asociativní paměť. Rozvoj asociativní paměti. Organizace adresní, asociativní a zásobníkové paměti Asociativní paměť

Asociativita je vlastní paměti. To je vyjádřeno ve skutečnosti, že jedna vzpomínka může vyvolat jinou vzpomínku, další - třetí atd., což nutí nebo umožňuje myšlenkám pohybovat se v řetězci mentálních asociací z jedné do druhé. Asociativní paměť je spojením mezi okolnostmi a reprezentacemi jednotlivce. Asociace jsou jakési neviditelné háčky, které vytahují prožité okamžiky (to, co se stalo) z hlubin zkušeností, okolností, představ nashromážděných v paměti a spojují je s tím, co je třeba si zapamatovat.

Asociativní teorie paměti

V psychologii existuje několik oblastí souvisejících s pamětí. Hlavní z nich jsou asociativní, behaviorální, kognitivní, aktivita. Všichni se shodují, že paměť je proces zapamatování, ukládání a reprodukování informací a jejich zapomínání a že paměť je základem v procesu stávání se člověkem.

Každá z teorií paměti přitom na základě svých principů svým způsobem vysvětluje podstatu a zákonitosti tohoto procesu.

Jednou z takových teorií je asociační teorie paměti. Vychází z myšlenky, že asociace není nic jiného než spojení, které se odehrává mezi duševními jevy. Taková spojení během zapamatování jsou vytvořena mezi částmi materiálu, který je zapamatován nebo reprodukován. Faktem je, že v procesu zapamatování člověk vždy hledá nějaké souvislosti mezi materiálem, který je k dispozici, a tím, co je třeba reprodukovat.

Byly identifikovány některé vzory, na jejichž základě se vytvářejí asociace:

- Podle sousedství. Probíhá v případě, že vnímaný obraz je spojen s minulými prožívanými reprezentacemi nebo s těmi, které byly současně prožívány, jsou s tímto obrazem spojeny, tedy na základě asociace s předchozím materiálem. Například při vzpomínce na naši školu si s největší pravděpodobností vybavíme jak třídního učitele nebo kamaráda ze školy a emoce s nimi spojené, tak při vzpomínce na kolegu z práce si možná vzpomeneme, že příští sobota je pracovní a my potřebujeme nezapomeňte si nastavit budík na ráno v den volna.

- Podle podobnosti. Všimli jste si, že se například někteří lidé někomu podobají? Možná jste se náhodou podívali na cizího člověka, našli v něm určitý „typ“ nebo zjistili, že jeho rysy (obličej, vystupování, držení těla atd.) si zapamatujete, protože vypadá jako...? Například nemotorný, chundelatý, s kolébavou chůzí - jako medvěd; malý, nepopsatelný, plachý a bezbranný vzhled - jako vrabec; jasný, důležitý, s narovnanými rameny a pomalými důležitými pohyby - jako páv.

— Naproti tomu. Velmi snadno si spojíme „bílo-černý“, „dobrý-zlý“, „tlustý-hubený“. Jsou také produkovány naší asociativní pamětí a používají se k fixaci obrazu. V tomto případě vnímané obrazy extrahují z vědomí opačné představy. Takže, když čelíte podrážděné sousedce, pamatujete si, jak klidná její sestra působí.

Nevýhodou asociativní teorie paměti je, že nevysvětluje tak důležitou charakteristiku, jako je selektivita paměti (ostatně asociativní materiál se ne vždy dobře pamatuje). Navíc nebere v úvahu, že paměťové procesy jsou závislé na organizaci zapamatovaného materiálu.

Rozvoj asociativní paměti, stejně jako asociativního myšlení, je velmi důležitý: asociace nám pomáhají pamatovat si a vybavovat si, vytvářet nápady. Asociativní paměť nám umožňuje zapamatovat si slova a složité texty, které spolu nesouvisí, díky ní snáze získáme potřebné informace z paměti a čím rozsáhlejší je síť asociativních vazeb, tím lépe se pamatuje a tím snadněji je v případě potřeby pamatovat. Naše úsudky o té či oné záležitosti, naše názory, vkus, hodnotový systém jsou založeny na asociativní paměti. Souvisí to i s naším myšlením, vnímáním světa a rozhodováním.

Asociativní paměť se trénuje propojováním známých, již naučených informací s novým materiálem. Pro rozvoj asociativní paměti můžete použít například následující cvičení:

1. Připravte si 2 listy papíru a pero. Na 1 list ve svislém sloupci zadejte všechna přirozená čísla od 1 do 100.

2. Vyberte si libovolných 10–15 z nich, se kterými máte trvalé spojení, a zapište je v náhodném pořadí na list 2. Například 8 je sněhulák, 17 je číslo vašeho oblíbeného minibusu, 18 je věk plnoletosti v zemi, kde žijete (pokud ano) atd. Po dokončení práce počkejte 5-7 minut, vezměte si 1 papír s čísly a před odpovídající číslo zapište všechny události, které si pamatujete.

3. Příště udělejte totéž s jinými čísly, které se předtím netýkaly. Nenuťte se, zpočátku na sebe příliš netlačte, snažte se vybrat nejúspěšnější sdružení, které bezpečně zaujme své místo na seznamu.

4. Po dokončení celého seznamu čísel se zkontrolujte uvedením všech asociací spojených s čísly od 1 do 100.

Kromě tréninku paměti jste si vytvořili další asociace, které vám v případě potřeby pomohou zapamatovat si kódy, telefonní čísla atd. Zkuste použít své osobní asociace, aniž byste se báli kreslit obrázky. Například 40 si lze zapamatovat tak, že 4 bude reprezentovat čtverec, „TV“ a 0 jako kruh vepsaný do něj, „buchta“. Vznikne vtipná asociace "kolobok v televizi". Vymyslete si vlastní asociace, které jsou pro vás přijatelné.

Když už mluvíme o rozvoji paměti, je třeba poznamenat, že je neoddělitelně spojena s pozorností, protože bez zaměření pozornosti na objekt ji nepřesuneme ani do krátkodobé paměti. Dobrá práce paměti předpokládá vysokou aktivitu neuronů, dobře koordinovanou práci kognitivních (kognitivních) funkcí mozku. Můžete si přečíst více o rozvoji paměti a pozornosti.

Paměť a pozornost, vnímání a myšlení jsou funkce mozku, které podléhají tréninku a rozvoji. Díky pravidelnému cvičení můžete výrazně zlepšit své schopnosti a je lepší dát přednost pravidelnému komplexnímu cvičení s postupně se zvyšující zátěží. Například pro tento účel je vhodné použít třídy on.

Přejeme vám úspěch v seberozvoji!

Foto: Laurelville - Camp & Retreat Center

Obvykle v úložných zařízeních vyžaduje přístup k informacím specifikaci adresy buňky. Mnohem pohodlnější je však hledat informace nikoli na adrese, ale na základě nějaké charakteristické vlastnosti obsažené v informacích samotných. Tento princip je základem paměti, známé jako asociativní úložné zařízení (AMU). V literatuře existují další názvy pro takovou paměť: obsahově adresovatelná paměť; paměť adresovatelná daty (data adresovatelná paměť); paměť s paralelním vyhledáváním (paměť paralelního vyhledávání); katalogová paměť (katalogová paměť); ukládání informací (ukládání informací); označená paměť.

Asociativní úložiště je zařízení schopné uchovávat informace, porovnávat je s určitým daným vzorkem a indikovat jejich vzájemnou shodu nebo nekonzistenci.

Na rozdíl od konvenční paměti stroje (paměť s náhodným přístupem nebo RAM), ve které uživatel specifikuje adresu paměti a RAM vrací datové slovo uložené na této adrese, je AP navržen tak, že uživatel specifikuje datové slovo a AP jej hledá. ve vší paměti, abyste zjistili, zda je v ní někde uložen. Pokud je nalezeno datové slovo, UA vrátí seznam jedné nebo více adres úložiště, kde bylo slovo nalezeno (a na některých architekturách také vrátí samotné datové slovo nebo další související části dat). AP je tedy hardwarovou implementací toho, co by se z hlediska programování nazývalo asociativní pole.

Asociativní funkce – znak, podle kterého se informace hledají.

Funkce vyhledávání – kombinace kódů, která funguje jako vzor pro vyhledávání.

Asociativní prvek může být součástí hledaných informací nebo k nim může být dodatečně připojen. V druhém případě je zvykem nazývat to tag nebo štítek.

Struktura asociativní paměti

AZU zahrnuje:

• paměťové pole pro ukládání N m-bitových slov, v každém z nich je několik bitů nižšího řádu obsazeno servisními informacemi;
• rejstříku asociativního znaku, kde je umístěn kód požadované informace (vyhledávací znak). Registrujte bitovou hloubku k obvykle kratší než délka slova T;
• přizpůsobovací obvody používané k paralelnímu porovnání každého bitu všech uložených slov s odpovídajícím vyhledávacím příznakovým bitem a generování odpovídajících signálů;
• registr koincidencí, kde každá buňka paměťového pole odpovídá jednomu bitu, do kterého je jeden vložen, pokud se všechny bity odpovídající buňky shodují se stejnými bity vyhledávacího atributu;
• registr masky, který umožňuje zakázat porovnávání určitých bitů;
• kombinační obvod, který na základě analýzy obsahu koincidenčního registru generuje signály charakterizující výsledky vyhledávání informací.

Při přístupu k ACD se bity v registru masky nejprve vynulují, což by se při vyhledávání informací nemělo brát v úvahu. Všechny bity registru shody jsou nastaveny na jedničku. Poté se do registru asociativních atributů zadá kód požadované informace (atribut vyhledávání) a začne se jeho vyhledávání, při kterém párovací obvody současně porovnávají první bit všech buněk pole úložiště s prvním bitem atributu vyhledávání. . Ty obvody, které detekovaly nesoulad, generují signál, který nastaví odpovídající bit registru shody na nulu. Proces hledání je stejný pro zbytek odmaskovaných bitů vyhledávacího příznaku. V důsledku toho jsou jednotky uloženy pouze v těch bitech koincidenčního registru, které odpovídají buňkám, kde se nachází požadovaná informace. Konfigurace jedniček v registru shody se používá jako adresy, které se mají číst z pole úložiště. Vzhledem k tomu, že výsledky vyhledávání mohou být nejednoznačné, je obsah registru shody přiváděn do kombinačního obvodu, kde jsou generovány signály indikující, že hledaná informace je:

• a0 – nenalezeno;
• a1 - obsažené v jedné buňce;
• a2 - je obsažen ve více než jedné buňce.

Vytvoření obsahu koincidenčního registru a signálů a0, a1, a2 se nazývá operace řízení asociace. Je nedílnou součástí operací čtení a zápisu, i když může mít také nezávislou hodnotu.

Při čtení je asociace nejprve řízena argumentem hledání. Potom při a0=1 je čtení zrušeno kvůli nedostatku požadovaných informací při a1 =1 slovo se čte, což je označeno jednotkou v koincidenčním registru, a když a2 = 1 nejvyšší 1 v registru zápasů se vynuluje a načte se odpovídající slovo. Opakováním této operace můžete postupně spočítat všechna slova.

Zápis do AP se provede bez zadání konkrétní adresy do první volné buňky. K nalezení volné buňky se provede operace čtení, ve které nejsou maskovány pouze bity služby, což ukazuje, jak dlouho bylo k této buňce přistupováno, a za volnou se považuje buď prázdná buňka, nebo ta, která nebyla používána nejdelší dobu.

Hlavní výhoda asociativních pamětí je dána skutečností, že doba vyhledávání informace závisí pouze na počtu bitů ve vyhledávacím atributu a bit polling rate a nezávisí na počtu buněk v úložném poli.

Obecnost myšlenky asociativního vyhledávání informací nevylučuje rozmanitost architektur CAM. Konkrétní architektura je určena kombinací čtyř faktorů:

1. druh vyhledávání informací;
2. techniky porovnávání vlastností;
3. způsob čtení informací v případě více shod;
4. způsob zaznamenávání informací.

V každé konkrétní aplikaci CAM může být úkol vyhledávání informací formulován různými způsoby.

Typy vyhledávání informací:

• Jednoduché (vyžaduje úplnou shodu všech číslic atributu vyhledávání se stejnými číslicemi slov uložených v poli úložiště).
• Obtížný:
• Vyhledejte všechna slova větší nebo menší než zadané. Hledejte slova v daných mezích.
• Hledání maxima nebo minima. Vícenásobný výběr z AML slova s ​​maximální nebo minimální hodnotou asociativního znaku (s jeho vyloučením z dalšího vyhledávání) je v podstatě uspořádaný výběr informací. Seřazený výběr lze poskytnout jiným způsobem, pokud hledáte slova, jejichž asociativní prvek ve vztahu k prvku průzkumu je nejbližší větší nebo menší hodnotě.

Je zřejmé, že implementace komplexních vyhledávacích metod je spojena s odpovídajícími změnami v architektuře CAM, zejména se zkomplikováním paměťového obvodu a zavedením další logiky do něj.

Technika porovnání funkcí:

Při konstrukci AZU si člověk vybere ze čtyř možností, jak uspořádat průzkum obsahu paměti. Tyto možnosti lze kombinovat paralelně podle skupiny výbojů a postupně po skupinách. Z hlediska doby vyhledávání lze za nejúčinnější považovat paralelní dotazování jak slovy, tak číslicemi, ale ne všechny typy paměťových prvků tuto možnost umožňují.

Jak číst informace v případě více shod:

• Se sekvenčním řetězcem (s pomocí poměrně složitého zařízení, kde jsou pevně stanovena slova tvořící vícehodnotovou odpověď. Sekvenční řetězec umožňuje číst slova vzestupně podle čísla buňky ACD bez ohledu na velikost asociativu funkce).
• Algoritmicky (v důsledku řady průzkumů).

Způsob záznamu informací:

1. Podle adresy.
2. S řazením informací na vstupu CAM podle hodnoty asociativního prvku (umístění buňky, kam bude nové slovo umístěno, závisí na poměru asociativních prvků nově napsaného slova a slov již uložených v VAČKA).
3. Shodou známek.
4. S řetězcem velení.

Vzhledem k relativně vysokým nákladům na RAM se zřídka používá jako nezávislý typ paměti.

Asociativní paměť

Asociativní paměť(AP) popř Asociativní úložné zařízení(CAM) je speciální druh strojové paměti používaný ve velmi rychlých vyhledávacích aplikacích. Také známý jako obsahově adresovatelná paměť, asociativní úložné zařízení, obsahově adresovatelná paměť nebo asociativní pole, ačkoli druhý termín se v programování běžně používá k označení datové struktury. (Hannum a kol., 2004)

Hardwarové asociativní pole

Na rozdíl od konvenční paměti stroje (paměť s náhodným přístupem nebo RAM), ve které uživatel specifikuje adresu paměti a RAM vrací datové slovo uložené na této adrese, je AP navržen tak, že uživatel specifikuje datové slovo a AP ho hledá. v celé paměti. abyste zjistili, zda je někde v ní uložen. Pokud je nalezeno datové slovo, UA vrátí seznam jedné nebo více adres úložiště, kde bylo slovo nalezeno (a na některých architekturách také vrátí samotné datové slovo nebo další související části dat). AP je tedy hardwarovou implementací toho, co by se z hlediska programování nazývalo asociativní pole.

Průmyslová standardní obsahová adresovatelná paměť

Definice hlavního rozhraní pro UA a další prvky síťového vyhledávání (NSE) byla specifikována v dohodě o interoperabilitě nazvané Look-Aside Interface ( LA-1 A LA-1B), který byl vyvinut Network Processing Forum, které bylo později sloučeno do Optical Internetworking Forum (OIF). Řada zařízení byla vyrobena společnostmi Integrated Device Technology, Cypress Semiconductor, IBM, Netlogic Micro Systems a dalšími v rámci těchto dohod LA. Dne 11. prosince 2007 vydala OIF Úmluvu o rozhraní Serial Lookaside (Serial Lookaside, SLA).

Implementace na polovodičích

Protože je AP navržen tak, aby prohledával celou paměť v jedné operaci, je to mnohem rychlejší než prohledávání RAM prakticky ve všech vyhledávacích aplikacích. Nevýhodou jsou však vyšší náklady na AP. Na rozdíl od čipu RAM, který má jednoduché úložiště, musí mít každý jednotlivý bit paměti v plně paralelním AP připojen svůj vlastní porovnávací obvod, aby se zjistila shoda mezi uloženým bitem a vstupním bitem. Kromě toho musí být výstupy porovnání z každé buňky v datovém slově kombinovány, aby se získal úplný výsledek porovnání datového slova. Další obvody zvětšují fyzickou velikost AP čipu, což zvyšuje výrobní náklady. Další obvody také zvyšují ztrátový výkon, protože všechny srovnávací obvody jsou aktivní v každém hodinovém cyklu. V důsledku toho se AM používá pouze ve specializovaných aplikacích, kde nelze dosáhnout rychlosti vyhledávání jinými méně nákladnými metodami.

Alternativní implementace

Aby se dosáhlo různé rovnováhy mezi rychlostí, velikostí paměti a cenou, některé implementace emulují funkce AP pomocí standardního stromového vyhledávání nebo hardwarově implementovaných hašovacích algoritmů, a také pomocí hardwarových triků, jako je replikace a zřetězení, pro urychlení efektivního provozu. Tyto konstrukce se často používají ve směrovačích.

Ternární asociativní paměť

Binární AA je nejjednodušší typ asociativní paměti, která používá slova pro vyhledávání dat složená výhradně z 1s a 0s. V ternárním AA je přidána třetí hodnota pro porovnání "X" nebo "don't care" pro jeden nebo více bitů v uloženém datovém slově, čímž se přidává větší flexibilita vyhledávání. Například v ternárním UA by mohlo být uloženo slovo „10XX0“, které by odpovídalo kterémukoli ze čtyř hledaných slov „10000“, „10010“, „10100“ nebo „10110“. Přidání flexibility do vyhledávání je na úkor zvýšení nákladů na binární AT, protože buňka vnitřní paměti nyní musí kódovat tři možné stavy namísto dvou. Tento dodatečný stav je obvykle implementován přidáním bitu masky "důležité" ("důležité"/"není důležité") do každého paměťového místa.

Holografická asociativní paměť poskytuje matematický model pro integrovanou nezávislou bitovou asociativní paměť využívající reprezentaci s komplexními hodnotami.

Příklady aplikací

Obsahově adresovatelná paměť se často používá v zařízeních počítačových sítí. Když například síťový přepínač přijme datový rámec na jednom ze svých portů, aktualizuje interní tabulku s původem MAC adresy rámce a portem, na kterém byl přijat. Poté vyhledá cílovou MAC adresu v tabulce, aby určil, na který port má být rámec odeslán, a odešle jej na tento port. Tabulka MAC adres je obvykle implementována na binárním AP, takže cílový port lze najít velmi rychle, což snižuje latenci přepínače.

Ternární AP se často používají v těch síťových směrovačích, kde má každá adresa dvě části: (1) síťovou adresu, jejíž velikost se může měnit v závislosti na konfiguraci podsítě, a (2) adresu hostitele, která zabírá zbývající bity. Každá podsíť má masku sítě, která určuje, které bity jsou síťovou adresou a které bity jsou adresou hostitele. Směrování se provádí kontrolou podle směrovací tabulky spravované směrovačem. Obsahuje všechny známé cílové síťové adresy, jejich přidruženou masku sítě a informace potřebné pro pakety směrované do tohoto cíle. Směrovač implementovaný bez UA porovnává cílovou adresu paketu, který má být rozdělen, s každým záznamem ve směrovací tabulce, dělá logické AND se síťovou maskou a porovnává výsledky se síťovou adresou. Pokud jsou stejné, použije se k odeslání paketu odpovídající informace o směru. Použití ternárního UA pro směrovací tabulku činí proces vyhledávání velmi efektivním. Adresy jsou uloženy pomocí bitu don't care v části adresy hostitele, takže vyhledání cílové adresy v UA okamžitě získá správný záznam ve směrovací tabulce; obě operace - nanesení masky a porovnání - provádí hardware AP.

Mezi další aplikace AP patří

• Správci mezipaměti CPU a vyrovnávací paměti pro asociativní překlad (TLB)

Bibliografie

• Kohonen T. Asociativní paměťová zařízení. M.: Mir, 1982. - 384 s.

V angličtině

• Anargyros Krikelis, Charles C. Weems (editoři) (1997) Asociativní zpracování a procesory, IEEE Computer Science Press. ISBN 0-8186-7661-2

• Hannum a kol. (2004) Systém a metoda pro resetování a inicializaci plně asociativního pole do známého stavu při zapnutí nebo prostřednictvím stavu specifického pro počítač. NÁS. Patent 6,823,434.

Odkazy

Nadace Wikimedia. 2010 .

Podívejte se, co je "Asociativní paměť" v jiných slovnících:

V informatice neadresná paměť, ve které se informace vyhledává podle obsahu (asociativní vlastnost). Viz také: Paměť počítače Aplikační software Financial Dictionary Finam ... Finanční slovní zásoba

asociativní paměť- Paměť, ve které není adresování určeno umístěním objektu, ale jeho obsahem. Pro nalezení adresy je objekt analyzován a jeho jméno (podle určitých slov) odpovídá jiným adresám. Použití asociativní paměti…… Technická příručka překladatele

asociativní paměť- asociativní paměťové zařízení; asociativní paměť Paměťové zařízení, ve kterém je adresa určena obsahem uložených informací ... Polytechnický terminologický výkladový slovník

asociativní paměť- asociatyvioji atmintis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. přidružená paměť vok. sdruženář Speicher, m; Durchsuchspeicher, m rus. asociativní paměť, f pranc. mémoire associative, f … Automatikos terminų žodynas

PŘIDRUŽENÁ PAMĚŤ- Viz paměť, asociativní ... Výkladový slovník psychologie

Tento článek by měl být wikifikován. Naformátujte jej prosím podle pravidel pro formátování článků. Lidská paměť je asociativní, to znamená, že určitá paměť může generovat velkou oblast s ní spojenou. Jedna položka nám připomíná ... Wikipedie

V asociativních paměťových zařízeních jsou informace vyhledávány pomocí asociativního prvku zaznamenaného v každé paměťové buňce.

V paměti tohoto typu se hledání potřebné informace neprovádí podle adresy, ale podle obsahu samotné informace (tj. podle asociativního atributu). V tomto případě probíhá vyhledávání podle asociativního prvku paralelně v čase pro všechny paměťové buňky. Asociativní vyhledávání umožňuje výrazně zjednodušit a zrychlit zpracování dat. Toho je dosaženo díky skutečnosti, že v takové paměti je operace čtení informací kombinována s prováděním řady logických operací. Můžete například provádět operace, jako jsou:

1) vyhledejte maximální nebo minimální číslo v paměti;

2) hledat slova uzavřená v určitých hranicích;

3) hledejte slova nejbližší asociativnímu prvku, a to jak z větší, tak z menší strany atd.

Nejjednodušší asociativní paměť obvykle provádí jedinou operaci výběru slov, jejichž rys odpovídá asociativnímu rysu.

Paměťové pole (SM) obsahuje N buněk, každá buňka má n+1 bit. Pro indikaci využití buňky se použije n-tý bit služby. Pokud je v n-té číslici 0, pak je buňka volná, pokud 1, pak je obsazená.

N-bitové znaménko vstupuje do registru asociativních vlastností RGP na vstupu SD a kód vyhledávací masky vstupuje do registru masky RGM. V tomto případě je n-tý bit registru RGM nastaven na 0. Asociativní vyhledávání se provádí pouze na těch bitech atributu, které odpovídají "1" v registru masky, tedy na tzv. nemaskovaných bitech RGM. . Nastavením kódu masky M lze tedy libovolně zvolit ty číslice atributu, podle kterých se vyhledávání provádí.

Pro slova z 3M, ve kterých se všechny číslice shodují s nezamaskovanými bity RGP, kombinovaný obvod KS 1 nastaví "1" v odpovídajících bitech porovnávacího registru RGC. Pokud se tedy číslice j-tého slova shoduje s nemaskovatelnými bity znaménka, pak se do j-tého bitu registru RGC zapíše "1", jinak "0". Záznam "1" v j-té číslici RGC znamená, že j-té slovo odpovídá znaku, tj. je slovo, které se v ZM skutečně hledá.

Do registru masky je zapsáno slovo, které umožňuje dotaz na všechny nebo pouze některé číslice asociativní funkce, použití masky umožňuje zmenšit nebo rozšířit oblast hledání.

Informace jsou prohledávány paralelně pro všechny buňky porovnáním dotazu s asociativní funkcí každé buňky.

Výsledek vyhledávání je generován speciálním kombinačním obvodem, který generuje signály, které indikují nepřítomnost slov splňujících podmínky vyhledávání, přítomnost pouze jednoho slova, přítomnost několika slov s takovým asociativním prvkem.

Po vytvoření a zpracování výstražných signálů řídicí obvod přečte potřebné informace.

Při zápisu informací se nejprve najde volná buňka. K tomu se provede operace asociativního vyhledávání u prvku, který má „0“ ve všech číslicích a „0“ je zapsáno do registru masky všemi číslicemi, kromě nejméně významné n-té číslice.

Jsou tedy určeny ty buňky SM, ve kterých je na n-té číslici napsáno „0“, což znamená, že buňka není obsazena. Slovo z registru informací RGI se zapíše do volné buňky s nejmenším číslem.

Při použití dalších kombinačních obvodů v asociativní paměti můžete provádět různé logické operace, určovat maximální nebo minimální počet, počet slov, která mají stejnou asociativní vlastnost atd. Obrázek 1 ukazuje strukturu asociativní paměti. Paměťové buňky asociativního paměťového zařízení musí být prvky statické paměti, v asociativní paměti se ke všem buňkám přistupuje současně a nesmí být přerušovány obnovovacími cykly. Asociativní paměť je nejrychlejší, ale velmi drahá, protože vyžaduje zavedení dalšího porovnávacího obvodu, který umožňuje vyhledávat každou paměťovou buňku. Taková paměť se proto obvykle nepoužívá ve své čisté podobě a vysokorychlostní paměťová zařízení typu cache jsou obvykle implementována jako částečně asociativní.

V mikroprocesorech se jako součást vyrovnávací paměti používá asociativní paměť (paměť s výběrem obsahu) pro uložení adresové části instrukcí a operandů spustitelného programu. V tomto případě není potřeba přistupovat k RAM pro další instrukci nebo požadovaný operand, stačí umístit požadovanou adresu do asociativního znakového registru a pokud jsou požadované informace dostupné v paměti cache, bude okamžitě vydán. Přístup k paměti RAM bude nutný pouze v případě, že požadované informace nejsou v mezipaměti. Použitím mezipaměti tímto způsobem se sníží počet přístupů k paměti RAM, což šetří čas, protože přístup do mezipaměti trvá přibližně 10krát méně času než přístup k paměti RAM.

Zásobníková organizace paměti

Pokud se zápis a čtení provádí přes stejný registr, pak se takové zařízení nazývá zásobníková paměť, fungující na principu "první dovnitř - poslední ven" (FILO-First Input, Last Output).

Paměť zásobníku, stejně jako asociativní, je neadresovatelná, je to soubor buněk, které tvoří jednorozměrné pole, ve kterém jsou sousední buňky navzájem spojeny bitovými řetězci přenosu slov. Slova se vždy zapisují do horní nulové buňky. V tomto případě jsou všechna dříve zaznamenaná slova posunuta o jednu buňku dolů. Čtení probíhá v obráceném pořadí zápisu.

Stack paměti se rozšířily. Pro jeho implementaci do RAM je pomocí programů operačního systému alokována část paměti pro zásobník. V praxi je zásobníková paměť často organizována pomocí konvenční adresové paměti.

Uvažujme organizaci zásobníku paměti jako paměť tvořenou propojenými paměťovými buňkami, ve kterých se informace posouvá dolů, když je do zásobníku zapsáno nové slovo (obr. 2). Výměna informací probíhá pouze přes horní paměťovou buňku. Při čtení slov ze zásobníku může být slovo odstraněno z paměti zásobníku nebo posunuto po kruhu, v závislosti na organizaci zásobníku. Režim čtení – poslední dovnitř, první ven – se nazývá LIFO (Last In First Out).

Obr.2.Organizace zásobníku paměti.

Hardwarová implementace takové paměti není vždy vhodná a často je zásobníková paměť organizována v hlavní paměti počítače pomocí softwaru, což umožňuje měnit velikost zásobníku v závislosti na potřebě. Při organizování zásobníku v hlavní paměti je přidělen speciální registr adres - „ukazatel zásobníku“. Ukazatel zásobníku obsahuje adresu posledního slova vloženého do zásobníku. Když je slovo zapsáno do zásobníku, adresa vrcholu zásobníku se automaticky sníží, když je slovo přečteno, automaticky se zvýší. Zásobníková paměť se obvykle používá k uložení stavu aktuálního programu při zpracování přerušení. Po provedení přerušujícího programu se obnoví stav všech registrů, které existovaly v době přerušení programu v obráceném pořadí záznamu. Na zásobník můžete ukládat i programová data, což je výhodné, protože při přístupu do zásobníku nemusíte zadávat adresu paměťové buňky v programu, k extrahování informací ze zásobníku dochází i bez zadání adresy.

Asociativní paměť

Tabulka stránek

Organizace tabulky stránek je jedním z klíčových prvků mechanismů stránkování a transformací segmentových stránek. Podívejme se podrobněji na strukturu tabulky stránek.

Virtuální adresa se tedy skládá z čísla virtuální stránky (bity vyššího řádu) a offsetu (bity nižšího řádu). Číslo virtuální stránky se používá jako index v tabulce stránek k nalezení záznamu pro virtuální stránku. Z tohoto záznamu v tabulce stránek se zjistí číslo rámce (číslo rámce stránky), pak se přidá offset a vytvoří se fyzická adresa. Záznam tabulky stránek navíc obsahuje informace o atributech stránky, jako jsou bezpečnostní bity.

Hlavním problémem pro efektivní implementaci tabulky stránek je velká velikost virtuálních adresových prostorů moderních počítačů, které jsou obvykle určeny bitovostí architektury procesoru. Nejrozšířenější jsou dnes 32bitové procesory, které umožňují vytvářet virtuální adresní prostory o této velikosti 4 GB (u 64bitových počítačů je tato hodnota 2**64b).

Spočítejme si přibližnou velikost tabulky stránek. V 32bitovém adresním prostoru s velikostí stránky 4K (Intel) získáme 1M stránek a v 64bitovém ještě více. Že. tabulka musí mít 1M řádků (záznam) a záznam v řádku se skládá z několika bajtů. Všimněte si, že každý proces potřebuje svou vlastní tabulku stránek (a v případě schématu segment-stránka jednu pro každý segment). V tomto případě tedy musí být tabulka stránek příliš velká.

Displej však musí být rychlý. Mapování musí být rychlé, protože se provádí při každém přístupu do paměti, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ se děje téměř v každé strojové instrukci. Tento problém je řešen především implementací asociativní paměti.

Abychom se vyhnuli extrémní důležitosti mít neustále v paměti obrovskou tabulku a uchovávat z ní jen několik fragmentů (toto je opět možné díky vlastnosti lokality), mnoho počítačů používá víceúrovňovou tabulku stránek.

Zvažte modelový příklad (obrázek 10.4). Předpokládejme, že 32bitová adresa je rozdělena na 10bitové pole Ptr1, 10bitové pole Ptr2 a 12bitový offset. 12 bitů offsetu umožňuje lokalizovat bajt uvnitř 4K (2**12) stránky a celkem máme 2**20 stránek. Jak je patrné z Obr. 9.4 1024 řádků v tabulce nejvyšší úrovně pomocí pole Ptr1 odkazuje na 1024 tabulek druhé úrovně, z nichž každá obsahuje také 1024 řádků. Pomocí pole Ptr2 ukazuje každý řádek tabulky druhé úrovně na určitou stránku. Smyslem této organizace je vyhnout se neustálému udržování všech tabulek druhé úrovně (a je jich 1024) v paměti. Zvažte příklad s kulatými čísly. Řekněme, že proces potřebuje 12 milionů paměti: 4 miliony ve spodní části pro kód, 4 miliony ve spodní části pro data a 4 miliony v horní části paměti pro zásobník. Mezi spodní částí zásobníku a horní částí dat je gigantický prostor 4Gb-12Mb, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ se nepoužívá. V tomto případě je potřeba pouze 1 tabulka nejvyšší úrovně a 3 tabulky druhé úrovně. Tento přístup přirozeně zobecňuje na tři nebo více úrovní tabulky.

Zvažte jednu z položek tabulky stránek. Jeho velikost se liší systém od systému, ale nejběžnějším případem je 32 bitů. Nejdůležitější pole je číslo snímku. Účelem stránkování je lokalizovat tuto hodnotu. Dále je to bit prezence, ochranné bity (například 0 - čtení/zápis, 1 - pouze čtení...), modifikační bity (pokud byly zapsány) a bity odkazů, které pomáhají zvýraznit málo používané stránky, bity, které umožňují ukládání do mezipaměti. Všimněte si, že adresy stránek na disku nejsou součástí tabulky stránek.

Obrázek 10.4 - Příklad dvouúrovňové tabulky stránek.

Jak přítomnost více úrovní ovlivňuje výkon správce paměti? Pokud předpokládáme, že každá úroveň je samostatná tabulka v paměti, překlad adres může vyžadovat několik přístupů do paměti.

Počet úrovní v tabulce stránek závisí na konkrétní architektuře. Můžete uvést příklady implementace jednoúrovňového (DEC PDP-11), dvouúrovňového (Intel, DEC VAX), tříúrovňového (Sun SPARC, DEC Alpha) stránkování a také stránkování se zadaným počtem úrovní. (Motorola). Fungování RISC procesoru MIPS R2000 probíhá zcela bez tabulky stránek. Zde by vyhledávání požadované stránky, pokud tato stránka není v asociativní paměti, měl převzít OS (tzv. zero level paging).

Hledání požadované stránky ve víceúrovňové tabulce stránek, která vyžaduje několik přístupů do hlavní paměti na cestě k převodu virtuální adresy na fyzickou, zabere spoustu času. Za určitých okolností je takové zpoždění nepřijatelné. Tento problém nachází řešení i na úrovni počítačové architektury.

Vzhledem k vlastnosti lokality se většina programů po určitou dobu odkazuje na malý počet stránek, takže pouze malá část tabulky stránek je zaneprázdněna.

Přirozeným řešením je poskytnout počítači hardwarové zařízení pro mapování virtuálních stránek na fyzické bez přístupu k tabulce stránek, to znamená mít malou rychlou mezipaměť, do které je uložena ta část tabulky stránek, která je aktuálně potřebná. Tomuto zařízení se obvykle říká asociativní paměť, někdy se také používá termín asociativní registry (někdy také překladová vyrovnávací paměť (TLB)).

Jeden záznam v tabulce v asociativní paměti obsahuje informace o jedné virtuální stránce, jejích atributech a rámci, ve kterém se nachází. Tato pole přesně odpovídají polím v tabulce stránek.

Mapování virtuálních stránek uložených v asociativní paměti je rychlé, ale mezipaměť je drahá a má omezenou velikost.
Hostováno na ref.rf
Počet záznamů v TLB od 8 do 2048

Paměť se obvykle nazývá asociativní, protože na rozdíl od tabulky stránek, která je indexována čísly virtuálních stránek, je zde číslo virtuální stránky současně porovnáváno s odpovídajícím polem ve všech řádcích této malé tabulky. Z tohoto důvodu je tato paměť drahá. Řádek, jehož pole virtuální stránky odpovídá hledané hodnotě, obsahuje číslo rámce stránky.

Zvažte fungování správce paměti v přítomnosti asociativní paměti. Nejprve hledá virtuální stránku v asociativní paměti. Pokud je stránka nalezena, je vše v pořádku s výjimkou porušení oprávnění, kdy je požadavek na přístup do paměti zamítnut.

Pokud stránka není v asociativní paměti, prohledává se v tabulce stránek. Jedna ze stránek v asociativní paměti je nahrazena nalezenou stránkou. V tabulce je takto načtená stránka označena modifikačním bitem, který bude zohledněn při příštím načtení asociativní paměti z tabulky stránek.

Procento případů, kdy je číslo stránky v asociativní paměti, se běžně označuje jako poměr hitů (shoda) (proporce, poměr). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, poměr zásahů – část odkazů, která musí být vytvořena pomocí asociativní paměti. Odkazování na stejné stránky zvyšuje poměr návštěv.

Předpokládejme například, že 100 ns je kritických pro přístup k tabulce stránek a 20 ns pro přístup k asociativní paměti. Při 90% poměru zásahů je průměrná doba přístupu 0,9*20+0,1*100 = 28 ns.

Vcelku přijatelný výkon moderních operačních systémů dokazuje efektivitu využití asociativní paměti. Vysoká hodnota pravděpodobnosti nalezení dat v asociativní paměti je spojena s přítomností objektivních vlastností dat: prostorové a časové lokality.

Je třeba věnovat pozornost následující skutečnosti. Při přepínání procesů je nutné zajistit, aby nový proces neviděl informace související s předchozím procesem v asociativní paměti, např. ji vymazal. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, použití asociativní paměti prodlužuje dobu přepínání kontextu.

Asociativní paměť - pojem a typy. Klasifikace a vlastnosti kategorie "Asociativní paměť" 2017, 2018.