Устройство для поиска информации в ассоциативной памяти

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1 1746 1)5 С 11 С 15/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К чет исклю ко,маскиронаниньг модулесодержащихтинный блок совпадециящегосятиннойУстройстлокальение полно нается опр и цфор ма цио в отдельны цо слова, ях ас(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКАВ АССОЦИАТИВНОЙ ПАМЯТИ(57) Изобретение относитстельной технике и может б ИНФО циа модул с ризнаком опр т выделять а оса.дресм мод памяти, с во позволя я к вычисли ть испольуле асс ять пои ного совпадения в каждциатинцой памяти и ос копроизвои обработкузлах с и. Цель нформационыс тв овано для постр ительных систем ия случае максипор, пока ех модулях не анный адрес го слова. Вил. имальног хралнен инт дреса до тех адреса но нс жду собой, Д ресом искомо выло епеньюформацлысой мального)выделе нные рац ие и вной ышенциати ния - и сти асс анной н онпадут м вляется атабл. изобретной емк памя лле за ом к реализ ГОСУДАРСАВЕККЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ,СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(7 1) Киевский политехнический ицсттут им. 50-летия Великой Октябрьсксоциалистической революции(56) Патент США4622653,кл . 0 11 С 15/00, опублик. 1986,Электронная промьпдленность, 198вып, 4(152), с82. выводов пои ности гориз Формациоцно Устройство татов поиск тетный шифр мутатор 5,ения из устроистна внешних ска при сохранении возможонтальцого (по длине инго слона) наращивания, содержит регистр 1 резульа, элемент ИЛИ 2, приориатор 3, дешифратор 4, комблок 6 сравнения и блок 7 я. При объединении отдельассицчатинцой памяти, эти устройства, в ассоциабольшой емкости обеспечи1617460 Составитель В.РудаковРедактор А.Ревин Техред Л.Олийнык Коррек ерни Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород,гарина, 10 За В 4120 Тираа 486И Государственного комитета по иэобре 113035, Москва, Ж, Рауш ниям и открытиям при ГКНТая наб., д. 4/5Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения высокопроизводительных систем хранения и обработкиинформации, выполненных на узлах сбольшой стпенью интеграции,Цель изобретения - повышение информационной емкости устройства;На фиг.1 изображена функциональ- .ная схема предлагаемого устройства;на фиг,2 - регистр результата поиска;на фиг.3 - функциональная схема триггера результата поиска; на фиг.4блок сраанения; на фиг.5 - структурная схема блока маскирования; нафиг.6 - функциональная схема ячейкиформирования сигналов сброса; нафиг,7 - функциональная схема формирования сигналов сброса; на фиг,8один из вариантов построения модуляассоциативной памяти, реализованногона одном кристалле,Устройство содержит регистр 1 результатов поиска, элемент ИЛИ 2приоритетный шифратор 3, дешифратор 4,коммутатор 5, блок 6 сравнения н блок7 маскирования,Кроме того на фиг.1 также показаны информационные входы 8 блока 7,первая группа информационных выходов9, выход 10 блока 7, выходы 11 сбросарегистра 1, управляющий вход 12 блока 7, тактовый вход 13 устройства,вход 14 "Начало поиска" устройствавход 15 разрешения записи регистра 1,35вход 16 разрешения записи устройства,установочный вход 17 устройства, вход18 установки в "0" регистра 1, информационные входы 19 устройства, инфор 40мационные входы 20 регистра 1, шина21, объединяющая выходы коммутатора5, входы дешцфратора 4 и вторую группу информационных входов 22 блока 6,вторая группа информационных входов4523 устройства, входы 24 установкиначального состояния регистра 1, управляющий вход 25 и восход 26 блокасравнения, выход 27 "Наличие совпадений приэнаковой и хранимой информа 1ции устрбйства, выход 28 регистра 1,50первая группа инФормационных входов29 и выходы 30 блока 6.Ре истр 1 результата поиска содержит двухтактовые КСБ-триггеры 31результата поиска и группу элементов 55И-НЕ 32, Причем сброс любого триггера31 е начальное состояние (логическийнуль) происходит сигналом, устанснленным на входе 24 по заднему фронтусинхроимпульса, сформированного навходе 18. Установка сигналов совпадений в каждый из триггеров 31 происходит по входам 20, при подаче единичного,сигнала на вход 15 "Началопоиска". Маскирование незначащихсигналов совпадений (сброс соответствующих триггеров 31 в начальноесостояние) происходит по входам 11регистра 1.Каждый из КСБ-триггеров 31, результата поиска содержит элементыИ-НЕ 33-40, вход 41 установки в "1",вход 42 установки в "0" синхровход43, вход 44 сброса в "1", вход 45сброса в "0" и прямой выход 46.Блок 6 сравнения может быть реализован различными способами, Если выходной каскад коммутатора 5 выполненс открытым коллектором, т.е. на выходах 21 объединенных модулей ассоциативной памяти реализуется функциямонтажного И 1 то блок 6 сравнения содерзит (фиг,4) элементы НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 47, элементы ИЛИ 48 и элементИЛИ-НЕ 49. При этом приоритетный шифратор 3 выдает информацию (адрес совпадения) в инверсией форме, а дешифр;,тор 4 принимает информацию в инверсной форме.Если выходной каскад коммутатора 5выполнен с открытым эмиттером (реализуется функция логическое ИЛИ), тоблок 6 содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 47, элементы И 48 и дополнительный элемент И 49При этом приоритетный шифратор 3 выпает, а дешифратор 4 принимает информацию в прямойформе,Для уменьшения влияния помех, свя- занных с наличием обратной связи в блоке 6 сравнения (выходы 30 - входы 22) во втором полутакте работы устройства, на выходе 30 можно использовать регистр (не показан), запись в который осуществляется по единичному сигналу, установленному на входе 25 блока 6 сравнения (при подаче нулевого сигнала на вход 25 блока 6 данный регистр находится в режиме хранения и считывания). Кроме того, перенос от старших разрядов к младшим в блоке 6 сравнения может быть реализован последовательно, параллельно (фиг.4) или параллельно по группам разрядов и последовательно между группами,Блок 7 маскирования содержит узел50 формирования сигналов сброса,группу 51 элементов ИЛИ и элемент 52задержки, Для выполнения узла 50 формирования сигналов сброса использованячеечный принцип построения, т.е.узел 50 содержит (фиг,7) одинаковыеячейки 53 формирования сигналов сброса, входы 8 и выходы 54. При этомкаждая ячейка 53 формирования сигналов сброса содержит (фиг.6) группуиэ четырех "элементов ИЛИ 55 со входом 56 предварительной установки .На фиг.8 приведен пример реализации модуля 57 ассоциативной памяти,выполненного на одном кристалле. -"Модуль 57 ассоциативной памяти содержит устройство 58 для поиска информации с ассоциативной памяти, первый59 и второй 60 элементы ИЛИ, демультиплексор 6 1, матрицу 62 ячеек памяти, дешифратор 63 команд, регистр 64данных, регистр 65 маски, днунапрднленную информационную шину 66 и входы67 задания команд. При этом дешифратор 63 команд имеет следующие выходы:выход 68 выбора направления передачи данных;ныход 69 разрешения записи в регистр 64 данных;выход 70 разрешения записи в регистр 65 маски;выход 71 выборки матрицы 62 ячеекпамяти;выход 72 разрешения мультизаписи;выход 73 разрешения процесса поиска;выход 74 разрешения чтения;выход 75 разрешения записи,В предлагаемом устройстве записьинформации с информационной шины происходит последовательно в регистр 64данных и регистр 65 маски.Приоритетный шифратор 3 может бытьвыполнен по схеме одного из известныхустройств для считывания информациииэ ассоциативной памяти.Предлагаемое устройство предназначено для поиска совпадений в ассоциативной памяти большого объема, выполненного в виде большой или сверхбольшой интегральной схемы ВИС и СВИСс использованием известных технологий.Устройство может быть реализовано набазе серийно выпускаемых микросхемахмалой и средней степени интеграции,При том регистр 1 реализуется на микросхемах К 155 ТМ 2 (К 155 ЛАЗ), прионитетный шифратор 3 - . па микросхемахК 155 ИВ 1 или К 155 ЛА 8, дешифратор 4на микросхемах К 155 ИЛ 3, коммутатор55 - на микросхемах К 55 КП 11 элемент)ИЛИ 2 - на микросхемах К 155 ЛЛ 1, блок6 сравнения - на микросхемах К 55 ЛЛ 3,К 155 ЛЕ 1 и К 155 ЛЛ 1, блок 7 маскирования со нп аде ний - на микр ос хе мах1 ОУстройство работает следующим образом.Перед началом рдботы устройствансе разряды регистра 1 установлены1 эн начальное состояние - логическийнуль, На входы 14, 16 и 17 устройстваподаются сигналы нулевого уровня,а на нход 13 - сигнал единичногоуровня. Таким образом, запись (как и20 сброс и начальное состояние) в регистр 1 запрещена, блок 7 маскирования и коммутатор 5 заблокированы (наих выходдх установлены единичные сигналы или нысокоомное состояние),25 работа приоритетного шифратора 3 врежиме мультиэдписи здпрещеиа, На выходах 27 и 26 устройства сформированынулевые сигналы, ИнФормация го шинам21 устройствд, видоизменяясь дешифрагором 4, поступдет нд выходы 9устройства. В таком режиме работывозможна адресная запись (считывание)информация в матрицу 62 ячеек памятит,е, шины 21 устройства являются в35данном случае адресными входами модуля 57 ассоциативной пдмдги,Рассмотрим случдй, кги да выходнойкаскад коммутатора 5 ныполнеп с открьггым коллектором, т.е, модули 57ассоциативной пдмяти объединяются шинами 21 посредством монтажого И.При этом приоритетный шиФратор 3 выдает, д дешифратор 4 принимает информацию в инверсной Форме, Информдцион 45 .ный код, в котором един отмечаются части слов (слова), совпадающиес соотнетствующей частью признака опроса (с признаком опроса), поступаетна нходы 19 устройства .Прн поступлении сигнала "Ндчалопоиска" на вход 14 устройства (сигналединичного уровня), разрешается запись информации в регистр 1 со входов19 устройства и разблокируется комму 55,татор 5 (на его выходы поступает ин формация с выходов приоритетного шифратора). Если н записанном в регистре1 .коде есть хотя бы одна единица, тона выходе 27 устройства устанавлина 1617460ется единичный сигнал . Приоритетный шифратор 3 формирует на своих выходах инверсное значение адреса первой (от младших адресов к старшим) единицы, которое через коммутатор 5 поступает5 на шину 21 устройства. Так как модули 57 ассоциативной памяти объединены шинами 21 посредством моятажного И, то на них устанавливается поразрядное 10 логическое произведение адресов, полученных совпадений, Данное значение кода и собственный адрес совпадения поступают на входы блока 6 сравнения в каждом .модуле 57 ассоциативной памяти. В блоке 6 происходит сравнение поступивших величин и при их совпадении на выход 26 устройства выдается сигнал единичного уровня, На выходах 30 блока 6 сравнения формируется код (старшие разряды которого являются совпавшими . разрядами). поступивших адресов ло первого (начиная от старших разрядов) несовпадения, а остальные разряды кода, включая первый 25 несонпанший, заменяются на единичные сигналы, Полученный .таким образом код поступает на входы коммутатора 5, Так завершается первый полутакт работы устройства (на синхровходе 43 установлен единичный сигнал), затем на тактовый вход 13 устройства поступает нулевой сигнал (начинается второй полутакт работы устройства) и ининформация входов коммутатора 5 поступает на шины 21 устройства. Установившийся на объединенных шинах 21 код дешифрируется и поступает на входы 8 блока 7 маскирования. При этом на выходе элемента 52 задержки 10 выдается нулен .й сигнал, а на выходах 10 блока 7 маскиронания совпадений формируется код, н котором нулями отмечены разряды, числовое значение адресов которых меньше адресов сонпа дений, инверсное значение которого установлено на шинах 21 устройства, причем соответствующие разряды регистра 1 (на вход 11 которых поступает нулевой сигнал) устанавливаются н начальное сОстояние (записывается логический нуль), те, совпадения, адреса которых меньше по числовому значению адреса, установленного на шинах 21 устройства из дальнейшего процесса55 поиска исключаются.Следует отметить, что адрес, установленный на шинах 21 устройства поступает и на входы 22 блока 6сравнения, .однако код на его выходах 30 не видоизменяет установившееся значение данного адреса, ввиду специфики самого процесса сравнения, что иллюстрируется данными табл.1.В табл,1 приняты следукщие обозначения: ш - количество информационных слов; О, если в старших разрядах сравниваемых кодов не было совпадений; Т= 1если в, старших разрядах сравниваемых кодов было совпадение. Если на входе 291 установлен "О",то на шине 22 не может быть 1(шины 21 объединены посредством монтажного И),поэтому коды 010 и 110 встроках в табл. 1 отсутствуют.Кроме того, если на выходах 30блока 6 сравнения установлен регистр,то при подаче на тактовый вход 13устройства нулевого сигнала (во втором полутакте) запись в данный ре-,гистр запрещается и информация с еговыходов считывается на шины 21 устройства до окончания процесса маскирования,После окончания маскироьания соответстнукщих совпадений в регистре 1приоритетный шифратор 3 каждого модуля 57 ассоциативной памяти выделяеточередной сигнал совпадения (инверсное значение его адреса), При этомла тактовый вход 13 устройства поступает единичный сигнал и информацияс выходов приоритетного шифратора 3поступает на шины 21 устройства,т,е. начинается очередной такт егоработы.В данном режиме устройство работает до тех пор, пока на объединенныхвыходах 26 всех модулей 57 ассоциативной памяти (содержимое одноименныхстрок которых составляет одно информационное слово) не установится единичный сигнал, Это означает, что нашинах 21 устройства выставлено инверсное значение адреса информационногослова, полностью совпадающего незамаскированными разрядами с признакомопроса, т.е. установленный на шинах21 адрес совпадает с собственным адресом совпадения н каждом модуле 57ассоциативной памяти. При этом происходит считывание (или запись) информация из соответствующей ячейки матрицы 62 памяти, Отрицательный фронтсигнала Запись" ("Чтение) разрешает1 О 9 161сброс соответствующего разряда регистра 1 в "О" (сигнал подается навход 17 устройства) и процесс поисканового совпадения продолжается. Работа устройства прекращается послетого, как на выходе 27 любого модуля57 ассоциативной памяти сформулируется нулевой сигнал, означающий, чтов регистре 1 хотя бы одного модуля57 больше не зафиксировано совпадений.Заметим, что если модуль 57 ассоциативной памяти, включающий предлаггаемое устройство, используют самостоятельно, то в нем возможно проведение мультиэаписи информации. Дляэтого на вход 16 устройства подаетсяединичньц сигнал.Рассмотрим работу устройства напримере,Пусть четыре модуля 57 ассоциативной памяти объединены между собойшинами 2 1 и содержат по 16 информаронных слов производной разрядности.На входах 19 устройств 58 всех модулей 57 3; (1=1,4) установлены сигналы,показанные н табл,2,7460 Формула В каждом такте работы устройств 58на их выходах Формируются сигналы,показанные н табл.З,Таким образом, на выходах 26 всех (объединенных между собой шинами 21) модулей 57 ассоциативной памяти на третьем такте работы сформируется еди" ничный сигнал, который свидетельствует о том, что обнарукено полное совпадение всех незамаскированных частей девятого информационного слова с признаком опроса. Происходит считывание (запись) информации иэ девятой ячейки ,каждого модуля 57 ассоциативной памяти, Отрицательный фронт сигнала считывания (записи) разрешает сброс девятого разряда регистра 1 каждого модуля 57 в начальное состояние и процесс поиска продолжается, На шестом такте работы происходит считывание информации из четырнадцатой ячейки данных модулей 57 ассоциативной памяти. После этого на выходе 27 третьего модуля 57, а следовательно, и на объединенном (посредством монтажного И) выходе 27 всех модулей 57 устанавливается нулевой сигнал, свидетельствукщий об окончании процесса поиска. 10 15 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 изобретения Устройс ао для поиска информации в ассоциа вной памяти, содержащее регистр результатов поиска, элемент ИЛИ, приортетнь шифратор и дешифратор, входы которого янляются адресными входами устройства, выходы регистра результата поиска подключены к входам элемента И;И, выход которого является выходом "Совпадение" приэнаковой и хранимой информации устройства, ныходы первой группы приоритетного шифратора подключены к соответствующим входам установки в начальное состояние регистра результатов поиска и являются информационными выходами перной группы устройства, информационные входы приоритетного шифратора подключены к выходам регистра результата поиска, информационные входы которого являются информационными входами устройства, вход установки н "О регистра реэультатон поиска и управляющий нход приоритетного шифратора является соответственно установочным входом и входом разрешения записи устройства, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повышения информационной емкости устройства, н него нведены блок сравнения, коммутатор, блок маскирования, причем выходы блока маскирования подключены к соответствующим входам сброса регистра реэультатон поиска, выходы ешф. ратора соединены с информационными входами блока маскирования и являются информационными выходами второй группы устройства, управляющие входы блока маскирования и блока сравнения и первый управляющий вход коммутатора объединены и являются тактовым входом устройства, вход разрешения записи регистра результата поиска и второй управляющий вход коммутатора объединены и являются входом "Начало поиска" устройства, информационные входы первый групп блока сравнения и коммутатора поразрядно объединены и подключены к соответствующим выходам приоритетного шифратора, группа выходов блока сравнения соединена с информационными входами второй группы коммутатора, выходы которого являются информационными выходами третьей группы устройства, информационные входы второй группы блока сравнения и входы дешифратора поразрядно объединены и11 1617460 12подключены к соответствующим выходам является выходом "Положительный ре коммутатора, выход. блока сравнения зультат поиска" устройства. 1Та блица 1игналы, установленные на -ои(где 1 = 1, 1 о 8 в)входеТ 1 выходе блока 6сравнения Т 22 29 1 0 0 2 0О 3 О 1 4 1 О 5 1 0 6 1 1 Таблица 2 1 1 М, М, М, М Му М у Мф ММ, М 0 0 0 О 1 1 0 0 9 1 110. 1 0 О 0 1 О 1 0 Таблица Номер такта гнал На винах 21 устройств 58 объединенных между собой На выходах приоритетного ши олутакт 2 полутакт М 0 1 1 1 О 0 0 1 1 1 1 0,1617460 Нона тахт Сигналы выходах нркорнтетного вкфратора 3 Фог.2 О О 1 О ф 4 О 1 1 О О 1 О 14 аПРОдолюение табл,3 На винах 21 устройств 58, объединенных мазду собой 1 нолутакт 2 полутакт О О 1 О О О 1 О О О 1 О О О 1 О