JP3264114B2 - ソート装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路上に構成する
ソート回路として用いるものであり、特に並列演算に好
適なソート装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ソートを高速化する方式について
関しては、多くの手法が考えられた。それらの多くはソ
ートの中で用いられる比較の回数を少なくする事により
高速化を実現しているものである。高速ソートを使って
ｎ個の数配列ａ（ｎ）をソートする上で、行われる比較
の回数の平均値の最小は、理論上ｎｌｏｇｎ回（ｎは２
のべき乗）である。理論上の平均比較回数が最小です
み、計算機上で実現しやすいソートの中で最も多く使用
されているのが併合ソートである。

【０００３】併合ソートは、まずｎ個の配列ａ（ｎ）を
ｎ／２組のグループに分ける。各グループの構成要素の
数は２個である。次に各グループ毎に比較を行いソート
を行う。こうしてソートされたｎ／２個のグループの中
から任意の２組を選び出し、その２組についてソートを
行う。この場合ソートに必要な比較の回数はたかだか３
回である。残りのグループについても同様の事を行な
う。その結果、４個のソートされた配列をもつｎ／４組
のグループができる。同様の操作をグループの数が１個
になるまで繰り返す。こうすると最終的にｎ個のソート
された要素を持つ配列ができあがる事になる。このソー
トは、配列をグループに分割し少数の数によるソートを
行った後に、そのグループ同士でソートを行うことによ
り、比較の回数を減らすことに利点がある。

【０００４】併合ソートを含め、２分木法やクイックソ
ート等の他の高速ソートに共通している事は、以下の事
である。それは予め部分ソートを行うことにより、次の
ステップにおける比較の回数を減らすことである。ここ
でソートを計算機上で行う上で、時間がかかる部分が比
較であることから、比較の回数の減少は、ソートの高速
化に直接つながることになる。また従来のソート方式に
関する特許公報のほとんどは部分ソートの方法に関する
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】併合ソートや２分木法
を用いると、全体の比較の回数を減らすことができ、高
速なソートを行うことが可能になる。しかしこれらのソ
ートでは、１回の比較を行い、その結果を見ながら次の
比較を行わなければならない。つまり比較の回数は減少
するものの、それぞれの部分ソートはシーケンシャルに
行わなければならない事になる。この事は併合ソートや
クイックソートの場合、特に顕著に言えることである。
さらに部分ソートの大きさや個数が、ソートの各段階の
条件によって変化する。つまり並列計算機を使って部分
ソートを行う場合、各段階ごとにグループの数が異なる
ため、動作が休止する部分がででくる。例えば、８個の
数配列を４組のグループに分けて、４個の計算機を持つ
並列計算機を用いて併合ソートを行う場合を考える。最
初の段のソートにおいて、４個の計算機は各グループの
ソートに振り分けられ全て動作する。その後２つのグル
ープを併合して２個のグループで比較を行う。しかし各
グループ内では１回の比較を行い、その結果を見ながら
次の比較を行うため、１回ずつしか比較を行えない。故
に併合後の２つのグループの比較を行うときは、２個の
計算機しか用いることが出ない。よって残りの２個の計
算機は休止状態になる。そして次の段の比較において、
使用する計算機は、同じ理由により１個になる。よって
残りの３個の計算機は休止状態となる。つまり並列計算
機を用いても、機能を生かし切れないという問題があ
る。

【０００６】以上述べたように、計算機上でソート回路
を実現する上において、従来のソートを用いると、各グ
ループ内のソートがシーケンシャルであるため、部分ソ
ートに時間がかかり、全体のソート時間が低下するとい
う欠点がある。ゆえに並列計算機でソート回路を実現し
ようとした場合、使用しない回路が出てくるため演算効
率が低下するという欠点がある。さらに条件判断を行い
ながらソートをするため、演算時間が一定でない。よっ
て演算器として機器に組み込む場合、パイプラインが組
みにくいという欠点がある。

【０００７】本発明の目的は、各段において、部分ソー
トの大きさを終始一定にし、グループ内のソートがシー
ケンシャルにならないソートの方法を与えることによ
り、並列計算に適した高速ソートを実現するソート装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のソート装置は、
データ格納手段とモード切換え手段とＮ個のデータ分配
手段（Ｎ：自然数）とＮ個の２入力ソート手段と出力デ
ータ切換え手段とを備えた２Ｎ個のデータをソートする
ソート装置であって、前記データ格納手段は２Ｎ個の入
力データを格納し、２Ｎ個のデータを出力し、その入力
データは前記出力データ切換え手段に接続され、出力デ
ータは前記データ分配手段に接続され、前記モード切換
え手段はモード信号を作り、そのモード信号は前記デー
タ分配手段と前記出力データ切換え手段に接続され、ｍ
番目の前記データ分配手段（ｍ：１からＮまでの自然
数）は、前記モード信号を受取り、第１モードならば前
記データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から２ｍ−１番
目と２ｍ番目のデータを選択し、第２モードならば前記
データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から２ｍ番目と２
ｍ＋１番目のデータを選択し、そのデータはｍ番目の前
記２入力ソート手段に接続され、Ｎ番目の前記データ分
配手段は、前記モード信号を受取り、第１モードならば
前記データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から２Ｎ−１
番目と２Ｎ番目のデータを選択し、第２モードならば前
記データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から１番目と２
Ｎ番目のデータを選択し、そのデータはＮ番目の前記２
入力ソート手段に接続され、前記２入力ソート手段は前
記データ分配手段で選択された２つのデータをソートし
て出力し、その出力は前記出力データ切換え手段に接続
され、前記出力データ切換え手段は前記ソートされたデ
ータを、前記モード信号を受けて前記データ分配手段に
よって決められた位置に切り換え、前記データ格納手段
に格納し、前記出力データ切換え手段は全てのデータの
格納が終わると、前記モード切換え手段はモード切換え
信号を受けてモードを切換え、以上の動作を前記モード
切換え手段の切換え回数が２Ｎ−１になるまで繰り返す
ことを特徴とするものである。

【０００９】また本発明の他のソート装置は、データ格
納手段とモード切換え手段とＮ個のデータ分配手段
（Ｎ：自然数）とＮ個の２入力ソート手段とアドレス保
持手段とＮ個のアドレス交換手段とを備えた２Ｎ個のデ
ータをソートするソート装置であって、前記データ格納
手段は２Ｎ個の入力データを格納し、２Ｎ個のデータを
前記データ分配手段に出力し、前記モード切換え手段は
モード信号を作り、そのモード信号は前記データ分配手
段と前記アドレス交換手段に接続され、前記アドレス保
持手段は前記データ格納手段のデータのアドレスを保持
し、その出力は前記データ分配手段に接続され、ｍ番目
の前記データ分配手段（ｍ：１からＮ−１までの自然
数）は、前記モード信号を受取り、第１モードならば前
記アドレス保持手段の２ｍ−１番目と２ｍ番目に書かれ
ているアドレスのデータを前記データ格納手段の２Ｎ個
のデータの中から選択し、第２モードならば前記アドレ
ス保持手段の２ｍ番目と２ｍ＋１番目に書かれているア
ドレスのデータを前記データ格納手段の２Ｎ個のデータ
の中から選択し、そのデータはｍ番目の前記２入力ソー
ト手段に接続され、Ｎ番目の前記データ分配手段は、前
記モード信号を受取り、第１モードならば前記アドレス
保持手段の２Ｎ−１番目と２Ｎ番目に書かれているアド
レスのデータを前記データ格納手段の２Ｎ個のデータの
中から選択し、第２モードならば前記アドレス保持手段
の１番目と２Ｎ番目に書かれているアドレスのデータを
前記データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から選択し、
そのデータはＮ番目の前記２入力ソート手段に接続さ
れ、前記２入力ソート手段は前記データ分配手段で選択
されたデータを比較しデータを入れ替える必要がある時
にソート信号を出力し、その出力は前記アドレス交換手
段に接続され、ｍ番目の前記アドレス交換手段は、アド
レスの入出力が前記アドレス保持手段に接続され、前記
モード信号が第１モードで且つソート信号が発生されて
いればアドレス保持手段の２ｍ−１番目の位置のアドレ
スと２ｍ番目の位置のアドレスを交換し、前記モード信
号が第２モードで且つソート信号が発生されていればア
ドレス保持手段の２ｍ番目の位置のアドレスと２ｍ＋１
番目の位置のアドレスを交換し、Ｎ番目の前記２入力ソ
ート手段の出力は、アドレスの入出力が前記アドレス保
持手段に接続され、前記モード信号が第１モードで且つ
ソート信号が発生されていればアドレス保持手段の２Ｎ
−１番目の位置のアドレスと２Ｎ番目の位置のアドレス
を交換し、前記モード信号が第２モードで且つソート信
号が発生されていればアドレス保持手段の１番目の位置
のアドレスと２Ｎ番目の位置のアドレスを交換し、前記
アドレス保持手段はアドレスの全てのアドレスの交換が
終わると、前記モード切換え手段はモード切換え信号を
値を受けてモードを切換え、以上の動作を前記モード切
換え手段の切換え回数が２Ｎ−１になるまで繰り返すこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明を用いたソートを、２Ｎ個のデータ列 a
(１), a(２), a(３)....a(２Ｎ−１), a(２Ｎ)（Ｎ：自
然数）を昇べき順にソートする場合を例にして説明す
る。このソートは以下に示す、ある一定のステップ（第
１モードと第２モード）を交互に２Ｎ−１回繰り返すこ
とにより実現される。

【００１１】データ格納手段は初めのステップは第１モ
ードとして例えば、２種類のデータ分配手段の１つによ
り２Ｎ個のデータ列をa(１)とa(２)、a(３)とa(4)、a
(２ｍ−１)とa(２ｍ)（ｍ：１からＮまでの自然数）と
いう具合にグループを作る。するとＮ個のグループがで
き上がる。

【００１２】次にそれぞれのグループ内でソートを行
う。ここでソートとはa(２ｍ−１)とa(２ｍ)の大きさを
比較して、a(２ｍ−１)が大きければa(２ｍ−１)とa(２
ｍ)の値をいれかえ、a(２ｍ)が大きければそのままにす
る。これらの２ＮグループのソートをＮ個の２入力ソー
ト手段を使って処理をする。ここまでが初めのステップ
であり、ここでモード切換え手段のモードを切換える。

【００１３】次のステップは残りのデータ分配手段によ
りa(２)とa(３)、a(4)とa(5)、a(２ｍ)とa(２ｍ＋１)
（ｍ：１からＮ−１までの自然数）という具合にグルー
プを作る。ここでｍ＝Ｎの時はa(１)とa(２Ｎ)をグルー
プにする。でき上がるグループの数はＮ個である。これ
についても同様にＮ個の２入力ソート手段を使ってソー
トを行い、モード切換え手段のモードを切換える。以上
までの２ステップをステップ数が２Ｎ−１になるまで、
すなわちモード切換え回数が２Ｎ−１になるまで順々に
繰り返して行く。これでソートが完了する。ここで第１
モードと第２モードはどちらから初めても良いが、必ず
交互に行なう。

【００１４】この方法では比較に必要な回数はＮ*(２Ｎ
−１)回である。このような構成を用いてソートを行う
と、各ステップでの部分ソートを行うグループの数は常
にＮ個であり、部分ソートの要素の数は常に２個であ
る。つまりＮ個の部分ソートは互いに独立であり、シー
ケンシャルな動作を行う必要がない。つまり、各ステッ
プでＮ個の２入力ソート手段は全て稼働することにな
る。

【００１５】そのため比較の回数は２分木法などの２Ｎ
*log(２Ｎ)回に比べてＮ*(２Ｎ−１)回と増えるもの
の、ソートに必要なステップ数は２分木法の平均ステッ
プ２Ｎ*log(２Ｎ)回に比べて２Ｎ−１ステップと短かな
ステップになり、２分木法等より高速なソートを実現で
きる。また上記の構成であると、部分ソートの分割方法
はソート全体を通じて常に一定であり、前のステップの
演算結果に依存しない。よって条件分岐の回路を必要と
しないので、高速にソート分割を実現できる。またソー
トが常に一定の回数で行われるため、専用演算器としハ
ードに組み込みやすくなる。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）本発明の請求項１に基づく実施例の構成を
図１を用いて説明する。２Ｎ個のデータを降ベキにソー
トする場合を考える。

【００１７】１０はデータ格納手段である。２０はＮ個
のデータ分配手段である。３０は２入力ソート手段であ
る。９０はモード切換え手段であり、カウンタ５０と偶
奇判定手段４０から成る。６０は出力データ切換え手段
である。本実施例のソート方法には２つのモードを有
し、第１モードをカウンタ５０値が偶数、第２モードを
カウンタ５０値が奇数と定義する。１００はタイマであ
り、第１モード,第２モードの何れかのモードが終了し
た時に、ステップ終了信号（モード切換え信号）Ｄ６を
発生するようにセットしている。データ格納手段１０は
２Ｎ個のデータを格納しており、Ｎ個のデータ分配手段
２０に、それぞれ２Ｎ個のデータの値Ｄ１を同時に転送
する。Ｎ個のデータ分配手段２０各々は、偶数段データ
分配手段２１と奇数段データ分配手段２２から構成され
る。

【００１８】ｍ番目の偶数段データ分配手段２１−ｍ
（ｍは１からＮまでの整数）はデータ格納手段１０から
送られる２Ｎ個のデータの中から２ｍ−１番目の数と２
ｍ番目のデータを選択し、ｍ番目の２入力ソート手段３
０−ｍへ送る。同様にｍ番目の奇数段データ分配手段２
２−ｍは２Ｎ個のデータから２ｍ番目の数と２ｍ＋１番
目のデータを選択し、ｍ番目の２入力ソート手段３０−
ｍへ送る。但しｍ＝Ｎの時は奇数段データ分配手段２２
−ＮはデータＤ１の中の１番目のデータとＮ番目のデー
タを選択し、Ｎ番目の２入力ソート手段に送る。

【００１９】Ｎ個の２入力ソート手段３０は与えられた
２つのデータを比較して降ベキにソートする。すなわち
ｍ番目の２入力ソート手段３０−ｍはｍ番目のデータ分
配手段２０−ｍから送られる２つのデータＤ３を降ベキ
にソートし、出力データ切換え手段６０へ、ソート後の
データＤ４−ｍを送る。

【００２０】偶寄判定手段４０はカウンタ５０のデータ
から偶寄判定信号（モード信号）Ｄ２を送る。すなわち
カウンタ５０のデータが奇数ならば、偶寄判定信号Ｄ２
により、データ分配手段２０の中の奇数段データ分配手
段２２が選択される。カウンタ５０のデータが偶数なら
ば偶数段データ分配手段２１が選択される。ただしカウ
ンタ５０のデータが偶数ならばデータ分配手段２０の中
の奇数段データ分配手段２２を選択し、奇数ならば偶数
段データ分配手段２１を選択するという動作をしてもよ
い。カウンタ５０は初期値に１が設定されており、タイ
マ１００からのステップ終了信号（モード切換え信号）
Ｄ６を受けると、カウンタの値を１ずつ増加させる。出
力データ切換え手段６０はＮ個の２入力ソート手段３０
からデータＤ４を受けとり、２Ｎ個のデータＤ５にし
て、データ格納手段１０へ送る。

【００２１】図５に出力データ切換え手段６０の詳細を
示し、（表１）に２Ｎ＝４の時の降べきにソートする場
合を示し、第１モードと第２モード時のセレクタＳ１〜
Ｓ３の出力を示す。２入力ソート３０−１,３０−２各
々は降べきにソートし、大きい方の値をＥ１,Ｅ３、小
さい方の値をＥ２,Ｅ４として出力する。出力データ切
換え手段６０は内部にセレクタＳ１〜Ｓ３を有し、偶寄
判定信号Ｄ２により、データＤ５の内容が変えて出力す
る。（表１）に示すように偶寄判定信号Ｄ２が偶数（第
１モード）の時、ｍ番目の２入力ソート手段３０−ｍの
データＤ４−ｍは、大きい方がデータ格納手段１０の２
ｍ−１番目に、小さい方が２ｍ番目の位置に格納される
ように出力データＤ５が出力される。偶寄判定信号Ｄ２
が奇数（第２モード）の時、ｍ番目の２入力ソート手段
３０−ｍのデータＤ４−ｍは、大きい方がデータ格納手
段１０の２ｍ番目に、小さい方が２ｍ＋１番目の位置に
格納され、かつＤ４−Ｎのデータは大きい方が１番目の
位置に、小さい方が２Ｎ番目の位置に格納されるように
出力データＤ５が出力される。以上の動作をカウンタ５
０の値がＮ−１まで繰り返す。この動作が終了すると、
データ格納手段１０にはソートが完了した値が入ってい
る。

【００２２】なお、本実施例では降べきにソートする場
合について説明したが、昇べきにソートする場合は、２
入力ソート３０が昇べきにソートし、小さい方の値をＥ
１,Ｅ３、大きい方の値をＥ２,Ｅ４として出力すれば、
（表１）に示した動作を偶寄判定信号Ｄ２に応じて行な
えばよい。

【００２３】

【表１】

【００２４】図２はa３ > a２ > a１の大きさを持つ４
数がa１,a２,a３,a１の順に並べられている場合を例
に、図１の構成を持つソート方式で降べきにソートする
方法を示している。

【００２５】始めにカウンタ５０に１をセットする。a
１,a２,a３,a１はこの順番でデータ格納手段１０に格納
されている。データ格納手段１０はデータ分配手段２０
に送るデータＤ１をこの順で送っている。偶寄判定手段
４０はカウンタ５０の値が１なので偶寄判定信号Ｄ２を
奇数として出力する。Ｎ個のデータ分配手段２０は偶寄
判定信号Ｄ２が奇数なので、奇数段データ分配手段２２
が選択される。１番目の奇数段データ分配手段２２−１
はデータ格納手段１０の２番目のアドレスと３番目のア
ドレスに格納されているデータのa２とa３のデータを選
択し、２入力ソート手段３０−１に選択データＤ３−１
として送る。２番目の奇数段データ分配手段２２−２は
データ格納手段１０の１番目のアドレスと４番目のアド
レスに格納されているデータであるa１とa１のデータを
選択し、選択データＤ３−２として２入力ソート手段３
０−２に送る。

【００２６】２入力ソート手段３０−１は入力されたa
２,a３のデータを比較してa３の方が大きければa２とa
３のデータを入れ替えた後、出力データＤ４−１として
出力データ切換え手段６０へ送る。同様の動作を２入力
ソート手段３０−２でも行い、a１,a１の内容を持つ出
力データＤ４−２として出力データ切換え手段６０へ送
られる。出力データ切換え手段６０は２つの部分ソート
の出力をまとめて、出力データＤ５としてデータ格納手
段１０へ出力した後、タイマ１００がステップ終了信号
Ｄ６をカウンタ５０へ送る。

【００２７】出力データ切換え手段６０は（表１）に示
すように偶寄判定信号Ｄ２が奇数（第２モード）である
ことから、Ｄ４−１データの大きい方の数をデータ格納
手段１０の２番目に格納し、小さい方のデータをデータ
格納手段１０の３番目に格納する。つまりa３とa２のデ
ータはそれぞれデータ格納手段１０の２番目の位置と３
番目の位置に格納される。同様にＤ４−２のデータの大
きい方はデータ格納手段１０の１番目の位置に、小さい
方のデータはデータ格納手段１０の４番目の位置に格納
される。ここまでが１つのステップである。ステップの
終了後、データ格納手段１０にはa１,a３,a２,a１の順
番にデータが格納されている。

【００２８】２番目のステップはカウンタ５０に１を加
えて２になることから始まる。偶寄判定手段４０からの
偶寄判定信号Ｄ２が偶数なので、偶数段データ分配手段
２１が選択される。偶数段データ分配手段２１−１はデ
ータ格納手段１０の１番目のデータと２番目のデータを
選択する。偶数段データ分配手段２１−２はデータ格納
手段１０の３番目のデータと４番目のデータを選択す
る。すると選択データＤ３−１の値はa１,a３であり、
選択データＤ３−２の値はa２,a１である。これを２つ
の２入力ソート手段３０でソートすると、Ｄ４−１のデ
ータはa３,a１となり、Ｄ４−２のデータはa２,a１とな
る。出力データ切換え手段６０により、Ｄ５のデータは
a３,a１,a２,a１となり、この順でデータ格納手段１０
に格納される。その後タイマ１００はステップ終了信号
をカウンタ５０に送る。以上が第２のステップである。

【００２９】同様にステップを進めていき、３つ目のス
テップが終了した時点でソートが完了する。ここで２入
力ソート手段３０−１と３０−２は互いに独立に動作さ
せることが可能である。故にＮ個の２入力ソート手段を
構成する並列計算機を使用すると、入力ソート手段３０
−１と３０−２は同時に計算することができる。つまり
２入力ソート手段で行うＮ個の部分ソートが同時に行わ
れることになる。しかも部分ソートの分配方法が偶数段
データ分配手段２１と奇数段データ分配手段２２の２つ
しかなく、ソート演算結果に依存する条件分岐が存在し
ない。よって従来のソート方式よりも単純な構造のデー
タ分配手段になり、回路で実現する場合、小さな回路で
高速な分配手段を実現できる。ゆえに並列計算機では２
分岐法等のソートよりも高速なソート演算が実現でき
る。しかも部分ソートにかかる時間と全体のソートにか
かる時間が同じであるため、専用演算器として機器へ組
み込みやすくなる。

【００３０】（実施例２）図３は本発明の請求項２に基
づく実施例の構成である。図１の出力データ切換え手段
６０がなくなり、代わりにＮ個のアドレス交換手段７０
と１個のアドレス保持手段８０が接続されている。２入
力ソート手段３０の出力はデータではなく大小の判定信
号になり、それがそれぞれＮ個のアドレス交換手段７０
に接続されている。またアドレス保持手段８０から出力
されているアドレス信号Ｄ８はデータ分配手段２０に接
続されている。

【００３１】アドレス保持手段８０には、２Ｎ個のデー
タがデータ格納手段１０の中で格納されている位置を示
すアドレスが、２Ｎ個分保持してある。データ選択手段
２０はアドレス保持手段８０の中の指し示すアドレスＤ
８のデータをデータ格納手段１０から選択し２入力ソー
ト手段３０へ出力する。すなわち、カウンタ１０の値が
奇数で１番目のデータ分配手段２０−１は、図１の場
合、データ格納手段１０の１番目と２番目のデータを選
択するが、図３の場合、データ格納手段１０からアドレ
ス保持手段の１番目に書かれているアドレスと２番目に
書かれているアドレスを選択する。２入力ソート手段３
０はデータ分配手段２０からデータＤ３を与えられ比較
を行う。比較の結果、ソートをするために２数を入れ替
えなければならない時、２入力ソート手段３０は、ソー
ト信号Ｄ７を発行する。

【００３２】アドレス交換手段７０はｍ番目の２入力ソ
ート手段３０−ｍからソート信号７０−ｍを受けると、
偶寄判定信号Ｄ２が偶数（第１モード）の時は、アドレ
ス保持手段８０の２ｍ−１番目に書かれているアドレス
と２ｍ番目に書かれているアドレスを交換し、奇数（第
２モード）の時は、アドレス保持手段８０の２ｍ番目に
書かれているアドレスと２ｍ＋１番目のに書かれている
アドレスを交換する。図６にアドレス交換手段７０の詳
細を示し、（表２）に２Ｎ＝４の時の降べきにソートす
る場合を示し、第１モードと第２モード時のセレクタＳ
１〜Ｓ４の出力を示す。アドレス交換手段７０は内部に
セレクタＳ１〜Ｓ８を有し、偶寄判定信号Ｄ２により、
Ｓ１〜Ｓ４を制御し、Ｄ７−１,Ｄ７−２によりＳ５〜
Ｓ８を制御する。即ち（表２）より、偶寄判定信号Ｄ２
により、第１モードであればＳ１〜Ｓ４はＥ２を出力
し、第２モードであればＳ１〜Ｓ４はＥ１を出力する。
またソート信号Ｄ７が発せられた場合はＳ５〜Ｓ８は各
々Ｓ１〜Ｓ４の出力を選択し、そうでない場合は、Ｓ５
〜Ｓ８は各々アドレス保持手段からの出力Ｄ９を選択す
る。ただし、偶寄判定信号Ｄ２が奇数でｍ＝Ｎの時は１
番目に書かれているアドレスとＮ番目に書かれているア
ドレスを交換する。アドレス保持手段はすべてのアドレ
スの交換が終了すると、タイマ１００はステップ終了信
号Ｄ６をカウンタ５０に出力する。その他の部分の動作
は図１の構成の動作と同じである。以上の動作が終了す
ると、アドレス保持手段８０のｍ番目の位置にはｍ番目
に大きなデータのデータ格納手段１０におけるアドレス
が書かれている。

【００３３】

【表２】

【００３４】図４はa３ > a２ > a１の大きさを持つ４
数がa１,a２,a３,a１の順に並べられている場合を例
に、図３の構成を持つソート方式で降べきにソートする
方法を示している。

【００３５】始めにカウンタ５０に１をセットする。a
１,a２,a３,a１はこの順番でデータ格納手段１０に格納
されている。データ格納手段１０はデータ分配手段２０
に送るデータＤ１をこの順で送っている。アドレス保持
手段８０は初めはアドレスの位置とアドレスの番号が一
致している。偶寄判定手段４０はカウンタ５０の値が１
なので偶寄判定信号Ｄ２を奇数として出力する。Ｎ個の
データ分配手段２０は偶寄判定信号Ｄ２が奇数なので、
奇数段データ分配手段２２が選択し、選択データＤ３−
１として２入力ソート手段３０−１に送る。１番目の奇
数段データ分配手段２２−１はアドレス保持手段８０の
２番目のアドレスの差し示すデータである２の差し示す
データであるa２とアドレス保持手段８０の３番目のア
ドレスの差し示すデータである３の差し示すデータであ
るa３をデータ格納手段１０から選択し、選択データＤ
３−１として２入力ソート手段３０−１に送る。

【００３６】２番目の奇数段データ分配手段２２−２は
アドレス保持手段８０の１番目のアドレスの差し示すデ
ータである１の差し示すデータであるa１とアドレス保
持手段８０の４番目のアドレスの差し示すデータである
4の差し示すデータであるa１をデータ格納手段１０から
選択し、選択データＤ３−２として２入力ソート手段３
０−２に送る。２入力ソート手段３０−１は入力された
a２,a３のデータを比較してa３の方が大きければ、ソー
ト信号Ｄ７−１をアドレス交換手段７０−１へ発行す
る。この場合a３の方が大きいのでソート信号Ｄ７−１
が発行されることになる。同様の動作を２入力ソート手
段３０−２でも行う。この場合２入力ソート手段３０−
２で比較される２数a１,a１は同じ大きさを持つので、
ソート信号Ｄ７−２は発行されない。

【００３７】アドレス交換手段７０は（表２）に示すよ
うに、ソート信号Ｄ７を受けるとアドレス保持手段８０
のアドレスを交換する。この場合、アドレス交換手段７
０−１はソート信号Ｄ７−１を受けているので、a２とa
３のアドレスである２と３を入れ替える。アドレス交換
手段７０−２はソート信号Ｄ７−２を受けていないの
で、a１とa１のアドレスである１と4は入れ替えない。
アドレスの交換の終わった後に、アドレス保持手段はス
テップ終了信号Ｄ６をカウンタ５０へ送る。ここまでが
１つのステップである。ステップの終了後、アドレス保
持手段８０には１,３,２,4の順番にアドレスが格納され
ている。

【００３８】２番目のステップはカウンタ５０に１を加
えて２になることから始まる。偶寄判定手段４０からの
偶寄判定信号Ｄ２が偶数なので、偶数段データ分配手段
２１が選択される。偶数段データ分配手段２１−１はア
ドレス保持手段８０の１番目のアドレスの差し示すデー
タである１の差し示すデータとアドレス保持手段８０の
２番目のアドレスの差し示すデータである３の差し示す
データをデータ格納手段１０から選択する。２番目の偶
数段データ分配手段２２−２はアドレス保持手段８０の
３番目のアドレスの差し示すデータである２の差し示す
データとアドレス保持手段８０の４番目のアドレスの差
し示すデータである4の差し示すデータでをデータ格納
手段１０から選択する。この場合Ｄ３−１のデータはa
１,a３であり、Ｄ３−２のデータはa２,a１である。こ
こで２入力ソート手段３０でソートすると、ソート信号
Ｄ７−１が発行され、ソート信号Ｄ７−２は発行されな
い。よってアドレス交換手段７０−１でアドレスの交換
が行われ、アドレス保持手段８０に格納されているアド
レスは３,１,２,１となる。その後アドレス保持手段８
０はステップ終了信号をカウンタ５０に送る。以上が第
２のステップである。

【００３９】同様にステップを進めていき、３つ目のス
テップが終了した時点でソートが完了する。このような
構成をとることにより、データ格納手段１０のデータを
書き換えることなくソートを行うことができる。データ
格納手段１０のデータは全く書き変わらないので、回路
でこの装置を実現する場合、データ格納手段１０は低速
で小型の機器が使用できる。アドレスを記述する時の情
報のデータ量はデータ格納手段のデータ量よりもはるか
に小さいため、装置全体を小型化することができる事
と、毎回すべてのデータを書き換えることがない事か
ら、ソート回路を駆動させる消費電力を減少させること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】このような本発明の構成を用いてソート
を行うと、各ステップでの部分ソートを行うグループの
数は常にＮ個であり、Ｎ個が２入力ソート手段は効率よ
く稼働することになる。そのため比較の回数は２分木法
などの２Ｎ*log(２Ｎ)回に比べてＮ*(２Ｎ−１)回と増
えるものの、ソートに必要なステップ数は２分木法の平
均ステップ２Ｎ*log(２Ｎ)回に比べて２Ｎ−１ステップ
と短かなステップになり、２分木法等より高速なソート
を実現できる。

【００４１】また上記の構成であると、部分ソートの分
割方法はソート全体を通じて常に一定であり、ソートが
常に一定のサイクルで行われるため、専用演算器としハ
ードに組み込みやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に於けるソート装置の構成図

【図２】同実施例のソート装置のデータの流れを示す図

【図３】本発明の実施例２におけるソート装置の構成図

【図４】同実施例のソート装置のデータの流れを示す図

【図５】図１の出力データ切換え手段の詳細図

【図６】図３のアドレス交換手段の詳細図

【符号の説明】

１０ データ格納手段 ２０ データ分配手段 ２１ 偶数段データ分配手段 ２２ 奇数段データ分配手段 ３０ ２入力ソート手段 ４０ 偶奇判定手段 ５０ カウンタ ６０ 出力データ切換え手段 ７０ アドレス交換手段 ８０ アドレス保持手段 ９０ モード切換え手段 １００ タイマ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】データ格納手段とモード切換え手段とＮ個
   のデータ分配手段（Ｎ：自然数）とＮ個の２入力ソート
   手段と出力データ切換え手段とを備えた２Ｎ個のデータ
   をソートするソート装置であって、 前記データ格納手段は２Ｎ個の入力データを格納し、２
   Ｎ個のデータを出力し、その入力データは前記出力デー
   タ切換え手段に接続され、出力データは前記データ分配
   手段に接続され、 前記モード切換え手段はモード信号を作り、そのモード
   信号は前記データ分配手段と前記出力データ切換え手段
   に接続され、 ｍ番目の前記データ分配手段（ｍ：１からＮまでの自然
   数）は、前記モード信号を受取り、第１モードならば前
   記データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から２ｍ−１番
   目と２ｍ番目のデータを選択し、第２モードならば前記
   データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から２ｍ番目と２
   ｍ＋１番目のデータを選択し、そのデータはｍ番目の前
   記２入力ソート手段に接続され、 Ｎ番目の前記データ分配手段は、前記モード信号を受取
   り、第１モードならば前記データ格納手段の２Ｎ個のデ
   ータの中から２Ｎ−１番目と２Ｎ番目のデータを選択
   し、第２モードならば前記データ格納手段の２Ｎ個のデ
   ータの中から１番目と２Ｎ番目のデータを選択し、その
   データはＮ番目の前記２入力ソート手段に接続され、 前記２入力ソート手段は前記データ分配手段で選択され
   た２つのデータをソートして出力し、その出力は前記出
   力データ切換え手段に接続され、 前記出力データ切換え手段は前記ソートされたデータ
   を、前記モード信号を受けて前記データ分配手段によっ
   て決められた位置に切り換え、前記データ格納手段に格
   納し、 前記出力データ切換え手段は全てのデータの格納が終わ
   ると、前記モード切換え手段はモード切換え信号を受け
   てモードを切換え、 以上の動作を前記モード切換え手段の切換え回数が２Ｎ
   −１になるまで繰り返すことを特徴とするソート装置。
2. 【請求項２】前記モード切換え手段はカウンタとそのカ
   ウンタに接続された偶奇判定手段を有し、前記カウンタ
   はモード切換え信号を値を受けて１増加し、前記偶奇判
   定手段は前記カウンタの値の偶奇の判断信号を作成する
   ことを特徴とする請求項１記載のソート装置。
3. 【請求項３】前記２入力ソート手段と前記データ分配手
   段はＮ個同時に動作することを特徴とする請求項１記載
   のソート装置。
4. 【請求項４】前記出力データ切換え手段は、Ｎ個の出力
   データ切換え部を有し、ｍ番目の前記出力データ切換え
   部は、前記モード信号を受取り、 第１モードならば、 ｍ番目の前記２入力ソート手段の出力の内、大きい方の
   データを前記データ格納手段の２ｍ−１番目の位置に格
   納し、小さい方のデータを前記データ格納手段の２ｍ番
   目の位置に格納し、 Ｎ番目の前記２入力ソート手段の出力の大きい方のデー
   タを前記データ格納手段の２Ｎ−１番目の位置に格納
   し、小さい方のデータを前記データ格納手段の２Ｎ番目
   の位置に格納し、 第２モードならば、 ｍ番目の前記２入力ソート手段の出力の内、大きい方の
   データを前記データ格納手段の２ｍ番目の位置に格納
   し、小さい方のデータを前記データ格納手段の２ｍ＋１
   番目の位置に格納し、 Ｎ番目の前記２入力ソート手段の出力の大きい方のデー
   タを前記データ格納手段の１番目の位置に格納し、小さ
   い方のデータを前記データ格納手段の２Ｎ番目の位置に
   格納することを特徴とする請求項１記載のソート装置。
5. 【請求項５】データ格納手段とモード切換え手段とＮ個
   のデータ分配手段（Ｎ：自然数）とＮ個の２入力ソート
   手段とアドレス保持手段とＮ個のアドレス交換手段とを
   備えた２Ｎ個のデータをソートするソート装置であっ
   て、 前記データ格納手段は２Ｎ個の入力データを格納し、２
   Ｎ個のデータを前記データ分配手段に出力し、 前記モード切換え手段はモード信号を作り、そのモード
   信号は前記データ分配手段と前記アドレス交換手段に接
   続され、 前記アドレス保持手段は前記データ格納手段のデータの
   アドレスを保持し、その出力は前記データ分配手段に接
   続され、 ｍ番目の前記データ分配手段（ｍ：１からＮ−１までの
   自然数）は、前記モード信号を受取り、第１モードなら
   ば前記アドレス保持手段の２ｍ−１番目と２ｍ番目に書
   かれているアドレスのデータを前記データ格納手段の２
   Ｎ個のデータの中から選択し、第２モードならば前記ア
   ドレス保持手段の２ｍ番目と２ｍ＋１番目に書かれてい
   るアドレスのデータを前記データ格納手段の２Ｎ個のデ
   ータの中から選択し、そのデータはｍ番目の前記２入力
   ソート手段に接続され、 Ｎ番目の前記データ分配手段は、前記モード信号を受取
   り、第１モードならば前記アドレス保持手段の２Ｎ−１
   番目と２Ｎ番目に書かれているアドレスのデータを前記
   データ格納手段の２Ｎ個のデータの中から選択し、第２
   モードならば前記アドレス保持手段の１番目と２Ｎ番目
   に書かれているアドレスのデータを前記データ格納手段
   の２Ｎ個のデータの中から選択し、そのデータはＮ番目
   の前記２入力ソート手段に接続され、 前記２入力ソート手段は前記データ分配手段で選択され
   たデータを比較しデータを入れ替える必要がある時にソ
   ート信号を出力し、その出力は前記アドレス交換手段に
   接続され、 ｍ番目の前記アドレス交換手段は、アドレスの入出力が
   前記アドレス保持手段に接続され、前記モード信号が第
   １モードで且つソート信号が発生されていればアドレス
   保持手段の２ｍ−１番目の位置のアドレスと２ｍ番目の
   位置のアドレスを交換し、前記モード信号が第２モード
   で且つソート信号が発生されていればアドレス保持手段
   の２ｍ番目の位置のアドレスと２ｍ＋１番目の位置のア
   ドレスを交換し、Ｎ番目の前記２入力ソート手段の出力
   は、アドレスの入出力が前記アドレス保持手段に接続さ
   れ、前記モード信号が第１モードで且つソート信号が発
   生されていればアドレス保持手段の２Ｎ−１番目の位置
   のアドレスと２Ｎ番目の位置のアドレスを交換し、前記
   モード信号が第２モードで且つソート信号が発生されて
   いればアドレス保持手段の１番目の位置のアドレスと２
   Ｎ番目の位置のアドレスを交換し、 前記アドレス保持手段はアドレスの全てのアドレスの交
   換が終わると、前記モード切換え手段はモード切換え信
   号を値を受けてモードを切換え、 以上の動作を前記モード切換え手段の切換え回数が２Ｎ
   −１になるまで繰り返すことを特徴とするソート装置。
6. 【請求項６】前記モード切換え手段はカウンタとそのカ
   ウンタに接続された偶奇判定手段を有し、前記カウンタ
   はモード切換え信号を値を受けて１増加し、前記偶奇判
   定手段は前記カウンタの値の偶奇の判断信号を作成する
   ことを特徴とする請求項５記載のソート装置。
7. 【請求項７】前記２入力ソート手段と前記データ分配手
   段と前記アドレス交換手段はＮ個同時に動作することを
   特徴とする請求項５記載のソート装置。