Τι είναι η Συνειρμική Μνήμη;

Η περισσότερη μνήμη αποθηκεύεται και έχει πρόσβαση με τον ίδιο τρόπο. Το περιεχόμενο αποθηκεύεται και στη συνέχεια ανακτάται χρησιμοποιώντας μια διεύθυνση μνήμης. Αυτό είναι γενικά χρήσιμο και χρησιμοποιείται σχεδόν παγκοσμίως. Δυστυχώς, υπάρχει ένα μικρό πρόβλημα με αυτό το στυλ αποθήκευσης. Είναι εξαιρετικό αν γνωρίζετε πού αποθηκεύονται τα δεδομένα που χρειάζεστε. Δεν έχει καλή απόδοση αν θέλετε να αναζητήσετε μια συγκεκριμένη καταχώρηση.

Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να βρείτε ένα αρχείο. θυμάστε το όνομά του αλλά όχι τον φάκελο που αποθηκεύσατε. Ο υπολογιστής σας μπορεί να αναζητήσει το όνομα του αρχείου, αλλά αν δεν το έχετε χρησιμοποιήσει πρόσφατα, είναι συχνά αρκετά αργός στην εκτέλεση της αναζήτησης. Και αυτό λαμβάνεται υπόψη ότι τα συστήματα αρχείων αποθηκεύονται ως ονόματα αρχείων και διευθύνσεις.

Η συσχετιστική μνήμη, γνωστή και ως Content Addressable Memory ή CAM, έχει σχεδιαστεί για αναζήτηση βάσει του περιεχομένου της. Δυστυχώς, η εφαρμογή συσχετιστικής μνήμης είναι πολύ ακριβή. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιείται μόνο σε λίγες περιπτώσεις, συνήθως σε υλικό δικτύωσης προηγμένης τεχνολογίας. Η συσχετιστική μνήμη ονομάτων προέρχεται από το γεγονός ότι είναι μια υλοποίηση υλικού μιας συστοιχίας συστοιχίας λογισμικού.

Κυτταρική Δομή

Η συσχετιστική μνήμη χρησιμοποιείται μόνο όπου απαιτείται εξαιρετικά υψηλή απόδοση. Ως εκ τούτου, βασίζεται σε SRAM αντί για DRAM. Ως σημείο εκκίνησης, αυτό από μόνο του το καθιστά ακριβό. Η DRAM χρησιμοποιεί ένα τρανζίστορ και έναν πυκνωτή ανά bit και η SRAM χρησιμοποιεί συνολικά 6 τρανζίστορ. Για την αποτελεσματική αναζήτηση του περιεχομένου μιας κυψέλης μνήμης, κάθε κελί τροποποιείται ώστε να έχει κύκλωμα σύγκρισης. Αυτό προσθέτει συνολικά 4 ακόμη τρανζίστορ σε κάθε κυψέλη. Αυτό σημαίνει ότι η συσχετιστική μνήμη είναι σημαντικά λιγότερο πυκνή από τη SRAM, η οποία είναι ήδη μια ακριβή μορφή αποθήκευσης.

Χρήση

Η συσχετιστική μνήμη είναι ακριβή και βελτιστοποιημένη αποκλειστικά για αντιστοίχιση αναζητήσεων που βασίζονται σε περιεχόμενο. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται πραγματικά μόνο σε συσκευές που πρέπει συνεχώς να εκτελούν αυτόν τον τύπο αναζήτησης. ακόμα και τότε, συνήθως περιορίζεται σε μοντέλα υψηλής τεχνολογίας. Υπάρχουν γενικά μόνο δύο κύρια μέρη όπου χρησιμοποιείται η συσχετιστική μνήμη, οι μεταγωγείς δικτύου και οι δρομολογητές.

Το υλικό δικτύωσης, όπως οι διακόπτες και οι δρομολογητές, πρέπει να προσφέρουν επίπεδα υψηλών επιδόσεων για να διατηρούν συνεχώς τη ροή πολλών gigabit της κυκλοφορίας δικτύου. Μέσα σε ένα δίκτυο, οι διευθύνσεις MAC χρησιμοποιούνται για τη δρομολόγηση της κυκλοφορίας. Ένας διακόπτης θα γνωρίζει σε ποια από τις πολλές θύρες δικτύου του πρέπει να σταλούν τα δεδομένα, ώστε να φτάσει στη συσκευή με τη σωστή διεύθυνση MAC. Για να διασφαλιστεί ότι κάθε πακέτο αποστέλλεται στο σωστό μέρος, αναζητείται η διεύθυνση MAC προορισμού του. Σε μια παραδοσιακή μορφή μνήμης, αυτό θα πάρει λίγο χρόνο, προσθέτοντας σε κάθε λανθάνουσα κατάσταση επικοινωνίας δικτύου. Με τη συσχετιστική μνήμη, αυτή η αναζήτηση μπορεί να είναι πολύ πιο γρήγορη.

Δυαδικό και Τριαδικό

Η περισσότερη συνειρμική μνήμη βασίζεται σε δυαδικό, αλλά μερικές βασίζονται σε τριαδική. Ένα τριαδικό συσχετιστικό κελί μνήμης είναι παρόμοιο με το δυαδικό που περιγράφηκε παραπάνω. Ωστόσο, αντί να έχει ένα κελί SRAM, έχει δύο. Και τα δύο μαζί έχουν στη συνέχεια τα τέσσερα επιπλέον τρανζίστορ που απαιτούνται για την εκτέλεση της σύγκρισης. Αυτό, φυσικά, καθιστά την τριμερή συσχετιστική μνήμη ακόμη πιο ακριβή από τη δυαδική ξαδέρφη της, οπότε σε τι χρησιμοποιείται;

Το δεύτερο bit του τριμερούς κελιού υποδηλώνει "φροντίδα" ή "δεν με νοιάζει". Αυτό προσθέτει μια τρίτη κατάσταση στο κελί και τη συνολική λειτουργία αναζήτησης. Τώρα μπορεί να αποθηκεύσει ένα 1, 0 ή Χ για το don't care. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν ασχολείστε με πίνακες δρομολόγησης δικτύου που βασίζονται σε μάσκες υποδικτύου μεταβλητού μήκους και με λίστες ελέγχου πρόσβασης. Ενδέχεται να έχετε πολλές θετικές απαντήσεις σε μία μόνο διεύθυνση αναζήτησης και στα δύο. Και στα δύο, θέλετε να σημειώσετε μόνο τις πιο ακριβείς οδηγίες.

Ως εκ τούτου, μια αναζήτηση για το 192.168.20.19 μπορεί να ταιριάζει με τους ακόλουθους κανόνες 192.168.20.16/28 και 192.168.0.0/16. Εάν εκτελούσατε μια τυπική δυαδική αναζήτηση, θα έπρεπε να εκτελέσετε υπολογισμούς για να επαληθεύσετε ότι η διεύθυνση εμπίπτει στα καθορισμένα εύρη διευθύνσεων. Με την τριμερή λογική, ωστόσο, μπορείτε να προσδιορίσετε εάν η διεύθυνση αναζήτησής σας ταιριάζει με το 192.168.xx σε μία μόνο λειτουργία. Μπορείτε επίσης να προσδιορίσετε ότι η αντιστοίχιση /28 είναι πολύ πιο ακριβής από την αντιστοίχιση /16, επειδή υπάρχουν λιγότερα bit "μη νοιάζει". Αυτό σας επιτρέπει να εφαρμόζετε κατά προτίμηση τους σχετικούς κανόνες ελέγχου πρόσβασης.

Καθώς η τριμερής συσχετιστική μνήμη είναι ακόμη πιο ακριβή από τη δυαδική μορφή, είναι ακόμη λιγότερο συνηθισμένη. Γενικά μπορεί να βρεθεί μόνο σε δρομολογητές και διακόπτες πολλαπλών επιπέδων.

συμπέρασμα

Η συνειρμική μνήμη είναι μια μορφή μνήμης που λειτουργεί πολύ διαφορετικά από την τυπική μνήμη. Αντί να ζητά τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε μια συγκεκριμένη διεύθυνση, αναζητά ολόκληρη τη μνήμη με μια κίνηση για αντιστοιχίσεις με έναν όρο αναζήτησης. Για να επιτευχθεί αυτό με επίπεδα υψηλής απόδοσης, τα κύτταρα μνήμης βασίζονται σε μια τροποποιημένη μορφή SRAM που διαθέτει ένα ή δύο κελιά SRAM σε συνδυασμό με τέσσερα επιπλέον τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση της λογικής σύγκρισης bit.

Τα μεμονωμένα κύτταρα SRAM χρησιμοποιούνται στη δυαδική συσχετιστική μνήμη, ενώ δύο κελιά SRAM χρησιμοποιούνται στην τριμερή συσχετιστική μνήμη. Η τριαδική παραλλαγή επιτρέπει την αποθήκευση μιας τρίτης τιμής, συνήθως 1, 0 ή "δεν με νοιάζει". Αυτό επιτρέπει στο περιεχόμενο να υποδεικνύει ότι θα πρέπει να ταιριάζει ακόμα κι αν ο όρος αναζήτησης δεν είναι ακριβής.

Επειδή οι συσχετιστικές κυψέλες μνήμης βασίζονται στην ακριβή SRAM, είναι δαπανηρές, με την τριάδα να είναι η πιο δαπανηρή. Λόγω αυτού και της βελτιστοποίησης της δομής της ρητά για αναζήτηση κατά περιεχόμενο, η συσχετιστική μνήμη δεν χρησιμοποιείται στις περισσότερες συσκευές.

Το διαθέτουν μόνο συσκευές που επωφελούνται ιδιαίτερα από αυτό και όπου η απόδοση υπερβαίνει το αρχικό κόστος. Ως εκ τούτου, συνήθως βρίσκεται αποκλειστικά σε υλικό δικτύωσης εταιρικής ποιότητας. Μέσα σε αυτήν τη ρύθμιση, αναφέρεται συχνά ως CAM και TCAM, για Περιεχόμενο Διευθυνσιοδοτήσιμη Μνήμη και Τριμερή Διευθυνσιοδοτήσιμη Μνήμη Περιεχομένου, αντίστοιχα.