asocijativno pamćenje. Memorija sa asocijativnim pristupom

Načini organiziranja memorije

Funkcionalno, memorija bilo koje vrste uvijek se sastoji od niza za pohranu podataka koji pohranjuje informacije i pomoćnih, vrlo složenih blokova koji služe za pretraživanje u nizu, pisanje i čitanje (i, ako je potrebno, regeneraciju).

Niz memorije (MS) se sastoji od mnoštva identičnih elemenata za skladištenje (SE). Svi SE su organizirani u ćelije, od kojih je svaka dizajnirana da pohrani jedinicu informacija u obliku binarnog koda, čiji je broj bitova određen širinom uzorka. Način na koji je memorija organizovana zavisi od načina postavljanja i traženja informacija u SM. Na osnovu toga razlikuju se adresna, asocijativna i stek memorija.

ADRESA MEMORIJA

U memoriji sa adresnom organizacijom, postavljanje i traženje informacija u SM bazira se na korišćenju adrese skladištenja informacijske jedinice, koju ćemo dalje nazvati radi kratkoće riječ. Adresa je broj SM ćelije u kojoj se ova riječ nalazi. Prilikom pisanja (čitanja) riječi u SM, naredba koja pokreće ovu operaciju mora naznačiti adresu (broj) ćelije po kojoj je potrebno pisati (čitati).

Na sl. 5.2 prikazuje generaliziranu strukturu adresne memorije.

Ciklus pristupa memoriji se inicijalizira signalom "Access" koji stiže u TCU. Opšti dio pristupnog ciklusa uključuje primanje u RgA sa adresne magistrale (SHA) adrese adrese i primanje u TCU kontrolnog signala "Operacija" koji ukazuje na vrstu tražene operacije (čitanje ili pisanje).

Čitanje. BAW dešifruje adresu i šalje signal koji ističe 3M ćeliju navedenu adresom. U opštem slučaju, BAW takođe može da šalje signale dodeljenoj memorijskoj ćeliji koja postavlja GE ćelije za pisanje ili čitanje. Nakon toga, riječ napisana u ćeliji se čita od strane BUS pojačala i prenosi u RGI. Nadalje, u memoriji s destruktivnim čitanjem, informacija se regenerira pisanjem riječi iz RgI preko BUZ-a u istu SM ćeliju. Operacija čitanja je završena izdavanjem riječi iz RGI na izlaz SHI izlazne informacijske magistrale.

Zapis. Pored gore navedenog opšteg dela ciklusa pristupa, pisana reč se prima sa ulazne magistrale SHI u RGI. Sam zapis se uglavnom sastoji od dvije operacije - brisanja ćelije i samog zapisa. Da bi to učinio, BAS prvo odabire i briše ćeliju specificiranu adresom u PrA. Brisanje SM ćelije (resetovanje) može se obaviti na različite načine. Konkretno, u memoriji sa destruktivnim očitavanjem, brisanje se može izvršiti signalom za čitanje riječi u ćeliji kada je BUS blokiran (tako da informacija ne ulazi u RGI). Zatim se nova riječ upisuje u odabranu ćeliju.

Potreba za operacijom čišćenja ćelije prije pisanja, kao i operacijom regeneracije informacija tokom čitanja, određena je vrstom SG-a koji se koristi, metodama upravljanja, karakteristikama elektronske strukture LSI memorije, te stoga ove operacije mogu biti odsutan u poluvodičkim memorijama.

TCU generiše potrebne sekvence kontrolnih signala koji pokreću rad pojedinačnih memorijskih čvorova. Treba imati na umu da TCU mora biti vrlo složen uređaj (neka vrsta kontrolora sa vlastitom keš memorijom), koji daje memoriji LSI kao cjelini posebna potrošačka svojstva, kao što su multiport, cevovodni izlaz informacija itd. .

ASOCIJATIVNO PAMĆENJE

U ovoj vrsti memorije traženje informacija se ne odvija po adresi, već po njenom sadržaju. U ovom slučaju, sadržaj informacije se obično ne razumije kao semantičko opterećenje riječi pohranjene u memorijskoj ćeliji, već kao sadržaj GE memorijske ćelije, ᴛ.ᴇ. bitni sastav snimljene binarne riječi. U ovom slučaju, asocijativni upit (osobina) je također binarni kod sa određenim sastavom bita. Pretraživanje po asocijativnoj osobini odvija se paralelno u vremenu za sve SM ćelije i predstavlja operaciju poređenja sadržaja bitova registra atributa sa sadržajem odgovarajućih bitova memorijskih ćelija. Za organizaciju takve pretrage svi EP SM-ovi su opremljeni jednobitnim procesorima, pa se u nekim slučajevima ova vrsta memorije smatra višeprocesorskim sistemom.

Velika potpuno asocijativna memorija je vrlo skup uređaj, pa se, kako bi se smanjila cijena, broj jednobitnih procesora svodi na jedan po memorijskoj ćeliji. U ovom slučaju, poređenje asocijativnog upita sa sadržajem memorijskih ćelija vrši se sekvencijalno za pojedinačne cifre, paralelno u vremenu za sve ćelije SM.

Uz vrlo velike količine memorije za određene klase problema, asocijativna pretraga značajno ubrzava obradu podataka i smanjuje vjerovatnoću kvara u računaru. Istovremeno, asocijativna sjećanja s blokovima odgovarajućih kombinacijskih sklopova omogućuju izvođenje prilično složenih logičkih operacija u memoriji: traženje maksimalnog ili minimalnog broja u nizu, traženje riječi zatvorenih u određenim granicama, sortiranje niza itd.

Treba napomenuti da se asocijativno pretraživanje može implementirati iu računaru sa konvencionalnom adresnom memorijom, sekvencijalno pozivajući riječi zapisane u memorijskim ćelijama u procesor i upoređujući ih s nekom asocijativnom karakteristikom (šablonom). U isto vrijeme, s velikim količinama memorije, dosta vremena će se potrošiti na to. Kada se koristi asocijativna memorija, moguće je, bez čitanja riječi iz RAM-a u procesor, odrediti broj riječi koje odgovaraju jednom ili drugom asocijativnom upitu u jednom pozivu. Ovo omogućava u velikim bazama podataka da se vrlo brzo implementira upit poput: koliko stanovnika regije nije predalo prijavu prihoda itd.

U nekim specijalizovanim računarima, OP ili njegov deo je izgrađen na način da omogućava implementaciju asocijativnog i ciljanog pretraživanja informacija.

Pojednostavljeni blok dijagram asocijativne memorije, u kojoj su svi GE SM-ovi opremljeni jednobitnim procesorima, prikazan je na Sl. 5.3.

Razmotrimo prvo operaciju tzv kontrola asocijacija. Ova operacija je zajednička za operacije čitanja i pisanja, a ima i nezavisnu vrijednost.

n-bitni asocijativni zahtjev, ᴛ.ᴇ, ulazi u RGAP preko ulazne informacijske magistrale. popunjavaju se cifre od 0 do n-1. Istovremeno, kod maske pretrage ulazi u RgM, dok je n-ti bit RgM postavljen na 0. Asocijativna pretraga se izvodi samo za skup RgAP bitova koji odgovaraju 1 u RgM (nemaskirani RgAP bitovi). Važno je napomenuti da za riječi u kojima se cifre u ciframa poklapaju sa nemaskiranim ciframa PrAP-a, CS postavlja 1 u odgovarajućim ciframa PrCv i 0 u preostalim ciframa.

Kombinaciona šema za generisanje rezultata asocijativne inverzije FS formira najmanje tri signala iz reči formirane u RgSv:

A 0 - odsustvo u SM riječi koje zadovoljavaju asocijativni atribut;

A 1 - prisustvo jedne takve riječi;

A 2 - prisustvo više od jedne riječi.

Moguće su i druge operacije nad sadržajem PgSv, na primjer, brojanje jedinica, ᴛ.ᴇ. prebrojavanje riječi u memoriji koje zadovoljavaju asocijativni upit, itd.

Formiranje sadržaja RgSv i a 0 , a 1 , a 2 prema sadržaju RgAP, RgM, ZM obično se naziva operacija kontrole asocijacije.

Čitanje. Prvo, udruženje se kontroliše na osnovu RgAP-a.

A 0 = 1 - očitavanje je otkazano zbog nedostatka potrebnih informacija;

A 1 \u003d 1 - pronađena riječ se čita u RGI, nakon čega se izdaje na izlaz SHI;

A 2 \u003d 1 - čita se riječ koja ima, na primjer, najmanji broj među ćelijama označenim 1 u RgSv, nakon čega se izdaje na SHI izlaz.

Zapis. Prvo se pronalazi slobodna ćelija (pretpostavljamo da je 0 upisano u zauzeti bit slobodne ćelije). Da bi se to postiglo, kontrola asocijacije se izvodi na PgAP=111...10 i PgM=000...01, ᴛ.ᴇ. N-ta cifra RgAP-a je postavljena na 0, a n-ta cifra RgM-a je postavljena na 1. U ovom slučaju, slobodna ćelija je označena sa 1 u RgSv. Za snimanje se odabire slobodna ćelija, na primjer, s najmanjim brojem. Sadrži riječ primljenu od SHI u RGI.

Treba napomenuti da ovaj dijagram ne prikazuje blokove BUP, BUS, BUS, koji se nalaze u stvarnim uređajima. Istovremeno, da bi se izgradila asocijativna memorija, potrebni su elementi za skladištenje koji se mogu čitati bez uništavanja.

STACK MEMORIJA (PRODAVNICA)

Memorija steka, kao i asocijativna memorija, nije adresirana. Memorija steka mora biti organizirana i hardverski i na regularnom nizu adresne memorije.

U slučaju hardverske implementacije, memorijske ćelije steka formiraju jednodimenzionalni niz u kojem su susjedne ćelije međusobno povezane lancima bitova za prijenos riječi (slika 5.4). U ovom slučaju su moguće dvije vrste uređaja (a, b), čiji su principi rada različiti. Razmotrimo prvo strukturu na sl. 5.4, ​​a.

Unos nove riječi primljene od SHI vrši se u gornju (nultu) ćeliju, dok se sve prethodno snimljene riječi (uključujući riječ u ćeliji 0) pomjeraju naniže u susjedne ćelije, čiji su brojevi veći za jedan. Čitanje je moguće samo iz gornje (nulte) memorijske ćelije. Glavni način je ϶ᴛᴏ čitanje sa brisanjem. Istovremeno, sve ostale riječi u memoriji se pomjeraju prema gore u susjedne ćelije s manjim brojevima. U takvoj memoriji se implementira sljedeće pravilo: zadnji ušao, prvi izašao. Stekovi ovog tipa se nazivaju LIFO (Last In - First Out) stekovi.

U nekim slučajevima, memorijski uređaji steka također omogućavaju operaciju jednostavnog čitanja riječi iz ćelije 0 bez njenog brisanja i pomjeranja ostalih riječi. Kada koristite stek za pohranjivanje parametara inicijalizacije kontrolera bilo kojeg računarskog uređaja, obično je moguće pročitati sadržaj bilo koje ćelije steka bez brisanja, ᴛ.ᴇ. čitanje sadržaja ne samo ćelije 0.

Kaže se da se prva riječ gurnuta u stek nalazi na dnu hrpe. Kaže se da je posljednja riječ poslana (u vremenu) u stog vrh hrpe. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ćelija N-1 je dno snopa, a ćelija 0 je vrh.

Tipično, hardverski stog ima brojač stekova, ChSt, koji prikazuje ukupan broj reči pohranjenih u memoriji (CHSt = 0 - stek je prazan). Kada je stog pun, onemogućuje dalje operacije pisanja.

Princip organizacije memorije steka može se implementirati ne samo u uređaje posebno dizajnirane za ovu svrhu. Stack organizacija podataka je moguća i na konvencionalnoj adresnoj memoriji sa slučajnim pristupom (softverski stog). Za organizaciju LIFO steka u ovom slučaju potrebna je još jedna memorijska ćelija (registar) u kojoj se uvijek pohranjuje adresa vrha steka i koja se obično naziva pokazivač steka. Obično se jedan od unutrašnjih registara procesora koristi kao pokazivač steka. Osim toga, potreban je i odgovarajući softver. Principi organizacije stekova podataka u konvencionalnoj adresnoj memoriji ilustrovani su dijagramom na sl. 5.5.

Za razliku od hardverskog steka, podaci postavljeni na softverski stog se ne pomeraju kada se upiše ili pročita novi broj. Svaka nova riječ upisuje se na memorijsku lokaciju koja slijedi redom onu ​​čija je adresa sadržana u pokazivaču steka. Nakon što se upiše nova riječ, pokazivač steka se povećava za jedan (vidi sliku 6.5). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, podaci se ne kreću po softverskom stogu, već na vrhu hrpe. Kada se riječ pročita iz steka, proces je obrnut. Riječ se čita sa lokacije čija se adresa nalazi u pokazivaču steka, nakon čega se sadržaj pokazivača steka smanjuje za jedan.

Ako se riječi koje su tek učitane na stek smjeste u memorijske ćelije sa sekvencijalno rastućim adresama, stek se naziva direktno. Ako se adrese uzastopno smanjuju, onda - naopačke. U većini slučajeva koristi se preokrenuti stek, što je zbog specifičnosti hardverske implementacije brojača unutar procesora.

Koliko je zgodan ovaj oblik organizacije memorije? Gledajući unaprijed, može se primijetiti da svaka instrukcija koja se izvršava u procesoru, u opštem slučaju, mora sadržavati operacijski kod (COP), adresu prvog i drugog operanda i adresu rezultata. Da bi se uštedela memorija i smanjilo vreme izvršavanja mašinske instrukcije od strane procesora, poželjno je smanjiti dužinu instrukcije. Ograničenje za ovo smanjenje je dužina neadresirane komande, ᴛ.ᴇ. samo COP. Upravo su ove instrukcije moguće sa stekovom organizacijom memorije, jer je uz ispravan raspored operanada na steku dovoljno da ih sekvencijalno izdvojite i izvršite odgovarajuće operacije na njima.

Pored stek memorije tipa LIFO o kojoj smo gore govorili, računari koriste memorije steka drugog tipa koje implementiraju pravilo: prvi unutra prvi vani. Stogovi ovog tipa se nazivaju FIFO (First In - First Out) stekovi. Takva memorija steka se naširoko koristi za organiziranje raznih vrsta redova (naredbe, podaci, zahtjevi, itd.). Generalizovana struktura hardverskog steka tipa FIFO prikazana je na sl. 5.4b.

Kao iu prethodnom slučaju, memorijske ćelije steka formiraju jednodimenzionalni niz u kojem su susjedne ćelije povezane jedna s drugom lancima bitova za prijenos riječi. Unos nove riječi primljene od SHI vrši se u gornju (nultu) ćeliju, nakon čega se ona odmah pomiče dolje i upisuje se u posljednju praznu ćeliju. Ako je snop prije pisanja bio prazan, riječ odmah odlazi u ćeliju sa brojem N-1, ᴛ.ᴇ. do dna hrpe. Čitanje je moguće samo iz donje ćelije označene brojem N-1 (dno snopa). Glavni način je ϶ᴛᴏ čitanje sa brisanjem. U ovom slučaju, sve sljedeće (snimljene) riječi se pomjeraju prema dolje u susjedne ćelije, čiji su brojevi jedan više. Kada je stek pun, brojač (CHST) zabranjuje dalje upisivanje u stog.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, za razliku od LIFO steka, FIFO stek ne pomiče dno, već vrh. Riječi upisane u FIFO stog postepeno se kreću od vrha ka dnu, odakle se čitaju jer su izuzetno važne, a brzinu pisanja i čitanja određuju vanjski kontrolni signali i nisu međusobno povezani.

Softverska implementacija FIFO steka se ne razmatra u ovom dijelu, jer se rijetko koristi u praksi.

Načini organizacije memorije - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Metode organizovanja pamćenja" 2017, 2018.

Asocijativna memorija

Kažu da pamćenje počiva na tri stuba: asocijacijama, utiskivanju, ponavljanju. Ali da li je potrebno pridržavati se ovog modela? Pametni čitaoci lako će uočiti analogiju sa drevnim idejama o svjetskom poretku i o Zemlji koja ima ravnu površinu. Ali da li je potrebno pridržavati se ovog modela? Međutim, sve dok vam stari model odgovara, možete ga uspješno koristiti u svakodnevnoj praksi.

Asocijacije su nevidljivi tragovi koji čvrsto povezuju ono čega se već dobro sjećamo s onim što treba učvrstiti u pamćenju.

Asocijativna memorija mogu i treba razvijati i trenirati. Uz primjenu svjesnih napora, potraga za asocijacijama bit će mnogo brža, a vremenom vještina može ići na nesvjesni nivo, asocijacije će biti same od sebe i pamćenje informacija sve lakše i lakše.

Ali dosta teorije, vrijeme je da prijeđemo direktno na jednostavne i potpuno lake vježbe!

Dakle, pročitali ste 50 riječi, prikazujući odgovarajuće slike što je moguće slikovitije, u boji i pokretu. Sada pokušajte sve riječi povezati u jednu dugu priču ili nekoliko kratkih: mačka, kuća, auto, jabuka...

Ključ

Bijelo-crvena MAČKA je ušla u KUĆU od crvene cigle, ušla u ugrađenu garažu, ušla u grimizni AUTOMOBILA, odvezla se na autoput i, vozeći lijevom šapom volan, grizla zelenu JABUKU držeći je desnom šapom.

Nema potrebe pamtiti riječi u ovoj fazi razvoja pamćenja. To ćete učiniti malo kasnije, lako i bez napora. Sada ne preporučujem da se preopterećujete složenim vježbama. Da li želite da postignete veoma visok nivo pamćenja? Za većinu ljudi je efikasnije kretanje povećavajući nivo težine malo po malo, ali redovno.