JP3597899B2 - 連想メモリ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、一致検索の行われるデータ幅を複数のワードに拡張する機能、すなわち、連続する複数回の検索でそれぞれ一致が検出された場合に全体としての一致が検出される機能を備えた連想メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、配列された複数の各ワードメモリそれぞれに各ディジタルデータを記憶しておき、参照データを入力し、入力された参照データの全部もしくは所定の一部のビットパターンと一致するビットパターンを有するディジタルデータが記憶されたワードメモリを検索する連想メモリ(Associative Memory,内容アドレス式メモリ;Content Addressable Memory)が提案されている。
【0003】
図8は、従来の連想メモリの一例を表わした回路ブロック図である。
この連想メモリ10には、例えば32ビットを1ワードとする、互いに図の横方向に並ぶ32ビットのメモリセルからなる多数のワードメモリ11_1,11_2,…,11_nが備えられている。またこの連想メモリ10は、1ワードの参照データが入力されラッチされる参照データレジスタ12を備え、参照データレジスタ12にラッチされた参照データの全部もしくは所定の一部のビットパターンと、各ワードメモリ11_1,11_2,…,11_nに記憶された格納データのうち上記ビットパターンと対応する部分のビットパターンとの一致不一致が比較され、各ワードメモリ11_1,11_2,…,11_nのそれぞれに対応して備えられた一致線14_1,14_2,…,14_nのうちビットパターンが一致したワードメモリ11_1,11_2,…,11_nに対応する一致線14_1,14_2,…,14_nに論理‘1’(ここでは5Vとする)の一致信号が出力される。それ以外の一致線14_1,14_2,…,14_nは論理‘0’(ここでは0Vとする)にとどまる。
【0004】
これらの一致線14_1,14_2,…,14_nに出力された信号は、各フラグレジスタ15_1,15_2,…,15_nに格納される。ここでは、一例として、図示のように、各フラグレジスタ15_1,15_2,…,15_nにそれぞれ‘0’,‘1’,‘1’,‘0’,…,‘0’,‘0’が格納されたものとする。これらのフラグレジスタ15_1,15_2,…,15_nに格納された信号はプライオリティエンコーダ16に入力され、このプライオリティエンコーダ16からは論理‘1’の信号が格納されたフラグレジスタ(ここではフラグレジスタ15_2とフラグレジスタ15_3の2つのみとする)のうちの優先度の最も高いフラグレジスタに対応するアドレス信号ADが出力される。ここでは、添字が若いほど優先順位が高いものとし、従ってここではフラグレジスタ15_2に対応するメモリアドレスが出力される。このプライオリティエンコーダ16から出力されたアドレス信号ADは、必要に応じてアドレスデコーダ17に入力される。アドレスデコーダ17ではこの入力されたアドレス信号ADをデコードして、各ワードメモリ11_1,11_2,…,11_nそれぞれに対応して備えられたワード線18_1,18_2,…,18_nのうちの入力されたアドレス信号ADに対応するいずれか1本のワード線(ここではワード線18_2)にアクセス信号(ここでは論理‘1’の信号)を出力する。これによりアクセス信号の出力されたワード線18_2に対応するワードメモリ11_2に記憶されている格納データが出力レジスタ19に読み出される。
【0005】
次に、フラグレジスタ15_2に格納された信号を‘0’に変更することにより、今度はフラグレジスタ15_3に対応するワードメモリ11_3のアドレスを得ることができる。
上記のように、連想メモリ10は、参照データの全部もしくは所定の一部のデータを用いて多数のワードメモリ11_1,11_2,…,11_nに記憶された格納データを検索し、一致する格納データを有するワードメモリのアドレスを得、必要に応じてそのワードメモリに記憶されたデータ全体を読み出すことができるように構成されたメモリである。
【0006】
上記のような基本構成を有する連想メモリにおいて、一致検索の対象となるデータ幅を2ワードもしくはそれ以上の複数ワードに拡張する技術が提案されている。
図9は、データ拡張機能を備えた連想メモリの一例を示すブロック図である。図8に示した連想メモリの構成要素と対応する構成要素には、図8に付した符号と同一の符号を付して示し、その要素についての重複説明は省略する。
【0007】
各ワードメモリ11_1,11_2,…から延びる各一致線14_1,14_2,…,は、各アンドゲート20_1,20_2,…の一方の入力端子に接続されている。また各アンドゲート20_2,20_3,…の他方の入力端子には各オアゲート21_2,21_3,…の出力端子が接続されており、各オアゲート21_2,21_3,…の一方の入力端子は、初回検索制御線22に接続されている。ただし図示の一番上のアンドゲート20_1に対応するオアゲートは省略されており、そのアンドゲート20_1の入力端子に初回検索御線22が直接接続されている。
【0008】
各アンドゲート20_1,20_2,…の出力端子は各第1のフラグレジスタ23_1,23_2,…のデータ入力端子に接続され、各第1のフラグレジスタ23_1,23_2,…の出力端子は各第2のフラグレジスタ24_1,24_2,…の出力端子に接続されている。各第2のフラグレジスタ24_1,24_2,…の出力端子は、図8に示すプライオリティエンコーダ16(図9では図示省略)に接続されるとともに、図9の下方に隣接するワードメモリに対応するオアゲート21_2,21_3,…の入力端子に接続されている。
【0009】
互いに対応する第1および第2のフラグレジスタ23_1,24_1,;23_2,24_2,…の各ペアが図8に示す各フラグレジスタ15_1,15_2,…に対応する。
第1のフラグレジスタ23_1,23_2,…と第2のフラグレジスタ24_1,24_2,…には、ともに、一致結果ラッチ制御線25に出力される一致結果ラッチ信号S1が入力され、その一致結果ラッチ信号S1により各データ入力端子から入力された入力データがラッチされるが、第1のフラグレジスタ23_1,23_2,…には、一致結果ラッチ信号51の立ち上がりaの時点における入力データがラッチされ、第2のフラグレジスタ24_1,24_2,…には、一致結果ラッチ信号S1の立ち下がりbの時点の入力データがラッチされる。
【0010】
以上のように構成された連想メモリにおいては、以下のようにして一致検索が行われる。尚、ここでは図示のように、各ワードメモリ11_1,11_2,11_3,11_4,11_5,11_6…には、各検索データA,B,C,D,C,F,…が格納されているものとする。
ここで、各検索データを単独で検索する際は、参照データREF_DATAを入力して検索を行う際に、初回検索制御線22に初回検索タイミング信号S2を出力する。ここでは、参照データREF_DATAとしてデータ‘B’を入力したものとすると、データ‘B’が格納されたワードメモリ11_2に対応する一致線14_2に論理‘1’の一致信号が出力されてアンドゲート20_2に入力され、また、これとともに初回検索タイミング信号S2がオアゲート21_2を経由してアンドゲート20_2に入力されるため、アンドゲート20_2から論理‘1’の信号が出力される。またこのとき、他の一致線14_1;14_3,14_4,…には論理‘0’の信号が出力されるため、それに対応する他のアンドゲート20_1;20_3,20_4,…からは論理‘0’の信号が出力される。
【0011】
アンドゲート20_2から出力された論理‘1’の信号は、一致結果ラッチ制御線25に出力された一致結果ラッチ信号S1の立ち上がりaのタイミングで第1のフラグレジスタ23_2にラッチされ、それに引き続く一致結果ラッチ信号S1の立ち下がりbのタイミングで第2のフラグレジスタ24_2にラッチされる。
【0012】
また第1のフラグレジスタ23_2および第2のフラグレジスタ24_2に論理‘1’の信号がラッチされる各タイミングで、他の第1フラグレジスタ23_1;23_3,23_4,…、および他の第2のフラグレジスタ24_1;24_3,;24_4,…には論理‘0’の信号がラッチされる。
このようにして各第2のフラグレジスタ24_1,24_2,24_3,…にラッチされた論理‘0’,‘1’,‘0’,…の信号が図8に示すプライオリティエンコーダ16に入力され、ワードメモリ11_2のアドレス信号ADが得られる。
【0013】
次に、データ幅が拡張された検索を行う場合について説明する。ここでは、2ワードに拡張された、データ‘B’とデータ‘C’からなる2ワードデータを検索する場合について説明する。
この場合、先ず上記と同様にして、データ‘B’の検索を行う。これにより、ワードメモリ11_2に対応する第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に論理‘1’の信号がラッチされる。次に参照データREF_DATAとしてデータ‘C’を入力して検索を行うが、このときは初回検索制御線22には初回検索タイミング信号S2は出力せずに、初回検索制御線22は論理‘0’の状態に保っておく。参照データREF_DATAとしてデータ‘C’を入力して検索を行うと、図示の2つのワードメモリ11_3,11_5にそれぞれ対応する一致線14_3,14_5に論理‘1’の一致信号が出力されるが、オアゲート21_3には、第2のフラグレジスタ24_2にラッチされている論理‘1’の信号が入力されているため一致線14_3の一致信号はアンドゲート20_3を通過し、第1および第2のフラグレジスタ23_3,24_3に、一致を表わす論理‘1’の信号がラッチされる。一方オアゲート21_5には、第2のフラグレジスタ24_4にラッチされている論理‘0’の信号が入力されているため一致線14_5の一致信号はアンドゲート20_5で遮断され、第1および第2のフラグレジタ23_5,24_5には不一致を表わす論理‘0’の信号がラッチされることになる。このようにして、データ‘B’とデータ‘C’のペアからなる2ワードデータの一致検出が行われる。3ワード以上のデータの一致検出も同様にして行われる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして複数ワードに跨がる一致検索が行われて一致が検出されると、それに対応する一致信号が出力されて図8に示すプライオリティエンコーダ16に入力され、プライオリティエンコーダ16から、一致の検出されたワードメモリのアドレスが出力される。
【0015】
一方、上述した図8,図9には示されていないが、連想メモリには、通常、連想メモリの各ワードメモリに対応して、そのワードメモリに有効なデータが記憶されているか、それとも、そのワードメモリには有効なデータは記憶されておらず、上書きが許容される空き状態にあるかを示すフラグを格納するフラグレジスタが備えられている。これは、有効なデータが記憶されていないワードメモリ中にたまたま格納されていた無効のデータが参照データと一致してしまい、一致信号が出力されるのを避けるためである。
【0016】
ここで、上記のような複数ワードに跨がる一致検索の結果、かなり多数のワードメモリで一致が検出された場合を考える。このときには、図8に示すプライオリティエンコーダ16からそれら多数の一致したワードメモリのアドレスが順次読み出されるが、多数一致していると、このアドレスの読み出しにもかなりの時間がかかることになる。
【0017】
一方、連想メモリでは、不要になったデータは定期的もしくは不定期的に消去される。ここで、データを消去するとは、そのデータが格納されたワードメモリのデータを実際に消去するのではなく、通常、上述のフラグレジスタにそのワードメモリが空き状態にあることを示すフラグを格納することによって行われる。検索時に、空き状態にあるワードメモリに格納されたデータと参照データとがたまたま一致しても、一致とは見なさないよう回路上処置されている。
【0018】
ところで、上述のように、一旦検索を行ない多数の一致が検出され、そのアドレスを順次読み出している途中でデータの消去が行なわれた場合、その消去の行なわれたデータが現在読み出しを行なっている今回の検索で一致が検出されたデータであった場合であっても、もはやその消去されたデータを読み出しても無駄であるにも拘らず、プライオリティエンコーダ16からはそのデータの格納アドレスが順次出力されることになり無駄な動作を行なうことになることがある。
【0019】
これを避けるために、一旦データの消去が行なわれたらその時点で再度検索をやり直すことも考えられる。ところが複数ワードに跨る検索の場合、その複数ワードが、例えば100ワード等の多数ワードであった場合、新たに100個の参照データを順次入力し直して100個の検索動作を行なう必要があり、この検索のやり直しにも時間がかかってしまい、その間にまたデータの消去があるといつまでたっても検索データの読出しの動作が完了しないことも考えられる。
【0020】
本発明は、上記事情に鑑み、複数のワードに跨る一致検索を行なう機能を備えた連想メモリにおいて、検索後データ読出しが完了する前にデータの消去が行なわれた場合に、僅かな動作で、その消去された結果をそのデータ消去の前に行なわれた検索結果に反映させることのできる機能を備えた連想メモリを提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の連想メモリは、複数のデータ群それぞれに属する複数の格納データを各格納データ毎に記憶する複数のワードメモリを備え、複数の参照データが順次入力され、順次入力された各参照データそれぞれを用いた検索を複数回繰り返すことにより、所望のデータ群に属する複数の格納データが記憶された複数のワードメモリからなるワードメモリ群を検出する連想メモリにおいて、
(1)上記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応するワードメモリが、検索の対象とされる有効データが記憶された第1の記憶状態にあるワードメモリであるか、あるいは有効データが記憶されておらずしたがって上書きが許容される第2の記憶状態にあるワードメモリであるかを示す第1のフラグが記憶される第1のフラグレジスタ
(2)上記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応する第1のフラグレジスタに前記第1の記憶状態を表わす第1のフラグが記憶されており、かつ対応するワードメモリが今回の検索により一致が検出されたワードメモリである場合に、その対応するワードメモリで一致が検出されたことを表わす一致フラグが記憶される第2のフラグレジスタ
(3)上記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応する第1のフラグレジスタに上記第2の記憶状態を表わす第1のフラグが記憶され、かつ対応する第2のフラグレジスタに一致フラグが記憶された状態で、検索動作が行われた場合に、対応する第2のフラグレジスタに記憶されていた一致フラグを消去する一致消去回路
を備えたことを特徴とする。
【0022】
【作用】
本発明の連想メモリは、上記(3)の一致消去回路を備えたため、一致が検出されて第2のフラグレジスタに一致フラグが格納された後、それに対応するワードメモリが空き状態(上記第2の記憶状態)に変更された(即ちそのワードメモリに格納されたデータが消去された)場合に、そのワードメモリで一致が検出される参照データを入力して検索動作を一回行なうことによりそのワードメモリの対応する一致フラグが消去される。この場合において、例えば、もともとは100ワードの参照データを順次入力して検索を行なった場合であっても、わずかな動作で、すなわち、その100ワードのうちの最後の1つの参照データを用いた1回の検索動作だけで、そのデータが消去されたことが検索結果に反映される。
【0023】
尚、このときの検索動作においては、最後の参照データに代わり、マスクされたビットは回路上一致したものとみなされるため、例えば全ビットをマスクした‘空’の検索動作を行なってもよい。
【0024】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図1は、本発明の一実施例の連想メモリ中の1つのメモリワードを表わした詳細回路図である。
このワードメモリ11は、同一構成の32個のメモリセル11_1,11_2,…,11_32から構成されている。各メモリセル11_1,11_2,…,11_32には、互いの出力が互いの入力に接続された、第1インバータ50_1,50_2,…,50_32と第2インバータ51_1,51_2,…,51_32が備えられており、これらのインバータ50_1,51_1;50_2,51_2;…;50_32,51_32により各メモリセル11_1,11_2,…,11_32に論理‘1’もしくは論理‘0’の1ビットの情報が記憶される。
【0025】
また各メモリセル11_1,11_2,…,11_32において、第1のインバータ50_1,50_2,…,50_32の出力はトランジスタ52_1,52_2,…,52_32を介してビット線53_1,53_2,…,53_32と接続されており、このトランジスタ52_1,52_2,…,52_32のゲートはワード線54に接続されている。また第2のインバータ51_1,51_2,…,51_32の出力はトランジスタ55_1,55_2,…,55_32を介してビットバー線56_1,56_2,…,56_32と接続されており、このトランジスタ55_1,55_2,…,55_32のゲートもワード線24に接続されている。さらに各メモリセル11_1,11_2,…,11_32において、ビット線53_1,53_2,…,53_32とビットバー線56_1,56_2,…,56_32との間をつなぐように互いにシリーズに接続された2つのトランジスタ57_1,58_1;57_2,58_2;…;57_32,58_32が配置されており、これら2つのトランジスタ57_1,58_1;57_2,58_2;…;57_32,58_32のうちの一方のトランジスタ57_1,57_2,…,57_32のゲートは第1のインバータ50_1,50_2,…,50_32の出力、他方のトランジスタ58_1,58_2,…,58_32のゲートは第2のインバータ51_1,51_2,…,51_32の出力と接続されている。
【0026】
また一致線140には、各メモリセル11_1,11_2,…,11_32に対応して1つずつトランジスタ290_1,290_2,…,290_32が備えられており、それらのトランジスタ290_1,290_2,…,290_32は互いにシリーズに接続され、それらのトランジスタ290_1,290_2,…,290_32の各ゲートは、各2つのトランジスタ57_1,58_1;57_2,58_2;…;57_32,58_32の中点と接続されている。
【0027】
またこの一致線140にはさらに2つのトランジスタ290_A,290_Bがシリーズに接続されている。トランジスタ290_Aのゲートは、このワードメモリに有効データが格納されているか、それともこのワードメモリが空き状態にあるかを表わすフラグレジスタ61のQ出力と接続されている。このワードメモリ11に有効なデータが格納されると、それを受けて生成されたパルス信号CRがフラグレジスタ61に入力され、このフラグレジスタ61に、このフラグレジスタ61に対応するワードメモリ111に有効なデータが格納されていることを表わす論理‘1’が格納される。また、このワードメモリ11中のデータを消去する際は、リセット信号RST_がフラグレジスタ61に入力され、フラグレジスタ61に、そのフラグレジスタ61に対応するワードメモリ11が空き状態にあることを表わす論理‘0’が入力される。
【0028】
なお、本実施例ではワードメモリに有効なデータが格納されているかそれとも空きであるかを表わすフラグを、フラグレジスタ61で実現しているが、対応するワードメモリのワード線に接続された一般的なメモリとしてそのメモリの内部ノード(インバータ50_1の出力に相当)を、トランジスタ290_Aのゲートに接続することによっても実現できる。
【0029】
尚、このワードメモリ11にデータを格納するには、通常のSRAMと同様に、ビット線53_1,53_2,…,53_32に格納しようとするデータ、ビットバー線56_1,56_2,…,56_32にそのデータの各ビットの論理を反転させたデータをのせ、ワード線54を論理‘1’に立ち上げる。こうすることによりこのワードメモリ11に所望のデータが格納される。
【0030】
一致線140に接続されるもう1つのトランジスタ290_Bは、この一致線140の、図1に左端とグラウンドとの間に配置されており、このトランジスタ290_Bのゲートは制御線300に接続されている。またこの一致線の図1の右側にはインバータ310が備えられており、一致線140はこのインバータ310の出力側にも延びて、このワードメモリ11に対応する一致フラグレジスタ(図8に示す一致フラグレジスタ15_1,15_2,…,15_nのうちいずれか)と接続されている。このインバータ310の入力と電源VDDとの間には2つのP型トランジスタ350,330が備えられており、それらのうちの一方のP型トランジスタ350のゲートは制御線300と接続され、他方のP型トランジスタ330のゲートはインバータ310の出力と接続されている。
【0031】
このような構造のワードメモリ及びその周辺回路を備えた連想メモリにおいて、一致検索は以下のようにして行なわれる。尚、ここでは、ワードメモリ11に有効なデータが格納されており、したがってフラグレジスタ61には論理‘1’が格納され、トランジスタ290_Aは導通状態にあるものとする。
先ず制御線300が論理‘0’となりP型トランジスタ350が導通状態となって一致線140がプリチャージされる。この際、トランジスタ290_Bは非導通状態となって一致線140が確実に接地ラインから切り離され、これにより確実にプリチャージが行なわれる。このようにして一致線140が先ずプリチャージされた後検索が行なわれる。
【0032】
ここで、メモリセル11_1には、論理‘1’の情報が記憶されているものとする。即ちこの場合第1のインバータ50_1の出力側が論理‘1’、第2のインバータ51_1の出力側が論理‘0’の状態にある。
このメモリセル11_1に対して論理‘1’の検索が行なわれるものとする。即ち、ビット線53_1が論理‘1’、ビットバー線56_1が論理‘0’とされる。ワード線54は論理‘0’のままの状態に保持されている。また制御線300が論理‘1’となり、トランジスタ290_Bが導通状態となる。この場合トランジスタ57_1のゲートには論理‘1’の電圧が印加され、ビット線53_1の論理‘1’の信号がトランジスタ290_1のゲートに印加され、これによりトランジスタ290_1が導通状態となる。即ちメモリセル11_1に記憶されたビット情報とビット線53_1、ビットバー線56_1を経由して入力された検索データ中のビット情報が一致する場合に、対応するトランジスタ290_1が導通状態となる。
【0033】
また、メモリセル11_2には論理‘0’の情報が記憶されているものとする。この場合第1のインバータ50_2の出力側が論理‘0’、第2のインバータ51_2の出力側が論理‘1’の状態にある。
このメモリセル11_2に対してやはり論理‘1’の検索が行なわれるものとする。即ち、ビット線53_2が論理‘1’、ビットバー線56_2が論理‘0’とされ、制御線300が論理‘1’とされる。この場合、トランジスタ58_2を経由して論理‘0’の状態にあるビットバー線56_2の信号がトランジスタ290_2のゲートに印加され、したがってこのトランジスタ290_2は非導通状態にととどまることになる。即ち不一致の場合、一致線140にプリチャージされていた電荷はディスチャージされない。
【0034】
また、マスクをかけたビットについては、メモリセル11_32に示すように、ビット線53_32、ビットバー線56_32の双方とも論理‘1’とされる。この場合このメモリセル11_32に論理‘1’の情報が記憶されているか論理‘0’の情報が記憶されているかに応じてトランジスタ57_32もしくはトランジスタ58_32のいずれかが導通状態となり、いずれの場合もトランジスタ290_32は導通状態となる。
【0035】
このように、図1に示すワードメモリでは、ワードメモリに記憶されたビットパターンとビット線53_1,53_2,…,53_32、ビットバー線56_1,56_2,…,56_32を経由して入力された検索データのビットパターンとが一致する(マスクのかけられたビットについては、上述のように一致しているものとみなされる)場合、一致線140にプリチャージされた電荷がトランジスタ290_32,…,290_2,290_1,290_A,290_Bを経由して流れ出し、これにより一致線140がディスチャージされ、この一致線140のうち図3におけるインバータ310の左側の部分は論理‘0’の状態となる。この論理‘0’がインバータ310で反転され、論理‘1’の一致信号がこのインバータ310から出力され、各一致フラグレジスタ15_1,15_2,…,15_32(図8参照)に入力される。
【0036】
またワードメモリに記憶されたビットパターンとビット線53_1,53_2,…,53_32、ビットバー線56_1,56_2,…,56_32を経由して入力された検索データのビットパターンとが不一致の場合には、一致線140はプリチャージによる論理‘1’の状態にとどまり、この論理‘1’がインバータ310で反転され、論理‘0’の不一致信号が出力される。
【0037】
このように、図1に示すワードメモリは、検索に先立って一致線140がP型トランジスタ350を経由してプリチャージされ、検索により一致した場合にだけトランジスタ290_A,290_B,290_1,290_2,…,290_32を経由してディスチャージされるように構成したため、各検索毎にディスチャージされるのは、ほとんどの場合多数の一致線のうちの極く一部であって、大部分の一致線はプリチャージされた状態にとどまり、したがって次の検索に先立ってプリチャージする必要のある一致線の本数は少なくて済み、検索に伴う消費電力が低く押えられる。
【0038】
尚、フラグレジスタ61に、このワードメモリ11が空き状態にあることを表わす論理‘0’が格納されていた場合、このワードメモリ11に格納されている無効のデータと参照データとがたまたま一致したとしても、トランジスタ290_Aが遮断状態にあるため、一致線140の電荷はディスチャージされず、一致は検出されず、インバータ310の出力側は論理‘0’にとどまることになる。
【0039】
図2は、本発明を、図9に示すデータ拡張機能を備えた連想メモリに適用した場合の実施例における、特徴部分を表わした部分回路図である。
ここには、図9に示す各オアゲート21_2,21_3に代わり、各オアゲート210_2,210_3、一方の入力の論理が反転された各2入力アンドゲート211_2,211_3、および通常の各2入力アンドゲート212_2,212_3が備えられており、さらに制御線213が追加されている。
【0040】
ここで、通常の検索動作のときは、制御線213は論理‘0’に保たれており、この場合、各2つのアンドゲート211_2,212_2;211_3,212_3のうち、図2の上側のアンドゲート211_2,211_3がデータを通過できる状態にあり、この場合、この図2に示す回路は、図9に示す回路と全く同等の動作をする。ここで、図9を参照して説明したようにして、一連の複数回の検索の結果、最終的に、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に、それらに対応するワードメモリで一致が検出されたことを表わす論理‘1’が格納されたものとする。
【0041】
その状態で、それらの第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に対応するワードメモリが空き状態に変更されたものとする。すなわち、その対応するワードメモリのフラグレジスタ61(図1参照)に論理‘0’が格納されたものとする。この場合、以下のようにして、その対応するワードメモリが空き状態に変更されたことが第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に反映される。すなわち、図2に示す制御線213を論理‘1’にし、これによりアンドゲート211_2,211_3を無効にし、かつアンドゲート212_2,212_3を有効にしておいて、ここでは全ビットマスクしたダミーの検索を行なう。
【0042】
制御線213を論理‘1’に変更すると、第2のフラグレジスタ24_2に格納された論理‘1’のデータは、アンドゲート212_2を経由し、さらにオアゲート210_2を経由してアンドゲート20_2の入力側に達するものの、ダミーの検索の結果、図1に示すフラグレジスタ61に論理‘0’が格納されているワードメモリに対応する一致線14_2は論理‘0’になる。したがってアンドゲート20_2の出力は論理‘0’となり、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2には論理‘0’が格納される。
【0043】
一方、第1及び第2のフラグレジスタ23_3,24_3に対応するワードメモリは、引き続き、フラグレジスタ61に、有効なデータが格納されていることを示す論理’1’が格納されているため、対応する一致線14_3は論理’1’となる。したがって、アンドゲート212_3、オアゲート210_3およびアンドゲート20_3を経由して、論理’1’が、第1及び第2のフラグレジスタ23_3,24_3に再びセットされることになる。
【0044】
尚、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に、直前の一連の検索で一致があったことを表わす論理‘1’が格納されており、それらに対応するワードメモリ11のフラグレジスタ61(図1参照)に、そのメモリワード11に有効データが格納されていることを表わす論理‘1’が引き続き格納されていた場合、今回のダミーの検索よってアンドゲート20_2の出力が論理‘1’となり、したがって第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2は、引き続き、一致を表わす論理‘1’の状態にとどまることになる。
【0045】
また、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に、直前の一連の検索で不一致であったことを表わす論理‘0’が格納されていた場合、その論理‘0’の信号がアンドゲート212_2,オアゲート210_2を経由してアンドゲート20_2の一方の入力に伝達されているため、今回のダミーの検索で一致線14_2が論理‘1’となってもアンドゲート20_2の出力は論理‘0’にとどまり、第1および第2フラグレジスタ23_2,24_2は、論理‘0’が格納された、不一致を表わす状態にとどまる。
【0046】
すなわち、アンドゲート212_2,212_3を介して直前の一連の検索の一致/不一致を、一致線14_2,14_3を介してメモリワードに格納されたデータの有効/無効(空き)を検出することによって、直前の一連の検索で一致しており、かつ有効なデータのまま生き残っている(消去されていない)ワードメモリに対応する第1、第2のフラグレジスタ23_2,24_2;23_3,24_3にのみ一致を表わす論理’1’が再びセットされることになる。
【0047】
このように、検索動作を1回行なうだけで、データ消去結果を、そのデータ消去前に行なった検索の結果に反映させることができる。
次に他の実施例について説明するが、ここでは先ず、次の実施例の連想メモリで採用されるデータ構造について説明する。
図9ないし図2に示す連想メモリは、データ幅拡張機能を備えてはいるが、2ワード,3ワード等に拡張されるデータは、順次隣接したワードメモリに所定の順序で格納されている必要があり、互いに離れたワードメモリに格納されている場合や逆の順序、例えばデータ‘C’,データ‘B’の順序に格納されている場合には複数のデータを結合した一致検出を行うことはできない。
【0048】
図3は、このような検索が必要となる場合のデータ構造を示す図である。
図3には、それぞれ属性I,II,III,IVが付された4つのデータがセットとなって1つのデータ群を構成しているデータ構造が示されている。データ群および属性の概念を明確にするために一例を挙げると、例えば各群番号1,2,3,4,…毎の各データ群は各個人に属するデータであり、属性Iはその人の氏名,属性IIはその人の生年月日、属性IIIは住所、……等を示している。
【0049】
このように各属性I,II,III,IVが付された複数のデータからなるデータ群を連想メモリに格納しておいて検索を行う場合に、例えば群番号1のデータを検索する場合を例に説明すると、データ‘A’の検索とデータ‘B’の検索をこの順に行って一致するデータ群の残りのデータ‘C’,‘D’を読み出すことだけではなく、例えばデータ‘A’の検索とデータ‘D’の検索を行って残りのデータ‘B’,‘C’を読み出したい場合や、データ‘B’の検索を先に行い、次にデータ‘A’の検索を行いたい場合がある。
【0050】
しかし、上述したワード幅拡張機能を備えた図9ないし図2に示す連想メモリでは、このような検索は不可能である。またそれらの連想メモリでは、データ‘A’とデータ‘B’の検索を行った場合に、図3に示す群番号1の欄にある属性Iの付されたデータ‘A’と属性IIの付されたデータ‘B’とのペアと、群番号4の欄にある属性IIの付されたデータ‘A’と属性IIIの付されたデータ‘B’とのペアとの区別をすることはできず、例えば、‘氏名’という属性Iと‘生年月日’という属性IIの情報を基にそれらが一致する特定の個人の属性III,IVの情報を知ろうとしても、属性IIと属性IIIのペアでも一致が検出される等必要な情報以外のノイズが混入してしまうことになる。
【0051】
以下に説明する実施例は、本発明を、例えば図3に示すような群構造を成すデータを格納しておいて、同一の群内の複数のデータの任意の組合わせによる検索を行うことのできる連想メモリに適用したものである。
図4は、本発明の連想メモリの一実施例を示すブロック図である。これまでの説明で参照した各図、特に図9に示す連想メモリの各構成要素と同一の構成要素には、それらの図に付した符号と同一の符号を付して示し、相違点についてのみ説明する。
【0052】
各ワードメモリ11_1,11_2,…は、属性を格納する属性格納部11_1_1,11_2_1,…とデータを格納するデータ格納部11_1_2,11_2_2,…とで構成されており、各ワードメモリ11_1,11_2,…には、互いに対応する属性とデータとのペアからなる格納データがそれぞれ格納されている。ここでは、図示のように、各ワードメモリ11_1,11_2,11_3,11_4には、それぞれ、図3に示す群番号1に属する、属性I,データ‘A’、属性II,データ‘B’、属性III,データ‘C’、属性IV,データ‘D’が格納されている。また各ワードメモリ11_5,11_6,…には、それぞれ、図7に示す群番号2に属する、属性I,データ‘C’、属性II,データ‘F’、……が格納されている。また検索にあたっては、属性とデータとのペアからなる参照データREF_DATAが入力される。
【0053】
各ワードメモリ11_1,11_2には、そこに記憶された格納データ(属性及びデータの双方)が、入力された参照データ(属性及びデータの双方)と一致しているときに一致信号が出力される従来の一致線14_1,14_2,…のほか、属性のみの一致不一致の信号が出力される属性一致線30_1,30_2,…が備えられている。ここでは、データの一致検出に、図1に示す、そのワードメモリに有効なデータが格納されているか否かを表わすフラグを格納するフラグレジスタが備えられており、そのワードメモリが空き状態にある場合は、データは不一致として検出される。
【0054】
各ワードメモリ11_1,11_2に対応して第3のフラグレジスタ31_1,31_2,…が備えられており、各属性一致線30_1,30_2,…は対応する第3のフラグレジスタ31_1,31_2,…のデータ入力端子に延びている。また、この実施例の連想メモリには、図3に示す各データ群に属する各データが格納されたワードメモリからなるワードメモリ群それぞれについて1本ずつデータ線32_1,32_2,…が備えられており、またデータ線32_1,32_2,…と各第2のフラグレジスタ24_1,24_2,…の出力端子との間には各第1のスイッチ33_1,33_2,…が備えられている。これらの第1のスイッチ33_1,33_2,…は具体的にはトランジスタ等を用いて構成される。後述する他のスイッチについても同様である。各第1のスイッチ33_1,33_2,…は、対応する各第3のフラグレジスタ31_1,31_2,…に論理‘1’の信号がラッチされているときに導通され、論理‘0’の信号がラッチされているときには遮断される。各第3のフラグレジスタ31_1,31_2,…は、一致結果ラッチ制御線25に出力される一致結果ラッチ信号S1の立ち下がりbのタイミングで、対応する属性一致線30_1,30_2,…の信号をラッチする。
【0055】
またデータ線32_1,32_2,…と各オアゲート21_1,21_2,…の入力端子との間に各第2のスイッチ34_1,34_2,…が備えられており、これら各第2のスイッチ34_1,34_2,…は、対応する属性一致線30_1,30_2,…の信号により、その信号が一致を表わす論理‘1’のときに導通状態、不一致を表わす論理‘0’の時に遮断状態となるように制御される。
【0056】
以上のように構成された連想メモリにおいて、一致検索は以下のようにして行われる。1ワード分の単独のデータの検索、および第1回目の検索は、図9に示したワード拡張機能付連想メモリの場合と同じであるためここでは説明は省略し、ここでは第1回目の検索において属性IIとデータ‘B’とからなる参照データREF_DATAによってワードメモリ11_2に対応する第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に論理‘1’がラッチされたものとする。このとき、属性の一致を受けてワードメモリ11_2に対応する属性一致線30_2に論理‘1’の信号が出力され、これにより、対応する第3のフラグレジスタ31_2にも論理‘1’の信号がラッチされ、対応する第1のスイッチ33_2がオンし、対応する第2のフラグレジスタ24_2に格納された、属性及びデータ双方の一致を表わす論理‘1’の信号がデータ線32_1に出力される。またこれとともに、対応する第2のスイッチ34_2もオンするが、第1回目の検索においてはこれは無用の動作である。
【0057】
次に、属性IVとデータ‘D’からなる参照データREF_DATAを入力して検索を行うものとする。このときは、図9の連想メモリの場合と同様、初回検索制御線22は論理‘0’に保持されている。このとき、属性の一致を受けてワードメモリ11_4に対応する属性一致線30_4に論理‘1’の信号が出力され、これにより対応する第2のスイッチ34_4がオンし、データ線32_1に出力されていた、ワードメモリ11_2に対応する第2のフラグレジスタ24_2の論理‘1’の信号がオアゲート21_4を経由してアンドゲート20_4に入力される。このため、ワードメモリ11_4で属性IVとデータ‘D’の双方の一致が検出されて一致線14_4に論理‘1’の一致信号が出力されると、一致結果ラッチ制御線25に出力される一致結果ラッチ信号S1により、対応する第1および第2のフラグレジスタ23_4,24_4に論理‘1’の信号がラッチされる。またこのとき、属性一致線30_4に出力された論理‘1’の信号が、対応する第3のフラグレジスタ31_4にラッチされ、対応する第1のスイッチ33_4がオンし、第2のフラグレジスタ24_4の論理‘1’の信号がデータ線32_1に出力される。またこの2回目の検索では、ワードメモリ11_2に対応する属性一致線30_2には属性の不一致を表わす論理‘0が出力されるため、対応する第3のフラグレジスタ31_2には‘0’が格納され、ワードメモリ11_2に対応する第1のスイッチ33_2はオフする。
【0058】
これにより、ワードメモリ11_4に対応する第2のフラグレジスタ24_4の論理‘1’の信号がプライオリティエンコーダ16(図8参照)に入力され、ワードメモリ11_4のアドレスが得られることになるが、ワードメモリ11_4には属性IVが格納されていることは予め分かっており、同一群内の例えば属性IIIのデータを読み出したいときは、得られたアドレスから1を引いてワードメモリ11_3のアドレスを求め、そのアドレスをアドレスデコーダ17に入力してワードメモリ11_3の内容を読み出せばよい。
【0059】
尚、2回目の検索時に、属性IVとデータ‘D’とからなる参照データに代わり、例えば属性IVとデータ‘B’とからなる参照データで検索が行われた場合、ワードメモリ11_4については、属性は一致するため第2のスイッチ34_4がオンし、データ線32_1に出力されている論理‘1’の信号が取り込まれるが、データが異なるため一致線14_4には不一致を表わす論理‘0’が出力され、第1及び第2のフラグレジスタ23_4,24_4には一致が検出されなかったことを示す論理‘0’がラッチされる。また、データ‘B’が一致するワードメモリ11_2については属性が一致せず、したがって属性及びデータの双方も一致しない。
【0060】
以上のようにして、図4に示す実施例では、同一の群内においては、互いに離れたワードメモリに記憶されたデータであっても、もしくはデータの順序を逆にして検索した場合であっても、検索を行うことができる。
ここで、複数回の一致検索の結果、最終的に、例えば図4の上から2番目のワードメモリ11_2で一致が検出され、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2;に一致フラグ(論理‘1’)が格納されたものとし、その状態でワードメモリ11_2のデータが消去されたものとする。第2のフラグレジスタ24_2に格納されている論理‘1’のデータは、第3のフラグレジスタ31_2も論理‘1’のデータが格納されておりスイッチ33_2が導通状態にあるため、データ線32_1に出力されている。
【0061】
その状態で、属性については適当な属性で、かつデータについては全ビットをマスクしてダミーの検索を行なうと、仮に属性の方で一致が検出され、データ線32_1に出力されている論理‘1’のデータがスイッチ34_2,オアゲート21_2を経由してアンドゲート20_21に入力されたとしても、図1の実施例と同様にデータが消去されて空き状態になったことが検出され、一致線14_2は論理‘0’にとどまり、したがってアンドゲート20_2の出力は論理‘0’となり、第1および第2のフラグレジスタ23_2,24_2に、不一致を表わす論理‘0’が格納される。他の場合、例えば対応するワードメモリに引き続き有効データが格納されている場合等も、図2に示す実施例を参照して既に説明した内容から明らかであるため、ここではこれ以上の説明は省略する。
【0062】
ここで、この実施例におけるデータ線32_1,32_2,…,は、1つの群に属するデータの数が予め定まっているものとしてその長さが固定されたものであるが、このように固定長のデータ線を備えると、1つの群に属するデータの数の最大を見積もり、最大のデータ数に対応した長さのデータ線を備える必要がある。これではその最大よりも少ない数のデータによりデータ群が構成される場合に無駄なワードメモリが発生することになる。そこで、1つの群に属するデータの数に合せてデータ線を可変長とすることが好ましいがデータ線の長さをいかにして可変長とするかが問題となる。
【0063】
図5は、可変長のデータ線を実現する一つの方式を示した模式図である。
データ線32が複数のワードメモリ11_1,11_2,11_3,…に亘って延び、そのデータ線32には、最上端のワードメモリ11_1を除く他のワードメモリ11_2,11_3,…それぞれに対応する各スイッチ40_1,40_2,40_3,…が互いにシリーズに配置されている。これらの各スイッチ40_2,40_3,40_4,…は、対応するワードメモリ11_2,11_3,11_4,…と、その直ぐ上段に隣接するワードメモリ11_1,11_2,11_3,…との間に配置されている。それらのスイッチ40_2,40_3,40_4,…のうちの1つおきのスイッチ40_2,40_4,40_6,…は第1制御線41に出力される第1のスイッチ制御信号によりオンし、3つおきのスイッチ40_3,40_7,…は第2制御線42に出力される第2のスイッチ制御信号によりオンし、残りのスイッチのうち7つおきのスイッチ40_5,…は第3制御線43に出力される第3のスイッチ制御信号によりオンされる。
【0064】
1つのデータ群を構成するデータの数が2の場合は、第1制御線41に第1のスイッチ制御信号を出力することにより1つおきのスイッチ40_2,40_4,40_6,…をオンさせる。これにより各2つのワードメモリ11_1,11_2;11_3,11_4;11_5,11_6;…毎に切断されたデータ線が形成される。また、1つのデータ群を構成するデータの数が4の場合は、第1制御線41に第1のスイッチ制御信号を出力するとともに第2制御線42に第2のスイッチ制御信号を出力する。すると、各4つのワードメモリ11_1,11_2,11_3,11_4;11_5,11_6,…毎に切断されたデータ線が形成される。同様にして、1つのデータ群を構成するデータの数が8の場合は、第1制御線41、第2制御線42にそれぞれ第1および第2のスイッチ制御信号を出力するとともに、第3制御線43に第3のスイッチ制御信号を出力する。これにより各8つのワードメモリ11_1,…,11_8;11_9…毎に切断されたデータ線が形成される。
【0065】
この方式によれば、1つのデータ群を構成するデータの数が2の倍数の場合はワードメモリに空きは生じないが、2の倍数以外の、例えば3,5,9等の場合空きのワードメモリが生じてしまうことになる。この空きのワードメモリが生じないように多数のスイッチ40_2,40_3,…を任意にオン,オフできるように構成すると、制御線の本数が多数本となり、またそれらの制御線にスイッチ制御信号を出力する制御回路が複雑となる。したがって、図5に示す方式は、データ線の長さを任意に制御するには不向きである。
【0066】
図6は、可変のデータ線を実現するもう一つの方式を示した模式図である。
多数のワードメモリに亘ってデータ線32が延び、そのデータ線32に互いにシリーズに接続された、最上端のワードメモリを除く他のワードメモリそれぞれに対応する各スイッチ40_2,40_3,40_4,…が備えられている点は図2の場合と同じである。各ワードメモリには、各属性格納部11_1_1,11_2_1,11_3_1,…が備えられており、それら属性格納部11_1_1,11_2_1,11_3_1,…には、図示の各属性I,II,III,…がそれぞれ格納されている。この例は、属性格納部11_1_1,11_2_1,11_3_1,…に格納された属性が属性Iかそれ以外の属性II,III,IVかに応じて、属性Iの場合は対応するスイッチをオフのままとし、それ以外の属性II,III,IVの場合は対応するスイッチをオンするように構成したものである。このように構成すると、1つのデータ群を構成するデータの数がいくつであっても、また、データ数の異なるデータ群が混在していても、各データ群の先頭に属性Iのデータを配置することにより、自動的に過不足ない数のワードメモリ毎に切断されたデータ線が形成されることになる。
【0067】
図7は、属性がIかそれ以外かを判定する属性判定回路の一例を示す回路図である。
ここでは属性Iに‘000’が割り当てられており、属性格納部11_i_1に格納された属性が属性I(‘000’)の場合オアゲートから‘0’が出力され、したがってトランジスタ40で構成されたスイッチ40’はオフ状態となり、そのトランジスタ40’の両側のデータ線が電気的に切断される。属性格納部11_i_1に格納された属性が属性I以外の属性の場合はオアゲートから‘1’が出力され、トランジスタ40はオン状態となり、そのトランジスタの両側のデータ線が接続される。
【0068】
このように、図4に示す実施例において、1つのデータ群を構成するデータの数に応じてデータ線32_1,32_2,…の長さを調整することもできる。もちろん、属性データを利用するのではなく、専用の制御線によってスイッチを制御することによりデータ線の長さを調整してもよいことはいうまでもない。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の連想メモリによれば、複数ワードに拡張された検索を行なうことのできる連想メモリにおいて、僅かな動作で、検索結果に、その検索のあとでデータが消去された結果を反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の連想メモリ中の1つのワードメモリを表わした詳細回路図である。
【図2】本発明を、図9に示すデータ拡張機能を備えた連想メモリに適用した場合の実施例における、特徴部分を表わした部分回路図である。
【図3】群構造のデータの一例を示す図である。
【図4】本発明の連想メモリの一実施例を示すブロック図である。
【図5】可変長のデータ線を実現する一つの方式を示した模式図である。
【図6】可変のデータ線を実現するもう一つの方式を示した模式図である。
【図7】属性がIかそれ以外かを判定する属性判定回路の一例の回路図である。
【図8】従来の連想メモリの一例を表わした回路ブロック図である。
【図9】データ拡張機能を備えた従来の連想メモリの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
11_1,11_2,… ワードメモリ
11_1_1,11_2_1,… 属性格納部
11_1_2,11_2_2,… データ格納部
14_1,14_2,… 一致線
16 プライオリティエンコーダ
17 アドレスデコータ
18_1,18_2,… ワード線
20_1,20_2,… アンドゲート
21_1,21_2,… オアゲート
23_1,23_2,… 第1のフラグレジスタ
24_1,24_2,… 第2のフラグレジスタ
25 一致結果ラッチ制御線
30_1,30_2,… 属性一致線
31_1,31_2,… 第3のフラグレジスタ
32_1,32_2,… データ線
33_1,33_2,… 第1スイッチ
34_1,34_2,… 第2スイッチ
61 フラグレジスタ
Claims (1)
- 複数のデータ群それぞれに属する複数の格納データを各格納データ毎に記憶する複数のワードメモリを備え、複数の参照データが順次入力され、順次入力された各参照データそれぞれを用いた検索を複数回繰り返すことにより、所望のデータ群に属する複数の格納データが記憶された複数のワードメモリからなるワードメモリ群を検出する連想メモリにおいて、
前記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応するワードメモリが、検索の対象とされる有効データが記憶された第1の記憶状態にあるワードメモリであるか、あるいは前記有効データが記憶されておらずしたがって上書きが許容される第2の記憶状態にあるワードメモリであるかを示す第1のフラグが記憶される第1のフラグレジスタと、
前記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応する第1のフラグレジスタに前記第1の記憶状態を表わす第1のフラグが記憶されており、かつ対応するワードメモリが今回の検索により一致が検出されたワードメモリである場合に、該対応するワードメモリで一致が検出されたことを表わす一致フラグが記憶される第2のフラグレジスタと、
前記複数のワードメモリそれぞれに対応して備えられ、対応する第1のフラグレジスタに前記第2の記憶状態を表わす第1のフラグが記憶され、かつ対応する第2のフラグレジスタに前記一致フラグが記憶された状態で、検索動作が行われた場合に、該対応する第2のフラグレジスタに記憶されていた前記一致フラグを消去する一致消去回路とを備えたことを特徴とする連想メモリ。
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