Ассоциативная память компьютера. Способы организации памяти. Общие сведения и классификация устройств памяти

Обычно в запоминающих устройствах доступ к информации требует указания адреса ячейки. Однако значительно удобнее искать информацию не по адресу, а опираясь на какой-нибудь характерный признак, содержащийся в самой информации. Такой принцип лежит в основе ЗУ, известного как ассоциативное запоминающее устройство (АЗУ). В литературе встречаются и иные названия подобного ЗУ: память, адресуемая по содержанию (content addressable memory); память, адресуемая по данным (data addressable memory); память с параллельным поиском (parallel search memory); каталоговая память (catalog memory); информационное ЗУ (information storage); тегированная память (tag memory).

Ассоциативное ЗУ – это устройство, способное хранить информацию, сравнивать ее с некоторым заданным образцом и указывать на их соответствие или несоответствие друг другу.

В отличие от обычной машинной памяти (памяти произвольного доступа или RAM), в которой пользователь задает адрес памяти и ОЗУ возвращает слово данных, хранящееся по этому адресу, АП разработана таким образом, чтобы пользователь задавал слово данных, и АП ищет его во всей памяти, чтобы выяснить, хранится ли оно где-нибудь в нем. Если слово данных найдено, АП возвращает список одного или более адресов хранения, где слово было найдено (и в некоторых архитектурах, также возвращает само слово данных, или другие связанные части данных). Таким образом, АП - аппаратная реализация того, что в терминах программирования назвали бы ассоциативным массивом.

Ассоциативный признак– признак, по которому производится поиск информации.

Признак поиска– кодовая комбинация, выступающая в роли образца для поиска.

Ассоциативный признак может быть частью искомой информации или дополнительно придаваться ей. В последнем случае его принято называть тегом или ярлыком.

Структура ассоциативного ЗУ

АЗУ включает в себя:

• запоминающий массив для хранения N m-разрядных слов, в каждом из которых несколько младших разрядов занимает служебная информация;
• регистр ассоциативного признака, куда помещается код искомой информации (признак поиска). Разрядность регистра k обычно меньше длины слова т ;
• схемы совпадения, используемые для параллельного сравнения каждого бита всех хранимых слов с соответствующим битом признака поиска и выработки сигналов совпадения;
• регистр совпадений, где каждой ячейке запоминающего массива соответствует один разряд, в который заносится единица, если все разряды соответствующей ячейки совпали с одноименными разрядами признака поиска;
• регистр маски, позволяющий запретить сравнение определенных битов;
• комбинационную схему, которая на основании анализа содержимого регистра совпадений формирует сигналы, характеризующие результаты поиска информации.

При обращении к АЗУ сначала в регистре маски обнуляются разряды, которые не должны учитываться при поиске информации. Все разряды регистра совпадений устанавливаются в единичное состояние. После этого в регистр ассоциативного признака заносится код искомой информации (признак поиска) и начинается ее поиск, в процессе которого схемы совпадения одновременно сравнивают первый бит всех ячеек запоминающего массива с первым битом признака поиска. Те схемы, которые зафиксировали несовпадение, формируют сигнал, переводящий соответствующий бит регистра совпадений в нулевое состояние. Так же происходит процесс поиска и для остальных незамаскированных битов признака поиска. В итоге единицы сохраняются лишь в тех разрядах регистра совпадений, которые соответствуют ячейкам, где находится искомая информация. Конфигурация единиц в регистре совпадений используется в качестве адресов, по которым производится считывание из запоминающего массива. Из-за того что результаты поиска могут оказаться неоднозначными, содержимое регистра совпадений подается на комбинационную схему, где формируются сигналы, извещающие о том, что искомая информация:

• а0 – не найдена;
• а1 – содержится в одной ячейке;
• а2 – содержится более чем в одной ячейке.

Формирование содержимого регистра совпадений и сигналов a0, a1, а2 носит название операции контроля ассоциации. Она является составной частью операций считывания и записи, хотя может иметь и самостоятельное значение.

При считывании сначала производится контроль ассоциации по аргументу поиска. Затем, при а0=1 считывание отменяется из-за отсутствия искомой информации, приa1=1 считывается слово, на которое указывает единица в регистре совпадений, а при а2=1 сбрасывается самая старшая единица в регистре совпадений и извлекается соответствующее ей слово. Повторяя эту операцию, можно последовательно считать все слова.

Запись в АП производится без указания конкретного адреса, в первую свободную ячейку. Для отыскания свободной ячейки выполняется операция считывания, в которой не замаскированы только служебные разряды, показывающие, как давно производилось обращение к данной ячейке, и свободной считается либо пустая ячейка, либо та, которая дольше всего не использовалась.

Главное преимущество ассоциативных ЗУ определяется тем, что время поиска информации зависит только от числа разрядов в признаке поиска и скорости опроса разрядов и не зависит от числа ячеек в запоминающем массиве.

Общность идеи ассоциативного поиска информации отнюдь не исключает разнообразия архитектур АЗУ. Конкретная архитектура определяется сочетанием четырех факторов:

1. вида поиска информации;
2. техники сравнения признаков;
3. способа считывания информации при множественных совпадениях;
4. способа записи информации.

В каждом конкретном применении АЗУ задача поиска информации может формулироваться по-разному.

Виды поиска информации :

• Простой (требуется полное совпадение всех разрядов признака поиска с одноименными разрядами слов, хранящихся в запоминающем массиве).
• Сложный:
• Поиск всех слов, больших или меньших заданного. Поиск слов в заданных пределах.
• Поиск максимума или минимума. Многократное выборка из АЗУ слова с максимальным или минимальным значением ассоциативного признака (с исключением его из дальнейшего поиска), по существу, представляет собой упорядоченную выборку информации. Упорядоченную выборку можно обеспечить и другим способом, если вести поиск слов, ассоциативный признак которых по отношению к признаку опроса является ближайшим большим или меньшим значением.

Очевидно, что реализация сложных методов поиска связана с соответствующими изменениями в архитектуре АЗУ, в частности с усложнением схемы ЗУ и введением в нее дополнительной логики.

Техника сравнения признаков:

При построении АЗУ выбирают из четырех вариантов организации опроса содержимого памяти. Варианты эти могут комбинироваться параллельно по группе разрядов и последовательно по группам. В плане времени поиска наиболее эффективным можно считать параллельный опрос как по словам, так и по разрядам, но не все виды запоминающих элементов допускают такую возможность.

Способ считывания информации при множественных совпадениях:

• С цепью очередности (с помощью достаточно сложного устройства, где фиксируются слова, образующие многозначный ответ. Цепь очередности позволяет производить считывание слов в порядке возрастания номера ячейки АЗУ независимо от величины ассоциативных признаков).
• Алгоритмически (в результате серии опросов).

Способ записи информации:

1. По адресу.
2. C сортировкой информации на входе АЗУ по величине ассоциативного признака (местоположение ячейки, куда будет помещено новое слово, зависит от соотношения ассоциативных признаков вновь записываемого слова и уже хранящихся в АЗУ слов).
3. По совпадению признаков.
4. С цепью очередности.

Из-за относительно высокой стоимости АЗУ редко используется как самостоятельный вид памяти.

Нашей памяти присуща ассоциативность. Это выражается в том, что отдельное воспоминание может вызвать в памяти другое, другое – третье, и т.д., заставляя или позволяя мыслям по цепочке мысленных ассоциаций двигаться от одного к другому. Ассоциативная память представляет собой связь между обстоятельствами и представлениями отдельного человека. Ассоциации – своего рода незримые крючки, извлекающие из глубин накопленного в памяти опыта, обстоятельств, представлений пережитые моменты (то, что было) и связывающие с тем, что нужно запомнить.

Ассоциативная теория памяти

В психологии существует несколько направлений, связанных с памятью. Основные среди них – ассоциативная, бихевиористическая, когнитивная, деятельностная. Все они сходятся в том, что память – это процесс запоминания, сохранения и воспроизведения информации и её забывания и в том, что память – основа в процессе становления личности.

В то же время, исходя из своих принципов, каждая из теорий памяти по-своему объясняет суть и закономерности этого процесса.

Одна из таких теорий – ассоциативная теория памяти. Она исходит из представления, что ассоциация – не что иное как связь, имеющая место между психическими явлениями. Такие связи при запоминании устанавливаются между частями запоминаемого или воспроизводимого материала. Дело в том, что в процессе припоминания человек всегда ищет какие-то связи, установленные между тем материалом, который имеется и тем, который необходимо воспроизвести.

Были выявлены некоторые закономерности, на основе которых образуются ассоциации:

— По смежности. Она имеет место в том случае, если воспринимаемый образ ассоциируется с прошлыми пережитыми представлениями или с теми, которые были одновременно пережиты, связаны с данным образом, то есть на основе объединения с предыдущим материалом. Например, вспомнив свою школу, скорее всего, мы вспомним и классную руководительницу или школьного друга и связанные с ними эмоции, а вспомнив коллегу по работе, возможно, вспомним, что следующая суббота – рабочая, и нужно не забыть установить будильник на утро выходного дня.

— По схожести. Замечали, что, например, некоторые люди кого-то напоминают? Может, Вам случалось, взглянув на незнакомого человека, найти в нем некий «типаж» или обнаружить, что его черты (лицо, манера поведения, осанка и т.д.) Вам запомнятся, поскольку он похож на…? Например, неуклюжий, лохматый, с переваливающейся походкой – как медведь; маленькая, невзрачная, пугливая и беззащитная с виду – как воробушек; яркий, важный, с расправленными плечами и медленными важными движениями – как павлин.

— По контрасту. Нам очень легко ассоциировать «белое — чёрное», «добрый — злой», «толстый — тощий». Их тоже производит наша ассоциативная память и использует для закрепления образа. В этом случае воспринимаемые образы извлекают из сознания противоположные представления. Так, столкнувшись с раздражённой соседкой, Вы вспоминаете, какой спокойной кажется её сестра.

Недостаток ассоциативной теории памяти заключается в том, что она не объясняет такую важную характеристику как выборочность памяти (ведь ассоциативный материал не всегда хорошо запоминается). Кроме того, она не учитывает, что процессы памяти находятся в зависимости от организации запоминаемого материала.

Развитие ассоциативной памяти, как и ассоциативного мышления, очень важно: ассоциации помогают нам запоминать и вспоминать, генерировать идеи. Ассоциативная память позволяет запоминать не связанные друг с другом слова и сложные тексты, благодаря ей мы легче извлекаем из памяти нужную информацию и, чем обширнее сеть ассоциативных связей, тем лучше она запоминается и тем легче припоминается при необходимости. Наши суждения о том или ином вопросе, наши взгляды, вкусы, система ценностей основываются на ассоциативной памяти. С ней также связано наше мышление, восприятие мира и принятие решений.

Тренируется ассоциативная память путем связывания известной, уже усвоенной информации с новым материалом. Для развития ассоциативной памяти можно использовать, например, такое упражнение:

1. Подготовьте 2 листа бумаги и ручку. На 1 листе в столбик по вертикали впишите все натуральные числа от 1 до 100.

2. Выберите любые 10-15 из них, с которыми у Вас связаны стойкие ассоциации, и выпишите их в произвольном порядке на 2 лист. Например, 8 – снеговик, 17 – номер Вашей любимой маршрутки, 18 – возраст совершеннолетия в стране, в которой Вы живете (если это так), и т.д. После того, как закончите работу, подождите 5-7 минут, возьмите 1 листок с числами и запишите все события, которые запомнили, напротив соответствующего числа.

3. В следующий раз проделайте то же с другими, не задействованными прежде числами. Не форсируйте события, не слишком подгоняйте себя поначалу, постарайтесь максимально удачно подобрать такую ассоциацию, которая надежно займёт свое место в списке.

4. Когда весь список чисел будет заполнен, проверьте себя, указав все ассоциации, связанные с числами от 1 до 100.

Помимо того, что потренировали память, Вы создали дополнительные ассоциации, которые помогут при необходимости запоминать коды, номера телефонов и т.д. Просто постарайтесь использовать свои личные ассоциации, не боясь привлекать образы. Например, 40 можно запомнить, представив 4 как квадрат, «телевизор» и 0 как вписанный в него круг, «колобок». Получится смешная ассоциация «колобок в телевизоре». Придумайте свои ассоциации, приемлемые именно для Вас.

Говоря о развитии памяти, необходимо отметить, что она неразрывно связана с вниманием, ведь без сосредоточения внимания на объекте мы не переместим его даже в кратковременную память. Хорошая работа памяти предполагает высокую активность нейронов, слаженную работу когнитивных (познавательных) функций мозга. О развитии памяти и внимания больше можно прочитать .

Память и внимание, восприятие и мышление – функции мозга, которые подлежат тренировке и развитию. Благодаря регулярным упражнениям можно ощутимо улучшить свои способности, и лучше отдать предпочтение регулярным комплексным занятиям с постепенно нарастающей нагрузкой. Например, для этой цели удобно использовать занятия на .

Желаем Вам успехов в саморазвитии!

Фото: Laurelville — Camp & Retreat Center

В ассоциативных опытах особенно следует подчеркнуть один момент, а именно то, что необходимым условием выявления достоверного ассоциативного процесса является полная пассивность субъекта, максимальная отключенность его воли и мышления от спонтанного протекания представлений. В противном случае вместо ассоциативного процесса получим активно детерминированный процесс. Это обстоятельство следует особо подчеркнуть по той причине, что настоящий ассоциативный процесс является, по сути, спонтанным процессом, протекающим вне активности человека; именно в этом качестве он представляет собой одну из ступеней развития памяти и одну из форм ее проявления. В случае ассоциативной памяти мы имеем дело со спонтанной памятью, спонтанным мнемическим процессом, не имеющим ничего общего с произвольной памятью. В этом смысле ассоциативная память, разумеется, более близка к вышеописанным примитивным формам проявления памяти, нежели специфически человеческим ее формам.

Спонтанность равно характеризует ассоциативную память как в момент запоминания, то есть фиксации или ретенции, так и воспоминания, то есть репродукции.

Субъект всегда находится под влиянием многообразных впечатлений, причем зачастую эти впечатления возникают или исчезают независимо от его намерения. Однако обычно бесследно они все-таки не исчезают. Правда, в психике в качестве сознательных переживаний эти впечатления долго не остаются, но в самом субъекте вызывают определенные личностные изменения. И вот, на основе этих изменений, при возникновении надлежащих условий, когда, например, одно из этих впечатлений вновь начинает действовать на субъекта, этот последний реагирует в соответствии с происшедшими в нем изменениями, то есть в его сознании вновь возникают переживания, соответствующие этому изменению. Так происходит репродукция представлений, переживаемая субъектом в качестве продукта воздействия спонтанных впечатлений. Как видим, репродукция этих последних также происходит вне активного, намеренного вмешательства субъекта.

В пользу того, что ассоциативную память следует четко разграничить от произвольной памяти, свидетельствует и то обстоятельство, что репродукция ассоциативных представлений всегда возникает лишь под воздействием какого-либо второго переживания - перцептивного представления. Для возникновения ассоциативного представления необходимо раздражающее представление или восприятие. Указанное обстоятельство достаточно хорошо характеризует ассоциативную память как все еще низкую, зависимую форму действия памяти. В данном смысле она довольно близка к узнаванию.

Протекание узнавания, как мы уже знаем, происходит следующим образом: восприятие N. всегда сопровождается чувством знакомости. Я узнал N., я его видел. Однако если к этому добавится еще какое-то представление, например, я видел N. там-то и там-то (образ места) или он был в такой-то шапке (образ шапки), то тогда мы имеем дело уже с ассоциативной памятью, то есть восприятие N. вызывает репродукцию представлений. В данном смысле различие между узнаванием и ассоциативной памятью состоит лишь в том, что в случае узнавания прошлое оживает в самом восприятии, не выходя за его пределы, тогда как в ассоциативной памяти это прошлое дается не в виде какого-либо прежнего восприятия, а появляется его образ, который дан повторно, но уже в виде представления. Ниже мы убедимся, что на более высокой ступени развития для репродукции представлений памяти раздражитель нужен далеко не всегда. Существует не только непроизвольное запоминание, но и произвольное припоминание.

Ассоциативная память

Говорят, что память держится на трех китах: ассоциациях, запечатлении, повторении. Но обязательно ли придерживаться этой модели? Догадливые читатели без труда увидят аналогию с древними представлениями о мироустройстве и о Земле, имеющей плоскую поверхность. Но обязательно ли придерживаться этой модели? Впрочем, пока старая модель вас устраивает, можно с успехом пользоваться ею в повседневной практике.

Ассоциации – это невидимые зацепки, прочно связывающие то, что мы уже хорошо помним, с тем, что требуется закрепить в памяти.

Ассоциативную память можно и нужно развивать и тренировать. При приложении сознательных усилий поиск ассоциаций будет происходить гораздо быстрее, а со временем навык может перейти на бессознательный уровень, ассоциации будут находиться сами собой и запоминать информацию станет все легче и легче.

Но хватит теории, пора переходить непосредственно к простым и совершенно необременительным упражнениям!

Итак, вы прочитали 50 слов, представляя соответствующие образы как можно ярче, в цвете и движении. А теперь постарайтесь связать все слова в один длинный рассказ или в несколько коротких: кошка, дом, машина, яблоко…

Ключ

Бело-рыжая КОШКА зашла в ДОМ из красного кирпича, прошла во встроенный гараж, села в малиновую МАШИНУ, выехала на автостраду и стала, управляя рулем левой лапой, грызть зеленое ЯБЛОКО, держа его правой лапой.

Вспоминать слова на данном этапе развития памяти нет никакой необходимости. Это вы будете делать чуть позже, причем легко и играючи. Сейчас же я не рекомендую перегружать себя сложными упражнениями. Хотите достигнуть очень высокого уровня памяти? Для большинства людей эффективнее двигаться, наращивая уровень сложности понемногу, зато регулярно.