Ассоциативный параллельный процессор

ФЕС 0 фЗ эыч1 - Ф.", аде М ат НИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯп 11 495664 Сова Советских Социалистических Республик(51) М, 1 С,л, 6 061 7/38б 11 с 15/О Государственный номите Совета Министров СССР по делам изобретений(2 оритет Оп ень мо 46 совано 15,12.75, Бюлл 1.327 (088,8 53 и откры а опубликования описания 10.03.7(72) Авторы изобретения В. П. Алексашенко и М рчен 1) Заявитель титут электронных уира х маши 54) АССОЦИАТИВНЫЙ ПАРАЛЛ ЫИ ПРОЦ процессоре, реасхемах,С целью упрощения процессора, уменьшения рассеиваемой мощности и обеспечения сохранения информации при выключении питания предлагаемый ассоциативный параллельный процессор содержит блоки передачи данных по количеству кристаллов, информационные входы и выходы которых подключены к выходам и входам ячеек ассоциативной памяти, функциональные входы и выходы - к функциональным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров, а управляющие входы - к устроиству управле ния, и дополнительный регистр, входы и выходы которого подключены к информационным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров.На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого ассоциативного параллельного процессора; на фиг, 2 - функциональная схема процессорной ячейки, расположенной на одном магнитоодноосном кристалле; на фиг. 3 - принципиальная схема блоков выполнения 2; логических и арифметических операций; нафиг. 4 - то же, устройство ассоциативного поиска; на фиг. 5 - то же, дополнительный регистр; на фиг. 6 - то же, устройство декодирования и кодирования информации; на ЗО фиг, 7 - то же, блок управления; на фиг. 8 -ции выам, од- отдельИзобретение относится к области вычислительной техники,Известен ассоциативный параллельный процессор, выполняющий идентичные логические и арифметические операциями одновременно над большим количеством пар чисел, предназначенный для групповой (параллельной) обработки массивов информации.1 роцессор содержит накопитель, в котором размещены ячейки ассоциативной памяти, подключенные к блоку управления. Замкнутые сопряженные сдвиговые регистры соединены с блоками выполнения логических и арифметических операций, а их управляющие входы - с устройством управления, подключенным к блоку ввода ассоциативных признаков, блоку ввода и вывода основной информации.Логические и арифметические опера полняются последовательно по разряд нако для каждого разряда требуется ный внешний узел управления.Выполнение ассоциативного параллельного процессора на потенциальных элементах не позволяет получить больших плотностей информации из-за увеличения мощности рассеивания на единицу площади. Внезапное пропадание питающих напряжений или их выключение приводит к пропадению хранимой информации в ассоциативном параллельном лизованном на интегральных1015 20 2 д 30 35 1 О 50 60 д 3то же, блок передачи данных одного магнитоодноосного кристалла,Ассоциативный параллельный процессор содержит магнитоодноосные кристаллы 1 с цилиндрическими магнитными доменами, на каждом из которых размещены ячейки 2 ассоциативной памяти, подключенные к блоку 3 управления. Замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 подключены соответственно к блокам 5 и 6 выполнения логических и арифметических операций, а их управляющие входы соединены с устройством 7 управления, подключенным к блоку 8 ввода ассоциативных признаков, блоку 9 ввода и вывода основной информации. Информационные входы и выходы блока 10 передачи данных каждого магнитоодноосного кристалла подключены к соответствующим выходам и входам ячеек 2 ассоциативной памяти. Функциональные входы и выходы блока 1 О передачи данных подключены соответственно к функциональным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4, а управляющие входы - к устройству управления 7.Входы и выходы дополнительного регистра 11 подключены соответственно к информационным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4.Один из замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4 (фиг. 2) является регистром 12 хранения информации, другой - операционным регистром 13, к которому подключен дополнительный регистр 11 с инвертором 14.Инвертор 15 подключен к регистру 13, к последнему подключен блок 6 выполнения арифметических операций и компенсатор 16 задержки.К регистру 13 подключены устройства 17 и 18 сдвига кода вправо и влево на один разряд соответственно, детектор 19 доменов, кодирующее и декодирующее устройства 20 и 21. К дополнительному регистру 11 подключен управляемый выход 22, Устройство 23 поиска по числовому критерию и переключатель 24 режимов замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4 соединены с регистром 12. Кроме того, устройство 23 подключено к блоку 25 извлечения многозначного ответа, входящему в состав блока 3 управления. К нему же подключены сдвиговые регистры 26 с устройствами 2 ассоциативного поиска, переключателями 28 и устройством 29 записи.Замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 соединены с блоком 10 передачи данных, с ячейками 2 ассоциативной памяти, соединенными через устройства 30 ассоциативного поиска с блоком 25 извлечения многозначного ответа и с переключателем 31 режимов. К ним также подключены детекторы 32 доменов,К одному из сопряженных сдвиговых регистров 13 (фиг. 3) подключен блок 6 для выполнения арифметических операций, состояший из триггера 33 суммы и триггера 34 пер носа, Через эти триггеры проходит токопро 4водящая шина 35. С триггером 33 связан коллаeсер 36 цилиндрических магнитных доменов, а с триггером 34 - коллапсер 37. 1 окопроводящие шины 38 и 39 проходят через ключи 40 и 41 соответственно, последний. соединяет компенсатор 16 задержки блока 6 выполнения арифметических операций с регистром 13Инвертор 5 состоит из элемента 42 неравнозначности и управляемого генератора 43 с токопроводящеи шиной 44.Устройство 23 поиска по числовому критерию (фиг. 4) содержит элемент неравнозначности с двумя магнитными ловушками 45 и 46. Один из входов элемента соединен с триггером 47 меньше, другой с триггером 48 больше. 1 риггеры 4 и 48 соединены с триггером 49 совпадения, который подключен к ячеике компрессора 50, входящего в состав блока 25 извлечения многозначного ответа. Через триггер 49 совпадения проходит токо- проводящая шина 51 одновременного управления ячейками, а через ячейку компрессора 50 проходит токопроводящая шина 52 установки в исходное состояние,С регистром 12 хранения информации посредством расщепителя 53 цилиндрических магнитных доменов соединены вход магнитных ловушек элемента неравнозначности и переключатель 24 режимов, вход которого подсоединен к триггеру 49 совпадения через динамическую ловушку 54 цилиндрических магнитных доменов,Устройство ассоциативного поиска содержит элемент неравнозначности с одной магнитной ловушкой 55, вход которой соединен с ячейкой 2 ассоциативной памяти, а выход - с триггером 56 совпадения, Через динамические ловушки 54 и 57 проходит токопроводящая шина 58. Выход магнитной ловушки 46 соединен с расшепителем 59. Устройство также содержит детектор 60 цилиндрических магнитных доменов.Дополнительный регистр 11 (фиг. 5) подключен к регистру 3 при помощи ключа 61. Выходом дополнительного регистра 11 является управляемый расщепитель 62 доменов, с которым связан инвертор 14, представляющий собой элемент 63 неравнозначности с подключенным управляемым генератором 64. Управляемый расщепитель 62 соединен с регистром 13 ключом 65. С дополнительным регистром 11 соединен коллапсер 66 цилиндрических магнитных доменов.Декодирующее устройство 21 соединено с регистром 13 (фиг. 6), кодирующее устройство 20 подключено к выходу регистра 13 и содержит расщепитель 67 цилиндрических магнитных доменов.На конце выходной продвигающей дорожки 68 с магнитным ключом 69 и коллапсером 70 расположена токопроводящая петля шины 71, а на конце регистра 13 - управляемый ключ 72, дорожка 73 задержки доменов и вход 74 в регистр 12 хранения информации.5Блок 3 управления 1 фиг. 7) состоит из сдвиговых регистров 26, которые подключены через индикаторы 75 совпадения к компрессору 50 доменов, К регистрам 2 б подключены элемент 27 неравнозначности и динамические ловушки 7 б цилиндрических магнитных доменов. На конце компрессора 50 находится коллапсер 77 доменов.Блок 10 передачи данных (см. фиг. 8) состоит из токопроводящей шины 78, соединенной с шиной 71, и токопроводящих шин 79 и 80 формирователей цилиндрических магнитных доменов. Триггеры 81 управляемых входов с токопроводящей шиной 82 и ключом 83 соединены с ячейкой 2 ассоциативной памяти,Работает ассоциативный параллельный процессор следующим образом (см. фиг, 1).Устройство управления 7, получив команду и соответствующую ей информацию, распределяет последнюю по блокам 8 и 9, Затем производится ассоциативный поиск, в результате которого в блоке 3 управления выделяется информация о наличии ячеек 2 с искомыми признаками, Блок 3 управления переводит эти ячейки в режим выполнения операции.Выделенная информация поступает в замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 через блок 10 передачи данных и далее - в дополнительный регистр 11, в блоки 5 и 6 выполнения логических и арифметических операций. Вырабатывая последовательность микрокоманд, устройство управления воздействует на блоки 5 и б. Результаты обработки поступают в регистр 12 хранения информации (фиг. 2). Запись и чтение производится после ассоциативного поиска информации или посредством выбора по номеру ячейки в блоке 3 управления. В каждом процессорном элементе, размещенном на магнитоодноосном кристалле 1, может производиться запись содержимого регистра 12 в одну из ячеек 2 ассоциативной памяти, вызов любого слова из ячеек 2 ассоциативной памяти в регистр 12, стирание и запись нового слова в регистры 12 и ячейки 2, арифметические операции: сложение, вычитание, умножение, деление чисел, хранимых в регистре 12 каждого кристалла, и числа, задаваемого блоком 9 ввода и вывода основной информации, те же арифметические операции над числами, хранимыми регистром 12 и одной из ячеек 2 ассоциативной памяти, преобразования в прямые и дополнительные коды, сдвиги слов влево и вправо, поиск информации по числовому критерию для регистра 12 и по знаку хранимого числа, а также по содержимому всего слова или его части регистра 12 и ячейки 2 каждого магнитоодноосного кристалла.Для перезаписи числа из регистра 12 в любую из ячеек 2 ассоциативной памяти и наоборот необходимо посредством устройств 27 ассоциативного поиска возбудить индикаторы 75 совпадения, а затем одновременно перевести в режим выполнения операции замк 495664 Арифметические операции сложения и вычитания производятся в прямом и дополнительном кодах, причем число переписывается из какой-либо ячейки 2 в регистр 12 хранения информации, Затем замкну тые сопряженные сдвиговые регистры 4 переводятся переключателем 24 в режим выполнения операций. Число, переписанное нз ячейки 2 ассоциативной памяти, переводится в дополнительный регистр 11. 11 оследннй осуществляет задержку для последующего совмещения одноименных разрядов двух слагаемых. Подходя к блоку о выполнения арифметических операций, коды соьмещенных одноименных разрядов складываются. Результат поступает в регистр 12 хранения информации.Для получения дополнительных кодов любого нз слагаемых в блок выполнения арифметических операций записывается единица, включается инвертор 14 или 15 и производится сложение. Числа, подвергаемые преобразованиям, выделяются при помощи ассоциативного поиска или блоком 3 управления.Умножение производится последовательным суммированием частичных произведений, выдаваемых управляемым выходом 22 дополнительного регистра 11, с последующим сдвигом суммы вправо, при этом логическим умножением числа, хранимого в дополнительном регистре 11, управляет текущий разряд множителя, хранимого в регистре 12, значение которого засылается в управляемый выход 22 дополнительного регистра 11.При делении чисел вычитание заменяется сложением с дополнительным кодом. Ассоциативной выборкой выделяется остаток с отрицательным знаком, переводится в регистр 13, где производится сдвиг и сложение сделителем (например, при делении без восстановления остатка). Положительные результаты сдвигаются влево, а в освободившийся разряд для частного записывается единица, Для осуществления поиска по числовому критерию производится кодирование числа двухпозицпонным кодом. Анализ производится, начиная с младших разрядов числа, В троичном индикаторе остается сигнал неравенства наиболее старшего разряда. С помощью таких индикаторов можно разделить замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 накопителя на группы: регистры с числом, равным искомому, больше искомого, меньше искомого, больше или равно искомому и меньше или равно искомому.В предлагаемом ассоциативном параллельном процессоре все устройства выполнены на Т-структурах, поэтому магнитоодноосные кристаллы помещены в поле смещения, обеспечивающее устойчивое существование цилиндрических магнитных доменов, и в поле, вектор 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 60 65 6нутые сопряженные сдвиговые регистры 4 и выбранную ячейку 2 при помощи переключа 1 елей 24 и 41 соответственно, при этом включается блок 10 передачи данных.которого Врящяетс 1 В 11 лоскостц кристаллов против часовой стрслкц.ОсеЕОВЕпэм 011 с 1)яццоццыъ ус 11)ойством процессорного элемента является,;япрпмср, цякапливающ:й сумматор, находящийся в олоке 6 выполнения ярифмстеИсских операций 1 возможцо примсцсццс ц комбинационного сумматора),Для его рабаты цсобхо;01 мо прслставить слагаемые слсдующ:м образом, Первыми по регистру 13 под возлействцсм продвигающего поля фцг. 3) поступают домены младших разрядов. Внутри разрядов последовательность доменов следующая: сначала идут домены операндов, а затем три позцццц без доменов, что необходимо для перехода домн переноса цз триггера 34 переноса в триггер 33 суммы, Перед операцией сложения открывается ключ 40 блока 6 и закрывается киоч 41 компепсяторя зялсржки 16 прц геОуоц 11 токопроводящцх шин 38 ц 39.Ццлцпдрцческце мап 1 итные домены, минуя компецсатор, поступают в триггер 34, лишние домены аннигилируют в коллапсере 36. Затем производится выталкивание доменов суммы и переноса токопроводящей шиной 35. Домен суммы поступает в регистр 13, домен переноса переходит в триггер 33 суммы, в результате чсго сумматор готов для работы со следующим разрядом. Перел сумматором по 1 ключсц элемент 42 церавнозцачности, который можно прсобразовать в ицвертор, для чего управл 51 емьЕм генератором 43 организуется непрерывная последовательность ццлеидриЕескцх магнитных доменов. Если замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 цахолятся в режиме хранения информации, то под аппликацией генераторов этих регистров домены отсутствуют. Если регистры 4 переведены в режим выполнения операции, то первый же домен, являющийся вспомогательным и сигналом работоспособности регистров 4, под воздействием токопроводящцх шип 44 поступает под аппликацио генератора 43, Этот генератор выделяет в регистр 13 домен, который должен занять позицию использованного вспомогательного домена.Инвертор служит для получения обратного кода, который, суммируясь с единицей, записанной в сумматор генератором 43, образует нополнительный код. Для осуществления сдвига на один разряд вправо необходимо закрыть ключ устройства 17, В этом случае домены информации не попадают в устройство 17. Для осуществления сдвига влево устрой:тво 18 выполняет обратные действия.Для поиска по числовому критершо к ре-.истру 12 1 фиг. 4) подключен элемент неравнозначное, двумя магнитными лоц,шками45 ц 46.Домены хранимого в регистре 12 кода, проходя через расщепитель 53, делятся. Олин цз цих уходит в регистр 12 хранения, а другой поступает в первую магнитную ловушку 45. Для обеспечения работы элемента хранимое число должно быть представлено двухпозц 10 15 2) 25 зц 3; 1 О 45 0 55 Г 0 65 8неОп:ы:51 ко;101. Ес,1 И црс;1 стяветь пале 1 цс ,Омсця В;Ея 1 1 ОЙ г 10 зиццц, я ОтсутстВс ломе:я - О, то слцццца информации за:сыя с Ге 1:чсгСлавяс,ьОстьО 1 Ои л 1, - О 1,Домены ЛвухпозиццонцоЕо кода поступают в ловцю 40, Г,Ес .1 роцзВОдцтся Яцале 1 з ца равсцсВо значений с разрядамп искомого ко. ла. Для этого в токоцроводящу 10 шину ловушки 45 поступает импульс тока при прохожлен:и первоц позиции ко Еа, еслц значение искомого призцака единица, цлц - во Вто. рой, если пуль,В случае совпадс:Еия значений разрядов прцзнаков домен пролвцгается в;Еоль токопроводящей шины ловушки 45 на коллапсер. Есл:1 значения це равць:, домен поступает ца вход ловушки 46, через:ее црохолит токопроводящая шина, в которую импульс поступает только В момент прохождсия второй позиции, Домен, продвигающийся без задержки, праха;Еит мимо трипера 47, выталкивает цз пего Ломсц 1 еслц он пЕм есть) ц улавливаетСя триггером 48 больше. Вытолкнутый домен уничтожается коллапсером.Если домен находится во второй позиции, то пройдя ловушку 46 и рясщепитель 59, он образует два домена, О:Еиц из ццх поступает В тршегер 47 меньше, а другой проходит к триггеру 48, находящийся в цем домен выталкивается.Оба последних домена коллапсцруются.11 рц маскировании разряда в шину ловушки 45 поступают импульсы тока при прохождении обеих позиций кола. Таким образом послеЕовательцо анализируются значения всех разрядов. По окончании анализа в триггере -17 цл: 48 каждого магццтоодноосного кристалла может находиться домен. Если необходимо выделить замкнутые сопряженные сдевиГОВые реГистры, ОтВечяющие критсрцю равно, то при помаши токопроводящих шин триггеров 47 И.ЕИ 48 домены выталкиваются цз этих триггеров и проходят мимо триггера 49 совпадеЕия. Пол воздействием проходящих доменов домен триггера 49 поступает в ловушку компрессора 50, который выполняет роль блока извлечения мцогозца 1 цого ответа. Если домены неравпэзцачцостц не выделяются, то триггеры 47 и 18 этого кристалла домены це содержат, а по окончании операции выталкивания в триегере 49 остается домен совладения.Далее производится подача ца вход ком. прессора домена, когорый перемещает домены компрессора и производит заполнение пустой ячейки. Появившийся домен выталкивает домен триггера 49 в динамическую ловушку 54, Из этой ловушки под воздействием поля шины, проходящей через ловушку 54, домен поступает в переключатель 24 режимов, Под воздействием этого домена цилицдрическис мапИтцые домены информации переходят в регистр 13. По окончании операции ломец в переключателе унЕИтокается токоцро 49566450 55 60 г 5 9водящей петлей, а домены информации поступают в регистр 12 хранения,Одновременно с этим из ячейки компрессора 50 необходимо вытолкнуть домен в триггер 49. Для выполнения операции одновременно во всех выбранных замкнутых сопряженных сдвиговых регистрах накопителя из триггеров 49 домены выталкиваются полем токопроводящей шины 51.Для выделения регистров 4, отвечающих критерию больше, из триггера 49 необходимо вытолкнуть домен в сторону динамической ловушки 54. Затем из триггера 48 необходимо вытолкнуть домен, который поступает в триггер 49. Началом операции является сигнал, поступающий от детектора 60 доменов при переключении режима замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4. Домен, оставшийся в динамической ловушке 54, уничтожается токовой петлей переключателя 24. При выделении по критерию меньше аналогичные действия производятся с доменом триггера 47,При выделении по критерию больше или равно или меньше или равно предварительного выталкивания домена триггера 49 не производится. Он должен быть вытолкнут доменом триггера 47 или триггера 48 соответственно.Ассоциативный поиск ячеек 2 выполняет магнитная ловушка 55. Домен неравнозначности, выделенный этой ловушкой, поступает к триггеру 56 совпадения, Заполнение ячеек компрессора 50 и переключение режима ячеек 2 ассоциативной памяти переключателем 31 производится аналогично описанному выше.Для передачи доменов числа в дополнительный регистр 11 (фиг. 5) необходимо открыть ключ 61, Домены числа, проходя ключ 61, заполняют весь регистр 11.При выполнении умножения в триггер управляемого расщепителя 62 засылается домен, Домены кода дополнительного регистра 11, продвигаясь мимо триггера, выталкивают находящийся там домен. Один из доменов возвращается в триггер расщепителя 62, а другой, являясь копией разряда кода, хранимого дополнительным регистром 11, поступает в регистр 13. Если домена в триггере расщепителя 62 нет, то копии кода не образуется.При выполнении логических и арифметических операций производится декодирование двухпозиционного кода в однопозиционный устройством 21 (фиг. 6). Для этого во время прохождения второй позициями кода ток в шине устройства 21 выключается, а домен поступает к коллапсеру.Для ассоциативного поиска числа хранятся в двухпозиционном коде, для чего после выполнения логических и арифметических операций однопозиционный код преобразуется в двухпозиционный устройством 20 (фиг. 6),10 15 20 25 30 35 40 45 10Домены кода, двигаясь по регистру 13, проходят мимо триггера устройства 20 и поступают на коллапсер. Домен, находящийся в триггере кодир ющего ъ стройства 20, выталкивается во внешний контур, соединенный с расщпите чемТаким образом, образуется последовательность доменов 10 при единице информации,Нуль информации, обозначенный отсутствием домена, кодируется в последовательность 01 с помощью шины, проходящей через триггер кодирующего устройства 20, в которую подается выталкивающий импульс во время прохождения второй позиции разряда. Расщепитель 67 доменов обеспечивает передачу копии кода в одну из ячеек 2 ассоциативной памяти,Блок 3 управления (фиг. 7) работает по принципу ассоциативного поиска. В регистре 26 находится двухпозпционный код, содержащий номер ячейки 2.При записи устройством 29 номера, совпадающего с номером замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4, происходит обращение к требуемым ячейкам 2 и регистрам 4 для передачи соответствующей информации с помощью блока 10. Одновременным переключением выбранных ячеек и регистров в триггер 81 вносится вспомогательный домен (фиг. 8). Затем с помощью токопроводящих шин 78 домены замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4 передаются в ячейки 2 ассоциативной памяти, формируясь в петлях шин 80. Этот домен под воздействием продвигающего поля проходит мимо триггера 81 управляемого ввода. Генерируемый домен поступает в ячейку 2 ассоциативной памяти, Обратная запись в замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 производится передачей доменов с помощью токов шин 78 и 79 цилиндрического магнитного домена.Сброс ячейки 2 ассоциативной памяти осуществляется ключом 83,Форм ла изобретения Ассоциативный параллельный процессор, содержащий магнитоодноосные кристаллы с цилиндрическими магнитными доменами, на каждом из которых размещены ячейки ассоциативной памяти, подключенные к блоку управления, замкнутые сопряженные сдвиговые регистры, подключенные к блокам выполнения логических и арифметических операций, управляющие входы которых соединены с устройством управления, подключенным к блоку ввода ассоциативных признаков, блоку ввода и вывода основной информации, отл и ч а ю щ п й с я тем, что, с целью упрощения процессора, уменьшения рассеиваемой мощности и обеспечения сохранения информации при выключении питания, он содержит блоки передачи данных по количеству кристаллов, информационные входы и выходы которыхподключены к выходам и входам ячеек ассо. циативной памяти, функциональные входы и выходы - к функциональным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров, а управляющие входы - к устройству управления, и дополнительный регистр, входы и выходы которого подключены к информационным выходам и входам замкнутых сопряхкенных сдвиговых регистров,а