3.4 Ассоциативная память
Понятие «ассоциация» относится, прежде всего, к памяти, в которой выборка осуществляется не по адресному принципу, а по содержанию.
Ассоциативная память использует запись и чтение данных таким образом, чтобы обеспечить выборку слов, имеющих заданное содержание определенных полей.
П
оиск
ведется с использованием ассоциативных
признаков. Структура такой памяти
представлена на рис. 3.4 [1].
Р и с. 3.4. Ассоциативная память
ЗМ - запоминающая матрица;
ШП - шина признака;
ШД - шина данных
Память хранит M ячеек для m+1 -разрядных слов, имеющих значения признаков.
Служебный m +1-й разряд показывает: «0» - ячейка свободна для записи, «1» - ячейка занята. Значения ассоциативного признака формируются регистром маски из полей признаков, поступающих из шины признаков ШП в регистр ассоциативного признака.
Поиск в запоминающей матрице выполняется за один такт одновременно по полям ассоциативных признаков всех хранящихся слов.
Это является отличительной чертой ассоциативных устройств памяти.
Реализация такого поиска осуществляется комбинационными схемами совпадения на базе элементов «сложение по модулю 2».
УРВ - устройство разрешения выборки
Схемы совпадения параллельно сравнивают каждый бит хранимых слов с соответствующим битом признака поиска.
В регистре совпадений каждой строке ЗМ соответствует один разряд.
В него заносится единица, если биты данной строки совпали со всеми одноименными битами признака поиска.
При выборке в регистре совпадений отмечаются строки с данными, имеющими одинаковые признаки. Таких данных может быть несколько, например, несколько команд.
Устройство разрешения выборки УРВ выбирает одно из этих данных (например, первое). Значения управляющих сигналов:
ai = 1 - в ЗМ нет слов, совпадающих с признаком;
a2 = 1 - в ЗМ только одно слово, совпадающее с признаком;
а2 = 1 - в ЗМ несколько слов, совпадающих с признаком.
Управляющая схема выдает нужную строку из ЗМ на шину данных ШД.
Преимущества ассоциативной памяти в быстроте поиска слов и возможности выполнения логических операций над словами во время их поиска (поиск минимального или максимального элемента в массиве, поиск слов, заключенных в заданные границы и т.п.).
Недостаток: сложность аппаратной реализации блока одновременного сравнения слов с ассоциативными признаками.
3.5 Организация кэш-памяти
3.5.1 Кэш-память в структуре компьютера
Основная задача кэш-памяти - согласование работы быстрого процессора и медленной.
К
эш-память
исполняет роль буфера между основной
памятью и процессором (рис. 3.5) 1.
Р
и с.
Системная шина
3.5. Кэш-память в компьютере
Использование кэш-памяти базируется на «принципе локальности ссылок», который был рассмотрен ранее.
Это означает, что следующее обращение к памяти в программе с большой вероятностью произойдет к тому же блоку данных, который находится в данный момент в кэш-памяти.
Кэш разбивается на строки по 16 или 32 байта, соответствующие одному стандартному пакетному циклу обращения к динамической памяти.
Обмен информацией между ОП и кэш-памятью осуществляется строками, даже если необходимо передать только один байт.
Процессор, выполняя команду, запрашивает операнд по некоторому адресу в адресном пространстве. Кэш-контроллер проверяет, есть ли в кэше строка данных, соответствующая запрашиваемому адресу.
На такие же строки условно разделяются и страницы основной памяти.
В случае наличия искомой строки ситуация называется кэш-попадание.
Если нужной строки в кэш-памяти нет, то происходит кэш- промах, и кэш-контроллер инициирует обращение к основной памяти ОП для переписи из нее нужной строки в кэш-память.
В связи с этим возникает проблема замены какой-либо строки в кэше на новую строку из ОП. Для этого используют специальные дисциплины замещения строк.
Таким образом, функциями кэш-контроллера являются:
хранение информации об адресах строк данных, находящихся в кэш-памяти;
хранение предыстории обращений к строкам в кэш-памяти;
замещение строк в кэш-памяти в случаях кэш-промахов;
контроль системной шины для выявления обращений к ОП со стороны других устройств.