerkeimungsregister (USERIDR) 13 und dem OP2DR empfängt. In der HASH-Schaltung werden zwei niederwertige Bits des USERIDR mit denen des OP2DR exclusiv ODER/und zwar jeweils die Bits derselben Bitstel^ verknüpft und die sich ergebenden zwei Bits als Spaltenadresse ausgegeben. Ein Vergleicher 21, ein Gatter 22 und der Speicher 23 für Assoziativdaten bilden die Assoziativspeichereinrichtung.

Wenn ein Registrierbefehl ausgeführt wird, wird der Ausgang des OP2DR über eine Leitung 50 in das erste Feld des Assoziativspeichereintrags, das von der Spaltenadresse der HASH-Schaltung 24 gekennzeichnet ist, der Ausgang vom USERIDR in das zweite Feld über eine Leitung 51 und der Ausgang des OPIDRA in das dritte Feld über eine Leitugn 52 gespeichert.

Auf diese Weise können die Daten für den . Kennbegriff-Vektor, der die assoziativen Kennbegriffe als Vektorelemente aufweist, und die Wiedergewinnungsvektordaten, die die Wiedergewinnungsausgangsdaten als Vektorelemente haben, sequentiell für jedes einzelne Vektorelement in die entsprechenden Felder des Speichers 23 für Assoziativdaten registriert werden. Der Registrierbefehl wird automatisch durch das Steuerprogramm oder gemäß einer Benutzerangabe ausgeführt, um beispielsweise aufeinanderfolgend Seiten von der Platte 110 in den Hauptspeicher 200 zu holen.

Die Speicheroperation wird sukzessive für jeden Zyklus synchron mit dem den OP1AR und OP2AR-Adressfortschreiboperationen zugeteilten Zyklen ausgeführt.

Nun wird die Operation des Wiedergewinnbefehls beschrieben. Die Befehlssteuereinheit 10 speichert die Anfangsadressen jeweils des ersten und zweiten Operanden im OP1AR und OP2AR in derselben Weise wie für die Verarbeitung eines Registrierbefehls.

Jedes Element des zweites Operanden wird vom Vektorarbeitsbereich 18 geholt und in das OP2DR gespeichert, und eine Spaltenadresse des Speichers 23 wird durch eingebende Ausgänge vom OP2DR und USERIDR in die HASH-Schaltung in derselben Weise wie beim Registrierbefehl beschrieben, erzeugt.

Wenn ein Wiedergewinnbefehl ausgeführt wird, werden die umzusetzenden Vektordaten 7, die Vektorelemente desselben Typs wie die Kennbegriffe aufweisen, in den Vektorarbeitsbereich 18 gespeichert. Die gespeicherten Daten werden für jedes Veketorelement mittels der Adresse geholt, die vom OP2AR geliefert wird und in das OP2DR geladen. Abhängig von den Inhalten der OP2DR und USERIDR wird ein Assoziativspeichereintrag, der durch die Spaltenadresse vom HASH gekennzeichnet ist, geholt und der Ausgang (Datenleitung 25) vom ersten Feld und der Ausgang (Dätenleitung 35) vom zweiten Feld mit den Ausgängen von OP2DR und USERIDR jeweils mittels einer Vergleichsschaltung 21 verglichen und bestimmt, ob sie jeweils mit den Vergleichsdatenposten identisch sind oder nicht. Wenn diese beiden Felder jeweils passen, steuert die Vergleichsschaltung 21 ein Gatter 22 mittels eines Ausgangssignals auf einer .Signalleitung 53, so daß der Wiedergewinnungsausgang (Datenleitung 27) vom dritten Feld des Assoziativspeichereintrags in das erste Operandenspeicherdatenregister (OP1DRB) 33 gespeichert wird. Während des nächsten Zyklus wird der Ausgang des OP1DRB in den Vektorarbeitsbereich 31 über eine Leitung 54 durch das Ausgangssignal vom OP1AR, das die Speicheradresse darstellt, gespeichert. Offensichtlich initiiert die Vergleichsschaltung 21 die Vergleichsverarbeitung für das nächste Vektorelement während dieses Zyklus.

Da der Addierer 30 den Inhalt des OP1AR in jedem Zyklus inkrementiert, wird der erste Operand für jeden Zyklus mit dem Inhalt der Wiedergewinnungsdaten in einem Eintrag im

Assoziativspeicher geladen, für den sowohl der Benutzer spezifizierte assoziative Kennbegriff als auch die Benutzerkennung, als Vektorelemente des zweiten Operandenvektors übereinstimmen. Falls jedoch kein Assoziativspeichereintrag,dessen Inhalt gleich den Vektorelementen ist, existiert, wird die Datenspeicheroperation des betreffenden Elements des ersten Operanden nicht ausgeführt; oder ein gekennzeichneter Wert z.B. "0" in das Feld des Elements eingetragen, was leicht vom Gatter 22 wie folgt auszuführen ist. Wenn die Vergleichsschaltung 21 ein Ausgangssignal abgibt, das ein nicht übereinstimmendes Ergebnis angibt, speichert das Gatter 22 einen bestimmten Wert wie z.B. "0" in das OP1DRB.

Auf diese Weise wird der Vektorarbeitsbereich 31 mit den umgesetzten Vektordaten geladen, deren Wiedergewinnungsausgangsdatum als ein Vektorelement den im Vektorarbeitsbereich 18 gespeicherten umzusetzenden Vektordaten entspricht. Die Vektordatenumsetzung wird sequentiell für jedes Vektorelement ausgeführt, was bedeutet, daß die Vektorprozessorfunktionen für diese Verarbeitung gut geeignet sind.

In dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 können, obwohl der Assoziativspeicher in vier Spalten mal 1 Reihe in dem Kongruenz system eingeteilt ist, die Anzahlen von Spalten und Reihen jeweils ohne jede Schwierigkeit erhöht werden. Wenn die Anzahl der Reihen erhöht wird, muß die Ersatzsteuerung zwischen zwei Reihen durchgeführt werden, was leicht mittels einer bekannten Technik erreicht werden kann.

Dieses Ausführungsbeispiel kann leicht modifiziert werden, um einen dritten Operanden zu spezifizieren, der Bits, jeweils die Anwesenheit oder Abwesenheit jedes

Vektorelements des Umsetzvektors im Assoziativspeicher angeben, zu jedem Vektorelement der umgesetzten Vektordaten addiert.

ORIGINAL INSPECTED

Als nächstes wird die Verwendung dieser zwei Befehle genauer anhand Figur 2 beschrieben. Wenn das Vergleichsdatenbankprogramm initiiert wird, ist der Pufferbereich 201 noch leer. Folglich werden die Seiten, die die Bauteiletabelle von Figur 1 enthalten, zur Gänze aus dem Plattenspeicher 110 geholt und in geeignete Positionen des Pufferspeichers 201 gespeichert. Eine Liste der geholten Seitennummern wird als die Vektordaten 7 im Hauptspeicher erstellt, und eine Liste von Hauptspeicheradressen im Pufferbereich der die Seiten speichert als die Vektordaten 6 erstellt. Schließlich wird ein Registrierbefehl, der die Vektordaten 6 und die Vektordaten 7 jeweils als ersten und zweiten Operanden enthält, ausgeführt. In diesem Falle wird die Seitenzahl als Anzahl der Vektorelemente spezifiziert. Durch die Ausführung des Registrierbefehls werden die Daten in den Assoziativspeicher eingetragen.

Wenn zu der Vergleichsdatenbank eine Wiedergewinnungsanforderung ausgeht, wird der obengenannte Schritt (2) ausgeführt, der die Adressumsetzung bewirkt. Dann extrahiert das Vergleichsdatenbankprogramm nur den Teil der Seitenzahl aus der Datensatzadressliste und speichert das Datum in das Feld für die Vektordaten 7 im Hauptspeicher. In dieser Situation wird, falls ein Wiedergewinnungsbefehl , der die Vektordaten 6 und die Vektordaten 7 jeweils als ersten und zweiten Operanden enthält, ausgeführt wird, die Hauptspeicheradresse der Seite, die den jeweiligen Datensatz speichert, aus den Vektordaten 6 erhalten. In diesem Fall wird die Anzahl der Datensätze als Vektorelementanzahl gekennzeichnet. Schließlich wird die Hauptspeicheradresse eines jeweiligen Datensatzes durch eine einfache Vektoranweisung wie eine ADD-Anweisung und eine Move-Anweisung mit einer indirekten Adressfunktion basierend auf der Adresse in der Seite und der Seitenadresse im Hauptspeicher berechnet, die jeweils in dem von der Datensatzadresse ge-

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kennzeichneten Bereich gespeichert sind. Diese einfachen Befehle werden durch die Vektorarithmetikeinheit 302 in Figur 2 ausgeführt.

Obwohl in dem obenbeschriebenen Befehlsanwendungsbeispiel angenommen ist, daß die Seiten alle zuvor von der Platte geholt werden, können diese Befehle auch angewendet werden, wenn die Seiten auf Anforderung von der Platte 110 gelesen werden. In diesem System werden,nachdem der Wiedergewinnungsbefehl ausgeführt ist, die Vektordaten 6 geprüft und eine Liste von Datensätzen erstellt für die die Adressumsetzung nicht auszuführen ist. Unter Bezug auf die erstellte Liste wird eine Liste von zu lesenden Seitennummern erstellt und dann die betreffenden Seiten von der Platte 110 gelesen. Danach wird eine Liste von Seitennummern geholt und eine Liste von Hauptspeicheradressen in dem entsprechenden Pufferbereich dem Assoziativspeicher durch einen Registrierbefehl eingetragen.

Erfindungsgemäß kann der jeweilige Operationsschritt parallel ausgeführt werden, da die Registrieroperation und die Holoperation hinsichtlich des Assoziativspeichers jeweils nur eine Zeitdauer benötigen, die einen Zyklus jedes Vektorelements beträgt. Üblicherweise wird ein Operationsvorgang nach der Beendigung des vorangehenden Operationsschritts ausgeführt, daß heißt, daß herkömmlich ein Holschritt, der einen assoziativen Kennbegriff liest, ein Rechenschritt, der eine Spaltenadresse für den Assoziativspeicher berechnet, ein Holschritt, der den Assoziativspeicher holt, ein Vergleichsschritt, der den Assoziativspeicherausgang vergleicht und ein Speicherschritt, der den wiedergewonnenen Ausgang abspeichert, nacheinander ausgeführt werden. Auch wenn ein Befehl für jeden Zyklus in jedem Schritt ausgeführt würde, wären fünf Zyklen nötig, die Gesamtverarbeitung durchzuführen. Folglich ist

die Verarbeitungsgeschwindigkeit

durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung fünf mal so schnell wie die Geschwindigkeit bei herkömmlicher Verarbeitung .

Zusätzlich gibt es keine Möglichkeit, daß ein Benutzer fälschlich zu von anderen Benutzer in einer Assoziativspeicherzelle gespeicherten Daten zugreift, da die dem Benutzer eigene Kennung nicht willkürlich vom Benutzer verändert werden kann und diese ebenfalls im Assoziativspeicher gespeichert ist.

Das obige Ausführungsbeispiel kann dahingehend modifiziert werden, daß eine Datenspeichereinrichtung mit dem Hauptspeicher 200 verbunden wird, wie die aus der US-PS 4 128 880 bekannten Vektorregister, so daß die hinzugefügte Datenspeichereinrichtung statt der Vektorarbeitsbereiche 18 bzw. 31 verwendet werden kann.

Claims (17)

Patentansprüche

1. Datenverarbeitungsvorrichtung

gekennzeichnet durch

a) einen Datenspeicher (200), der Vektordaten enthält;

b) eine Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23), die assoziative Kennbegriffe und diesen entsprechende Datenposten speichert und einen der Datenposten ausgibt, wenn ein eingegebener Kennbegriff mit einem der assoziativen Kennbegriffe, der dem auszugebenden Datenposten entspricht, übereinstimmt, wobei die assoziativen Kennbegriffe Datenelemente, die umzusetzen sind, darstellen und die Datenposten-Vektorelemente darstellen, die als Ergebnis der Umsetzung der als die assoziativen Kennbegriffe gespeicherten Vektorelemente zu erzeugen sind;

c) eine Leseeinrichtung (15, 16), die nach Maßgabe von Programmbefehlen sequentiell Vektorelemente von umzusetzenden Vektordaten aus einem Bereich des Datenspeichers (200) ausliest, der von einem Programmbefehl gekennzeichnet ist und die ausgelesenen Vektorelemente sequentiell der Assoziativspeichereinrichtung als aufeinanderfolgende Kennbegriffeingaben liefert;

und

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d) eine Einschreibvorrichtung (26, 30, 33), die nach Maßgabe von Programmbefehlen sequentiell in einem Bereich des Datenspeichers, der von einem Programmbefehl angegeben ist, Vektorelemente, die der Assoziativspeicher aufeinanderfolgend als umgesetzte Vektordaten ausgibt, einspeichert.

2. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher ein Hauptspeicher ist.

3. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsvorrichtung einen Hauptspeicher enthält und daß der Datenspeicher mit dem Hauptspeicher verbunden ist, um Vektordaten zu und von dem Hauptspeicher zu übertragen.

4. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die assoziativen Kennbegriffe in der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) zu Datensatzadressen in einem externen Speicher in Beziehung stehen, wobei die Datensätze in die Hauptspeicheradressen der Datensätze geholt werden.

5. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die assoziativen Kennbegriffe in der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) zu Datensatzadressen in einem externen Speicher in Beziehung stehen, wobei die Datensätze in die Hauptspeicheradressen der Datensätze geholt werden.

6. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Assoziativspeichereinrichtung weiterhin Benutzerkennungen speichert, die jeweils den assoziativen Kennbegriffen entsprechen und einen der Datenposten abgibt, die sowohl dem assoziativen Kennbegriff, wenn ein eingegebener Kennbegriff mit diesem assoziativen Kennbegriff übereinstimmt und gleichzeitig ein zugeführter Benutzerkennungseingang mit einer diesem assoziativen Kennbegriff entsprechenden Benutzerkennung übereinstimmt und

die Datenverarbeitungsvorrichtung Register (13) enthält, die mit der Assoziativspeichereinrichtung verbunden sind und eine Benutzerkennung halten, die der Assoziativspeichereinrichtung einzugeben ist.

7. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Assoziativspeichereinrichtung aufweist:

einen Speicher für Assoziativdaten (23), mit einem ersten Feld (41), das die assoziativen Kennbegriffe speichert und einem zweiten Feld (43), das Wiedergewinnungsdatenposten speichert, die gemäß den assoziativen Kennbegriffen wiederzugewinnen sind; und eine Vergleichsvorrichtung (21), die die von der Ausleseeinrichtung sequentiell gelieferten Vektorelemente mit den assoziativen Kennbegriffen vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das geholte Vektorelement mit einem der assoziativen Kennbegriffe übereinstimmt.

8. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (23) für Assoziativdaten weiterhin ein drittes Feld (42) aufweist, das Benutzerkennungen speichert, die jeweils einen mit dem assoziativen Kennbegriff in Beziehung stehenden Benutzer bezeichnen; und

daß die Vergleichseinrichtung (21) eine einen Benutzer angebende Benutzerkennung, die mit den umzusetzenden Vektorelementen in Beziehung steht, holt und die geholte Benutzerkennung mit dem im dritten Feld des Speichers (23) für Assoziativdaten gespeicherten Benutzerkennungen vergleicht.

9. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (23) ein Lese/Schreibspeicher ist und daß die Vorrichtung weiterhin aufweist:

eine Einspeichervorrichtung (50) für assoziative Kennbegriffe, die diese in das erste Feld (41) einspeichert, und

eine Einspeichervorrichtung (32, 52) für Wiedergewinnungsdaten, die die Wiedergewinnungsdaten in das zweite Feld (43) entsprechend den assoziativen Kennbegriffen einspeichert.

10. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (23) für Assoziativdaten ein Lese/Schreibspeicher ist und

die Datenverarbeitungsvorrichtung weiterhin aufweist: eine Einspeichervorrichtung (50), die die assoziativen Kennbegriffe in das erste Feld (41) des Speichers (23) für Assoziativdaten einschreibt;

eine Einspeichervorrichtung (32, 52), die die entsprechend den assoziativen Kennbegriffen wiedergewonnenen Daten in das zweite Feld (43) einschreibt; und eine Einspeichervorrichtung (41) für Benutzerkennungen, die diese von den assoziativen Kennbegriffen abhängigen Benutzerbegriffe in das dritte Feld (42) einspeichert.

11. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:

eine Störschutzschaltung (HASH 24), die mit der Assoziativspeichervorrichtung (21 - 23) durch die Leseeinrichtung (19) verbunden ist und zumindest einen der Einträge in der Assoziativspeichereinrichtung (21 -23) abhängig von einem Teil der Daten eines Vektorelements, das durch die Leseeinrichtung ausgelesen wurde, spezifiziert.

12. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklus,in dem ein einzelnes Vektorelement von der Leseeinrichtung ausgelesen wird, ein Zyklus, in dem jeder Vektor durch die Assoziativspeichereinrichtung verglichen wird und ein Zyklus, in dem ein jeweiliges Vektorelement von der Einspeichervorrichtung eingespeichert wird, miteinander synchron sind.

13. Datenverarbeitugnsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung (15, 16, 19) aufweist:

ein erstes Register (15), das die Anfangsadresse der im Datenspeicher enthaltenen umzusetzenden Vektordaten speichert;

ein zweites Register (19), das ein Vektorelement eines aus dem Datenspeicher geholten umzusetzenden Vektorsdatums basierend auf einer vom ersten Register (15) angegebenen Adresse speichert; und

einen ersten Addierer (16), der den Inhalt des ersten Registers in jedem Zyklus um einen Wert, der der Datenlänge des Vektorelements entspricht, fortschreibt; und
die Einspeichervorrichtung (26, 30, 33) aufweist:

ein drittes Register (26), das die Anfangsadresse der umgesetzten Vektordaten im Datenspeicher speichert;

ein viertes Register (33), das Wiedergewinnungsdaten, die aus der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) geholt sind und in den Datenspeicher aufgrund einer vom dritten Register (26) einzuspeichern sind, speichert; und

einen zweiten Addierer (30), der das dritte Register (26) für jeden Zyklus um einen Wert, der der Datenlänge der Wiedergewinnungsdaten entspricht, fortschreibt.

14. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) aufweist: eine Toreinrichtung (22), die die wiedergewonnenen Daten zum vierten Register (33) entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung, das das übereinstimmende Ergebnis anzeigt, überträgt.

15. Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Toreinrichtung (22) einen bestimmten Wert in das vierte Register (33) lädt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers (21) in einem Zyklus nicht auftritt.

16. Verfahren zur Umsetzung von Vektordaten gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Registrieren von assoziativen Kennbegriffen und Wiedergewinnungsdaten, die entsprechend den Kennbegriffen wiederzugewinnen sind in eine Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) ;

b) Aufeinanderfolgendes Auslesen in jedem Zyklus jedes Vektorelements der umzusetzenden Vektordaten, die in einem Bereich eines Datenspeichers gespeichert sind, entsprechend der Angabe eines Programmbefehls;

c) Eingeben des ausgelesenen Vektorelements in die Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) für jeden Zyklus synchron mit dem Lesezyklus und parellel zum Lese*- schritt, um eine Wiedergewinnungsdatum entsprechend einem assoziativen Kennbegriff aus der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) auszulesen, wenn der assoziative Kennbegriff mit dem ausgelesenen Vektorelement übereinstimmt; und

d) Einspeichern der in Schritt c) ausgelesenen wiedergewonnenen Daten in einen Bereich des Datenspeichers, der von einem Programmbefehl angegeben ist für jeden Zyklus synchron mit dem Lesezyklus von Schritt a), um dadurch umgesetzte Vektordaten, die den umzusetzenden Vektordaten entsprechen, zu erzeugen.

17. Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet,, daß der Schritt a) folgende Teilschritte enthält:

i) in einem von einem Programmbefehl angegebenen Bereich des Datenspeichers wird ein erstes Vektordatum erzeugt, das als Vektofelement das assoziative Kennbegriffe aufweist, die in die Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) einzutragen sind;

ii) in einem von einem Programmbefehl angegebenen Bereich des Datenspeichers wird ein zweites Vektordatum generiert, das als Vektorelemente Wiedergewinnungsbegriffe aufweist, die in die Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) einzutragen sind, wobei das erste Vektordätum dem zweiten Vektordatum Vektorelement für Vektorelement entspricht;

iii) Einschreiben jedes Vektorelements des ersten Vektordatums für jeden Zyklus in einen entsprechenden Eintrag der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23); und

— ο —

iv) Einschreiben jedes Vektorelements des zweiten Vektordatums für jeden Zyklus in einen entsprechenden Eintrag der Assoziativspeichereinrichtung (21 - 23) synchron mit dem Zyklus und parallel zum Teilschritt iii).