Запоминающиеустройствасассоциативнойорганизацией

Ассоциативные ЗУ (АЗУ) относятся к ЗУ безадресного типа. В них доступ к ячейкам памяти осуществляется не по адресу, а по ассоциативному признаку. В качестве ассоциативного признака (АП) используются содержимое ячейки или её части. АЗУ состоит из трех частей:

1) запоминающей части, которая организована в виде совокупности ячеек с номерами 0, 1, …, Е-1;

2) блока ассоциативного поиска (доступа), т.е. схемы ассоциативного селектора;

3) блока замещения слов, который используется для записи информации в условиях, когда все ячейки АЗУ заняты (рис. 11).

Рис. 11. СтруктураАЗУ

Ячейки запоминающей части состоят из двух полей: поля ассоциативного признака АП и информационного поля ИП.

Поиск информации (т.е. доступ к ячейкам ИП) осуществляется по ассоциативному признаку, который подается на вход ассоциативного селектора, и ведется путем сравнения входного признака АП со всеми АП, которые хранятся в полях всех ячеек запоминающей части:

АП=АП_i, i=0, 1, …Е-1.

Выбранной считается та (или те) ячейка (и), для которой (ых) совпали ассоциативные признаки. Если совпадений нет ни для одной ячейки, то это означает отсутствие в АЗУ той информации, обращение к которой производится по данному АП.

Таким образом, схема селекции в АЗУ организована на основе схем сравнения, а не дешифраторов, как в ЗУ с адресной организацией.

Блок управления замещением начинает работать в случае не сравнения и отсутствия свободных ячеек для записи. В этом случае блок назначает кандидата на удаление – указывает номер ячейки, содержимое которой следует удалить из памяти и на освободившееся место записать новую информацию, включая новый ассоциативный признак АП.

Если АЗУ используется в качестве кэш–буфера (между ЦП и ОП), то в этом случае в качестве ассоциативных признаков используются адреса ячеек (блоков) ОП, информация из которых дублируется в кэше. ’Скрытость’ кэша обеспечивается работой блока управления замещением, который реализует автоматический обмена с ОП. Наличие скрытой кэш–памяти с точки зрения программиста делает память как бы одноуровневой (виртуально одноуровневой): уровень СОП скрыт от пользователя.

Основной недостаток АЗУ – большие (колоссальные) затраты оборудования на реализацию ассоциативного селектора. В случае, если запоминающая часть устройства организована по принципу 2D, то сложность селектора определяется количеством схем сравнения: 2^k=E_АЗУ (количество которых совпадает с количеством ячеек устройства).

Сложность одной схемы сравнения m элементов сравнения (однобитных). Общая сложность селектора:

N2D=m2k

Пример: m=26, k=16, N_2D=26*2¹⁶

Как уменьшить сложность селектора? Использовать ЗУ типа 3D:

N3D=m*2k/2

В нашем примере: N_3D=26*2⁸, т.е. в 256 раз меньше (в общем случае в 2^k/2 раз меньше).

6. Организациякэш – памятинаосновеассоциативногозапоминающегоустройства ( кэшсассоциативнойорганизацией )

В этом случае всё пространство ОП разделяется на блоки (строки кэша) размером Е_стр=2ⁿ, n< < m, которые принимаются за единицу обмена кэша с ОП. Пример: m=26, n=5 (строка длиной 32 байта).

Всё пространство кэш–памяти также разделяется на строки ёмкостью 2ⁿ. В результате адреса ячеек ОП и кэша разделяются на поля:

1 ^m m=n+ l, E=2 ^l – количе-

ОП: ство строк в ОП

1 k

КЭШ: k=n+h, E=2 ^h – количе-