Ассоциативный параллельный процессор Советский патент 1981 года по МПК G06F7/38 G11C11/14 

(54) АССОЦИАТИВНЫЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР 1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использ вано при построении устройств обрабо ки дискретной информации. Известен ассоциативный параллельный процессор (АПП), содержащий регистры хранения информации, блоки вы полнения арифметических и логических операций, логические элементы 13. Недостатком этого АПП является ег сложностьi Наиболее близким по технической , сущности к предлагаемому является АП который содержит магнитоодноосную пленку, на которой размещены регистр хранения информации, соединенные через элементы выборки с блоком выполнения логических и арифметических операций 2. Однако параллельность выполнения операций в известном процессе достигается только за счет параллельного соединения пленок из магнитоодноосного материала. В самой же пленке информация обрабатывается последовательно по словам и битам. Это значительно увеличивает время обработки информации. Топологическая структура каждой магнитоодноосной пленки состоит из большого количества piaaного рода логических, переключательных и запоминающихэлементов, соединенных комбинационным методом. Каждый кристалл содержит большое количество выводов токовых шин. Все это усложняет изготовление и эксплуатацию такого АПП. Цель изобретения - упрощение известного АПП. Поставленная цель достигается тем, что он содержит многофункциональные логические элементы и замкнутый регистр связи, регистры хранения информации расположены на магнитоодноосной пленке в виде матрицы, вдоль столбцов которой расположены замкнутый регистр связи, первые и третьи входы и выходы многофункциональных логических элементов, расположенных между столбцами матрицы соединены с парами регистров хранения, расположенных в одноименных строках двух соседних столбцов матрицы, а вторые входы и выходы - с замкнутым регистром связи, а первые и третьи входы и выходы многофункциональных логических элементов, расположенных между строками матрицы, соединены с парами регистров хранения одноименных стол/ цов двух соседних строк матрицы.

На фиг.1 изображена блок-схема предложенного АПП; на фиг,2-4 - принцип его работы.

Предложенный АПП содержит магнитооднооскую пленку 1, на которой размещены регистры 2 хранения информадии, соединенные между собой при помощи многофункциональных логических элементов 3, замкнутый регистр 4 связи, генератор 5 и датчик 6 считывания цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), блок 7 управления записью информации (ВУЗ), соединенный с генератором ЦМД 5, блок 8 управления считыванием (БУС), соединенный с датчиком 6 считывания Щ1Д, блок 9 управления . режимом работы АПП (БУР), соединенный с токопроводящими шинами 10 и 11.

АПП работает следующим образом,

В регистры хранения длиной 2К разрядов помещается информация предназначенная для обработки. Регистр 4 связи доставляет информацию во все регистры хранения, а также содержит информацию, предназначенную для управления работой многофункциональных логических элементов АПП,

Блок 7 управления записью заполняет регистр 4 связи таким образом, .что каждое слово информационной последовательности (фиг.2), принадлежащее столбцам АПП, т.е. слова (1+М) информационных блоков (1+N) каждого столбца, подводятся к соответствующему логическому элементу 3,

После того как ВУЗ заполняет регистры хранения, выдается сигнал в блок 9 управления режимом работы (БУР), БУР формирует импульсы тока в шину .5 Сфиг.З) многофункциональных логических элементов 3, расположенных между столбцами матрицы регистров хранения. При подаче импульса тока в шину 5 ЦМД, находящиеся в .этот момент времени в замкнутом регистре 4 связи, перейдут в регистры 2 хранения.

Следует отметить, что все многофункциональные логические элементы 3 используемые в АПП, имеют Одну топологию и содержат две токопроводящие шины. В зависимости от поля эности и амплитуды импульса, подаваемого в одну шину или в обе шины вместе многофункциональный логический элемент может работать в шести режимах. На фиг.З показаны логические и переключательные функции, выполняемые элементов. В первых двух столбцах отобрс1жены переключательные .функции, в остальных логические. Строки этой таблицы отобрс1жают функции, выполняемые в каждом канале в разных режимах

Во втором цикле операции запись БУЗ заполняет регистр связи управляющей последовательностью. Управляющая последов;ательность представляет собой цепочку слов, состоящих из

1. Количество 1 соответствует количеству сравниваемых разрядов, т.е. является маской.

Операция ассоциативного поиска производится над любой парой чисел в двух соседних столбцах. Данная операция включает в себя следующие режимы: поиск слова равного или,не равного заданному (; ;) и поиск слова, равного большему или равного меньшему из сравниваемых. Данная операция производится под управлением БУР. В обоих режимах БУР формирует одинаковые последовательности импульсов тока для двух петель логических элементов. В этих режимах логический элемент выполняет функцию равнозначность с маскированием по каналу У, По окончании операции ассоциативного поиска в каждой паре регистров хранения, там где находились сравниваемые слова, останутся слова, равные большему из сравниваемых. Для определения меньшего или равного числа, необходимо произвести анализ управляющей последовательности. Анализ производится в блоке управления считыванием (БУС) после операции считывания.

Операция считывание может быть совмещена с операцией запись. Во время выполнения этой операции БУР 9 включает логические элементы 3 на выполнение режима переключения ЦМД из регистров 2 хранения в регистр 4 связи, а ВУЗ в это время заполняет регистр связи новой информацией. Через К-тактов БУР прекреицает подачу импульсов считывания и выдает сигнал в БУС. ВУС принимает информацию от АПП, формирует информационные блоки и производится анализ управляющей информации. Анализ управляющей информации заключается в следующем. Считываемая с АПП инфо мация поступает в БУС последовательно бит за битом из регистров связи.Первым всегда поступает блок управляющей.информации В1 (фиг.4), преобразованной после выполнения операции ассоциативного поиска. Каждое слово блока В1 содержит информацию о результате сравнения слов (N-l)-ro столбца, находящихся в блоке В2 (фиг.4) и слов, находящихся в соседнем N-OM столбце матрицы регистров хранения.

При выполнении режима простого ассоциативного поиска (; j) необходимо определить, имеется ли в каждом слове блока Б1 хотя бы один бит равный О. Если в слове М, например есть бит, равный О, это означает что слово 1 блока Б2 (фиг.4) не равно слову, оставшемуся в столбце N, находящемся в матрице регистров хранения рядом со столбцом N-1, из котррого был выбран блок информации В2

Для выполнения режима сложного ассоциативного поиска необходимо проанализировать тот разряд одного из сравниваемых чисел, в котором соответствующий разряд слова управлякяце последовательности равен нулю. Срав нение слов происходит ставшими разрядами вперед, поэтому по первому несовпадающему разряду можно опреде лить какое из сравниваемых слов меньше. После проведения операции ассоциативного поиска в регистрах 2 хранения остаются числа, равные бол шему из сравниваемых. Операция инверсия предназначается для получения инверсии чисел, находящихся в регистрах хранения. Для выполнения этой операции БУР 9 должен включить логические элементы на ассоциативный поиск, но сравнение нужно производить со словами, йсе разряды которых равны О. Результат операции, т.е. инверсные числа, поступают в регистр 4 связи. В дальнейшем, они могут быть считаны с кристалла или переписаны в Дру гие регистры хранения на том же .кристалле. Операция сложение по модулю два предназначается для поразрядного Ьл жения по модулю два чисел, находящи сяв соседних столбцах матрицы регистров хранения. Для выполнения этой опер ции БУР 9 формирует импульсы тока поля ности, противоположной той, которая подается в логические элементы 3 пр ассоциативном поиске. Операция перемещения информаци осуществляется как по столбцам, так и по строкам матрицы регистров хран ния. При этом БУР 9 вырабатывает дв последовательности импульсов тока для режимов поэтапного переключения ЦМД из регистра 2 хранения в регистр 4 связи и из регистра связи в регистр хранения другого столб ца (строки). При этом на переключение тратится один период поля управ ления, т.е. один такт работы АПП. Алгоритм сложения требует совмещения двух операций: сложения по модулю два и операции перемещения информации по столбцам матрицы регистров хранения. Полная сумма каждой пары складываемых положительных чисел появится на выходе К+1-го многофункционального логического элемента 3, начиная от элемента, расположенного между регистрами, в которых находились слагаемые (к-число разряде/б складываег лх слов) . Поразрядная полусумма продвигается по згилкнутому регистру 4 связи, а частичные переносы по регистрам 2 хранения, расположенным по столбцам и соединен ным между собой многофункциональными логическими элементами,работаюЩими в режиме переключения. Задержка распространения переноса осуществляется за счет переключения ЦМД из одного регистра хранения в другой. Алгоритм умножения состоит в последовательном суммировании частичных произведений со сдвигом одного из сомножителей. Возможно применение ускоренных алгоритмов умножения. Алгоритм вычитания требует совмещения операций инверсия, сложение по модулю два и перемещение. Он отличается от алгоритма сложения только необходимостью инвертировать знак вычитаемого. Таким образом, предложенный АПП позволяет производить необходимый набор логических, арифметических и ассоциативных операций над каждой парой хранимых в АПП слов одновременно. Полный ассоциативный поис1С (. ; i ; ;) осуществляется за один проход двух сравниваемых слов через многофункциональный логический элемент. Простота и однородность структуры АПП достигается за счет применения одного типа многофункционального логического элемента/ топологическая структура которого поз-, воляет внедрять его непосредственно в доменопродвигающую структуру регистров хранения, а многофункциональность позволяет выполнять полный набор логических, переключательных и ассоциативных операций. Все это позволяет уменьшить время обработки информации, упростить топологию каждой магнитоодноосной пленки и увеличить надежность АПП в целом. Формула изобретения Ассоциативный параллельный процессор, содержащий магнитоодноосную пленку, на которой размещены регистры хранения информации, соединенный через элементы выборки с блоком выполнения логических и арифметических операций, о тл и ч а ющи и.с я тем, что, с целью упрощения ассоциативного параллельного процессора и увеличения его быстродействия, он содержит многофункциональные логические элементы и замкнутый регистр связи, регистры хранения информации расположены на магнитоодноосной пленке в виде матрицы, вдоль столбцов которой располржены замкнутый регистр связи, первые и третьи выходы и входы многофункциональных логических элементов, расположенных йежду столбцами матрицы, соединены с парами регистров хранения, расположенных в одноименных строках двух соседних столбцов матрицы, а вторые входы и выходы - с замкнутым регистром связи, а первые и третьи входы и выходы многофункциональных логических элементов, расположенных между строками матрицы, соединены с парами регистров .хранения одноименных столбцов двух соседних строк матрицы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Т. Kenneth et al., Comp.Snrv. V.7, № 4, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 495664, кл. G 06 F 7/38, 1974 (прототип).

; л. 4 f . . . М-1 . И , .. -..« .M(H-1) . ./У //-/| MN - -У Л О О-О

2 Л - t .,2М П