حافظه مجازی. پشتیبانی معماری از حافظه مجازی سازماندهی انجمنی حافظه حافظه انجمنی انسان

برخلاف حافظه معمولی ماشین که در آن کاربر یک آدرس حافظه را مشخص می کند و RAM کلمه داده ذخیره شده در آن آدرس را برمی گرداند، UA طوری طراحی شده است که کاربر کلمه داده را مشخص می کند و UA تمام حافظه را جستجو می کند تا ببیند آیا در کجا ذخیره شده است یا خیر. هر چیزی در آن اگر یک کلمه داده پیدا شود، UA لیستی از یک یا چند آدرس ذخیره سازی را که کلمه در آن پیدا شده است، برمی گرداند (و در برخی از معماری ها، خود کلمه داده یا سایر داده های مرتبط را نیز برمی گرداند). بنابراین، AP یک پیاده سازی سخت افزاری است که از نظر برنامه نویسی، آرایه انجمنی نامیده می شود.

1. 
   حافظه خودتداعی

1. 
   حافظه ناهمسانی

1. 
   دو مرحله در عملکرد حافظه انجمنی را شرح دهید

مرحله بهبودی مربوط به فرآیند بازیابی یک تصویر ذخیره شده در پاسخ به ارائه یک نسخه نویز یا خراب از یک کلید به شبکه است.

1. 
   فرآیند تشخیص الگو را تعریف کنید

1. 
   دو نوع ماشین تشخیص الگو را توضیح دهید.

این سیستم از دو بخش تشکیل شده است: یک شبکه استخراج ویژگی (بدون نظارت) و یک شبکه طبقه بندی (با نظارت). تصویر - مجموعه ای از
مشاهدات، هر مشاهده را می توان به عنوان یک نقطه در نظر گرفت در فضای بعدی مشاهدات (داده ها). استخراج ویژگی با استفاده از تبدیلی که به یک نقطه میانی ترجمه می شود، توصیف می شود فضای ویژگی های بعدی
. این تبدیل را می توان به عنوان یک عملیات کاهش ابعاد (فشرده سازی داده ها) مشاهده کرد که کار طبقه بندی را ساده می کند. طبقه بندی - تبدیلی که یک نقطه میانی را به یکی از کلاس ها ترسیم می کند فضای بعدی راه حل ها (- تعداد کلاس های انتخاب شده).

نوع دوم دستگاه

این سیستم به عنوان یک شبکه پیشخور چند لایه تکی با استفاده از یکی از الگوریتم های یادگیری تحت نظارت طراحی شده است. با این رویکرد، وظیفه استخراج ویژگی ها توسط گره های محاسباتی لایه پنهان شبکه انجام می شود.

1. 
   روشی را برای حل مشکل شناسایی سیستم توضیح دهید.

رابطه بین ورودی و خروجی را در یک سیستم ناشناخته با ورودی های متعدد و خروجی های بدون حافظه (تغییر زمانی سیستم) توصیف می کند. سپس مجموعه ای از نمونه های برچسب گذاری شده را می توان برای آموزش یک شبکه عصبی که مدلی از این سیستم را نشان می دهد استفاده کرد. اجازه دهید - خروجی شبکه عصبی مربوط به بردار ورودی . سیگنال خطا ( =(پاسخ مطلوب) - (خروجی شبکه)) برای تنظیم پارامترهای آزاد شبکه به منظور به حداقل رساندن ریشه میانگین مربعات خطا استفاده می شود.

1. 
   روشی را برای ساختن یک سیستم معکوس توضیح دهید

() - پاسخ مورد نظر، () - سیگنال ورودی (بردارها، - مکانها تغییر کرده اند). بردار سیگنال خطا برابر است با اختلاف بین بردار مورد نظر و خروجی واقعی شبکه عصبی که در پاسخ به اغتشاش به دست می آید. در اینجا، بردار سیگنال خطا برای به حداقل رساندن مجموع اختلاف مجذور بین خروجی های سیستم معکوس ناشناخته و شبکه عصبی به معنای ایستا (یعنی محاسبه شده در کل مجموعه مثال های آموزشی) استفاده می شود.

1. 
   یک بلوک دیاگرام از یک سیستم کنترل بازخورد ارائه دهید

این سیستم از یک بازخورد واحد استفاده می کند که کل شیء کنترل را پوشش می دهد. بنابراین، خروجی شی کنترل از سیگنال مرجع () دریافت شده از یک منبع خارجی کم می شود. سیگنال خطا (e) به دست آمده از این طریق به کنترل کننده عصبی برای تنظیم پارامترهای آزاد داده می شود. وظیفه اصلی کنترلر حفظ چنین بردار شی ورودی است که سیگنال خروجی (y) با مقدار مرجع (d) مطابقت دارد. به عبارت دیگر، وظیفه کنترلر این است که نگاشت ورودی-خروجی شی کنترل را معکوس کند.

1. 
   عملیات جمع منطقی و حاصلضرب منطقی روی مجموعه های فازی را شرح دهید

عملیات جمع بولی:

اجازه دهید
کوچکترین زیر مجموعه فازی است که هر دو را شامل می شود بنابراین با عملکرد عضویت:

عملیات منطقی محصول در مجموعه های فازی:

اجازه دهید
- بزرگترین زیر مجموعه فازی که به طور همزمان در و در موجود است، سپس تابع عضویت به شکل زیر است:

1. 
   نفی مجموعه و عملیات عادی سازی مجموعه را برای مجموعه های فازی توصیف کنید

اجازه دهید - تمام مجموعه ای که نیست ، سپس عنصر متعلق به مجموعه با توجه به تابع تعیین می شود:

عادی سازی مجموعه های فازی:

SUPERMUM: Sup - حد بالایی دقیق (حداکثر مقدار عضویت موجود در مجموعه).

NORMALIZATION: یک مجموعه فازی نرمال است اگر مازاد مجموعه برابر با یک باشد. برای عادی سازی، تعلقات عناصر را دوباره بخوانید:

M "a (x) \u003d Ma (x) / (Sup Ma (x))

1. 
   عملیات تمرکز و کشش را برای مجموعه های فازی شرح دهید

عملیات تاری:

1. 
   یک متغیر زبانی را تعریف کنید

تعریف ریاضی متغیر زبانی:
، نام متغیر کجاست.
- مجموعه ای از نام مقادیر زبانی متغیر که هر کدام یک متغیر فازی در مجموعه هستند.
; - قانون نحوی برای تشکیل نام مقادیر؛
یک قاعده معنایی برای مرتبط کردن هر مقدار ارزش با مفهوم آن.

1. 
   عملیات محصول جبری را برای مجموعه های فازی شرح دهید

1. 
   اندازه گیری جیگر را که درجه مبهم بودن مجموعه ها را مشخص می کند، توصیف کنید

,

تعداد عناصر در
فاصله بین مجموعه ها و در متریک (که برابر با 1 یا 2 است). متریک Hamming با مقدار مطابقت دارد

1. 
   متریک اقلیدسی را توصیف کنید که اندازه گیری فازی بودن یک مجموعه را مشخص می کند

1. 
   اندازه گیری آنتروپی فازی مجموعه Kosko را شرح دهید

1. 
   سیستم استنتاج فازی ممدانی زاده را شرح دهید

• 
  مجموعه ای از قوانین فازی استفاده شده؛
• 
  یک پایگاه داده حاوی توضیحات توابع عضویت؛
• 
  مکانیسم استنتاج و تجمع، که توسط قواعد کاربردی استلزامی شکل می گیرد.

برای اطمینان از تعامل این دو نوع، یک سیستم فازی با به اصطلاح فازی فایر (مبدل مجموعه داده های ورودی به یک مجموعه فازی) در ورودی و یک dehasifier (تبدیل مجموعه های فازی به مقدار مشخصی از متغیر خروجی) در خروجی.

سیگنال خروجی ماژول خروجی می تواند به صورت مجموعه های فازی باشد که محدوده تغییر متغیر خروجی را تعیین می کند. دیفازیفایر این محدوده را به یک مقدار مشخص تبدیل می کند که به عنوان خروجی کل سیستم در نظر گرفته می شود.

مدل استنتاج ممدانی زاده شامل عملگرهای زیر است:

شکل 1. نمونه سیستم استنتاج ممدانی زاده

روی انجیر شکل 1 روش تجمیع دو متغیر ورودی را نشان می دهد.

1. 
   فازیفایر را مشخص کنید

1. 
   مفهوم تابع عضویت را شرح دهید

ضریب عضویت مقداری از محدوده ای است که درجه عضویت یک عنصر در یک مجموعه فازی را مشخص می کند.

یک عدد واقعی که مقداری را در محدوده (0،1) می گیرد، در حالی که 1 به معنای عضویت 100% (بی قید و شرط) a در مجموعه و 0 - عدم وجود مطلق در . مقادیر بین 0 و 1 عناصر شامل فازی را مشخص می کند.

نگاشت مجموعه ای از عناصر به مجموعه ای از مقادیر، یک تابع عضویت را تشکیل می دهد.

تابع را می توان به طور صریح به شکل، به عنوان مثال، یک عبارت جبری یا به شکل جدولی (گسسته) به عنوان یک آرایه از جفت تعریف کرد.

1. 
   تابع عضویت گاوسی تعمیم یافته را شرح دهید

یک تابع گاوسی تعمیم یافته نیز وجود دارد:
پارامتر فرم

برنج 3. نمودار تابع گاوسی تعمیم یافته برایc=1،

تابع گاوسی تعمیم یافته نیز می تواند به شکل منطقی باشد:
.

1. 
   مفهوم فازی زدایی مجموعه فازی را شرح دهید

1. 
   فاززدایی را با توجه به مرکز میانگین توصیف کنید

1. 
   فاززدایی را با توجه به مرکز منطقه توصیف کنید

1. 
   یک بلوک دیاگرام از عملکرد الگوریتم ژنتیک ارائه دهید.

1. 
   مفاهیم کدگذاری عدد صحیح و واقعی را شرح دهید.

به عنوان یک قاعده، پارامترهای عددی محلول در کروموزوم کدگذاری می شوند. برای این کار می توان از کدگذاری اعداد صحیح و واقعی استفاده کرد.

رمزگذاری عدد صحیح

در یک الگوریتم ژنتیک کلاسیک، کروموزوم یک رشته بیت است که پارامترهای حل یک مسئله معین را رمزگذاری می کند.

کد نویسی واقعی

اغلب راحت تر است که در یک ژن نه یک عدد صحیح، بلکه یک عدد واقعی رمزگذاری شود. این به شما امکان می دهد تا از شر عملیات رمزگذاری و رمزگشایی مورد استفاده در رمزگذاری اعداد صحیح خلاص شوید و دقت راه حل را افزایش دهید.

1. 
   روش های انتخاب را شرح دهید.

انتخاب رولتدر این نوع انتخاب، احتمال شرکت i امین فرد در عبور از پی، متناسب با مقدار تناسب فی آن است و برابر است با.

فرآیند انتخاب افراد برای عبور شبیه یک بازی رولت است.

دایره رولت به بخش هایی تقسیم می شود و مساحت بخش i با مقدار پی متناسب است. پس از آن، رولت n بار می‌چرخد، جایی که n اندازه جمعیت است، و فردی که برای عبور انتخاب می‌شود، توسط بخشی که رولت روی آن متوقف می‌شود، تعیین می‌شود.

انتخاب با برشهنگام انتخاب با برش، پس از محاسبه مقادیر تناسب برای عبور، Ln بهترین افراد انتخاب می شوند، جایی که L "آستانه برش" است، 0
به عنوان یک قاعده، L را در محدوده 0.3 تا 0.7 انتخاب کنید.

انتخاب مسابقاتدر مورد استفاده از انتخاب مسابقات برای عبور، مانند انتخاب رولت، n نفر انتخاب می شوند.

برای انجام این کار، t افراد به طور تصادفی از جامعه انتخاب می شوند و مناسب ترین آنها اجازه عبور داده می شود. می گویند یک تورنمنت از t فرد تشکیل می شود، t اندازه مسابقات است. این عمل n بار تکرار می شود.

هر چه مقدار t بزرگتر باشد، فشار انتخاب بیشتر است. نوع انتخاب مسابقات، زمانی که t = 2 باشد، یک تورنمنت باینری نامیده می شود. مقادیر معمولی اندازه مسابقات t = 2، 3، 4، 5 است.
28. اصل عملکرد عملگرهای متقاطع یک نقطه ای، دو نقطه ای و همگن را برای کدگذاری عدد صحیح شرح دهید.

برای رمزگذاری اعداد صحیح، اغلب از عملگرهای متقاطع 1 نقطه، 2 نقطه و یکنواخت استفاده می شود.

متقاطع 1 نقطه ای مشابه عملیات متقاطع کروموزوم هنگام عبور از موجودات بیولوژیکی عمل می کند. برای انجام این کار، یک نقطه شکست دلخواه انتخاب می شود و بخش هایی از کروموزوم های والدین برای ایجاد فرزندان مبادله می شوند.

برای عملگر متقاطع 2 نقطه ای، 2 نقطه شکست تصادفی انتخاب می شود، پس از آن، برای ایجاد فرزندان، کروموزوم های والدین مناطق بین نقاط شکست را مبادله می کنند. توجه داشته باشید که برای عملگر 2 نقطه ای متقاطع، ابتدا و انتهای کروموزوم "چسبیده" در نظر گرفته می شود که در نتیجه یکی از نقاط شکست می تواند به ابتدا / انتهای کروموزوم ها بیفتد و در این مورد نتیجه عبور از 2 نقطه با نتیجه عبور از 1 نقطه منطبق خواهد شد.

هنگام استفاده از عملگر متقاطع همگن، بیت های کروموزوم های والدین مستقل از یکدیگر به ارث می رسند. برای انجام این کار، احتمال p0 را تعیین کنید که رقم i-ام کروموزوم والدین اول به فرزند اول و والد دوم به فرزند دوم برسد. احتمال رخداد مخالف (1 – p0) است. هر بیت از کروموزوم های والدین مطابق با مقدار p0 بین کروموزوم های فرزندان "بازی" می شود. در بیشتر موارد، احتمال هر دو رویداد یکسان است، یعنی. p0 = 0.5.
29. اصل عملکرد یک متقاطع دو نقطه ای را برای کدگذاری واقعی شرح دهید.

متقاطع 2 نقطه ای برای کدگذاری واقعی اساساً همان متقاطع 2 نقطه ای برای کدگذاری اعداد صحیح است. تفاوت این است که نقطه شکست را نمی توان "در درون" ژن انتخاب کرد، بلکه باید بین ژن ها قرار گیرد.
30. مفهوم توانایی تخریب کراس اوور را شرح دهید.

اپراتورهای متقاطع با توانایی تخریب کروموزوم های والدین مشخص می شوند.

متقاطع برای کدگذاری اعداد صحیح اگر در نتیجه کاربرد آن، فاصله همینگ بین کروموزوم‌های حاصل از فرزندان و کروموزوم‌های والدین زیاد باشد، مخرب‌تر در نظر گرفته می‌شود.

به عبارت دیگر، توانایی یک عدد صحیح برای از بین بردن به این بستگی دارد که چقدر محتویات کروموزوم‌های والدین را «مخلوط» (بازترکیب) می‌کند. بنابراین، متقاطع 1 نقطه ای ضعیف در نظر گرفته می شود، در حالی که متقاطع همگن، در بیشتر موارد، یک اپراتور به شدت مخرب است. به همین ترتیب، گذرگاه 2 نقطه ای از نظر قدرت تخریب نسبت به عملگرهای 1 نقطه ای و همگن، موقعیت متوسطی را به خود اختصاص می دهد.

در مورد متقاطع برای کدگذاری واقعی، توانایی تخریب با توجه به فاصله زیاد در فضای جستجو بین نقاط مربوط به کروموزوم های والدین و فرزندان تعیین می شود. بنابراین، اثر مخرب متقاطع 2 نقطه ای به محتوای کروموزوم های والدین بستگی دارد. توانایی تخریب متقاطع حسابی به مقدار پارامتر l بستگی دارد، به عنوان مثال برای l >> 1 و l >> 0، توانایی تخریب کم خواهد بود. برای BLX-a cross over، توانایی تخریب هم به مقدار a و هم به تفاوت در مقادیر ژن های مربوطه افراد والدین بستگی دارد.

توجه داشته باشید که در کنار توانایی تخریب، از توانایی ایجاد (آفرینش، ساختن) با عبور از افراد جدید نیز صحبت می شود. بنابراین، تأکید می شود که با از بین بردن کروموزوم های افراد والدین، عبور از آن می تواند کروموزوم های کاملا جدیدی ایجاد کند که قبلاً در روند جستجوی تکاملی با آنها مواجه نشده اند.
31. الگوریتم ژنتیک متعارف را شرح دهید.

الگوریتم ژنتیک متعارف توسط جان هالند توسعه داده شد و در کتاب سازگاری در سیستم‌های طبیعی و مصنوعی، 1975 توضیح داده شد. یکی از مدل های اساسی جستجوی تکاملی را نشان می دهد که در دهه 70-80 قرن بیستم به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفت.

GA متعارف دارای ویژگی های زیر است:

رمزگذاری عدد صحیح؛

طول همه کروموزوم های یک جمعیت یکسان است.

اندازه جمعیت ثابت؛

انتخاب رولت؛

اپراتور متقاطع تک نقطه ای.

جهش بیتی؛

نسل جدید فقط از افراد نسل تشکیل می شود (شکاف نسلی T = 1).
32. چه مدل هایی از بازنمایی دانش را می شناسید؟

رایج ترین مدل های بازنمایی دانش در سیستم های خبره عبارتند از:

• 
  مدل بازنمایی دانش با استفاده از منطق محمولات مرتبه اول.

• 
  مدل تولید؛

• 
  مدل قاب;

• 
  مدل بازنمایی دانش در قالب یک شبکه معنایی.

• 
  مدل بازنمایی دانش در قالب تابلوی اعلانات.

• 
  مدل بازنمایی دانش در قالب یک سناریو؛

• 
  مدل نمایش دانش بر اساس منطق فازی.

• 
  مدل شبکه عصبی بازنمایی دانش

مدل منطقی بازنمایی دانش مبتنی بر منطق محمولات است. یک محمول یا تابع منطقی، تابعی از هر تعداد آرگومان است که مقدار درست یا نادرست می گیرد. آرگومان های تابع - مقادیر از یک مجموعه دلخواه، محدود یا نامحدود
حوزه موضوعی نامیده می شود. محمول از آرگومان ها را محمول محلی می نامند. مدل نمایش دانش از منطق محمول مرتبه اولی استفاده می کند که Prolog بر آن استوار است.
34. یک سیستم تولید از چه چیزی تشکیل شده است؟

سیستم تولید یک سیستم پردازش دانش است که از بازنمایی دانش توسط قوانین تولید استفاده می کند. قوانین تولید عباراتی مانند "اگر (شرط) پس (عمل)" هستند. "شرط" - یک جمله نمونه که جستجو توسط آن در پایگاه دانش انجام می شود. "اقدام" اقدامی است که باید در صورت موفقیت آمیز بودن جستجو انجام شود. نتیجه گیری در مورد چنین پایگاه دانشی می تواند مستقیم (از داده ها تا جستجوی یک هدف) و معکوس (از هدف برای تأیید آن - به داده) باشد. داده ها حقایق اولیه ذخیره شده در پایگاه واقعیت است که بر اساس آن موتور استنتاج یا مفسر قوانین راه اندازی می شود و قوانین را از پایگاه دانش تولید مرتب می کند.

سیستم تولید شامل یک پایه قوانین، یک پایگاه داده و یک مفسر قوانین است. پایگاه قانون یک ناحیه حافظه است که شامل یک پایگاه دانش است - مجموعه ای از دانش ارائه شده در قالب قوانین به شکل IF ... THEN; پایگاه داده ناحیه ای از حافظه است که حاوی داده های واقعی (حقایق) است. مفسر یک مکانیسم استنتاج است، این جزء سیستم است که نتیجه گیری را با استفاده از پایه قوانین و پایگاه داده تشکیل می دهد.
35- مدل بازنمایی دانش را در قالب قاب توضیح دهید

در یک سیستم فریم، واحد نمایش دانش شیئی است که فریم نامیده می شود. فریم شکلی از نمایش یک موقعیت معین است که می تواند توسط مجموعه معینی از مفاهیم و موجودیت ها توصیف شود. فریم به عنوان شناسه یک نام داده می شود. این نام باید در کل سیستم فریم منحصر به فرد باشد. یک قاب دارای ساختار داخلی خاصی است که از عناصر بسیاری به نام اسلات تشکیل شده است که نام‌هایی نیز به آن داده می‌شود. هر شکاف به نوبه خود توسط یک ساختار داده خاص نشان داده می شود. گاهی اوقات یک اسلات شامل مؤلفه ای به نام وجه است که محدوده یا فهرستی از مقادیر ممکن آن را مشخص می کند. وجه همچنین مقادیر حدی پرکننده شکاف را مشخص می کند (به عنوان مثال، حداکثر تعداد مجاز برادران

36. دانش در وب معنایی چگونه نمایش داده می شود؟

شبکه معنایی دانش را در قالب یک نمودار نشان می دهد که گره های آن با واقعیت ها یا مفاهیم مطابقت دارند و کمان ها مربوط به روابط بین مفاهیم هستند. گراف مجموعه ای از رئوس و مجموعه ای از کمان است که چند جفت رئوس را به هم متصل می کند. نمودار برچسب گذاری شده برای هر رأس حاوی توصیفگرهایی (برچسب) است که به دلیل آن رئوس نمودار با یکدیگر متفاوت است. برای یک نمودار حالت-فضای، توصیفگرها حالت‌ها را در فرآیند حل یک مسئله شناسایی می‌کنند. برچسب های قوس در شبکه های معنایی برای تعریف روابط نامگذاری شده استفاده می شوند.
37. معماری سیستم های خبره را شرح دهید

گروهی از کارشناسان یا منبع دیگری از تخصص اطمینان حاصل می کنند که حقایق، مشاهدات و روش های تجزیه و تحلیل موقعیت ها در پایگاه دانش بارگذاری می شوند. کاربر از طریق رابطی که امکان برقراری ارتباط با استفاده از عبارات عادی را فراهم می کند، از سیستم در مورد مشکلات خاص سؤال می کند.

اطلاعات موجود در پایگاه دانش توسط یک موتور استنتاج پردازش می‌شود که از انجمن‌های تجربی یا قوانین «IF...THEN» برای تشکیل و آزمایش راه‌حل‌های ممکن استفاده می‌کند. رابط کاربری در یک فرم قابل دسترس نتایج را به اپراتور منتقل می کند.

در سیستم‌های هوشمند قدرتمند، یک رابط زبان طبیعی وجود دارد که به شما امکان می‌دهد سؤالات خود را بپرسید و پاسخ‌ها را به زبان انگلیسی یا روسی ساده دریافت کنید. در مورد سیستم‌های هوشمند معمولی، رابط کاربری کمتر اصلاح‌شده، اما با این وجود «دوستانه» به کاربر ارائه می‌شود.

38. وظایف ماشین خروجی (مکانیسم) را شرح دهید.

نکته اصلی در ES مکانیزمی است که پایگاه دانش را بر اساس قواعد منطق عقلانی برای به دست آوردن راه حل جستجو می کند. این مکانیسم که موتور استنتاج نامیده می شود، زمانی فعال می شود که درخواست کاربر دریافت می شود و وظایف زیر را انجام می دهد:

• 
  اطلاعات موجود در درخواست کاربر را با اطلاعات پایگاه دانش مقایسه می کند.

• 
  به دنبال اهداف خاص یا روابط علّی است.

• 
  اطمینان نسبی حقایق را بر اساس عوامل اطمینان مربوطه مرتبط با هر واقعیت ارزیابی می کند.

در مرحله شناسایی، وظایفی که باید حل شوند مشخص می شوند، اهداف توسعه، منابع، کارشناسان و دسته های کاربران مشخص می شوند.

در مرحله اکتساب دانش، سه راهبرد متمایز می شود: کسب دانش، استخراج دانش و کشف دانش. کسب دانش به عنوان روشی برای پر کردن خودکار پایگاه دانش از طریق گفتگو با یک متخصص و یک برنامه خاص درک می شود. استخراج دانش فرآیند تعامل بین یک مهندس دانش و یک منبع دانش (یک متخصص، ادبیات تخصصی و غیره) بدون استفاده از فناوری رایانه است. اصطلاح کشف دانش با ایجاد سیستم‌های کامپیوتری مرتبط است که روش‌های کسب دانش خودکار را پیاده‌سازی می‌کنند. اکنون این جهت امیدوار کننده ترین است. در عین حال، فرض بر این است که خود سیستم قادر خواهد بود الگوهای حوزه موضوعی را آشکار کند و دانش لازم را بر اساس مواد تجربی موجود فرموله کند.

در مرحله مفهوم سازی، تجزیه و تحلیل منطقه مشکل انجام می شود، مفاهیم مورد استفاده و روابط آنها شناسایی می شود و روش هایی برای حل مشکلات تعیین می شود.

مرحله رسمی‌سازی راه‌های نمایش انواع دانش را تعیین می‌کند، مفاهیم اساسی را رسمی می‌کند، راه‌های تفسیر دانش را تعیین می‌کند و عملکرد سیستم را مدل‌سازی می‌کند. در این مرحله، کفایت اهداف سیستم مفاهیم ثابت، روش های حل، ابزار بازنمایی و دستکاری دانش ارزیابی می شود.

در مرحله اجرا، پایگاه دانش سیستم پر می شود. در مرحله آزمایش، متخصص (و مهندس دانش) به صورت تعاملی، با استفاده از ابزارهای تعاملی و توضیحی، صلاحیت ES را بررسی می کند. روند آزمون تا زمانی ادامه می یابد که ممتحن تصمیم بگیرد که سیستم به سطح صلاحیت لازم رسیده است.

در مرحله عملیات آزمایشی، مناسب بودن ES برای کاربران نهایی بررسی می شود. بر اساس نتایج این مرحله و همچنین مرحله آزمایش، ممکن است نیاز به تغییر قابل توجهی در ES باشد.

فرآیند ایجاد یک ES محدود به دنبال کردن یک توالی دقیق از مراحل ذکر شده در بالا نیست. در طول توسعه، باید بارها و بارها به مراحل قبلی بازگردید و تصمیمات اتخاذ شده در آنجا را تجدید نظر کنید.

یافتن شماره فریم مربوط به صفحه مورد نظر در جدول صفحات چندسطحی نیازمند چندین دسترسی به حافظه اصلی است و در نتیجه زمان زیادی را می طلبد. در برخی موارد، چنین تاخیری غیرقابل قبول است. مشکل شتاب جستجو در سطح معماری کامپیوتر حل شده است.

به دلیل خاصیت محلی بودن، اکثر برنامه ها برای مدتی به تعداد کمی از صفحات دسترسی دارند، بنابراین تنها بخش کوچکی از جدول صفحه به طور فعال استفاده می شود.

راه حل طبیعی مشکل شتاب این است که کامپیوتر را با یک دستگاه سخت افزاری برای نگاشت صفحات مجازی به صفحات فیزیکی بدون دسترسی به جدول صفحه، یعنی داشتن یک حافظه نهان کوچک و سریع که بخشی از جدول صفحه را ذخیره می کند، ارائه کنیم. در حال حاضر مورد نیاز است. این دستگاه حافظه انجمنی نامیده می شود، گاهی اوقات از اصطلاح بافر نگاهی به ترجمه (TLB) نیز استفاده می شود.

یک ورودی جدول در حافظه انجمنی (یک ورودی) حاوی اطلاعاتی در مورد یک صفحه مجازی است: ویژگی های آن و چارچوبی که در آن قرار دارد. این فیلدها دقیقاً با فیلدهای جدول صفحه مطابقت دارند.

از آنجایی که حافظه انجمنی فقط شامل برخی از ورودی های جدول صفحه است، هر ورودی در TLB باید دارای فیلدی با شماره صفحه مجازی باشد. این حافظه به دلیل مقایسه تعداد صفحه مجازی نمایش داده شده با فیلد مربوطه در تمام ردیف های این جدول کوچک، Associative نامیده می شود. بنابراین، این نوع حافظه بسیار گران است. خطی که فیلد صفحه مجازی آن با مقدار جستجو مطابقت دارد حاوی شماره قاب صفحه است. تعداد معمول ورودی ها در TLB از 8 تا 4096 است. رشد تعداد ورودی ها در حافظه انجمنی باید با در نظر گرفتن عواملی مانند اندازه حافظه پنهان اصلی و تعداد دسترسی به حافظه در هر دستورالعمل انجام شود.

عملکرد مدیر حافظه را در حضور حافظه انجمنی در نظر بگیرید.

اول، اطلاعات مربوط به نگاشت یک صفحه مجازی به یک صفحه فیزیکی در حافظه انجمنی یافت می شود. اگر ورودی مورد نظر پیدا شود، همه چیز خوب است، به جز موارد نقض امتیاز، زمانی که درخواست دسترسی به حافظه رد می شود.

اگر ورودی مورد نیاز در حافظه انجمنی وجود نداشته باشد، نقشه برداری از طریق جدول صفحه انجام می شود. یکی از ورودی های حافظه انجمنی با ورودی یافت شده از جدول صفحه جایگزین می شود. در اینجا ما با مشکل جایگزینی سنتی برای هر کش مواجه هستیم (یعنی اینکه کدام یک از ورودی های کش نیاز به تغییر دارد). طراحی حافظه انجمنی باید رکوردها را به گونه ای سازماندهی کند که بتوان تصمیم گرفت که با معرفی رکوردهای جدید، کدام یک از رکوردهای قدیمی حذف شوند.

تعداد جستجوهای موفق شماره صفحه در حافظه انجمنی نسبت به تعداد کل جستجوها، نسبت ضربه (تطابق) (نسبت، نسبت) نامیده می شود. اصطلاح "درصد ضربه کش" نیز گاهی اوقات استفاده می شود. بنابراین نسبت ضربه کسری از پیوندهایی است که می توان با استفاده از حافظه انجمنی ایجاد کرد. مراجعه به همان صفحات باعث افزایش ضریب بازدید می شود. هر چه نسبت ضربه بیشتر باشد، میانگین زمان دسترسی به داده ها در RAM کمتر است.

برای مثال، فرض کنید که برای تعیین یک آدرس در صورت از دست دادن حافظه پنهان از طریق جدول صفحه، 100 نانوثانیه طول می‌کشد، و در صورت ورود حافظه پنهان از طریق حافظه انجمنی، 20 نانو ثانیه طول می‌کشد. با نسبت ضربه 90٪، میانگین زمان وضوح آدرس 0.9x20 + 0.1x100 = 28 ns است.

عملکرد کاملا قابل قبول سیستم عامل های مدرن کارایی استفاده از حافظه انجمنی را ثابت می کند. ارزش بالای احتمال یافتن داده ها در حافظه انجمنی با وجود ویژگی های عینی داده ها مرتبط است: مکان مکانی و زمانی.

توجه به این نکته ضروری است. هنگام تغییر زمینه فرآیندها، لازم است اطمینان حاصل شود که فرآیند جدید در اطلاعات حافظه مرتبط با فرآیند قبلی "نمی‌بیند"، به عنوان مثال، آن را پاک کنید. بنابراین، استفاده از حافظه انجمنی زمان تغییر زمینه را افزایش می دهد.

طرح تبدیل آدرس دو سطحی (حافظه انجمنی + جدول صفحه) در نظر گرفته شده یک مثال واضح از سلسله مراتب حافظه بر اساس استفاده از اصل محلی بودن است که در مقدمه سخنرانی قبلی مورد بحث قرار گرفت.

دستگاه ذخیره سازی، به عنوان یک قاعده، حاوی بسیاری از عناصر ذخیره سازی یکسان است که یک آرایه ذخیره سازی (SM) را تشکیل می دهند. آرایه به سلول های جداگانه تقسیم می شود. هر یک از آنها برای ذخیره یک کد باینری طراحی شده اند، تعداد بیت هایی که در آنها با عرض نمونه حافظه تعیین می شود (به ویژه، می تواند یک، نیم یا چند کلمه ماشین باشد). نحوه سازماندهی حافظه به روش های قرار دادن و جستجوی اطلاعات در آرایه ذخیره سازی بستگی دارد. بر این اساس، حافظه آدرس، انجمنی و پشته (ذخیره) متمایز می شود.

حافظه آدرسدر حافظه با یک سازمان آدرس، قرار دادن و جستجوی اطلاعات در SM بر اساس استفاده از آدرس ذخیره کلمه (شماره، دستور و غیره) است، آدرس، شماره سلول SM است که این کلمه در آن وجود دارد. واقع شده است.

هنگام نوشتن (یا خواندن) یک کلمه در SM، دستور شروع کننده این عملیات باید نشانی (شماره سلول) را نشان دهد که در آن ضبط (خواندن) انجام می شود.

ساختار حافظه آدرس معمولی نشان داده شده در شکل. 4.2 حاوی آرایه ذخیره سازی است نسلول های n-bit و قاب سخت افزاری آن، از جمله ثبت آدرس RgA، داشتن k(k> ثبت 2 ن)بیت، ثبت اطلاعات RGI،بلوک واکشی آدرس BAS،واحد تقویت کننده بازخوانی اتوبوس،بلوک تقویت کننده های بیت - سازنده سیگنال های ضبط BUZو مدیریت حافظه BUP.

شکل 4.2. ساختار حافظه آدرس.

با کد آدرس RgA BAVسیگنال هایی را در سلول حافظه مربوطه تولید می کند که اجازه خواندن یا نوشتن یک کلمه در سلول را می دهد.

چرخه دسترسی به حافظه با ورود شروع می شود BUPاز بیرون سیگنال درخواست.بخش کلی چرخه گردش شامل دریافت در است RgA بااتوبوس آدرس ایالات متحده آمریکاآدرس های تجدید نظر و پذیرش در BUPو رمزگشایی سیگنال کنترل عمل،نشان دهنده نوع عملیات درخواستی (خواندن یا نوشتن).

بعد هنگام خواندن BASآدرس را رمزگشایی می کند، سیگنال های خواندن را به سلول مشخص شده توسط آدرس ارسال می کند ZM،در این حالت، کد کلمه نوشته شده در سلول توسط تقویت کننده های بازخوانی خوانده می شود اتوبوسو به RGI.سپس در حافظه با خواندن مخرب (هنگام خواندن، تمام عناصر ذخیره سازی سلول در حالت صفر قرار می گیرند). اطلاعات در سلول با نوشتن روی آن از دوباره تولید می شود RGIکلمه را بخوانید عملیات خواندن با صدور یک کلمه از تکمیل می شود RGIبه گذرگاه اطلاعات خروجی SHIout.

هنگام نوشتن، علاوه بر انجام بخش کلی بالا از چرخه دسترسی، کلمه در حال نوشتن از گذرگاه اطلاعات ورودی دریافت می شود. SHIVx V RGI.خود رکورد شامل دو عملیات است: پاک کردن سلول (بازنشانی به 0) و خود رکورد. برای این BASابتدا سلول مشخص شده توسط آدرس در را انتخاب و پاک می کند RgA.پاکسازی توسط سیگنال‌های خواندن کلمه در سلول انجام می‌شود، اما تقویت‌کننده‌های خواندن و از اتوبوس V RGIاطلاعات دریافت نمی شود سپس به منتخب BASسلول کلمه از نوشته شده است RGI.

بلوک کنترل BUPتوالی های لازم از سیگنال های کنترلی را تولید می کند که عملیات گره های حافظه فردی را آغاز می کند. زنجیره های انتقال سیگنال کنترل با خطوط نازک در شکل 1 نشان داده شده است. 4.2.

حافظه انجمنیدر حافظه این نوع، جستجوی اطلاعات لازم نه با آدرس، بلکه با محتوای آن (با ویژگی انجمنی) انجام می شود. در این مورد، جستجو توسط یک ویژگی انجمنی (یا به صورت متوالی توسط ارقام مجزای این ویژگی) به طور موازی برای تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی اتفاق می‌افتد. در بسیاری از موارد، جستجوی انجمنی می تواند پردازش داده ها را به طور قابل توجهی ساده و سرعت بخشد. این به این دلیل به دست می آید که در این نوع حافظه عملیات خواندن اطلاعات با اجرای تعدادی عملیات منطقی ترکیب می شود.

یک ساختار معمولی از حافظه انجمنی در شکل نشان داده شده است. 4.3. آرایه ذخیره سازی شامل ن(پ + 1) سلول های بیت. بیت سرویس n ام برای نشان دادن اشغال سلول استفاده می شود (0 - سلول آزاد است، 1 - کلمه در سلول نوشته شده است).

در گذرگاه اطلاعات ورودی SHIVxبه ثبت ویژگی انجمنی RGAPدر ارقام 0-و-1 وارد می شود پ-بیت پرس و جو انجمن، و به ثبت نام ماسک RgM - کد ماسک جستجو، با رقم n RgMروی 0 تنظیم کنید. جستجوی انجمنی فقط برای مجموعه ای از ارقام انجام می شود RGAP،که «منطبق بر 1 اینچ است RgM(ارقام بدون نقاب RgAP).برای کلماتی که ارقام موجود در ارقام با ارقام بدون نقاب مطابقت دارند RGAP،مدار ترکیبی KS 1 را به بیت های مربوطه از ثبات تطابق تنظیم می کند RgSvو 0 برای بقیه بیت ها. بنابراین ارزش j-roتخلیه در RgSvبا عبارت تعریف می شود

RgSv(j) =

جایی که RGAP[من]، RgM[من و ZM - مقادیر رقم i به ترتیب RGAP، RGMو سلول j ZM.

طرح ترکیبی برای تولید نتیجه یک فراخوانی انجمنی FSاز یک کلمه تشکیل شده در RgSv،سیگنال های  0 ,  1 ,  2 مربوط به عدم وجود کلمات در ZM،ارضای ویژگی تداعی، وجود یک یا چند کلمه از این قبیل. برای این FSتوابع بولی زیر را پیاده سازی می کند:

 0 =

 1 = РгСв

 2 =  0  1

شکل دهی محتوا RgSvو  0 ,  1 ,  2 را بر اساس محتوا سیگنال می دهد RGAP، RGMو ZMعملیات کنترل انجمن نامیده می شود. این عملیات بخشی جدایی ناپذیر از عملیات خواندن و نوشتن است، اگرچه مقدار مستقلی نیز دارد.

هنگام خواندن، ارتباط ابتدا توسط یک ویژگی تداعی در کنترل می شود RGAP.سپس در  0 = 1 خواندن به دلیل عدم وجود اطلاعات مورد نیاز لغو می شود، زمانی که  1 = 1 خوانده می شود RGIکلمه یافت شده، با  2 = 1 in RGIکلمه از سلولی خوانده می شود که کمترین تعداد را در بین سلول هایی با علامت 1 اینچ دارد RgSt.از جانب RGIکلمه خوانده شده در تاریخ صادر می شود SHIout.

برنج. 4.3. ساختار حافظه انجمنی

هنگام نوشتن، ابتدا یک سلول آزاد جستجو می شود. برای انجام این کار، یک عملیات کنترل انجمن انجام می شود زمانی که RgAP= 111. ..10 و RgM== 00... 01. در این حالت سلول های آزاد 1 اینچ علامت گذاری می شوند RgSt.برای ضبط، یک سلول آزاد با کمترین تعداد انتخاب می شود. حاوی کلمه دریافت شده از SHIVx V RGI.

برنج. 4.4. پشته حافظه

با کمک عملیات کنترل انجمن، می توان بدون خواندن کلمات از حافظه، بر اساس محتوا تعیین کرد RgSv،چند کلمه در حافظه است که یک ویژگی انجمنی را برآورده می کند، به عنوان مثال، برای اجرای پرس و جوهایی مانند تعداد دانش آموزان در یک گروه در یک رشته معین نمره عالی دارند. هنگامی که از مدارهای ترکیبی مناسب استفاده می شود، عملیات منطقی کاملاً پیچیده ای را می توان در حافظه انجمنی انجام داد، مانند جستجوی یک عدد بزرگتر (کوچکتر)، جستجوی کلمات محصور در محدوده های خاص، جستجوی حداکثر (حداقل) عدد و غیره.

توجه داشته باشید که حافظه انجمنی به عناصر ذخیره سازی نیاز دارد که بدون از بین بردن اطلاعات ثبت شده در آنها قابل خواندن باشد. این به این دلیل است که در جستجوی انجمنی، خواندن در کل SM برای همه بیت‌های بدون ماسک انجام می‌شود و جایی برای ذخیره اطلاعاتی که به طور موقت با خواندن از بین می‌روند وجود ندارد.

پشته حافظه،و همچنین انجمنی، بدون خطاب است. که در پشته حافظه(شکل 4.4) سلول ها یک آرایه یک بعدی را تشکیل می دهند که در آن سلول های همسایه توسط زنجیره های بیت انتقال کلمه به یکدیگر متصل می شوند. یک کلمه جدید در سلول بالایی (سلول 0) نوشته می شود، در حالی که تمام کلمات ضبط شده قبلی (از جمله کلمه ای که در سلول 0 بود) به سلول های مجاور با اعداد بزرگتر 1 منتقل می شوند. خواندن فقط از سلول حافظه بالایی (صفر) امکان پذیر است، در حالی که اگر خواندن با حذف انجام شود، تمام کلمات دیگر در حافظه به سلول های مجاور با اعداد بالاتر به سمت بالا منتقل می شوند. در این حافظه، ترتیب خواندن کلمات از این قانون پیروی می کند: آخرین وارد شده - ابتدا خدمت کرد.در تعدادی از دستگاه های مورد نظر، عملیات خواندن ساده یک کلمه از سلول صفر (بدون حذف آن و جابجایی کلمه در حافظه) نیز ارائه شده است. گاهی اوقات حافظه پشته با شمارنده پشته ارائه می شود سینه،نمایش تعداد کلمات حفظ شده علامت MFST = 0 مسابقات خالی، پشته، MFST = ن - 1 - پشته کامل.

اغلب حافظه پشته ای با استفاده از حافظه آدرس سازماندهی می شود. حافظه پشته به طور گسترده ای هنگام پردازش ساختارهای داده تودرتو استفاده می شود.

پاراگراف های بعدی این فصل انواع مختلف حافظه را با سازماندهی آدرس توضیح می دهد. حافظه انجمنی در تجهیزات برای تخصیص حافظه پویا و همچنین برای ساخت حافظه کش استفاده می شود.

حافظه با دسترسی انجمنی یا حافظه انجمنیبا سایر انواع حافظه تفاوت دارد زیرا به سلول های آن نه در یک آدرس خاص، بلکه در دسترسی است محتواسلول های حافظه در واقع، حافظه انجمنی به عنوان یک موتور جستجو عمل می کند که می تواند اطلاعاتی را در مورد یک الگوی مشخص پیدا کند. حافظه تداعی مبتنی بر دستگاه های ذخیره سازی انجمنی(AZU) که ​​مانند اکثر حافظه های عملیاتی فرار هستند و به شکل ریزمدارهای نیمه هادی (چیپست) اجرا می شوند.

اصل عملکرد AZU با نمودار نشان داده شده در شکل توضیح داده شده است. 3.8 آرایه حافظه، مانند حافظه های آدرس، به تقسیم می شود متر- سلول های بیتی که تعداد آنها n. به عنوان یک قاعده، ترکیب AZU شامل موارد زیر است:

آرایه ذخیره سازی (SM)؛

ثبت ویژگی های انجمنی (RgAP)؛

ثبت ماسک (RgM)؛

· ثبت نشانگر آدرس با مدارهای مقایسه در ورودی.

ممکن است عناصر دیگری در CAM وجود داشته باشد که حضور و عملکرد آنها با نحوه استفاده از CAM تعیین می شود.

برنج. 3.8. دستگاه ذخیره سازی انجمنی

نمونه برداری از اطلاعات AZU به صورت زیر انجام می شود. یک نمونه جستجو از دستگاه کنترل به ثبت علائم انجمنی منتقل می شود - کد ویژگی اطلاعات مورد نیاز(گاهی اوقات تماس می گیرد مقایسه). کد می تواند دارای تعداد دلخواه ارقام باشد - از 1 قبل از متر. اگر کد ویژگی به طور کامل استفاده شود، بدون تغییر وارد مدار مقایسه می شود، اما اگر لازم باشد فقط بخشی از کد استفاده شود، بیت های غیر ضروری با استفاده از رجیستر ماسک پوشانده می شوند. قبل از شروع جستجوی اطلاعات در CAM، تمام بیت های ثبات نشانگر آدرس روی حالت تنظیم می شوند 1 پس از آن، اولین رقم تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی نظرسنجی می‌شود و محتویات با اولین رقم ثبت ویژگی‌های انجمنی مقایسه می‌شوند. اگر محتویات رقم اول باشد منسلول -ام با محتویات اولین رقم RgAP مطابقت ندارد، سپس رقم ثبت نشانگر آدرس مربوط به این سلول است. T iبازنشانی به حالت 0 ، اگر مطابقت دارد - تخلیه T iباقی 1 . سپس این عمل با رقم های دوم، سوم و بعدی تکرار می شود تا مقایسه با تمام رتبه های RgAP انجام شود. پس از یک بازجویی و مقایسه در ایالت 1 آن بیت‌هایی از ثبات نشانگر آدرس باقی می‌مانند که مربوط به سلول‌های حاوی اطلاعاتی هستند که با آنچه در ثبت علائم انجمنی ثبت شده مطابقت دارند. این اطلاعات را می توان به ترتیب تعیین شده توسط دستگاه کنترل خواند.

توجه داشته باشید که زمان جستجوی اطلاعات در SM توسط یک ویژگی تداعی تنها به تعداد ارقام ویژگی و نرخ نظرسنجی ارقام بستگی دارد، اما اصلاً به تعداد سلول های SM بستگی ندارد. این مزیت اصلی AMS را نسبت به حافظه های آدرس مشخص می کند: در حافظه های آدرس، عملیات جستجو به شمارش تمام سلول های آرایه ذخیره سازی نیاز دارد. علاوه بر این، پیاده سازی های CAM وجود دارد که به طور همزمان تمام بیت های همه کلمات ذخیره شده در حافظه را جستجو می کند. زمان جستجو در چنین دستگاه هایی از زمان چرخه حافظه تجاوز نمی کند.

ثبت اطلاعات جدید در ZM بدون تعیین شماره سلول انجام می شود. معمولاً یکی از ارقام هر سلول برای نشان دادن کارکرد آن استفاده می شود. اگر سلول برای نوشتن آزاد باشد، این بیت نوشته می شود 0 و اگر مشغول است، - 1 . سپس، هنگامی که اطلاعات جدید در CAM نوشته می شود، علامت تنظیم می شود 0 در رقم مربوطه ثبت علائم انجمنی، و تمام سلول های SM که برای نوشتن آزاد هستند تعیین می شوند. در یکی از آنها، دستگاه کنترل اطلاعات جدیدی را قرار می دهد.

اغلب، CAM ها به گونه ای ساخته می شوند که علاوه بر ارتباطی، آدرس دهی مستقیم داده نیز مجاز است، که راحتی خاصی را هنگام کار ارائه می دهد.

لازم به ذکر است که عناصر حافظه CAM، بر خلاف عناصر حافظه آدرس پذیر، نه تنها باید اطلاعات را ذخیره کنند، بلکه عملکردهای منطقی خاصی را نیز انجام می دهند، بنابراین، آنها به شما امکان می دهند نه تنها با برابری سلول جستجو کنید. محتویات یک ویژگی معین، اما همچنین با شرایط دیگر: محتوای سلول بزرگتر از (کمتر از) مقایسه، و بزرگتر یا مساوی (کمتر یا مساوی) است.

ویژگی های CAM که در بالا ذکر شد، مزایای CAM را برای پردازش اطلاعات مشخص می کند. تشکیل چندین جریان از اطلاعات یکسان با استفاده از CAM سریع و ساده است و با تعداد زیادی عناصر عملیاتی می توان سیستم هایی با کارایی بالا ایجاد کرد. همچنین باید این واقعیت را در نظر بگیریم که بر اساس حافظه تداعی می توان تغییر در مکان و ترتیب اطلاعات را آسان کرد. به همین دلیل، CAM وسیله ای موثر برای تولید مجموعه های داده است.

مطالعات نشان می دهد که تعدادی از وظایف، مانند پردازش اطلاعات رادار، تشخیص تصویر، پردازش تصاویر مختلف و سایر وظایف با ساختار داده ماتریسی، به طور موثر توسط سیستم های انجمنی حل می شوند. علاوه بر این، برنامه نویسی چنین وظایفی برای سیستم های انجمنی بسیار آسان تر از سیستم های سنتی است.

متأسفانه، دستگاه‌های حافظه انجمنی پیچیدگی و هزینه تولید بالایی دارند، که بیشتر از RAM دینامیک و استاتیک است. حافظه انجمنی پایه ای برای ساخت سیستم های موازی انجمنی و همچنین برای هواپیماهای کنترل شده جریان داده است. دسترسی انجمنی بیشترین استفاده را در زیرسیستم های حافظه کش دارد.

حافظه پنهان

برای اولین بار، یک ساختار حافظه دو سطحی توسط M. Wilks در سال 1965 هنگام ساخت یک کامپیوتر Atlas پیشنهاد شد. ماهیت این رویکرد قرار دادن یک حافظه بافر پرسرعت با اندازه کوچک بین CPU و RAM بود. در حین کار رایانه، بخش هایی از OP که به آنها دسترسی دارید در حافظه بافر کپی می شوند. با توجه به رعایت اصل محلی بودن در مرجع، سود قابل توجهی در عملکرد حاصل می شود.

نوع جدیدی از حافظه نامیده می شود حافظه کش(از انگلیسی. حافظه پنهان- "محل مخفی شدن، پناهگاه")، از آنجایی که چنین حافظه ای پنهان است، برای CPU "نامرئی" است، که نمی تواند مستقیماً به آن دسترسی داشته باشد. به نوبه خود، برنامه نویس ممکن است اصلا از وجود حافظه پنهان آگاه نباشد. در رایانه های سریال، حافظه نهان برای اولین بار در سیستم های مدل 85 از خانواده IBMS/360 استفاده شد. امروزه حافظه کش در هر کلاسی از کامپیوترها وجود دارد و اغلب ساختاری چند سطحی دارد.

تمام عباراتی که قبلا تعریف شده اند را می توان برای حافظه کش استفاده کرد، اگرچه کلمه " خط» ( خط) اغلب به جای کلمه " استفاده می شود مسدود کردن» ( مسدود کردن).

به عنوان یک قاعده، حافظه نهان بر اساس رم بسیار سریع و گران قیمت استاتیک ساخته می شود، در حالی که سرعت آن 5-10 برابر بیشتر از RAM است و حجم آن 500-1000 برابر کمتر است. توجه داشته باشید که نه تنها و نه چندان هزینه بالای رم استاتیک است که از افزایش مقدار حافظه کش نسبت به ظرفیت رم جلوگیری می کند. واقعیت این است که با افزایش ظرفیت حافظه کش، پیچیدگی طرح های کنترل افزایش می یابد که به نوبه خود منجر به افت عملکرد می شود. مطالعات متعدد نشان داده است که نسبت مشخص شده حافظه نهان و رم بهینه است و با افزایش سرعت هر دو نوع حافظه در فرآیند توسعه رایانه حفظ خواهد شد.

همانطور که قبلا ذکر شد، CPU دسترسی مستقیم به حافظه کش ندارد. یک کنترلر خاص مسئول سازماندهی تعامل CPU، OP و حافظه کش است. کل OP به بلوک هایی با اندازه ثابت تقسیم می شود، در حالی که قسمت بالایی آدرس OP تعیین می کند آدرس بلوک، و قسمت پایین آن است آدرس یک کلمه در یک بلوک. تبادل اطلاعات بین OP و حافظه نهان در بلوک ها انجام می شود. حافظه نهان نیز آدرس‌دهی داخلی خود را دارد و هر بلوک خوانده شده از RAM بر اساس مقدار مشخصی در حافظه نهان قرار می‌گیرد. آدرس را در حافظه پنهان مسدود کنید. اغلب بلوک های کش نامیده می شوند خطوطیا خطوط کش.

اگر بلوک درخواست شده توسط CPU از قبل در حافظه پنهان باشد، پس از دسترسی به حافظه پنهان، خواندن آن کامل می شود. بنابراین، هنگام دسترسی به یک آدرس، کنترل کننده ابتدا باید تعیین کند که آیا یک نسخه از بلوک حاوی آن آدرس در حافظه نهان وجود دارد یا خیر، و اگر چنین است، تعیین کند که آن بلوک از کدام آدرس کش شروع می شود. کنترلر این اطلاعات را با استفاده از مکانیسم ترجمه آدرس. پیچیدگی این مکانیسم به این بستگی دارد استراتژی های قرار دادن، که تعیین می کند هر بلوک RAM در کجای حافظه نهان قرار گیرد.

این سوال که چه زمانی باید یک کپی از بلوک را از OP در حافظه نهان قرار داد کمتر مهم نیست. این مشکل با حل شده است استراتژی های نمونه گیری.

هنگام نوشتن در حافظه نهان، چندین روش برای جایگزینی اطلاعات قدیمی وجود دارد که توسط آنها تعیین می شود استراتژی تجدید حافظه اصلی.

اغلب اوقات زمانی پیش می‌آید که با وجود انتخاب بلوک لازم از RAM، جایی در حافظه پنهان برای قرار دادن آن وجود ندارد. در این صورت باید یکی از خطوط کش را انتخاب کرده و با یک بلوک جدید جایگزین کنید. راه تعیین خط کش برای حذف نامیده می شود استراتژی جایگزینی.

استراتژی های قرار دادن

راه های زیر برای قرار دادن داده ها در حافظه کش وجود دارد:

توزیع مستقیم؛

توزیع کاملاً انجمنی؛

· توزیع انجمنی جزئی (چندگانه).

عرض گذرگاه آدرس را فرض کنید n، سپس ظرفیت OP V OP = 2nکلمات بدون از دست دادن کلیت، اندازه خط کش را 256 کلمه تعریف می کنیم، بنابراین کل OP به دو دسته تقسیم می شود. 2n-8بلوک ها به آدرس ارشد OP n-8بیت آدرس بلوک را تعیین می کند و بایت کم آدرس کلمه موجود در بلوک را تعیین می کند. ظرفیت حافظه پنهان را بگذارید کش V 1024 برابر کمتر از ظرفیت OP، یعنی. کش V = 2n-10کلمات یا 2n-18بلوک ها (خطوط کش).

توزیع مستقیم

اگر هر بلوک از حافظه اصلی فقط یک مکان ثابت داشته باشد که در آن می تواند در حافظه پنهان ظاهر شود، چنین حافظه پنهانی نامیده می شود. حافظه پنهان تخصیص مستقیم(کش نگاشت مستقیم). این ساده‌ترین سازماندهی حافظه نهان است که در آن از کمترین بیت‌های آدرس بلوک برای نگاشت آدرس‌های بلوک‌های OP به آدرس‌های حافظه پنهان استفاده می‌شود. بنابراین، تمام بلوک‌های OP که دارای کمترین ارقام یکسان در آدرس خود هستند در یک خط کش قرار می‌گیرند، یعنی.

(آدرس خط کش) = (آدرس بلوک RT) مد (تعداد بلوک های موجود در کش)

در مثال ما، آدرس خط کش ججوان خواهد بود n-18بیت آدرس بلوک OP (شکل 3.9 را ببینید). تبدیل آدرس بلوک OD به آدرس خط کش با واکشی این موارد پایین انجام می شود. n-18بیت در این آدرس خط کش، هر یک از بلوک های OP 1024 دارای همان آدرس هستند n-18بیت های پایین تر بین خود، این بلوک ها با مهم ترین 10 بیت متفاوت خواهند بود تی، تماس گرفت برچسب زدن. برای تعیین اینکه کدام بلوک RAM خاص در حال حاضر در حافظه نهان ذخیره شده است، از حافظه دیگری استفاده می شود - به اصطلاح حافظه برچسب (حافظه برچسب). حافظه برچسب کلمه به کلمه مورد خطاب قرار می گیرد و هر کلمه دارای اندازه ای برابر با اندازه برچسب است. ظرفیت حافظه تگ حاصل ضرب اندازه برچسب و تعداد کل خطوط کش است، برای مثال ما 10 2 n-18بیت آدرس حافظه تگ آدرس خط کش است با. برخلاف حافظه برچسب، حافظه ای که بلوک های کش را ذخیره می کند نامیده می شود حافظه داده. حافظه داده کلمه به کلمه آدرس دهی می شود، آدرس آن از آدرس خط کش و آدرس کلمه درون بلوک (خط کش) تشکیل می شود.

برنج. 3.9. ساختار آدرس حافظه در تخصیص مستقیم

برنج. 3.10. سازمان کش با تخصیص مستقیم

هنگام دسترسی آ-ام آدرس OP (شکل 3.10) جونیور n-18بیت آدرس بلوک (فیلد ج) حاوی این آدرس به عنوان آدرس خط کش استفاده می شود. تگ از حافظه برچسب در آدرس خط کش خوانده می شود (فیلد تی). به موازات این، حافظه داده با استفاده از آن قابل دسترسی است n-10کمترین بیت های مهم آدرس آ(زمینه های جو w). اگر تگ خواندن و 10 بیت بالای آدرس آمطابقت، به این معنی است که بلوک حاوی آدرس است آ، در حافظه داده وجود دارد و کلمه قابل دسترسی یک کپی از آن را ذخیره می کند آآدرس OP.

اگر تگ با 10 بیت بالای آدرس متفاوت باشد آ، سپس بلوکی حاوی آدرس از حافظه اصلی خوانده می شود آو خط کش از حافظه پنهان حذف می شود که آدرس آن توسط فیلد مشخص می شود ج(جوانتر n-18بیت) آدرس بلوک در حال خواندن. بلوک خوانده شده از RAM به جای خط کش حذف شده قرار می گیرد و تگ مربوطه در حافظه تگ به روز می شود.

مزیت تخصیص مستقیم سهولت اجرا است، با این حال، با توجه به این واقعیت که آدرس خط کش به طور منحصر به فرد توسط آدرس بلوک OP تعیین می شود، احتمال تمرکز مناطق بلوک در بخشی از کش وجود دارد. جایگزینی بلوک‌ها در این بخش اغلب اتفاق می‌افتد، در حالی که سایر قسمت‌های کش ممکن است بیکار باشند. در چنین شرایطی، اثربخشی حافظه نهان به طور محسوسی کاهش می یابد.

حافظه دسترسی تصادفی، به عنوان یک قاعده، حاوی تعدادی از عناصر ذخیره سازی یکسان است که یک آرایه ذخیره سازی (SM) را تشکیل می دهند. آرایه به سلول های جداگانه تقسیم می شود. هر یک از آنها برای ذخیره یک کد باینری طراحی شده اند، تعداد بیت هایی که در آنها با عرض نمونه حافظه تعیین می شود (به ویژه، می تواند یک، نیم یا چند کلمه ماشین باشد). نحوه سازماندهی حافظه به روش های قرار دادن و جستجوی اطلاعات در آرایه ذخیره سازی بستگی دارد. بر این اساس، حافظه آدرس، انجمنی و پشته (ذخیره) متمایز می شود.

حافظه آدرسدر حافظه با یک سازمان آدرس، قرار دادن و جستجوی اطلاعات در SM بر اساس استفاده از آدرس ذخیره یک کلمه (عدد، فرمان و غیره) است. آدرس شماره سلول SM است که این کلمه در آن قرار می گیرد.

هنگام نوشتن (یا خواندن) یک کلمه در SM، دستور شروع کننده این عملیات باید نشانی (شماره سلول) را نشان دهد که در آن ضبط (خواندن) انجام می شود.

یک ساختار حافظه آدرس معمولی شامل یک آرایه ذخیره سازی از سلول های N-bit و چارچوب سخت افزاری آن، از جمله یک ثبت آدرس است RgAداشتن ک (ک» ورود N) بیت ها، ثبت اطلاعات RGI، بلوک واکشی آدرس BAS، بلوک تقویت کننده های بازخوانی اتوبوس، بلوک تقویت کننده های بیت - سازنده سیگنال های ضبط BUZو مدیریت حافظه BUP.

با کد آدرس RgA BAVسیگنال هایی را در سلول حافظه مربوطه تولید می کند که اجازه خواندن یا نوشتن یک کلمه در سلول را می دهد.

چرخه دسترسی به حافظه با ورود شروع می شود BUPاز بیرون سیگنال درخواست. بخش کلی چرخه گردش شامل دریافت در است RgAاز اتوبوس آدرس ایالات متحده آمریکاآدرس های تجدید نظر و پذیرش در BUPو رمزگشایی سیگنال کنترل عمل A که نوع عملیات درخواستی (خواندن یا نوشتن) را مشخص می کند.

بعد هنگام خواندن BASآدرس را رمزگشایی می کند، سیگنال های بازخوانی را به سلول SM مشخص شده توسط آدرس ارسال می کند، در حالی که کد کلمه نوشته شده در سلول توسط تقویت کننده های بازخوانی BUS خوانده می شود و به آن منتقل می شود. RGI. عملیات خواندن با صدور یک کلمه از تکمیل می شود RGIبه گذرگاه اطلاعات خروجی PWM.

هنگام نوشتن، علاوه بر انجام بخش کلی بالا از چرخه دسترسی، کلمه در حال نوشتن از گذرگاه اطلاعات ورودی دریافت می شود. SHIVxو RGI. سپس به منتخب BASسلول کلمه از نوشته شده است RGI.

بلوک کنترل BUPتوالی های لازم از سیگنال های کنترلی را تولید می کند که عملیات گره های حافظه فردی را آغاز می کند.

حافظه انجمنیدر حافظه این نوع، جستجوی اطلاعات لازم نه با آدرس، بلکه با محتوای آن (با ویژگی انجمنی) انجام می شود. در این مورد، جستجو توسط یک ویژگی انجمنی (یا به صورت متوالی توسط ارقام مجزای این ویژگی) به طور موازی برای تمام سلول‌های آرایه ذخیره‌سازی اتفاق می‌افتد. در بسیاری از موارد، جستجوی انجمنی می تواند پردازش داده ها را به طور قابل توجهی ساده و سرعت بخشد. این به این دلیل به دست می آید که در این نوع حافظه عملیات خواندن اطلاعات با اجرای تعدادی عملیات منطقی ترکیب می شود.

یک ساختار معمولی از حافظه انجمنی در شکل نشان داده شده است. 4.3. آرایه ذخیره سازی حاوی سلول های N (n+1) بیتی است. بیت سرویس n ام برای نشان دادن اشغال سلول استفاده می شود (0 - سلول آزاد است، 1 - کلمه در سلول نوشته شده است).