JPH05233212A

JPH05233212A - データを圧縮するための装置及び方法並びにデータ処理システム

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Publication number: JPH05233212A
Application number: JP4305106A
Authority: JP
Inventors: David J Craft; ダビッド・ジョン・クラフト
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1993-09-10
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: BR9204635A; EP0546863A2; CA2077271C; JP3225638B2; US5652878A; EP0546863A3; CA2077271A1

Abstract

(57)【要約】【目的】データ圧縮・復元に要する比較動作を、従来
に比してより高速かつ効率的に行う。【構成】本発明は、データ・エレメントの受信回路３
２０と、前に受け取つたデータ・エレメントを、順次ア
ドレスされた固定位置に順次ストアするためのストレー
ジ回路３３０と、上記受け取つたデータ・エレメント
が、ストアされたデータ・エレメントの少なくとも１つ
にマツチしたか否かを決定するために、上記ストアされ
たデータ・エレメントと上記受け取つたデータ・エレメ
ントとを比較する回路５４０と、上記マツチし、ストア
されたデータ・エレメントのアドレスを発生する回路３
７０とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データを圧縮し、復元
（decompress）する装置及び方法、より具体的に言え
ば、逐次にデータを圧縮し、圧縮されたデータを復元す
る装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、多数のタイプのデータ圧縮シ
ステムがある。通常使用されている技術は、１９７７年
９月の情報理論に関するＩＥＥＥトランザクシヨンにお
いてレンペル（Lempel）及びジブ（Ziv）によつて発表
された「Compression of Individual Sequence via var
iable Rate Coding」と題する文献の５３０頁乃至５３
６頁に記載されたレンペル−ジブのアルゴリズムであ
る。図１乃至図３はレンペル−ジブのアルゴリズムの代
表的な実行例を示す。図１において、Ｎ＋１バイト長の
シフト・レジスタ１０は、前段階で処理されたデータを
臨時にストアするために使用される。若し、処理される
べき新しいデータが、前に処理されたデータ・バイトの
ストリングを含んでいるならば、シフト・レジスタ中の
前に処理されたデータ・ストリングの長さ及び相対アド
レスを含むトークンが発生される。このことを一般的に
言うと、データ・ストリングそれ自身よりも少ない情報
ビツトを用いてデータ・ストリングを表わすことができ
るということ、従つて、データ・ストリングは効果的に
圧縮されたと言うことができる。若し、処理されるべき
データがシフト・レジスタ中の、前に処理したデータ・
ストリングの一部を形成していなければ、そのデータを
そのままに表わした１つのトークン、または複数のトー
クンが発生される。一般に、このようなトークンは、デ
ータそれ自身よりも僅かに多い情報ビツトを用いて表示
されるので、実質的な拡張がある。全体として、圧縮さ
れたデータ・ストリングからの利得は、通常、圧縮され
ないデータ・ストリングから受ける損失を越えるので、
結果的に、全体としてのデータ圧縮が達成される。若
し、データ・ストリーム中のデータの繰り返しストリン
グがなければ、データ・ストリームは、この技術によつ
て圧縮することはできない。

【０００３】図２は、前に処理されたデータを参照する
トークンの発生を説明するための図である。図で与えら
れた例において、値、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは前に処理さ
れた値であり、現在、アドレス３７、３６、３５及び３
４のシフトレジスタ中にストアされている。処理される
べき新しい値はＡ、Ｂ、Ｃ及びＥである。新しいデータ
は、相対アドレス３７に前にストアされたストリングＡ
ＢＣとマツチ（一致）し、３の長さを持つストリングＡ
ＢＣを含む。ストリングを記述するトークンが発生され
た後に、値、Ａ、Ｂ及びＣはシフト・レジスタの中にロ
ードされ、そして、値、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはシフト・レ
ジスタの中で新しいアドレスに移動されるから、アドレ
スは相対的なものである。シフト・レジスタ中のデータ
のアドレスは、後で処理されるデータ値の個数に関係が
ある。

【０００４】図３は、前にストアされたデータを参照す
る第２のトークンの発生を説明するための図である。図
示の例において、値、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＺは処理されるデ
ータ値である。新しいデータは、相対アドレス３又は４
１に前にストアされたストリングＡＢＣとマツチし、３
の長さを持つストリングＡＢＣを含む。この例において
発生されたトークンは、通常、低位の相対アドレス３で
ある。トークンは、カウントと、前に処理されたストリ
ングの相対アドレスとを含み、（カウント、相対アドレ
ス）として表示される。図２及び図３に示されたよう
に、値、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＺの圧縮の結
果として、発生された処理出力は（３、３７）、Ｅ、
（３、３）、Ｚを含んでいる。

【０００５】米国特許第４０２１７８２号は、データを
圧縮し、転送し、そして、圧縮されたデータを復元する
ために、転送ラインの両端において使用される圧縮装置
を開示している。入力されるであろう文字は、予めセツ
トされたコーデイング・テーブルにおいて予測された使
用頻度に従つて分類される。文字のカテゴリはその文字
のエンコード動作に影響する（使用頻度の高い文字はよ
り短く発生されたコードを持つている）。

【０００６】米国特許第４４６４６５０号は、ノード及
び分岐路を有するサーチ・トリーを使用することによつ
て入力データ・ストリームをセグメントに解析する技術
を開示している。

【０００７】米国特許第４５５８３０２号は、通常、レ
ンペル−ジブ−ウエリヒ（Lempel-Ziv-Welch）のデータ
圧縮技術と呼ばれている技術を開示している。この米国
特許は、共通に使用されるデータ・ストリングをストア
するための辞書を使用し、ハツシング（hashing）技術
を用いて辞書をサーチすることを開示している。

【０００８】米国特許第４６１２５３２号は、頻度に近
い順に候補のデータの表を順序付けること、もしくは候
補のデータの位置を交換することを開示している。

【０００９】米国特許第４６２２５８５号は、イメージ
・データの圧縮を記載している。この米国特許は現在の
ピクチヤ・ライン中にある第１のデータ・ビツト列と、
前のピクチヤ・ライン中にある第２のデータ・ビツト列
とが圧縮翻訳装置の中で共にシフトされることを開示し
ている。

【００１０】米国特許第４８１４７４６号は、共通に使
用されるデータ・ストリングをストアするための辞書を
記載しており、共通に使用されないデータ・ストリング
をその辞書から削除することを開示している。

【００１１】米国特許第４８５３６９６号は、別々の文
字に対応する複数個のロジツク通路を形成するために、
バイナリの逆トリー形式において、共に接続された複数
個のロジツク回路素子、またはノードを開示している。

【００１２】米国特許第４８７６５４１号は、新規なマ
ツチ・アルゴリズムを使用することによつて、上述のレ
ンペル−ジブ−ウエリヒのデータ圧縮技術を改良するこ
とを目的としている。

【００１３】米国特許第４８４９１７８４号は、自動ブ
ロツキングのためのパケツト組立て／分解（disassembl
y）手段を用いた磁気テープ環境における自動ブロツキ
ング動作に向けられている。

【００１４】米国特許第４８９９１４７号は、データの
アンダーランを阻止し、始動制御を最適化するためのス
ロツトル制御を有するデータ圧縮技術を開示している。
この米国特許は、データが書き込まれた方向とは逆方向
にデータの読み取りを復元（decompress）する能力を持
つ技術が開示されている。この米国特許は、データ・ス
トリングを使用した度数を計るカウンタによつて、頻度
の高いデータ・ストリングをストアするためのストリン
グ・テーブルが記載されている。

【００１５】米国特許第４９０６９９１号は、トリーの
データ構造を使用してコード・ワードのエンコードをコ
ピーすることを目的とする。

【００１６】米国特許第４９８８９９８号は、単一の文
字及び繰り返しの数によつて、順序付けて繰り返された
文字を置き換えることによつて繰り返し文字のストリン
グを事前処理することを目的とする。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】レンペル−ジブのアル
ゴリズムを実施する際の主要な問題は、前にマツチした
データ・ストリングのサーチ動作を効果的な処理速度で
遂行しようとした場合に生じる問題である。上述の米国
特許に記載された技術は、レンペル−ジブの技術を改良
するものであつて、サーチ動作の速度を上げることによ
るか、または、より効率的なトークンのデコード方法を
用いて、遂行される圧縮の量を改良することによつて動
作速度を上げる技術である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、データ・エレ
メントの受け取り回路と、前に受け取つたデータ・エレ
メントを、順次アドレスされた固定位置に順次ストアす
るためのストレージ回路と、上記受け取つたデータ・エ
レメントが、ストアされたデータ・エレメントの少なく
とも１つにマツチしたか否かを決定するために、上記ス
トアされたデータ・エレメントと上記受け取つたデータ
・エレメントとを比較するための回路と、上記マツチし
たストアされたデータ・エレメントのアドレスを発生す
る回路とを含んでいる。

【００１９】更に、本発明は、データ・エレメントを受
け取るステツプと、前に受け取つたデータ・エレメント
を、順次アドレスされた固定位置に順次ストアするステ
ツプと、上記受け取つたデータ・エレメントが上記スト
アされたデータ・エレメントの少なくとも１つにマツチ
したか否かを決定するために、上記受け取つたデータ・
エレメントと上記ストアされたデータ・エレメントとを
比較するステツプと、上記マツチしたストアされたデー
タ・エレメントのアドレスを発生するステツプとを含む
データの圧縮方法を与える。

【００２０】

【実施例】上述したレンペル−ジブの技術をハードウエ
アのデコーダで実施する場合の主たる問題は、相対アド
レス方式を使用することで生じる。相対アドレス方式
は、各データ・エレメントの中の１データ・ワードであ
つて、前に処理された複数のデータ・ワードを保持する
ための１つのシフト・レジスタを使用することが必要で
ある。各入力データ・ワードはシフト・レジスタの第１
の位置にシフトされ、他方、前に処理されたデータ・ワ
ードのすべては、隣の位置にシフトされる。加えて、シ
フト・レジスタの各エレメントに対して、ランダム・ア
クセスの能力が必要である。この能力は、実施に際し
て、単純なランダム・アクセス・メモリよりも多くの回
路と、大きな半導体領域と、大きな電力とを必要とす
る。

【００２１】本発明は、前に処理され、ストアされたデ
ータを、メモリ中の一定の位置に残留させる固定アドレ
ス方式を用いる。本発明は、単純なランダム・アクセス
・メモリと２つのアドレス・カウンタを用いることによ
つて、非常に単純で、高速度のハードウエアであるデコ
ーダ装置を可能にする。本発明のエンコーダは、デコー
ダ装置と対応したような単純な構造であつて、ランダム
・アクセス・メモリ、即ちＲＡＭではなく、前に処理さ
れたデータを記憶するための内容アドレス可能メモリ
（content addressable memory−ＣＡＭ）を用いてい
る。これは、ストリングの徹底的なマツチ処理を行なう
けれども、各ワードの処理のためのサーチの必要性を全
体として減少する。これは、圧縮比率を改良し、しか
も、非常に速いエンコーダ・スループツトを可能にす
る。付加的な利点としては、エンコーダ及びデコーダの
大部分は、共通に使用できる構造を持つているので、本
発明のエンコーダ及びデコーダ自身はＶＬＳＩ半導体回
路に好適である。

【００２２】図４及び図５は、本発明の良好な実施例の
回路を使用したシステム構成を示すブロツク図である。
図４に示したように、コンピユータ・システム１００は
システム・メモリ１１０と通信する中央処理ユニツト
（ＣＰＵ）１０５を含んでいる。また、ＣＰＵは、バス
１１２を介して、入／出力チヤネル、またはアダプタ１
１５及び１２０と通信する。入／出力チヤネルを介し
て、ＣＰＵは、他のコンピユータ・システム１２５、テ
ープ駆動装置１３０、デイスク駆動装置１３５、また
は、光デイスク装置のような他の入／出力装置１３８と
通信することができる。良好な実施例において、コンピ
ユータ１００は、バス１１２上の圧縮／復元エンジン
（compression/decompression engine）１４０を含むこ
とができる。圧縮／復元エンジンは圧縮エンジン１４１
と復元エンジン１４２を含んでいる。これらのエンジン
は、入／出力チヤネルを通して転送されるデータを圧縮
し、または、受け取られるデータを復元するためにＣＰ
Ｕ中で動作するオペレーテイング・システムのフアイル
・ハンドラによつて呼び出すことができる。これらのエ
ンジンは、データの所望の圧縮、または復元を遂行する
ために、システム・メモリ１１０、または付加的なメモ
リ１４５を用いることができる。若し、付加的なメモリ
１４５が使用されるならば、圧縮され、復元されたデー
タは、付加的なバス１４７を介してＩ／Ｏチヤネルへ、
またはＩ／Ｏチヤネルから、直接に転送することができ
る。

【００２３】図５は、ＣＰＵ１５５及びシステム・メモ
リ１６０を含むコンピユータ１５０を示すブロツク図で
ある。このＣＰＵはバス１６２を介して入／出力チヤネ
ル、またはアダプタ１６５及び１７０と通信する。入／
出力チヤネルを介して、ＣＰＵは、他のコンピユータ・
システム１７５、テープ駆動装置１８０、デイスク駆動
装置１８５、または他の入／出力装置１８８と通信する
ことができる。入／出力チヤネルには圧縮／復元エンジ
ン１９０及び１９４が接続されており、圧縮／復元エン
ジン１９０及び１９４は入／出力チヤネルを通る幾つか
のデータか、またはすべてのデータを圧縮し、復元す
る。圧縮／復元エンジンは圧縮エンジン１９１、１９５
と、復元エンジン１９２、１９６とを含んでいる。ま
た、これらのエンジンは、データが圧縮され、または復
元される時にバツフアとして動作し、そして、ストレー
ジ空間管理タスクを操作するための付加的メモリ１９８
及び１９９を持つている。

【００２４】本発明の良好な実施例を用いた他のシステ
ム構成はこの外に多数あるけれども、これらのシステム
構成は当業者には自明である。例えば、サーバのような
コンピユータ・システムは、このシステムに送られたす
べてのデータを圧縮するためのデータ圧縮エンジンを含
み、他方、残りのコンピユータ・システムは、夫々のシ
ステムがサーバから受け取つたすべてのデータを復元す
るための復元エンジンを含むことができる。

【００２５】図６は良好なデータ圧縮エンジン３００を
示すブロツク図である。データ圧縮エンジンの種々のエ
レメントの動作は、以下に説明される各エレメントに接
続されている制御回路３０５によつて制御される。この
制御回路３０５は、後述する状態マシンとして動作する
ロジツク回路である。データは、入力データ・バス３１
０を介して、データ圧縮エンジン３００の入力データ・
バツフア・レジスタ（ＩＤＢＲ）３２０の中に入力さ
れ、その後、バツクアツプ・入力データ・バツフアの中
にストアされる。次に、入力データ・バツフア中にスト
アされたデータは、内容アドレス可能メモリ（ＣＡＭ）
中の現在のすべてのエントリと比較される。ＣＡＭアレ
イは、多数のセクシヨン（Ｎ＋１個のセクシヨンが図示
されている）を含んでおり、各セクシヨンはレジスタ及
び比較器（図７を参照して後述する）を含んでいる。各
ＣＡＭアレイ・レジスタは、データ・ワードをストアし
ており、そして、有効なデータ・ワード、即ち現在のデ
ータ・ワードがＣＡＭアレイ・レジスタ中にストアされ
ているか否かを表示するために、エンプテイ・セル３３
５と呼ばれる１つのストレージ・エレメントを含んでい
る。各比較器は、対応するＣＡＭアレイ・レジスタ中に
ストアされているデータ・ワードが入力データ・バツフ
ア中にストアされているデータ・ワード（加えて、以下
に説明される幾つかの他の基準）とマツチした時、マツ
チ信号、即ち付勢信号を発生する。ＣＡＭアレイの各セ
クシヨン毎に１つの書き込み選択セルを有する書き込み
選択シフト・レジスタ（ＷＳ）３４０がＣＡＭアレイに
接続されている。本発明の良好な実施例において、１つ
の書き込み選択セルは１、即ち、活動状態（付勢）にセ
ツトされているが、残りの書き込み選択セルは０、即ち
非活動状態（滅勢）にセツトされている。付勢された書
き込み選択セルは、入力データ・バツフアの中に現在保
持されているデータ・ワードをストアするためにＣＡＭ
アレイのどの選択が用いられるかを選択する。次に、書
き込み選択シフト・レジスタ（ＷＳ）３４０は、入力デ
ータ・バツフア中の次のデータ・ワードをどのＣＡＭア
レイ・セルがストアするかを決めるために、１セルだけ
シフトされる。書き込み選択シフト・レジスタ３４０の
使用は、上述した従来のレンペル−ジブのシフト・レジ
スタが持つ大部分の能力を与え、他方、固定アドレスの
使用を可能とする。

【００２６】ＣＡＭアレイ中の現在のエントリは、エン
プテイ・セル（ＥＣ）が１にセツトされ、対応する書き
込み選択（ＷＳ）セルが０にセツトされているＣＡＭア
レイ・セクシヨンに指定される。若し、現在のＣＡＭエ
ントリの中のいずれかのデータが入力データ・バツフア
中のデータ・ワードにマツチしたならば、そのＣＡＭア
レイ・セクシヨンの比較器は、マツチ・ライン３４２の
対応する１つのライン上にマツチ信号を発生する。その
結果、マツチ・ラインの各々に接続されているマツチＯ
Ｒゲート３４４はマツチ信号を発生する。

【００２７】一次セレクタ・シフト・レジスタ（ＰＳ）
３５０は、それまでにマツチ動作が成功したＣＡＭアレ
イの対応するセクシヨンを表示するのに用いられる。つ
まり、１（付勢）にセツトされたＰＳセルは、どのＣＡ
Ｍアレイ・セクシヨンがデータ・ワードのマツチ・スト
リングもしくはシーケンスの最後のデータ・ワードを含
んでいるかを表示する。データ・ワードのストリングの
入力が既に生じているＣＡＭアレイの位置は幾つかある
はずであるから、ＰＳの列中の複数のセルは付勢されて
いるはずである。若し、データ・ワードのストリームの
入力が前に生じていなければ、データ・ワードのストリ
ームと、前に処理されたデータとがマツチしたことを見
出されるまで、データ・ワードのストリームを含んでい
る生（raw）データ・トークン（生データを用いたトー
クン）が発生される。

【００２８】他の新しいデータ・ワードが入力データ・
バツフアの中にロードされる前に、入力データ・バツフ
ア中の前のエントリは、バツクアツプ入力データ・バツ
フア・レジスタ（Ｂ＿ＩＤＥＲ）３２１の中に保存され
る。加えて、ＰＳセルの列の内容は、対応する二次セレ
クタ（ＳＳ）レジスタ３５５の中に保存される。更に、
長さカウンタ３９０は、マツチしたストリングの長さを
維持するために、１だけ増分される。最後に、一次セレ
クタ（ＰＳ）及び書き込みセレクタ・セルが１位置だけ
移動されるので、Ｍ番目のＰＳセルのエントリは、（Ｍ
＋１）番目のＰＳセル中にストアされ、そして、Ｍ番目
の書き込み選択（ＷＳ）セルのエントリは（Ｍ＋１）番
目のＷＳセル中にストアされる。このシフト動作は２つ
のことを行なう。第１に、このシフト動作は、活動中の
１つの書き込み選択セルのエントリを１セル移動するの
で、次の入力データ・ワードはＣＡＭアレイの次の順次
セクシヨンの中に書き込まれる。第２に、このシフト動
作は、一次セレクタ（ＰＳ）の列中の活動セルをシフト
するので、それらの活動セルは、前にマツチしたＣＡＭ
アレイ・セクシヨンのすぐ後にあるＣＡＭアレイ・セク
シヨンに対応することになる。

【００２９】新しい入力データ・ワードが入力データ・
バツフアの中にロードされた後、そのデータ・ワード
は、既に述べたようにＣＡＭアレイ中の現在のすべての
エントリと比較される。新しいデータ・ワードとマツチ
したすべてのＣＡＭアレイのデータ・セル・エントリに
対応するマツチ・ラインは付勢される。若し、いずれか
のマツチ・ラインが付勢されているならば、マツチＯＲ
ゲートが付勢される。対応するマツチ・ラインが付勢さ
れていないすべての活動中のＰＳセルはリセツトされ
る。若し、入力データ・バツフア中の現在のデータ・ワ
ードがデータ・ワードの前のマツチ・ストリングである
ことを表示して、いずれかのＰＳセルのエントリが活動
化しているならば、そのＰＳセルの各々に接続されてい
るＰＳＯＲゲート３６５は付勢される。従つて、ＣＡ
Ｍアレイ中にストアされたデータ・ワードのストリング
のマツチ動作を続けるか否かを決定するために、次のデ
ータ・ワードを処理することができる。このマツチ処理
は、ＰＳＯＲゲートの出力が０であり、マツチ状態が
ないことを示すまで続行する。ＰＳＯＲゲートの０出
力の状態が生じる時、この最後のデータ・ワードの前に
存在するすべてのマツチ・ストリングの最終点をマーク
する値は、ＳＳセルの中に依然としてストアされてい
る。次に、アドレス発生器３７０はマツチ・ストリング
のうちの１つの位置を決定し、バス３８０上にそのアド
レスを発生する。アドレス発生器３７０は、二次セレク
タ（ＳＳ）３５５の１つ以上のセルから信号を与えら
れ、アドレスを発生するために用いられるロジツク回路
である。このようなロジツク回路は、当業者には容易に
設計できるものである。マツチ・ストリングの長さは、
長さカウンタ３９０によつて追跡される。

【００３０】アドレス発生器３７０は、マツチ・ストリ
ングの終点を含むＣＡＭアレイ・セクシヨンの固定アド
レス（絶対アドレスとも言われる）を発生し、そして、
長さカウンタ３９０は、マツチ・ストリングの長さを与
える。従つて、マツチ・ストリングの開始アドレス及び
長さは計算し、エンコードし、そしてトークンとして発
生することができる。この処理の細部については後述す
る。

【００３１】データ・ワードをストアするために固定ア
ドレスを使用する利益は、通常、付加的な回路を必要と
する、データ・ワードのレジスタ間シフトを必要としな
いことである。本発明は、どの固定アドレスＣＡＭアレ
イ・セルに情報を書き込むかを決めるために、シフトす
る循環書き込み選択セルを使用し、そして、データの前
のストリングとマツチするデータ・ストリングを見付け
るために必要とされる多数の比較動作を行なうために、
内容アドレス可能メモリ（ＣＡＭ）の特徴を利用してい
る。その結果、本発明は、より高速で、より効率的な比
較動作を行なうことができる。

【００３２】また、本発明は、マツチしたデータのサー
チが徹底的なので、レンペル−ジブのアルゴリズムを利
用した従来の他の多くの技術よりも、より効率的な比較
を与える。つまり、ＣＡＭアレイは、可能性のあるすべ
てのマツチ・ストリングに対する徹底的な（最後まで続
行する）サーチを可能にする。多くの従来の技術は、サ
ーチ時間を減少するために、ハツシングのような妥協的
な技術を使用しており、これではメモリ中の最も長いマ
ツチ・ストリングを見い出すことが困難である。

【００３３】図７は圧縮エンジンの１つのセクシヨンを
示すブロツク図である。圧縮エンジン５００は、書き込
み選択セル５１０、ＣＡＭアレイ・セクシヨン５２５、
一次セレクタ（ＰＳ）セル５５０及び二次セレクタ（Ｓ
Ｓ）セル５６０を含んでいる。ＣＡＭアレイ・セクシヨ
ン５２５は、比較器５４０と、エンプテイ・セル５２０
を含むＣＡＭレジスタ５３０を含んでいる。これらのエ
レメントの各々は、上述した制御回路３０５（図６）に
接続されている。

【００３４】制御回路によつて制御されるリセツト信号
ライン６００は、リセツト信号ラインが活性化された時
に書き込み選択セル５１０及びエンプテイ・セル５２０
を０にリセツトする。シフト信号ライン６１０は、書き
込み選択セル５１０及び一次セレクタ・セル５５０中の
値を次のアレイ・セクシヨンにシフトし、かつ、前のＣ
ＡＭアレイ・セクシヨン中にストアされている値を受け
取るために用いられる。若し、Ｍ番目のセルがＣＡＭア
レイの中の最後のセルであれば、セルの中の値はＣＡＭ
アレイ中の最初のセルに循環される。書き込み選択セル
（ＷＳ）５１０の入力及び出力ライン６１１及び６１２
と、一次セレクタ・セル（ＰＳ）の入力及び出力ライン
６１３及び６１４は、ＷＳ及びＰＳセル中の値を、後続
のＷＳ及びＰＳセルへ転送し、または、前のＷＳ及びＰ
Ｓセルから転送する。ロード信号６２０は、一次セレク
タから二次セレクタへの値をロードするのに用いられ
る。書き込み信号ライン６３０は、ＣＡＭアレイ・レジ
スタへのデータの書き込みを開始し、そして、値１をエ
ンプテイ・セルに戻す。入力データ・バツフア・ライン
６４０は、書き込みの間、入力データ・バツフアからＣ
ＡＭアレイ・レジスタ５３０へデータを転送し、あるい
は、比較が行なわれる時には、入力データ・バツフアか
ら比較器５４０にデータを転送するのに使用される。

【００３５】若し、書き込み選択セル５１０が既に付勢
（１の値にセツト）されていれば、書き込み選択セルへ
の書き込み信号は、書き込み選択セルにより、エンプテ
イ・セル５２０及びＣＡＭアレイ・レジスタ５３０への
信号を発生させる。次に、エンプテイ・セル５２０は１
にセツトされ、そして、ＣＡＭアレイ・レジスタ５３０
は、入力データ・バツフア・バス６４０上のデータを自
身に書き込ませる。入力データ・バツフア・バス６４０
上の値及びハード・コード化された１及び０は、比較器
５４０によつて、ＣＡＭアレイ・レジスタ５３０中の
値、エンプテイ・セル５２０中の値及び書き込み選択セ
ル５１０の値と比較される。若し、書き込み選択セル５
１０が０にセツトされ、そしてエンプテイ・セルが１に
セツトされ、そして、入力データ・バツフア中の値がＣ
ＡＭアレイ・レジスタ５３０中の値と等しければ、比較
器５４０は、一次セレクタ５５０にマツチ信号を発生す
る。そうでなければ、比較器は一次セレクタに非マツチ
信号を発生する。

【００３６】良好な実施例において、ＣＡＭアレイ中に
は２０４８個のセクシヨンがあるので、ＣＡＭアレイの
中のストリングのアドレスを指定するために少なくとも
１１ビツトを使用する必要がある。良好な実施例におい
ては、ＣＡＭアレイは、並列に接続された２０４８個の
セクシヨン、つまり、並列に接続された５１２個のセク
シヨンの４つの組で構成される。他の実施例において、
ＣＡＭアレイは、少なくとも１０ビツトのアドレス記述
を必要とする１０１２個のセクシヨンの深さ、または少
なくとも９ビツトのアドレスを必要とする５１２個のセ
クシヨンの深さとすることができる。他の実施例とし
て、異なつたサイズのＣＡＭアレイを使用することがで
きる。

【００３７】図８乃至図１０は、圧縮エンジンを動作す
るのに用いられる処理を説明するための流れ図である。
良好な実施例において、流れ図の処理は計２１の状態で
行なわれる。流れ図は２１の状態を参照して以下に説明
される。

【００３８】第１の状態００及びステツプ８００におい
て、圧縮エンジンは、長さカウンタを０にリセツトし、
すべての一次セレクタをリセツトし、ＣＡＭアレイ中の
すべてのエンプテイ・セルを０にリセツトし、すべての
書き込み選択セルを０にリセツトし、そして、最後の書
き込み選択セル（Ｎ）を１にセツトする。エンプテイ・
セルはすべて０にリセツトされるので、ＣＡＭアレイ・
レジスタ中のエントリはリセツトする必要はなく、従つ
て、時間を節約し、消費電力を少なくすることができ
る。処理は状態０１に進む。

【００３９】状態０１及びステツプ８１０において、若
し、入力データ・バツフア中にロードするための入力ワ
ードが入力データ・バス上になければ、処理は状態１５
に進み、そうでなければ、処理は状態０２に進む。この
状態１５は、もはや圧縮されるべき入力データ・ワード
がなくなつたフアイルの終了状態を処理するステツプで
ある。

【００４０】状態０２及びステツプ８１０乃至８６０に
おいて、入力データ・バツフア中のデータ・ワードはバ
ツクアツプ入力データ・バツフアに移動され、そして、
入力データ・バス上の次のデータ・ワードが入力データ
・バツフアの中に読み取られる。加えて、今までに発生
した前のすべてのストリングのマツチ動作の結果をスト
アするために、一次セレクタ中のデータは二次セレクタ
の中にロードされる。更に、一次セレクタ及び書き込み
セレクタは１位置シフトされる。書き込みセレクタは、
書き込まれるべき次のＣＡＭアレイ・セルを指定するた
めに、１位置シフトされる（１つの書き込みセルだけが
値１を持つている）。一次セレクタは次の比較の準備と
して１位置シフトされる。これは、前に成功したストリ
ングのマツチに続いて、次の入力データ・ワードが、Ｃ
ＡＭアレイ中のいずれかのデータ・ワードとマツチする
か否かをチエツクするためである。最後に、サーチ／書
き込み動作がＣＡＭアレイに実行される。この動作は、
入力データ・バツフア中のデータ・ワードと、１にセツ
トされた対応するエンプテイ・セル（ＣＡＭアレイ・セ
ルがデータを含んでいることを指定している）及び０に
セツトされた書き込み選択セル（セルは書き込まれる次
の１ではないことを指定している）を有するＣＡＭアレ
イの各セクシヨン中にストアされた各データ・ワードと
を先ず比較する。若し、マツチがあれば、対応するマツ
チ・ラインは１にセツトされ、そして、若し、一次セレ
クタ・ラインが既に１にセツトされているならば、対応
する一次セレクタ・セルは１のままとなる。最初の入力
データ・ワードの場合には、すべての一次セレクタ・セ
ルは０にセツトされているので、前段でマツチしたスト
リングはない。若し、いずれかのマツチラインか、また
は一次セレクタ・セルが１にセツトされていれば、一次
セレクタＯＲゲートは、値１を発生する。次に、入力デ
ータ・バツフア中のデータ・ワードは、１の値を持ち、
対応する書き込み選択セルを持つＣＡＭアレイ・レジス
タに書き込まれる。その後、処理は状態０３に進む。

【００４１】状態０３及びステツプ８７０において、若
し一次セレクタＯＲゲートが０であれば、状態０８に進
み、そうでなければ、状態０４に進む。このステツプは
前にマツチしたストリングがＣＡＭアレイ中のエントリ
とのマツチを続けるか否かを決定するステツプである。

【００４２】状態０４及びステツプ８８０において、若
し、長さカウンタがカウンタの最大値よりも小さけれ
ば、処理は状態０７に進み、そうでなければ、処理は状
態０５に進む。良好な実施例において、後で詳しく説明
されるように、ストリングを記述するトークンを発生す
るのに使用されるコーデイングのために、長さカウンタ
の最大長さは２７１である。他の実施例において、この
最大長さは、長さカウンタがストアできる最大値に基づ
いて決めることができる。

【００４３】状態０５及びステツプ８９０において、圧
縮されたワード・トークンが発生される。このワード・
トークンは、長さカウンタの値から２を差し引いた値に
等しい長さ値を持つている。また、トークンは、最下位
セツトの二次セレクタのアドレス（最後のマツチ・ワー
ドを持つセルを入力データ・ストリングに表示する）か
ら、長さカウンタ値に１を加算した値を差し引いた値に
等しい変位（displacement value）を持つている。その
後、処理は状態０６に進む。

【００４４】状態０６及びステツプ９００及び９１０に
おいて、一次セレクタは対応するマツチ・ラインの値に
設定される。これは、前のＰＳ値をリセツトし、次の可
能なマツチ・ストリングを開始する。加えて、長さカウ
ンタは０にリセツトされる。その後、処理は状態０７に
進む。

【００４５】状態０７及びステツプ９２０において、長
さカウンタは１を加算され、そして処理は、次のデータ
・ワードに関する処理を開始するために状態０１に戻
る。

【００４６】若し、入力データ・バツフア中の現在のデ
ータ・ワードが、ＣＡＭアレイ中のデータ・ワードのス
トリングと続いてマツチしなければ、状態０８が実行さ
れる。状態０８及びステツプ９３０において、若し、長
さカウンタの値が２よりも小さければ、処理は状態１０
に進む。若し、長さカウンタの値が２か、またはそれ以
上の値であれば、入力データ・バツフア中のデータ・ワ
ードは、マツチしたデータ・ワードの前のストリングを
終了する。

【００４７】状態０９及びステツプ９４０において、圧
縮されたワード・トークンが発生される。状態０５にお
いて説明したように、圧縮されたワード・トークンは、
長さカウンタ値から２を差し引いた値に等しい長さ値
と、最下位セツトの二次セレクタのアドレスから、長さ
カウンタ値に１を加えた値を差し引いた値に等しい変位
とを持つている。その後、処理は状態１０に進む。代案
として、処理は直接に状態１４に進むことができる。

【００４８】状態１０及びステツプ９５０において、若
し、長さカウンタ値が１でなければ、状態１２に進み、
若し、１であれば、処理は状態１１に進む。

【００４９】状態１１及びステツプ９６０において、生
ワード・トークンはバツクアツプ・データ・バツフア中
のデータ値を用いて発生される。次に、処理は状態１２
に進む。代案として、実行は、状態１４に直接に進むこ
とができる。

【００５０】状態１２及びステツプ９７０において、若
し、マツチが１に等しければ、処理は状態１４に進み、
そうでなければ、処理は状態１３に進む。

【００５１】状態１３及びステツプ９８０及び９９０に
おいて、生ワード・トークンは、バツクアツプ・データ
・バツフア中のデータ値を用いて発生される。次に、長
さカウンタは０にリセツトされる。その後、処理は状態
０１に戻る。

【００５２】状態１４及びステツプ９９４及び９９６に
おいて、一次セレクタはマツチ・ラインの値と同じ値に
セツトされる。これは、ワードの新しいストリングのマ
ツチ動作を開始することである。加えて、長さカウンタ
は０にリセツトされる。その後、処理は状態０１に進
む。

【００５３】若し、データ・バツフアの中にデータ・ワ
ードがなければ、状態１５乃至状態２０が実行される
（状態０１を参照）。状態１５及びステツプ１０００に
おいて、若し長さカウンタの値が２よりも小さければ、
処理は状態１８に進む。そうでなければ、処理は状態１
６に進む。

【００５４】状態１６及びステツプ１０１０において、
一次セレクタ中の値が二次セレクタの中にロードされ
る。次に処理は状態１７に進む。

【００５５】状態１７及びステツプ１０２０において、
状態０５及び状態０９において既に示したように、圧縮
されたワード・トークンが発生される。圧縮されたワー
ド・トークンは、長さカウンタの値から２を差し引いた
値に等しい長さ値と、最下位セツトの二次セレクタのア
ドレスから、長さカウンタ値に１を加算した値を差し引
いた値に等しい変位とを持つている。その後、処理は状
態１８に進む。代案として、処理は状態２０に直接進む
ことができる。

【００５６】状態１８及びステツプ１０３０において、
若し、長さカウンタが００００に等しければ、処理は状
態２０に進み、そうでなければ、処理は状態１９に進
む。

【００５７】状態１９及びステツプ１０４０において、
バツクアツプ入力データ・バツフア中のデータ値を使用
して、生ワード・トークンが発生される。その後、処理
は状態２０に進む。

【００５８】状態２０及びステツプ１０５０において、
終了マーカのトークンが発生される。

【００５９】図１１は、良好な実施例の圧縮エンジンに
よつて発生されたデータを復元（decompress）するため
の良好な実施例の復元エンジン１５００を示すブロツク
図である。制御回路１５１０は、生トークン（０に続く
データ・ワード）、圧縮されたデータ・トークン（スト
リングの長さ及び開始アドレス）及び終了マーカ（例え
ば、行中の１３個の１）を含む圧縮されたデータ・スト
リームを受け取る。

【００６０】若し、生トークンが受け取られたならば、
封緘された（enclosed）データ・ワードはレジスタ１５
２０の中にストアされる。次に、レジスタの内容は、ア
ドレス・マルチプレクサ１５５０を介して、書き込みカ
ウンタ１５４０（最初０にセツトされる）中のアドレス
（データを圧縮するのに使用したＣＡＭアレイと同じセ
クシヨン番号）で、履歴バツフア（history buffer）１
５３０に書き込まれる。加えて、このレジスタの内容は
出力データ・ワードとしても発生される。次に、書き込
みカウンタに１が加えられる。若し、書き込みカウンタ
が既にＮであれば、０にリセツトされる。この動作の結
果、各データ・ワードは、履歴バツフア１５３０中の次
に続くセクシヨンに書き込まれるので、データ圧縮の間
に用いられたＣＡＭアレイをミラー化（mirroring：内
容を反映すること）する。このデータ・ワードは出力と
しても発生される。

【００６１】若し、圧縮されたデータ・トークンが受け
取られたならば、そのアドレスは読み取りカウンタ１５
６０中にロードされ、そして、その長さはトークン長さ
カウンタ１５７０の中にロードされる。マルチプレクサ
１５５０を通つて読み取りカウンタ１５６０によつてア
ドレスされたバツフア・アレイ中のデータはレジスタ１
５２０の中に読み込まれる。そのデータ・ワードは、デ
ータを圧縮するのに用いられたＣＡＭアレイのミラー化
を続行するために、書き込みカウンタ中のアドレスで履
歴バツフア１５３０に書き込まれる。また、このレジス
タ中のデータ・ワードは出力データ・ワードとして発生
される。次に、書き込みカウンタ１５４０は、上述した
ように１つだけ増分される。若し、トークン長さカウン
タ１５７０の値が１よりも大きければ、トークン長さカ
ウンタは１だけ減少され、読み取りカウンタ１５３０は
１だけ増分され、そして、この処理は次のデータ・ワー
ドに対して反復して繰り返される。この処理は、圧縮さ
れたデータ・ストリングによつて参照されたデータ・ス
トリング全体が履歴バツフア１５３０から順次読み取ら
れ、履歴バツフアの中に書き戻され、出力として発生さ
れるまで繰り返される。

【００６２】図１乃至図３に示された相対アドレスを使
用してレンペル−ジブ技術で圧縮されたデータを、本発
明のこの復元エンジンで復元するために、減算回路１５
８０を付加的に設けることができる。この減算回路は、
相対アドレスから書き込みカウンタ１５４０中の値を差
し引くことによつて、相対アドレスを固定アドレスに変
換することができる。また、この減算回路を含ませた場
合、この減算回路は、本発明の良好な実施例によつて圧
縮されたデータを復元する時には無視し、そして、相対
アドレスを使用して圧縮されたレンペル−ジブのデータ
を復元する時には付勢する。

【００６３】良好な実施例において、生ワード・トーク
ンは、生ワードを後に従えた０として発生される。圧縮
されたワード・トークンは、マツチ・ストリングの長さ
と、ＣＡＭアレイ中のマツチ・ストリングの開始位置
（変位（displacement）と呼ばれる）とを後に従えた１
として転送される。また、８個の１で開始する制御トー
クンが発生され、そして、このトークンは制御インスト
ラクシヨンを指定する４個のビツトに続く。最後に、終
了トークンは、圧縮されたデータ・ストリームの終了を
指定するために転送される。終了トークンは１つの行中
で１３個の１である。

【００６４】表１において、圧縮されたデータ・ワード
・ストリングの長さを指定するために、良好な実施例に
おいて使用されるコードが示されている。このタイプの
コードは、修正対数的コード（modified logarithmic c
oding）であり、短いストリングは短いコードを使用
し、長いストリングは長いコードを使用する。これは、
短いストリングの頻度が、長いストリングの頻度よりも
遥かに大きい時に有益な技術である。この変位は、良好
な実施例において１１ビツト値で特定される。短い変位
は、少数のセクシヨンを持つＣＡＭアレイに使用するこ
とができる。

【００６５】表１圧縮されたワード長を指定するのに使用されるコードコード・フイールド圧縮されたワード長 00 ２ワード 01 ３ワード 10 00 ４ワード 10 01 ５ワード 10 10 ６ワード 10 11 ７ワード 110 000 ８ワード ... ... ... ... ... ... ... ... 110 111 １５ワード 1110 0000 １６ワード .... .... ... ... .... .... ... ... 1110 1111 ３１ワード 1111 0000 0000 ３２ワード .... .... .... ... ... .... .... .... ... ... 1111 1110 1111 ２７１ワード

【００６６】本発明の利用範囲を拡大するために、圧縮
されたデータ・ストリーム中に制御インストラクシヨン
が通過される。これらの制御インストラクシヨンは、履
歴バツフアをリセツトすること、優先（prefered）デー
タ・セツトを履歴バツフアに事前にロードすることなど
のインストラクシヨンを含むことができる。良好な実施
例において、長い制御インストラクシヨンと、短い制御
インストラクシヨンとの２つのタイプの制御インストラ
クシヨンがある。表２は長い制御インストラクシヨンを
示しており、表中で、１２ビツト制御フイールドは、１
１ビツト制御サブフイールドが後続するものが与えられ
ている。この構成は、４つの制御フイールドの各々に対
して２０４８サブフイールドを与え、合計６２０８個の
長いインストラクシヨンを与える。

【００６７】表２長いインストラクシヨンの制御フイールド及びサブフイールド長い制御フイールド制御サブフイールド 1111 1111 0000 0000 0000 000 - 1111 1111 111 1111 1111 0001 0000 0000 000 - 1111 1111 111 1111 1111 0010 0000 0000 000 - 1111 1111 111 1111 1111 0011 0000 0000 000 - 1111 1111 111

【００６８】表３は短い制御インストラクシヨンを示し
ている。短い制御インストラクシヨンは、たつた１２ビ
ツト長しかなく、従つて、長い制御インストラクシヨン
の合計数よりも数が少ない。然しながら、短い制御イン
ストラクシヨンは転送時間が短い。上述したように、１
つの短い制御フイールドは終了マーカとして既に定義さ
れている。終了マーカは、１つの１（後続のビツトが圧
縮データ・トークンであるか、または制御インストラク
シヨンであるかを定義する）に続く１２ビツトの終了マ
ーカ制御インストラクシヨン（１２個の１）である。

【００６９】表３短いインストラクシヨンの制御フイールド制御フイールド現在の機能 1111 1111 0100 定義されていない 1111 1111 0101 定義されていない 1111 1111 0110 定義されていない .... .... .... ... ....... .... .... .... ... ....... 1111 1111 1110 定義されていない 1111 1111 1111 終了マーカ

【００７０】以上、本発明は特定の実施例について説明
してきたが、当業者であれば、これらの実施例の種々の
変形、修正が容易に推考可能である。例えば、複数デー
タ・バイト、あるいは並列データ・バイトを含むデータ
・ワードは、本発明を適用して順次に圧縮することがで
きるのは、当業者によつて容易に推考し得ることであ
る。

【００７１】

【発明の効果】本発明は、データを圧縮し、復元する場
合の比較動作を、従来の技術に比べて、より高速度で、
より効率的に行なうことができ、しかも、使用される半
導体回路の領域が少なく、消費電力も小さい回路を与え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】データ圧縮の従来技術を説明するための図であ
る。

【図２】データ圧縮の従来技術を説明するための図であ
る。

【図３】データ圧縮の従来技術を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の良好な実施例を適用したシステム構成
を示す図である。

【図５】本発明の良好な実施例を適用したシステム構成
を示す図である。

【図６】データ圧縮エンジンの良好な実施例を示す図で
ある。

【図７】圧縮エンジンを動作するのに用いる処理方法の
実施例の図である。

【図８】圧縮エンジンを動作するのに用いる処理方法の
実施例の図である。

【図９】圧縮エンジンを動作するのに用いる処理方法の
実施例の図である。

【図１０】圧縮エンジンを動作するのに用いる処理方法
の実施例の図である。

【図１１】復元エンジンの良好な実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１００コンピユータ・システム１０５中央処理ユニツト１１０システム・メモリ１１５、１２０Ｉ／Ｏチヤネル１２５他のコンピユータ・システム１３０テープ駆動装置１３５デイスク駆動装置１４０圧縮／復元エンジン１４１、３００、５００圧縮エンジン１４２、１５００復元エンジン１４５付加的なメモリ３０５、１５１０制御回路３２０入力データ・バツフア・レジスタ３２１バツクアツプ入力データ・バツフア３３０内容アドレス可能メモリ（ＣＡＭ）３３５、５２０エンプテイ・セル３４０書き込み選択シフト・レジスタ３４４マツチＯＲゲート３５０一次セレクタ・レジスタ（ＰＳ）３５５二次セレクタ・レジスタ（ＳＳ）３６５ＰＳオア・ゲート３７０アドレス発生器３９０長さカウンタ５１０書き込み選択セル５３０ＣＡＭアレイ・レジスタ５４０比較器５５０一次セレクタ・セル５６０二次セレクタ・セル１５３０履歴バツフア１５４０書き込みカウンタ１５５０マルチプレクサ１５６０読み取りカウンタ１５７０トークン長さカウンタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a) データ・エレメントを受け取る手
段と、(b) 前に受け取つたデータ・エレメントを、順
次アドレスされた固定位置に順次ストアするためのスト
レージ手段と、(c) 上記受け取つたデータ・エレメン
トが上記ストアされたデータ・エレメントの少なくとも
１つのエレメントとマツチしたか否かを決定するため
に、上記受け取つたデータ・エレメントと上記ストアさ
れたデータ・エレメントとを比較する手段と、(d) 上
記マツチしたデータ・エレメントのアドレスを発生する
手段とからなるデータ圧縮装置。
【請求項２】上記ストアされたデータ・エレメントと
マツチしなかつたデータ・エレメントは転送し、かつ、
マツチしたデータについては、ストアされたデータ・エ
レメントの前記発生されたアドレスを転送する手段を含
む、請求項１に記載のデータ圧縮装置。
【請求項３】上記ストレージ手段は内容アドレス可能
メモリ（ＣＡＭ）を含む、請求項２に記載のデータ圧縮
装置。
【請求項４】上記受け取つたデータ・ワードの各々
と、上記ストアされたデータ・ワードとを順次比較する
手段を含む、請求項２に記載のデータ圧縮装置。
【請求項５】上記マツチしたストアされたデータ・エ
レメントの長さを発生する手段を含む、請求項４に記載
のデータ圧縮装置。
【請求項６】 (a) データ・エレメントを受け取るス
テツプと、(b) 前に受け取つたデータ・エレメント
を、順次アドレスされた固定位置に順次ストアするステ
ツプと、(c) 上記受け取つたデータ・エレメントが上
記ストアされたデータ・エレメントの少なくとも１つの
エレメントとマツチするか否かを決定するために、上記
受け取つたデータ・エレメントと、上記ストアされたデ
ータ・エレメントとを比較するステツプと、(d) マツ
チした上記ストアされたデータ・エレメントのアドレス
を発生するステツプとを含むデータ圧縮方法。
【請求項７】 (a) 処理手段と、(b) メモリ手段と、
(c) 入力手段と、(d) 出力手段と、(e) データ・エ
レメントを受け取る手段と、前に受け取つたデータ・エレメントを、順次アドレスさ
れた固定位置に順次ストアするストレージ手段と、上記受け取つたデータ・エレメントが上記ストアされた
データ・エレメントの少なくとも１つのエレメントとマ
ツチしたか否かを決定するために、上記受け取つたデー
タ・エレメントと上記ストアされたデータ・エレメント
とを比較する手段と、マツチした上記ストアされたデータ・エレメントのアド
レスを発生する手段とを含むデータ圧縮装置と、を有するホスト・コンピユータを備えたデータ処理シス
テム。