相联存储器的工作情况及特点

前面介绍的存储器都是按地址访问的存储器，而相联存储器是按内容访问的存储器。

按内容访问方式与按地址访问方式不同，这种访问方式并不提供要被访问的存储器单元地址，而是给出要被访问的内容。显然采用这种访问方式，存储器的结构形式就要作相应的变化。为了加快访问速度，必须采用并行访问方式，而相应的存储器就称为相联存储器，由于这种存储器的价格比较昂贵，因此其容量通常不可能做得很大。

相联存储器的主要特点是以并行方式查找所需信息内容。相联存储器的基本结构如图3-16所示。

图3-16　相联存储器的基本结构

相联存储器由存储体、检索寄存器、屏蔽寄存器、符合寄存器、比较线路、代码寄存器、控制线路等部分组成。检索寄存器用来存放检索字，其位数和相联存储器的存储单元位数相等；屏蔽寄存器用来存放屏蔽码，其位数和检索寄存器位数相同；符合寄存器用来存放按检索项内容检索存储体中与之符合的单元地址，其位数等于相联存储器的存储单元位数，每一位对应一个存储单元，位的序数即为相联存储器的单元地址；比较线路是把检索项和从存储体中读出的所有单元内容的相应位进行比较，如果有某个存储单元内容和检索项符合，就把符合寄存器的相应位置“1”，表示该字已被检索；代码寄存器用来存放存储体中读出的代码，或者存放向存储体中写入的代码；存储体由高速半导体存储器构成，以求快速存取。(www.xing528.com)

下面通过一个例子来说明相联存储器的工作情况。假定在相联存储器中已存放了一张高校考生的登记表，如图3-17所示。现在要检索出所有考分大于或等于520分而又低于540分的考生名字。在进行这一特定的检索时，在检索寄存器中所设置的“考分”关键词是540，与所有相应内容作小于比较，找出低于540分的所有考生，并在相应的符合寄存器的相应位置“1”，再将其送往暂存寄存器。接着进行第二次检索，将在检索寄存器中设置的“考分”关键词改为520，然后作大于等于（或不小于）的查询比较，并将结果在符合寄存器的相应位作标志。最后把符合寄存器和暂存寄存器中的相应内容作一次“与”操作，就可得到最后所需的查询结果。凡相应位带标志“1”的考生应在输出名单中。

图3-17　检索寄存器示例

在相联存储器中，由于要求每个基本存储单元都具有比较功能，因此相应的存储单元电路及相互间的连线要比一般的存储器复杂得多，因此成本较高，特别是当存储容量较大的时候更为明显。在早期的存储系统中相联存储器用做地址变换的旁路缓冲器（Translation Look aside Buffer，TLB），容量都比较小。但随着VLSI技术的发展，相联存储器已开始得到更多的应用。如在Intel Pentium处理器中用来构成转移目标缓冲器（Branch Target Buffer，BTB）。这是因为在这两种应用中，都需要快速查找。

实用的相联存储器，一般除有按内容访问能力外，还有按地址访问的能力。故仍保留有地址寄存器、译码电路和读写寄存器。此外，相联存储器的每个基本单元除了有存储能力和相等比较功能外，还可实现≠、＜、≤、≥、MAX、MIN、BETWEEN、NEXT、HIGHER、NEXT、NEXT-LOWER.等比较功能。