Le memorie associative - Politecnico di Torino

Le memorie associativeM. Sonza ReordaPolitecnico di TorinoDip. di Automatica e InformaticaM. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007Memorie AssociativeSono note come Content Addressable Memories(CAM).La parola a cui accedere viene selezionataspecificando non un indirizzo (come nelle altrememorie), ma il valore assunto da un sottoinsieme deibit costituenti la parola.Il sottoinsieme di bit considerato (denominato campochiave) può variare da accesso ad accesso, e dipendedal valore assunto dalla maschera.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007

EsempioSi consideri una CAM contenente 4 parole da 5 bit aventii seguenti valori:00101011000011011011Se la maschera assume il valore 11000, ed il campochiave il valore 01, la CAM fa accesso alla secondaparola e quindi produce in uscita il valore 01100.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007ArchitetturaInputRegistro di ingressoRegistro di mascheraChiavemMascheramMatrice dimemoriaMatchnSelectnCircuitodiselezionemRegistro di uscitaOutputM. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007

Funzionamento(operazioni di lettura)1) Il campo chiave viene scritto nell'Input Register2) La maschera viene scritta nel Mask Register3) La Matrice di Memoria attiva un segnale di Match perciascuna delle parole che soddisfano la chiave4) Il Circuito di Selezione attiva una delle parole per cui c'è statacorrispondenza5) La parola selezionata viene trasferita nell'Output Register6) Nel caso di CAM per match multipli, si ripete dal punto 4.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007Cella elementareWEMatchInput DataOutputMaskDataSelectNelle operazioni di scrittura, WE e Select sono attivi, ela cella memorizza il dato su Input Data.Nelle operazioni di lettura, WE è inattivo, Select èattivo, e Output Data riporta il valore memorizzato.Nelle operazioni di ricerca, WE e Select sono inattivi, eMatch viene attivato se Mask è attivo e se il valore suInput Data è uguale a quello memorizzato.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007

DWECella elementare:struttura internaDCLK10MQMKSM. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007CostoUna cella di CAM come quella vista richiede circa 16transistor, ossia oltre il doppio di quelli richiesti da unacella di memoria RAM statica.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007

Funzionamento(operazioni di scrittura)Sono possibili due comportamenti:• la CAM si comporta come una memoria adaccesso casuale, in cui ciascuna cella ha unindirizzo che viene esplicitamente specificato• la CAM possiede un tag register di dimensionepari al numero di parole, che indica perciascuna se contiene un dato oppure è vuota;una circuiteria apposita provvede a tenereaggiornato il tag register, e a selezionareautomaticamente la parola ove scrivere nuovidati.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007MK 0MK 1MK 2MK 3CAM 4x4S 0 S 1 S 2 S 3Q 0D 0Q 1D 1Q 2D 2Q 3D 3M 0 M 1 M 2 M 3M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007

CAM per match multipliVengono utilizzate quando è possibile che più di unalinea per volta soddisfi le specifiche di ricerca.Tale caso può essere gestito in due diverse maniere:• solo la linea a priorità più alta (secondo una certasequenza) viene considerata• tutte le linee che soddisfano la specifica di richiestavengono (una alla volta) considerate, secondo unasequenza prestabilita.M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007Usi delle CAM• Nelle cache, ove si usano meccanismi di mappingassociativo o set associative• nei TLB (supporto hardware alla memoria virtuale).M. Sonza Reorda - a.a. 2006/2007