
【计】 parallel search memory
并行检索存储器(Parallel Search Memory)在计算机体系结构中指采用并行处理机制实现内容寻址的存储设备,其核心特征是通过硬件电路同时比较多个存储单元中的内容。该技术对应的英文术语为"Content-Addressable Memory"(CAM),与传统的地址寻址存储器(如RAM)形成对比。
根据《计算机组成与设计》中的定义,这种存储器通过专用比较器阵列实现并行数据匹配,每个存储单元包含数据位和掩码位。当输入检索关键字时,所有存储单元在单个时钟周期内完成内容比对,输出匹配结果的物理地址集合。其数学表达可表示为: $$ forall i in [0,N-1], Match_i = (Data_i oplus Key) cdot Mask_i $$ 其中N为存储单元总数,Mask控制参与比对的位数。
在工程应用方面,IEEE 802.3标准指出该技术广泛应用于网络交换机的MAC地址表查询,通过并行处理实现纳秒级延迟。美国专利US6584003B1详细描述了采用二进制CAM和三元CAM(TCAM)的混合架构设计,支持通配符匹配等高级功能。
清华大学计算机系实验课程资料显示,现代CAM芯片集成度已达72Mbit,功耗控制通过bank级时钟门控技术实现。其物理实现多采用6晶体管SRAM单元配合异或比较电路,在28nm工艺下可实现1.2GHz工作频率。
并行检索存储器是一种通过并行访问机制提高数据检索效率的存储器技术,其核心思想是通过多模块协同工作,实现多个存储单元的同时访问。以下从原理、实现方式和特点三个方面进行详细解释:
并行检索存储器采用多模块划分技术,将主存划分为多个独立模块(如M0、M1、M2、M3等),每个模块拥有独立的地址和数据寄存器。在访问时,系统可同时对不同模块中的数据进行检索或读写操作,避免传统串行访问的等待时间。
例如,在低位交叉编址方式中,主存地址按低位划分模块,使相邻地址分布在不同的模块上。这种设计允许在短时间内连续访问多个模块的存储单元,提升整体带宽。
假设一个4模块并行存储器,每个模块存取周期为T。采用交叉编址后,每隔T/4时间启动一个模块的访问,可在T时间内完成4次访问,等效带宽提升至单模块的4倍。
公式表示带宽提升:
$$
text{带宽} = frac{n}{T} quad (n为模块数)
$$
并行检索存储器通过硬件层面的并行设计,有效提升了数据检索速度和系统性能。如需进一步了解技术细节,可参考计算机组成原理相关教材或权威资料。
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