Адресная, ассоциативная и стековая организация памяти

Запоминающее устройство, как правило, содержит множество одинаковых запоминающих элементов, образующих запоминающий массив. Массив разделен на отдельные ячейки; каждая из них предназначена для хранения двоичного кода, число разрядов в котором определяется шириной выборки памяти (байт, машинное слово или несколько слов). Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в запоминающем массиве. По этому признаку различают адресную, ассоциативную и стековую память.

Адресная память

При адресной организации памяти размещение и поиск информации в запоминающем массиве основаны на использовании адреса хранения слова. Другими словами адресный поиск предполагает, что искомый операнд извлекается из ячейки памяти, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команды. По коду адреса в регистре адреса блок адресной выборки формирует в соответствующей ячейке памяти сигналы, позволяющие произвести считывание или запись слова в ячейку. Проиллюстрируем адресную структуру памяти на примере ЭВМ с 16-разрядной шиной данных и 16-разрядными словами.

15 8 7 0 15 8 7 0

1 0 0 1

3 2 2 3

5 4 4 5

65533 65532 65532 65533

65535 65534 65534 65535

«слева» «справа»

Рис. 7.1 Пример адресной памяти для 16-ти разрядного процессора

Еще раз вспомним, что изначально была только одна возможность обращения к памяти – обращение к одному байту, к одной ячейки памяти. Одного байта явно недостаточно для хранения какой-либо информации, поэтому в современных машинах практикуется обращение к 2, 4 и даже 8 байтам.

Такая структура организации памяти позволяет разрешить ряд проблем по хранению символов, закодированных в последовательных байтах (облегчается работа с текстами).

Ассоциативная память

В памяти этого типа поиск нужной информации производится не по адресу, а по ее содержанию (по ассоциативному признаку). При этом поиск по ассоциативному признаку (или последовательно по отдельным его разрядам) происходит параллельно во времени для всех ячеек запоминающего массива.

Память этого типа применяется в специализированных вычислительных машинах, машинах баз данных и при организации работы кэш-памяти. Если использовать адресную память или стек, то процедура поиска и вывода нужной информации сводится к последовательному считыванию содержимого отдельных ячеек памяти, выделению с помощью маски десяти его первых битов, сравнению выделенных битов с искомым кодом и выводом результата. Это очень нерационально.

Рег. Ассоц-ого признака

Устройство

управления

Рег. маски

Регистр индикаторов адреса

ЗУ

Ячейка 0

Ячейка 1

Ячейка n-1

Схема

сравнения

Т₀

Т₁

Т₂

Т_n-1

Рис. 7.2 Структура ассоциативной памяти

Ассоциативная память резко сокращает время поиска нужной информации. На рисунке 7.2 приведен пример организации подобной памяти.

Рассмотрим алгоритм работы устройства. В регистр ассоциативного признака (РАП) УУ передает признак искомой информации (компаранд). Код может содержать произвольное число разрядов от 1 до n-1. Если код не полностью перекрывает разрядную сетку, то в этом случае ненужные разряды маскируются с помощью регистра маски (РМ). Перед началом поиска все разряды в регистре индикаторов адреса (РИА) устанавливаются в «1». После этого опрашиваются все первые разряды ячеек запоминающего устройства (ЗУ). Если содержимое первого разряда i- той ячейки не совпадает с маскированным содержимым 1-го разряда РАП, то соответствующий этой ячейке разряд регистра РИА сбрасывается в «0», если совпадает – на T_i остается «1». Затем операция повторяется с 2-ым, 3-им и т.д. разрядом. После поразрядного опроса и сравнения в «1» останутся те разряды РИА которые соответствуют ячейкам содержащим нужную информацию (совпадение с РАП). Эта информация может быть считана с помощью УУ. Время поиска зависит только от числа разрядов РАП и не зависит от числа ячеек ЗУ.