JPH0285927A

JPH0285927A - 記憶装置

Info

Publication number: JPH0285927A
Application number: JP63236451A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kikuchi; 隆菊池; Hiroshi Fukuda; 宏福田; Nobuo Saito; 斉藤　延男; Oichi Atoda; 阿刀田　央一
Original assignee: Hitachi ULSI Engineering Corp
Current assignee: Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-27
Also published as: US5129074A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、記憶技術、ことに論理型言語の処理などの
高度な処理に適用して特に有用な記憶技術、更には大規
模集積化が容易な半導体記憶技術に関する。

〔従来の技術〕

記憶装置としては、種々の構成のものが知られている。

例えば、昭和５２年１１月３０日株式会社オーム社発行
の半導体ハンドブックの第７５３頁ないし７６３頁には
、半導体集積化になる各種のＲＡＭ　（ランダムアクセ
スメモリ）が紹介されている。

上記文献に紹介のＲＡＭは比較的単純である。

すなわち、複数の記憶装置のそれぞれにアドレスが与え
られ、そしてアドレス選択された記憶要素に対しデータ
の書き込み、読み出しが行われるにすぎない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、人工知能等に用いられる論理量言語の
処理に必要な知識及び推論規則をあられすデータの組を
、従来の汎用ＲＡＭあるいは補助記憶装置に記憶してお
き、単一化の際必要となる、特定の形式及び内容を持つ
（以下、パターンマツチすると称す）データ組の検索（
以下、単一化候補節の検索と称す）およびその管理をＣ
ＰＵがソフトウェアで行っていた。そのため、この単一
化候補節の検索に時間がかかり、論理型言語処理系の高
速化及びスループット向上を妨げる要因の一つになって
いた。

従って、本発明の目的は、パターンマツチするデータ組
を高速に検索するノ・−ドウエア機能を有した新規有用
な記憶装置および半導体集積回路化に適する記憶装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、以下の説明および図面から明らか
となろう。

〔課題を解決するための手段〕

従来の記憶装置の如くアドレスに対して一つのデータを
記憶しアドレスを与えて読み出す方法によらず、論理型
言語内で記憶及び処理される情報の単位である任意の複
数の項目から成るデータの組であるリテラルを記憶装置
の記憶単位として、これを検索に適するデータ構造のも
とに記憶装置内に記憶し曵管理し、読み出しの際はＣＰ
Ｕから直接ゴールリテラルを与えてこれとパターンマツ
チするリテラルを記憶装置内部のノ・−ドウエアで検索
することにより上記目的が達せられる。

〔作用〕

上記手段にしたがうと、検索がＣＰＵに依存せずにハー
ドウェアによって高速に行われ、かつＣＰＵ対記憶装置
間のデータの往来が著しく低減されるため、論理型言語
処理系のスループットが向上する。

以下、本発明を実施例にもとづいて説明する。

以下の説明の実施例の記憶装置は、半導体集積回路技術
によりて構成されるに適するものである。

近年の半導体大規模集積技術の高度の発達に伴い、本発
明の記憶装置は、十分に小さいサイズ及び低価格をもっ
て構成できることとなる。しかしながら、前述及び以下
説明の実施例の本質を考慮すれば、半導体記憶装置は、
好適な一例であるけれども、他の種類の構造の記憶装置
に置き換え可能であること、が容易に理解できるであろ
う。

〔実施例〕第１図は本発明にかかる記憶装置の第１実施例の動作の
概念を示す図である。

論理型言語処理系内に於いては、「（好き（太部、りん
ご））」のような知識をあられした節、あるいは［（食
ぺられる（生で、甘い、Ｘ））ならば（好き（花子、Ｘ
））」などのような節の形態で表現された推論規則が非
常に多数記憶される。

ここで用いた「好き」　「太部」等の語句は、実際には
それぞれ別に定められた特定の定数にコード化される。

Ｘは任意の定数と置き換え可能な変数である。上記中（
）内に示されたように、幾つかの項目の定数データおよ
び変数データより成る部分はリテラルと称する。

論理量言語は実行時に、記憶された知識や推論規則の中
から、例えば「（好き（太部、Ｘ）Ｎをもとに（好き（
太部、りんご））を検索し「Ｘ＝りんご」を得るような
動作や、「（食べられる（生で、甘い、みかん」をもと
に記憶されたデータを検索し、「（食べられる（生で、
甘い、Ｘ））ならば（好き（花子、Ｘ））」を得、「ｘ
＝みかん」とおいて両者を単一化し、［（好き（花子、
みかん））」のような結論を得る動作が行われる。

上記の検索の際の規則は、パターンマツチ規則と呼ばれ
る。

第１図に掲げられた記憶装置は、知識を表す節を構成す
る単独のリテラル、及び推論規則を表す節のうちの「な
らば」より前（左）側のリテラル（以下頭部リテラルと
称す）を多数記憶する。推論規則における「ならば」よ
り右側のリテラルは、検索に関係しないので、外部の従
来の記憶装置に記憶し、本実施例にかかる記憶装置の中
では、第１図の破線で囲んだ部分に示す如く、外部の記
憶装置へのポインタのみを頭部リテラルに随伴して記憶
するだけとする。

この記憶装置には、アドレスではなく、検索のもとにな
るゴールリテラルを与えて、記憶されたリテラルの中か
ら、ゴールリテラルと項目数が等しく、かつすべての項
目のデータがゴールリテラルの中の対応する位置の項目
のデータの内容と、以下の一致規則を満足するリテラル
だけを検索して読み出す。

（１）少なくとも一方が変数項目ならば一致。

（２）同一の値の定数項目同士ならば一致。

以上により、例えばゴールリテラルとして（食べられる
（生で、甘い、みかん））が与えられたときには、（食
べられる（生で、甘い、Ｘ））および付随のポインタ１
００３が読み出されるが。

（食べられる（煮て、甘い、り）、（Ａ（Ｆ、Ｄ、Ｇ）
）等の一致規則を満足しないものは読み出されない。

論理屋言語内では上記の定数項目が、リストなどに置き
換わる場合がある。リスト等は本実施例の記憶装置内部
には収容できないので、外部の記憶装置に記憶し、内部
にはこの位置を示すポインタをポインタ項目として記憶
する。第１図内ではポインタ項目は傘部によって表す。

ポインタ項目が含まれた場合検索結果が正しくパターン
マツチするか否かはリスト等の内容なしらべなげればな
らないが、この記憶装置内部では不可能なので、ポイン
タ項目に関しては上記の一致規則九以下の一致規則を加
えて、パターンマツチの可能性のあるリテラルをすべて
を本記憶装置から読み出すものとする。

（３）　　ポインタ項目同士ならば一致。

（４）定数項目とポインタ項目は不一致。

したがって、第１図の例ではゴールリテラルとして（Ａ
（ｘ％Ｄ、Ｇ、＊））が与えられたとき、読み出される
リテラルは、リテラル６、リテラル８、リテラルＩＯの
王者であることが明らかである。

上述の如く、ＣＰＵからはゴールリテラルを直接与え、
パターンマツチするリテラルだけを読み出すことにより
、ＣＰＵの検索及び単一化可能性のチエツクの負荷を著
しく軽減で鎗る。しかし全体のスループットの向上には
、本実施例の記憶装置内部での検索を高速に実行する必
要がある。以下、本実施例に於いて検索を高速化するた
めの記憶装置内部のハードウェア機構及びデータ構造を
明らかにする。

第２図は本実施例の記憶装置内部のハードウェアの構成
を示したものである。また第３図は、本実施例の記憶装
置内部におけるリテラルの格納形態を示すものである。

各リテラルは、コントローラ内の記憶装置に構造体とし
て一体となって記憶されると同時に、コント四−ラはリ
テラルを項目ごとに分解し、それぞれにリテラルの項目
数を示すデータを追加し、第３図に示す如くバッジ為キ
ーを生成する。バッジ島キー内にはこのほかに、リテラ
ルの属性を示すデータなどを加え℃もよい。

テーブルプロセッサはこのバッジ為キーを用いて、それ
ぞれのリテラルに固有のタグ番号を自己の所有するハツ
シュテーブルに格納する。このタグ番号はコントローラ
内の記憶装置内のタグディレクトリと称する表によって
、各リテラルを記憶した構造体のアドレスに対応づけら
れる。なおタグ番号を上下位桁に二分し、上位桁を優先
度、下位桁を各リテラルに固有の番号とし【もよい。

ゴールリテラルを与えて読み出しを行う場合は、以下の
ような操作が行われる。すなわちコントローラはゴール
リテラルの各項目を、書き込まれたリテラルと同様の方
法で項目ごとに分解し、ノーツシュキーを生成し、それ
ぞれのテーブルプロセッサに渡す。それぞれのテーブル
プロセッサは並列に、それぞれの担当する項目について
、このハックエキ−に一致するキーを持つタグ番号、お
よび項目数が同一で変数コードな持つキーに対応するタ
グ番号をノ）ツシ為検索して読み出し、後述のアルゴリ
ズムにしたがった順序でコントローラに引き渡す。コン
トローラはタグ番号を照合し、ハツシュ読み出しを行っ
たすべてのテーブルプロセッサに共通に存在するタグ番
号を見つけ出す。このタグ番号に対応するリテラルは、
ゴールリテラルとパターンマツチするものであるから、
コントローラは、このタグ番号からタグディレクトリを
介して自己の記憶装置内から構造体を呼び出し、ここに
記憶され曵いるリテラルをＣＰＵに送る。なお前述の一
致規則九より、ゴーＡ／　ＩＪチラルの中の変数項目は
いかなる項目とも一致するので、検索の必要はなく、ゴ
ールリテラルの変数項目に対応するテーブルプロセッサ
はハツシュ読み出しに加わらない。

タグ番号の読み出しと照合のアルゴリズムを以下に示す
。

まず、記号を以下のように定義する。

Ｔｉ：ゴールリテラルの項目ｉに対応するテーブルプロ
セッサ（１≦ｌ≦ゴールリテラルの項目数）Ｓｉｎ：Ｔｉのハツシュテーブルの中で、ゴールリテラ
ルの項目ｌから作られたノ１ツシェキーに一致するキー
を持つタグ番号、および項目数が同一で変数コードを持つキーに対応するタグ番号（Ｓｉ）：ｓｔｉの集合前述のように変数項目は任意の項目と一致するため、Ｔ
ｉの項目が変数である場合は、そのＴｉをタグ番号照合
から除外する。（Ｓｉ）が空集合となるＴｉが存在する
場合は、全てのＴｌに共通なタグが存在し得ないので、
パターンマツチするリテラルは存在しないことになり、
したがって読み出されるリテラルはない。全部のＴｉに
わたって（ｓＢが空でない場合は、次のアルゴリズムに
したがって、タグ番号を照合する。

■　各Ｔｉは、（ｓＢ内で最小のＳｉｊを、コントロー
ラに提示する。

■　コントローラは、提示された全Ｓｉｊの値の一致を
調べる。不一致ならば、■へ。

■　一致したＳｉｊから、タグディレクトリを介してリ
テラルを得、ＣＰＵに送る。（パターンマツチするリテ
ラルの発見） ■　コントローラは、各Ｔ１にＳｌｊの一致を知らせる
。（次の検索） ■　各Ｔｉは、直前に提示したＳｌｊの次に大きい値を
持つＳ１１をコントローラに提示し、■へ。これが存在
しなければ■へ。

■　コン）ａ−ラは、提示されたＳｌｊの内で最大のも
のを、各Ｔｉに知らせる。

■　各Ｔｌは、（ｓｉ）の中から、提示されたＳｌｊ以
上の最小のＳｉｊを、ハツシュテーブルの中から検索す
る。Ｓｌｊが存在すれば、コントローラに提示し、■へ
。

■　Ｓｉｊが存在しないＴｉは、その旨をコントローラ
に知らせる。ここでパターンマツチするリテラルがこれ
以上存在しないことが明らかとなるので、コントローラ
は、全てのＴｉに検索終了を知らせ、読み出し動作をす
べて終了する。

第４図に、タグ番号の一致照合が行われる例を示す。ま
ず各テーブルプロセッサから最小のＳｉＪである１、１
４．３がコントローラに提示される。

これらは不一致なので、コントローラは最大のＳｌｊで
ある１４を全テーブルプロセッサに返し、各テーブルプ
ロセッサは１４以上の最小のＳ１ｊである１８．１４．
２８を読み出す、この際、数直線上に示されるように、
テーブルプロセッサｌ及びテーブルプロセッサ３のＳｉ
Ｊ、７と９が読まれずに飛ばされ、最終的には図中の木
実線の経路をたどって、一致したＳｉｊの７６をみつけ
出す。

タグ番号の照合が不一致の場合、次のバッジ＾テーブル
の検索は最大のＳｉｊで行われるため、−回の照合の間
のＳｌｊの差は、各テーブルプロセッサ中で最大のもの
に従うことになる。また、一致するタグ番号をみつける
までの照合回数は、照合開始位置から一致位置までが最
短である（Ｓｉ）の、その間のタグ番号の数取下に抑え
ることができる。かくして、不必要なタグ番号の読み出
しが極力抑圧され、並列検索の高速性が最大限利用され
る。

第５図に各ハッシュテーブル内部のデータの格納形態を
示す。第１図、第３図から直ちに明らかなように、ハッ
ク具テーブル内には同一のバッジエキ−を持つレコード
がいくつか存在する。ＳＩｊの検索はこの間で行われる
。これを、たまたま八ッシ為関数が同一の値をとるレコ
ード（以下、シノニムと称す）と混合しては、検索効率
が低下する。したがりてハック具テーブル内では、同一
のバッジエキ−を持つレコードをまとめて格納する。

このまとまりを、以下パラダイムと称することにする。

タグ番号検索の際はまず、キーの適合するパラダイムの
先頭をみつけ、しかるのちに上述のアルゴリズム圧した
がってタグ番号を読み出さねばならない。ハック具テー
ブル内でパラダイムが連続した密集（以下、クラスタと
称すンを形成している場合、ハッシュ関数値は当然、目
的のパラダイムの先頭を指すとは限らないので、これを
高速罠見いだすために、各レコードには先頭マーク及び
先頭からの距離（先頭でない場合）またはパラダイム内
のレコードの総数（先頭のものの場合）を付属させる。

すなわちハッシュ関数からバッジエアドレスを得た後、
先頭からの距離情報を利用して最寄りのパラダイムの先
頭のアドレスを得、次にレコード総数情報を利用してパ
ラダイムの先頭だけをたどって目的のパラダイムの先頭
を見いだす。

また各パラダイム内は、タグ番号の順にレコードを整列
しておく。このこと及びレコード総数の情報により、タ
グ照合アルゴリズム中の■のＳｌｊの検索の際、効率の
よい二分探索法が利用できる。

かかる格納形態は、検索時に効率がよい半面。

新しいリテラルの書き込み時やリテラルの削除時にはか
なりのデータの移動が必要となる。しかしこれらのデー
タ移動は、ＣＰＵとは全く独立に行われるので、書き込
み、削除の生起頻度がある値以下ならば、システム全体
のスループットを低下させるには至らない。

かかるととぐ本実施例は、第１図に示す動作を、第２図
のハードウェア構成、第３図及び第５図のデータ構造、
第４図のアルゴリズム等を用いて高速で実行せしむるこ
とを意図したものである。

〔発明の効果〕

１、記憶装置にゴールリテラルのみを与えて記憶装置内
部で検索を行うため、検索がＣＰＵに依存せずに行われ
、ＣＰＵ対記憶装置間のデータの往来が著しく低減され
、システムのスループットが向上する。

２、記憶装置の内部で検索に適したデータ構造に従っ【
データを記憶し、かつハードウェアによって検索を行う
ので、検索の高速化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる記憶装置の第１実施例の動作
の概念を示す図、第２図は、実施例の記憶装置内部のハードウェア構成を
示した図、第３図は、実施例の記憶装置内部におけるリテラルの格
納形態を示す図、第４図は、タグ番号の一致照合が行われる例を示す図、第５図は、各ハッシュテープル内部のデータの格納形態
を示す因である。ＣＰＵ・・・セントラルプロセッシングユニット、ＴＰ
・・・テーブルプロセッサ。代理人　弁理士　　小　川　勝　み、−。図第図 ×１ψｎ灯、　Ｊｒｊ！ｒ−／ン名Ｉθ−訃内塔づ才殺
）ぽ工ｆ１％し“９τ’？Ｒ％％ン

Claims

【特許請求の範囲】１、任意の複数の項目から成るデータの組（以下リテラ
ルと称す）を記憶し、セントラルプロセッシングユニッ
ト（以下ＣＰＵと称す）から複数の項目より成るデータ
の組（以下ゴールリテラルと称す）を与えることにより
、ゴールリテラル内の項目数と項目数が一致し、かつ各
項目の内容がゴールリテラル内の項目の内容と一致もし
くはあらかじめ定められた関係を満足するリテラルを内
部で検索し、このリテラルのみをＣＰＵに返すことによ
り、ＣＰＵバスにおけるデータの往来の軽減をはかり、
システムのスループットを向上せしめることを特徴とす
る記憶装置。２、内部において各リテラルに固有のタグ番号を与え、
リテラルを項目ごとに分割し、各項目別々に項目の内容
をキーとしてタグ番号を記憶し、上記キーにより項目別
に並列検索もしくは並行検索を行ってタグ番号を読み出
すと同時にタグ番号の一致照合を行うことにより、請求
項１にかかる検索の高速化をはかることを特徴とする請
求項１記載の記憶装置。３、請求項２にかかる項目の内容に、その項目を含むリ
テラル内に含まれる項目の数を付与してキーとし、ゴー
ルリテラルと項目数が一致するリテラルの検索を高速化
することを特徴とする請求項１記載の記憶装置。４、記憶するリテラル及びゴールリテラルの項目を定数
、変数、ポインタに分類し、それぞれの間に照合規則を
もうけ、かかる規則に従った検索を行うことにより、プ
ロログ等の論理型言語におけるパターンマッチ規則に適
合した検索結果を得ることにより高速化をはかることを
特徴とする請求項１記載の記憶装置。５、ハッシュテーブルおよびそれを管理するテーブルプ
ロセッサを複数個持ち、請求項２にかかる並列検索を行
うキーとなる各項目をそれぞれ別のハッシュテーブル内
に格納し、このハッシュテーブル内のデータ構造を、別
のリテラルに属する同一内容のキーをハッシュ関数の一
致に基づく同義語とは別の単位で管理を行い得るものと
することにより、検索を高速化することを特徴とする請
求項１記載の記憶装置。６、請求項４にかかるハッシュテーブルのデータ管理を
行う際、新しいリテラルの書き込みおよびリテラルの削
除に伴う内部データの移動をＣＰＵの動作とは独立に内
部で行うことにより、システムスループットの低下をお
こさせないことを特徴とする請求項１記載の記憶装置。