Ассоциативные системы
Ассоциативные системы относятся к системам класса ОКМД. Данные системы, как и матричные, характеризуются наличием большого числа операционных устройств. Данные устройства одновременно по командам одного управляющего устройства ведут обработку нескольких потоков данных. Но, эти устройства существенно отличаются от матричных способами формирования потока данных. В ассоциативных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств, отличающихся тем, что информация из них выбирается не по определённому адресу, а по содержимому. Таким образом, ассоциативную систему можно в общем случае представить как систему, обладающую двумя свойствами:
1) данные, находящиеся в памяти могут выбираться на основании их содержания или части их содержания;
2) операции преобразования данных, как арифметические, так и логические, могут осуществляться над несколькими множествами аргументов при помощи одной команды.
Структурная схема ассоциативной системы может быть представлена в таком виде:
Структурная
схема ассоциативной системы
Главное отличие ассоциативной системы от обычной системы последовательной обработки информации состоит в использовании ассоциативной памяти, а не памяти с адресуемыми ячейками. Это главное отличие влечёт за собой отличия и в других устройствах. Принципы работы ассоциативного запоминающего устройства поясняет следующая схема:
Ассоциативное
ЗУ
Запоминающий массив это m ячеек по n разрядов. Ассоциативное запоминающее устройство содержит запоминающий массив, регистр ассоциативных признаков, регистр маски и регистр индикаторов адреса со схемами сравнения на входе. Выборка информации из ассоциативного запоминающего устройства происходит следующим образом: в регистр ассоциативных признаков (Рг АП) из устройства управления передаётся код признака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов (от 1 до m). Если код признаков используется полностью, то он без изменения поступает на схему сравнения. Если необходимо использовать только часть кода, то ненужные разряды удаляются с помощью регистра маски. Перед началом поиска информации все разряды регистра индикатора адреса устанавливаются в состояние 1. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек и содержимое сравнивается первым разрядом регистра ассоциативных признаков. Если содержимое первого разряда iй ячейки не совпадает с содержимым первого разряда регистра ассоциативных признаков, то соответствующий этой ячейке разряд регистра индикатора адреса сбрасывается в состояние 0. Если совпадает, то остаётся предыдущее состояние. Затем операция повторяется со вторым, третьим и последующими разрядами до тех пор, пока не будет произведено сравнение всеми разрядами регистра ассоциативных признаков. Таким образом, в состоянии 1 останутся только те разряды регистра индикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в регистре ассоциативных признаков. Эта информация может быть считана в той последовательности, которая определяется устройством управления. Заметим, что время поиска информации зависит только от числа разрядов и от скорости опроса разрядов, но совершенно не зависит от числа ячеек запоминающего устройства. Запись новой информации в запоминающий массив производится без указания номера ячейки. Обычно, один из разрядов каждой ячейки используется для указания её занятости. Т.е. если ячейка свободна для записи, то в этом разряде записан 0, если занята – 1. Тогда, при записи, новой информации устанавливается признак 0 в соответствующем разряде регистра ассоциативных признаков и определяются все ячейки, которые свободны для записи. В одну из них устройство управления помещает новую информацию. Нередко ассоциативные запоминающие устройства строятся таким образом, что кроме ассоциативной, допускается и прямая адресация данных. Необходимо отметить, что запоминающие элементы ассоциативного запоминающего устройства, в отличии от элементов адресуемых запоминающих устройств должны не только хранить информацию, но и выполнять определённые логические функции. Это позволяет осуществить поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям. Т.е. условия могут быть такого плана: содержимое ячейки больше или меньше признака установленного в регистре ассоциативных признаков. Может быть также больше или равно, или меньше или равно тому значению, которое устанавливается в регистре ассоциативных признаков. Отмеченные выше свойства характеризуют преимущества ассоциативных запоминающих устройств обработки информации. Формирование нескольких потоков идентичной информации осуществляется быстро и просто. А с большим числом операционных элементов можно создавать высокопроизводительные системы. Надо учитывать, что на основе ассоциативной памяти легко реализуются изменения места и порядка расположения информации. Благодаря этому, ассоциативные запоминающие устройства являются эффективным средством формирования наборов данных.
Ассоциативная память определяется как память системы, из которой находящиеся в ней данные могут быть выбраны на основании их содержания, а не по адресам данных. Основной запоминающий элемент ассоциативной памяти называется ячейкой разрядов. Такая ячейка может один бит информации записать в себя, считать его и сравнить с запрашиваемой информацией. Операции поиска, которые состоят из маскирования и сравнения выполняются по-разному, в зависимости от организации ассоциативной памяти. Типичными операциями сравнения являются попарно: «равно», «не равно»; «меньше чем», «больше чем»; «не больше», «не меньше»; «максимальная величина», «минимальная величина»; «между границами», «вне границ». При помощи маскирования можно выделить только те поля в ключевом слове, которые нужно использовать для сравнения при поиске. Ассоциативные системы, в свою очередь, могут быть разбиты на четыре категории, в соответствии с организацией процесса сравнения в их ассоциативной памяти:
1) полностью параллельные;
2) поразрядно последовательные;
3) пословно-последовательные;
4) блочно-ориентированные.
В полностью параллельных системах логика сравнения может быть предусмотрена в каждой ячейке разряда каждого слова, или же, в каждой группе ячеек, представляющих код символа при фиксированном числе разрядов в коде. В поразрядно-последовательных системах операции выполняются в каждый момент времени только над одним разрядным срезом всех слов.