Шта је асоцијативна меморија?

Већина меморије се чува и приступа на исти начин. Садржај се чува и затим преузима помоћу меморијске адресе. Ово је генерално корисно и скоро универзално се користи. Нажалост, постоји мали проблем са овим стилом складиштења. Одлично је ако знате где се чувају подаци који су вам потребни. Не ради добро ако желите да тражите одређени унос.

Рецимо да желите да пронађете датотеку; памтите његово име, али не и коју фасциклу сте сачували. Ваш рачунар може да тражи име датотеке, али осим ако га недавно нисте користили, често је прилично спор у претраживању. И то узимајући у обзир да се системи датотека чувају као називи датотека и адресе.

Асоцијативна меморија, такође позната као Меморија која се може адресирати са садржајем, или ЦАМ, дизајнирана је да се претражује по свом садржају. Нажалост, имплементација асоцијативне меморије је веома скупа. То значи да се користи само у неколико случајева, обично у врхунском мрежном хардверу. Асоцијативни назив меморије потиче од чињенице да је то хардверска имплементација асоцијативног софтверског низа.

Целл Струцтуре

Асоцијативна меморија се користи само тамо где су потребне изузетно високе перформансе. Као такав, заснован је на СРАМ-у, а не на ДРАМ-у. Као полазна тачка, само ово га чини скупим. ДРАМ користи један транзистор и један кондензатор по биту, а СРАМ користи укупно 6 транзистора. Да би се ефикасно претраживао садржај меморијске ћелије, свака ћелија је модификована тако да има кола за поређење. Ово додаје укупно 4 транзистора у сваку ћелију. То значи да је асоцијативна меморија знатно мање густа од СРАМ-а, који је већ скуп облик складиштења.

Употреба

Асоцијативна меморија је скупа и оптимизована искључиво за подударање претрага заснованих на садржају. Као такав, стварно се користи само на уређајима који стално морају да врше ову врсту претраге; чак и тада, обично је ограничен на врхунске моделе. Генерално, постоје само два главна места где се користи асоцијативна меморија, мрежни прекидачи и рутери.

Мрежни хардвер попут прекидача и рутера мора да нуди нивое високих перформанси како би више гигабита мрежног саобраћаја стално текао. Унутар мреже, МАЦ адресе се користе за рутирање саобраћаја. Прекидач ће знати на које од његових многобројних мрежних портова треба послати податке како би стигао до уређаја са тачном МАЦ адресом. Да би се осигурало да је сваки пакет послат на право место, тражи се његова одредишна МАЦ адреса. У традиционалном меморијском формату, то би потрајало, повећавајући кашњење сваке мрежне комуникације. Са асоцијативном меморијом, та претрага може бити много бржа.

Бинарни и тернарни

Већина асоцијативне меморије је заснована на бинарном, али нека се заснива на тернарном. Тернарна асоцијативна меморијска ћелија је слична оној бинарној описаној горе. Међутим, уместо једне СРАМ ћелије, она има две. Оба тада заједно имају четири додатна транзистора потребна за извођење поређења. Ово, наравно, чини тернарну асоцијативну меморију још скупљом од њеног бинарног рођака, па за шта се она користи?

Други бит тернарне ћелије означава "брига" или "немам бригу". Ово додаје треће стање ћелији и укупну функцију претраживања. Сада може да складишти 1, 0 или Кс за небрига. Ово је посебно корисно када се ради са табелама мрежног рутирања заснованим на подмрежним маскама променљиве дужине и са листама контроле приступа. Можда ћете имати више позитивних одговора на једну адресу претраге у оба ова. У оба случаја, само желите да обратите пажњу на најпрецизније упутство.

Као таква, претрага за 192.168.20.19 може да одговара следећим правилима 192.168.20.16/28 и 192.168.0.0/16. Ако сте обављали стандардну бинарну претрагу, морали бисте да извршите прорачуне да бисте проверили да ли адреса спада у наведене опсеге адреса. Међутим, помоћу тернарне логике можете да одредите да ли се ваша адреса претраге подудара са 192.168.кк у једној операцији. Такође можете утврдити да је подударање /28 много прецизније од подударања /16 јер има мање битова „баш ме брига“. Ово вам омогућава да преференцијално примените повезана правила контроле приступа.

Како је тернарна асоцијативна меморија још скупља од бинарне форме, она је још ређа. Генерално се може наћи само у врхунским рутерима и вишеслојним прекидачима.

Закључак

Асоцијативна меморија је облик меморије која функционише веома различито од стандардне меморије. Уместо да захтева податке ускладиштене на одређеној адреси, он претражује целу меморију у једном потезу како би пронашао подударања са термином за претрагу. Да би се ово постигло уз нивое високих перформанси, меморијске ћелије су засноване на модификованом облику СРАМ-а који садржи једну или две СРАМ ћелије у комбинацији са четири додатна транзистора који се користе за извођење логике поређења битова.

Појединачне СРАМ ћелије се користе у бинарној асоцијативној меморији, док се две СРАМ ћелије користе у тернарној асоцијативној меморији. Тернарна варијанта омогућава чување треће вредности, обично 1, 0 или „не занима ме“. Ово омогућава садржају да назначи да би требало да се подудара чак и ако термин за претрагу није прецизан.

Пошто су асоцијативне меморијске ћелије засноване на скупом СРАМ-у, оне су скупе, а тернарне ћелије су најскупље. Због тога и због тога што је њена структура експлицитно оптимизована за претрагу по садржају, асоцијативна меморија се не користи у већини уређаја.

Само уређаји који имају посебне користи од тога и где перформансе надмашују почетни трошак га имају. Као такав, обично се налази искључиво у мрежном хардверу за предузећа. У оквиру тог подешавања, често се помиње као ЦАМ и ТЦАМ, за меморију која се може адресирати са садржајем, односно тернарну адресабилну меморију са садржајем.