Ассоциативный параллельный процессор Советский патент 1975 года по МПК G06F15/00 G06F17/30 

то же, блок передачи данных одного магнытоодноосного кристалла.

Ассоциативный параллельный нродессор содержит Л1агннтоодноосные кристаллы 1 с цилиндрическими матнитными доменами, на каждом из которых размещены ячейки 2 ассоциативной намяти, подключенные к блоку 3 управлення. Замкнутые соиряженные сдвиговые регистры 4 подключены соответственно к блокам 5 и ti вынолнення логических и арифметических операций, а их управляющие входы соединены с устройством / управления, подключенным к блоку 8 ввода ассоциативных признаков, блоку 9 ввода и вывода основной информации. Информационные входы и выходы блока 10 нередачи данных каждого магпитоодноосного кристалла подключеды к соответствующим выходам и входа.м ячеек 2 ассоциативной намяти. Функциональные входы и выходы блока 10 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

11подключены соответственно к информационным выходам и входам замкнутых сонряженных сдвнговых регистров 4.

Один из замкнутых сопряженных сдвиговых регистров 4 (фиг. 2) является регистром

12хранения -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 « декодирующее устройства 20 и 21. К дополнительному регистру И 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 унравления. К. нему же подключены сдвиговые регистры 26 с устройствами 27 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 сонряженных сдвиговых регислров 13 (фиг. 3) подключен блок 6 для выполнения арифметических операций, состояш,ий из триггера 33 суммы и триггера 34 переноса. Через эти триггеры проходит токопроводящая шина 35. С триггером 33 связан коллансер ЗЬ цилиндрических магнитных доменов, а с триггером 34 - коллапсер 37. Гокопроводящие шины ЗЬ и ЗУ проходят через ключи 40 и 41 соответственно, последний соединяет компенсатор 16 задержки блока б выполнения арифметических операций с регистром 13. Инвертор 15 состоит из элемента 42 неравнозначиости и управляемого генератора 43 с токоироводящей шиной 44.

Устройство 23 ноиска по числовому критерию (фиг. 4j содержит эле.мент неравнозначности с двумя магнитными ловушками 45 и

4Ь. Один из входов элемента соединен с триггером 47 «меньще, другой с триггером 48 «больше. Триггеры 4/ и 48 соединены с триггером 4У совпадения, который подключен к ячейке компрессора 50, входящего в состав

блока 25 извлечения многозначного ответа. Через триггер 49 совпадения проходит токопроводящая шина 51 одновременного управления ячейками, а через ячейку компрессора 5U нроходнт токопроводящая щина 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 нодсоединен к триггеру 49 совнадения 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 ловущки 54 и 57 нроходит токопроводящая шина 58. Выход магнитной ловушки 46

соединен с расщепителем 59. Устройство также содержит детектор 60 цилиндрических

ямагнитных доменов.

Дополнительный регистр И (фиг. 5} подключен к регистру 13 при помощи ключа 61. Выходом дополнительного регистра 11 является управляемый расщепитель 62 доменов, с которым связан инвертор 14, представляющий собой эле.мент 63 неравнозначности с

подключенным управляемым генератором 64. Управляе1мый расщепитель 62 соединен с регистром 13 ключом 65. С дополнительным регистром 11 соединен коллапсер 66 цилиндрических магпитных 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.

Блок 3 управления (фиг. 7) состоит из сдвиговых регистров 26, которые подключены через индикаторы 75 совпадения к компрессору 60 доменов. К регистрам 26 подключены элемент 27 неравнозначности и динамические ловушки 76 цилиндрических магнитных доменов. На коБце компрессора 50 находится коллапсер 77 доменов.

Блок 10 передачи данных (см. фиг. 8) состоит из токопроводящей ш«ны 78, соединенной с шиной 71, и токопроводяш,их шин 79 и 80 формирователей цилиндрических магнитных доменов. Триггеры 81 управляемых входов с токонроводяш,ей шиной 82 и ключом 83 соединены с ячейкой 2 ассоциативной памяти.

Работает ассоциативный параллельный процессор следуюш,им образом (см. фиг. 1).

Устройство управления 7, получив команду и соответствуюш,ую ей инфорлМацию, 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 6. 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 замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 и выбранную ячейку 2 при помоши переключателей 24 и -И соответственно, при этом включается блок 10 передачи данных.

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 замкнутые сопряженные сдвиговые регистры 4 переводятся переключателем 24 в рел.им выполнения операций. Число, переписанное нз ячейки 2 ассоциативной памяти, переводится в дополнительный регистр 11. Последний осуш ествляет задержку для носледуюш.его совмеш,ения одноименных разрядов двух слагаемых. Подходя к блоку о выполнения арифметических операций, коды совмеш,енных одноименных разрядов складываются. Результат поступает в регистр 12 хранения информации.

Для получения дополнительных кодов любого из 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 су.ммированпем 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 И. 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 с делителем (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 двухпозиционным 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 Г-структурах, поэтому магнитоодноосные кристаллы помещены в поле смещения, обеспечивающее устойчивое существование цилнндрических магнитных доменов, и в поле, вектор

которого вращается в плоскости кристаллов против часовой стрелки.

Основным операд1ЮП11Ым устройством про цессориого элемента является, папрнме), luiкапливающнй сумматор, находящийся в блоке 6 выполнения арифметических оиераций (возможно применение н комбинационного сумматора). Для его работы необходимо представить слагаемые следуюни1м образом. Первыми по регистру 13 под воздействием иродвигающего поля (фиг. 3) поступают до.1ены младщих разрядов. Внутри разрядов последовательиость домеиов следующая: сначала идут домены операндов, а затем три позиции без доменов, что иеобходимо для перехода домен переноса из триггера 34 переноса в триггер 33 суммы. Перед операцией сложения открывается ключ 40 блока 6 и закрывается ключ 41 комлепсатора задержки 16 при помонхи токонроводящих щин 38 н 39.

Цилиндрические магиитнвш домены, мииуя компеисатор, поступают в триггер 34, лишпие домены аннигилируют в коллапсере 36. Затем производится выталкивание доменов суммы и переноса токопроводящей щииой 35. Домен суммы поступает в регистр 13, домен переноса переходит в триггер 33 суммы, в результате чего сумматор готов для работы со следующим разрядом. Перед сумматором нодключен элемент 42 неравнозначности, который можно преобразовать в инвертор, для чего управляемым генератором 43 оргаиизуется непрерывная последовательность цилиндрических магнитных доменов. Если замкиутые сопряженные сдвиговые регистры 4 находятся в режиме хранения информации, то под аппликацией генераторов этих регистров домены отсутствуют. Если регистры 4 переведены в режим выполнения операцпи, то первый же домеп, являрощийся вспомогательиым и сигналом работоспособности регистров 4, под воздействием токоироводящих щин 44 поступает под аппликацию 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 дополнительный код. Для осуществления сдвига па один разряд вправо необходимо закрыть ключ устройства 17. В этом случае домены информации не попадают в устройство 17. Для осуществления сдвига влево устройство 18 выполняет обратные действия.

Для иоиска по числовому критерию к ре истру 12 (фиг. 4) подключен элемент неравнозначноста с двумя магпитпыл1и лов щками 45 и 46.

Домены хранимого в регистре 12 кода, проходя через расщепитель 53, делятся. Одип из них уходит в регистр 12 хранения, а другой поступает в первую магнитную ловущку 45. Для обеспечения работы элемента хранимое число должно быть представлено двухпозиниопньгм кодом. Ес,и представить иаличие домена в даниой позиции «1, а отс тств1-1е домена - - «О, то «едищща информации зап;С1 1Г ;;ется иос.тедовательиостью «10. а

Домеиы двухнозиционного кода постуиают 3 ловущку 45, где производится аиализ на равенство значений с разрядами искомого кода. Для этого в токоироводящую щипу ловушки 45 поступает импульс тока при прохождении первой позиции кода, если значение искомого нризпака «едиинца, или - во второй, если «нуль.

В случае совпадения зпачеиий разрядов признаков домен продвигается вдоль токонроводящей тины ловущки 45 на коллапсер. Если зиачеипя ие равны, до.лцэп поступает на вход ловущки 46, через нее ироходит токопроводящая щина, в котор ло и.миульс поступает только в момент прохождения второй позиции. Домеи, продвигающийся без задержки, проходит мимо триггера 47, выталкивает из иего домеи (если он там есть) и улавливается триггером 48 «больше. Вытолкнутый домен уничтожается коллапсером.

Если домен находится во второй позиции, то пройдя ловущку 46 и расщепитель 59, оп образует два домена. Один из них носту.пает гз триггер 47 «меньше, а другой проходит к триггеру 48, находящийся в ием домеи выталкиваетея.

Оба ноеледних домена коллапсируются. При маскнрованни разряда в шииу ловушки 45 поступают импульсы тока при прохождении обеих позиций кода. Таким образом последовательно анализир}ютея значения всех разрядов. По окончаннн анализа в триггере 47 или 48 каждого магнитоодноосного кристалла может находиться домеи. Если необходимо выделить замкнутые сонряжеппые сдвиговые регистры, отвечающие критерию «равно, то при помощи токопроводящих шин триггеров 47 или 48 дрмепы выталкиваются из этих триггеров и проходят мимо триггера 49 совпадения. Под воздейетвием проходящих доменов домен триггера 49 поступает в ловушку компрессора 50, который выполняет роль блока извлечения диюгозначного ответа. Если домены неравнозначности не выделяются, то триггеры 47 и 48 этого кристалла домены не содержат, а по окопчании операции выталкивания в триггере 49 остается до.мен совпадения.

Далее производится подача на вход компрессора домена, который перемещает домены комнрессора и производит заполнение и)стой ячейки. Появившийся домен выталкивает домеп триггера 49 в динамическую ловущку 54. Из этой ловушки под воздействием поля плины, проходящей через ловушку 54, домен поступает в переключатель 24 режимов. Под воздействием этого домена цилиидричеекие домены информации иереходят в регистр 13. По окончании операции домеи в переключателе уничтожается токоироводящей петлей, а домены информации поступают Б 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 ловуш«ой, 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 позиции кода ток в шине устройства 21 выключается, а домен поступает к коллапсеру.

Для ассоциативного поиска числа хранятся Б двухпозиционном коде, для чего после выполнения логических и арифметических операций однопозиционный код преобразуется в двухпозиционный устройством 20 (фиг. 6).

Домены кода, дв1 гаясь tio регистру 13, проходят мимо триггера устройства 20 и поступают на коллапсер. Домен, находящийся в триггере кодирующего устройства 20, выталкивается во внешний контур, соединенный с расщепителем.

Таким 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 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 зал1кнутых 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 п 79 цилиндрического магнитного домена.

Сброс ячейки 2 ассоциативной памяти осуществляется ключом 83.

Формула 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 выполнеНИН логических и арифметических операций, управляющие входы которых соединены с устройством управления, подключенным к блоку ввода ассоциативных признаков, блоку ввода и вывода основной информации, о тличающийся тем, что, с целью упрощения процессора, уменьщения рассеиваемой мощности и обеспечения сохранения информации при выключении питания, он 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 устройству управления, и дополнительный регистр, входы и выходы которого подключены к информационным выходам и входам замкнутых сопряженных сдвиговых регистров,

f

ТТх J 1

i - 1

ir

liirllTTll

1ТГТТ

K S-J-| 4,V,J-i

11

r- j liI I , I I ,

T

Т ГГТ1ТТШ111 hW .E --ht IIIIIll

11

, ,, xllltb.

yiumbH h

Hli I I ME

I

Tl

Kb CUIIII mJ №l -ЧЩ№ ZL Ио NtTTT- AT i 1, i. ... 1 I Ь5 111

/4

Ч

-ff

-

F-iC

H I

H

«. ij- ..&- -

I-{B fc fci: ;;::::

bJffl.i

M h4

.

//

H H H

111

Риг 5

/4J

и

j

Н FFIBd П-ч

bll ХГf 55 J

HTF

70

68

H

1

I

l« H

2i

fui.e

- 56

-bl

4-. I

-1 75

76

-f

1

M ih HJi-LJX

W

29

77

I

I 50 I

Iliir,-i-1 L-l27Ur

те -i-

-

H hh j |77i-

Ml H

v

y..