ما هي الذاكرة الترابطية؟

يتم تخزين معظم الذاكرة والوصول إليها بنفس الطريقة. يتم حفظ المحتوى ثم استرداده باستخدام عنوان الذاكرة. هذا مفيد بشكل عام ويتم استخدامه عالميًا تقريبًا. لسوء الحظ ، هناك مشكلة بسيطة في هذا النمط من التخزين. إنه أمر ممتاز إذا كنت تعرف مكان تخزين البيانات التي تحتاجها. لا يعمل بشكل جيد إذا كنت تريد البحث عن إدخال معين.

لنفترض أنك تريد العثور على ملف ؛ تتذكر اسمه ولكن لا تتذكر المجلد الذي حفظته. يمكن لجهاز الكمبيوتر الخاص بك البحث عن اسم الملف ، ولكن ما لم تكن قد استخدمته مؤخرًا ، فغالبًا ما يكون بطيئًا جدًا في إجراء البحث. وذلك مع مراعاة أن أنظمة الملفات يتم تخزينها كأسماء وعناوين ملفات.

تم تصميم الذاكرة الترابطية ، والمعروفة أيضًا باسم الذاكرة القابلة للعنونة للمحتوى ، أو CAM ، ليتم البحث فيها عن طريق محتوياتها. لسوء الحظ ، فإن تنفيذ الذاكرة الترابطية مكلف للغاية. هذا يعني أنه يتم استخدامه فقط في حالات قليلة ، عادةً في أجهزة الشبكات المتطورة. تأتي ذاكرة الاسم الترابطي من حقيقة أنها تنفيذ جهاز لمجموعة برامج ارتباطية.

هيكل الخلية

تُستخدم الذاكرة الترابطية فقط عند الحاجة إلى أداء عالٍ للغاية. على هذا النحو ، فهو يعتمد على SRAM بدلاً من DRAM. كنقطة انطلاق ، هذا وحده يجعلها باهظة الثمن. يستخدم DRAM ترانزستورًا واحدًا ومكثفًا واحدًا لكل بت ، ويستخدم SRAM إجمالي 6 ترانزستورات. للبحث في محتوى خلية ذاكرة بكفاءة ، يتم تعديل كل خلية للحصول على دوائر مقارنة. هذا يضيف ما مجموعه 4 ترانزستورات أخرى لكل خلية. هذا يعني أن الذاكرة الترابطية أقل كثافة بشكل ملحوظ من ذاكرة SRAM ، والتي تعد بالفعل شكلاً مكلفًا من أشكال التخزين.

إستعمال

تعتبر الذاكرة الترابطية باهظة الثمن ومحسّنة حصريًا لمطابقة عمليات البحث القائمة على المحتوى. على هذا النحو ، يتم استخدامه فقط في الأجهزة التي تحتاج باستمرار إلى إجراء هذا النوع من البحث ؛ حتى مع ذلك ، فهي تقتصر عادةً على الطرازات المتطورة. بشكل عام ، هناك مكانان رئيسيان فقط يتم استخدام الذاكرة الترابطية ، وهما مبدلات الشبكة وأجهزة التوجيه.

يجب أن توفر أجهزة الشبكات مثل المحولات وأجهزة التوجيه مستويات عالية الأداء للحفاظ على تدفق عدد جيجابت من حركة مرور الشبكة باستمرار. داخل الشبكة ، تُستخدم عناوين MAC لتوجيه حركة المرور. سيعرف المحول أيًا من بيانات منافذ الشبكة العديدة التي يجب إرسالها إليه حتى يصل إلى الجهاز بعنوان MAC الصحيح. لضمان إرسال كل حزمة إلى المكان الصحيح ، يتم البحث عن عنوان MAC الوجهة الخاص بها. في تنسيق الذاكرة التقليدية ، قد يستغرق ذلك بعض الوقت ، مما يضيف إلى زمن انتقال كل اتصال شبكة. باستخدام الذاكرة الترابطية ، يمكن أن يكون هذا البحث أسرع بكثير.

ثنائي وثلاثي

تستند معظم الذاكرة الترابطية على نظام ثنائي ، لكن بعضها يعتمد على نظام ثلاثي. تشبه خلية الذاكرة الترابطية الثلاثية الخلية الثنائية الموصوفة أعلاه. بدلاً من امتلاك خلية SRAM واحدة ، فإنها تحتوي على خليتين. كلاهما معًا يحتويان على أربعة ترانزستورات إضافية مطلوبة لإجراء المقارنة. هذا ، بالطبع ، يجعل الذاكرة الترابطية الثلاثية أكثر تكلفة من ابن عمها الثنائي ، فما الذي تستخدم فيه؟

تشير البتة الثانية للخلية الثلاثية إلى "اهتم" أو "لا تهتم". هذا يضيف حالة ثالثة إلى الخلية ووظيفة البحث الشاملة. يمكنه الآن تخزين 1 أو 0 أو X لعدم الاهتمام. يكون هذا مفيدًا بشكل خاص عند التعامل مع جداول توجيه الشبكة استنادًا إلى أقنعة الشبكة الفرعية متغيرة الطول وقوائم التحكم في الوصول. قد يكون لديك العديد من الردود الإيجابية على عنوان بحث واحد في كلاهما. داخل كليهما ، تحتاج فقط إلى تدوين التعليمات الأكثر دقة.

على هذا النحو ، قد يتطابق البحث عن 192.168.20.19 مع القواعد التالية 192.168.20.16/28 و 192.168.0.0/16. إذا كنت تجري بحثًا ثنائيًا قياسيًا ، فسيتعين عليك إجراء عمليات حسابية للتحقق من أن العنوان يقع ضمن نطاقات العناوين المحددة. ومع ذلك ، باستخدام المنطق الثلاثي ، يمكنك تحديد ما إذا كان عنوان البحث الخاص بك يطابق 192.168.xx في عملية واحدة. يمكنك أيضًا تحديد أن مطابقة / 28 أكثر دقة من مطابقة / 16 نظرًا لوجود عدد أقل من وحدات البت "لا تهتم". هذا يسمح لك بتطبيق قواعد التحكم في الوصول ذات الصلة بشكل تفضيلي.

نظرًا لأن الذاكرة الترابطية الثلاثية أكثر تكلفة من الشكل الثنائي ، فهي أقل شيوعًا. يمكن العثور عليه بشكل عام فقط في أجهزة التوجيه المتطورة والمحولات متعددة الطبقات.

خاتمة

الذاكرة الترابطية هي شكل من أشكال الذاكرة تعمل بشكل مختلف تمامًا عن الذاكرة القياسية. بدلاً من طلب البيانات المخزنة في عنوان معين ، فإنه يبحث في الذاكرة بأكملها دفعة واحدة عن مطابقات لمصطلح البحث. لتحقيق ذلك بمستويات عالية الأداء ، تعتمد خلايا الذاكرة على شكل معدل من SRAM يضم خلية أو خليتين SRAM مدمجة مع أربعة ترانزستورات إضافية تستخدم لأداء منطق مقارنة البتات.

تُستخدم خلايا SRAM المفردة في الذاكرة الترابطية الثنائية ، بينما تُستخدم خليتا SRAM في الذاكرة الترابطية الثلاثية. يسمح المتغير الثلاثي بتخزين قيمة ثالثة ، عادةً 1 ، 0 ، أو "لا تهتم". يسمح هذا للمحتوى بالإشارة إلى أنه يجب أن يتطابق حتى إذا لم يكن مصطلح البحث دقيقًا.

نظرًا لأن خلايا الذاكرة الترابطية تعتمد على ذاكرة SRAM باهظة الثمن ، فهي مكلفة ، مع كون الخلايا الثلاثية هي الأكثر تكلفة. بسبب هذا وبنيتها التي يتم تحسينها بشكل صريح للبحث حسب المحتوى ، لا يتم استخدام الذاكرة الترابطية في معظم الأجهزة.

فقط الأجهزة التي تستفيد منه بشكل خاص والتي يفوق الأداء فيها التكلفة المقدمة هي التي تميزه. على هذا النحو ، عادةً ما توجد حصريًا في أجهزة الشبكات على مستوى المؤسسات. ضمن هذا الإعداد ، يُشار إليه غالبًا باسم CAM و TCAM ، للذاكرة القابلة للعنونة للمحتوى والذاكرة القابلة للعنونة للمحتوى الثلاثي ، على التوالي.