33. Организация памяти. Адресная, стековая, ассоциативная память

Адресная память. В простейшей ЭВМ, базовой ЭВМ и ее микропрограммном устройстве управления слова информации (данные, команды и микрокоманды) размещаются в ячейках памяти разной длины и отыскивались по адресу (номеру) этих ячеек.

Д ля микро ЭВМ, работающей с 8-разрядными словами, байтовая организация основной памяти является естественной. Если регистр адреса и счетчик команд такой микро ЭВМ имеют, например, 16 разрядов, то она может обладать памятью из 2¹⁶ байт. Каждый из байтов такой памяти однозначно определяется с помощью 16-разрядного адреса (рисунок а). Разряды в слове (байте) нумеруются справа налево начиная с нуля.

Если микро ЭВМ работает с 16-разрядными словами и имеет 16-разрядную шину данных, то при обмене данными с памятью по этой шине пересылаются 2-байтовые слова. При этом байт с младшим адресом может располагаться в слове либо справа (рисунок, б), либо слева (рисунок, в).

С тековая память. Она состоит из ячеек, связанных друг с другом разрядными цепями передачи слов. Обмен информацией между микро ЭВМ и стековой памятью (стеком) всегда выполняется только через верхнюю ячейку — вершину стека (рисунок). При записи нового слова (команды, числа, символа и т. п.) все ранее записанные слова сдвигаются на одну ячейку вниз, а новое слово помещается на вершину стека. Считывание возможно только с вершины стека и производится с удалением (после считывания все слова сдвигаются на одну ячейку вверх) или без удаления считываемого слова. Такую память часто называют памятью типа LIFO (Last—In First—Out—последним вошел, первым вышел).

С тековая память очень удобна для упрощения решения многих задач, возникающих при работе с подпрограммами, обслуживании прерываний, построении трансляторов и т. д. Однако аппаратная реализация стека не всегда целесообразна, и поэтому в большинстве микро ЭВМ стек моделируют. При этом в качестве стека обычно используют просто часть адресной памяти, что позволяет менять емкость стека и экономит аппаратуру.

Ассоциативная память. Она обеспечивает возможность выбора информации по ее содержимому (по ассоциативному признаку). Поясним это на примере.

Пусть надо найти в памяти ЭВМ ячейку, содержащую определенный код. Если используется адресная память или стек, то процедура поиска и вывода нужной информации сводится к последовательному считыванию содержимого отдельных ячеек памяти, сравнению выделенных битов с отыскиваемым кодом и выводу информации при положительном результате сравнения. Это очень нерациональная процедура, так как при малом числе совпадений с искомым кодом ЭВМ должна будет прочитать и проанализировать сотни тысяч ячеек памяти.

При использовании ассоциативной памяти время поиска резко сокращается. Кроме обычных регистров в ассоциативной памяти (АП) расположены дополнительные регистры ассоциативного признака (РП) и маски (РМ), число разрядов которых совпадает с числом разрядов ячеек АП, а также регистр совпадения (PC) с числом разрядов, равным числу ячеек АП. Каждый из разрядов РП и РМ связан с соответствующими разрядами ячеек АП, и если i-й разряд РМ содержит единицу (незамаскирован), то на i-e разряды всех ячеек АП поступает содержимое 1-го разряда РП.

Запоминающие элементы АП снабжены логическими схемами, позволяющими сравнивать сохраняемое значение со значением соответствующего незамаскированного разряда РП. При полном совпадении информации, сохраняемой в незамаскированных разрядах РП и j-й ячейке памяти, логические схемы этой ячейки выдадут сигнал, который установит 1 в j-м разряде PC. А так как процесс сравнения информации проходит одновременно во всех ячейках АП, то за время одного обращения к такой памяти будут выявлены (и отмечены единицами в PC) все ячейки памяти, содержащие нужную информацию. Содержимое регистра совпадения поступает на формирователь результата, который выдает два сигнала, соответствующие наличию или отсутствию искомой информации и наличию одной или нескольких ячеек, содержащих эту информацию. При наличии искомой информации можно приступить к выводу содержимого лишь тех ячеек, которые отмечены единицами в PC.