
【計】 parallel search memory
并行檢索存儲器(Parallel Search Memory)在計算機體系結構中指采用并行處理機制實現内容尋址的存儲設備,其核心特征是通過硬件電路同時比較多個存儲單元中的内容。該技術對應的英文術語為"Content-Addressable Memory"(CAM),與傳統的地址尋址存儲器(如RAM)形成對比。
根據《計算機組成與設計》中的定義,這種存儲器通過專用比較器陣列實現并行數據匹配,每個存儲單元包含數據位和掩碼位。當輸入檢索關鍵字時,所有存儲單元在單個時鐘周期内完成内容比對,輸出匹配結果的物理地址集合。其數學表達可表示為: $$ forall i in [0,N-1], Match_i = (Data_i oplus Key) cdot Mask_i $$ 其中N為存儲單元總數,Mask控制參與比對的位數。
在工程應用方面,IEEE 802.3标準指出該技術廣泛應用于網絡交換機的MAC地址表查詢,通過并行處理實現納秒級延遲。美國專利US6584003B1詳細描述了采用二進制CAM和三元CAM(TCAM)的混合架構設計,支持通配符匹配等高級功能。
清華大學計算機系實驗課程資料顯示,現代CAM芯片集成度已達72Mbit,功耗控制通過bank級時鐘門控技術實現。其物理實現多采用6晶體管SRAM單元配合異或比較電路,在28nm工藝下可實現1.2GHz工作頻率。
并行檢索存儲器是一種通過并行訪問機制提高數據檢索效率的存儲器技術,其核心思想是通過多模塊協同工作,實現多個存儲單元的同時訪問。以下從原理、實現方式和特點三個方面進行詳細解釋:
并行檢索存儲器采用多模塊劃分技術,将主存劃分為多個獨立模塊(如M0、M1、M2、M3等),每個模塊擁有獨立的地址和數據寄存器。在訪問時,系統可同時對不同模塊中的數據進行檢索或讀寫操作,避免傳統串行訪問的等待時間。
例如,在低位交叉編址方式中,主存地址按低位劃分模塊,使相鄰地址分布在不同的模塊上。這種設計允許在短時間内連續訪問多個模塊的存儲單元,提升整體帶寬。
假設一個4模塊并行存儲器,每個模塊存取周期為T。采用交叉編址後,每隔T/4時間啟動一個模塊的訪問,可在T時間内完成4次訪問,等效帶寬提升至單模塊的4倍。
公式表示帶寬提升:
$$
text{帶寬} = frac{n}{T} quad (n為模塊數)
$$
并行檢索存儲器通過硬件層面的并行設計,有效提升了數據檢索速度和系統性能。如需進一步了解技術細節,可參考計算機組成原理相關教材或權威資料。
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