연상 기억이란 무엇입니까?

대부분의 메모리는 같은 방식으로 저장되고 액세스됩니다. 콘텐츠가 저장되고 메모리 주소를 사용하여 검색됩니다. 이것은 일반적으로 유용하며 거의 보편적으로 사용됩니다. 불행하게도 이 저장 방식에는 약간의 문제가 있습니다. 필요한 데이터가 어디에 저장되어 있는지 알고 있다면 매우 좋습니다. 특정 항목을 검색하려는 경우 성능이 좋지 않습니다.

파일을 찾고 싶다고 합시다. 이름은 기억하지만 저장한 폴더는 기억하지 못합니다. 컴퓨터는 파일 이름을 검색할 수 있지만 최근에 사용한 적이 없으면 검색 수행 속도가 매우 느립니다. 이는 파일 시스템이 파일 이름과 주소로 저장된다는 점을 고려한 것입니다.

콘텐츠 주소 지정 가능 메모리(CAM)라고도 하는 연관 메모리는 해당 콘텐츠로 검색하도록 설계되었습니다. 안타깝게도 연관 메모리를 구현하는 데는 비용이 많이 듭니다. 즉, 일반적으로 고급 네트워킹 하드웨어와 같은 몇 가지 경우에만 사용됩니다. 연관 이름 메모리는 연관 소프트웨어 배열의 하드웨어 구현이라는 사실에서 비롯됩니다.

셀 구조

연관 메모리는 매우 높은 성능이 필요한 경우에만 사용됩니다. 따라서 DRAM이 아닌 SRAM을 기반으로 합니다. 시작점으로 이것만으로도 비용이 많이 듭니다. DRAM은 비트당 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 사용하고 SRAM은 총 6개의 트랜지스터를 사용합니다. 메모리 셀의 내용을 효율적으로 검색하기 위해 각 셀은 비교 회로를 갖도록 수정됩니다. 이렇게 하면 각 셀에 총 4개의 트랜지스터가 더 추가됩니다. 이는 연관 메모리가 이미 고가의 스토리지 형태인 SRAM보다 밀도가 훨씬 낮다는 것을 의미합니다.

용법

연관 메모리는 비용이 많이 들고 콘텐츠 기반 검색 일치에만 최적화되어 있습니다. 따라서 이러한 유형의 검색을 지속적으로 수행해야 하는 장치에서만 실제로 사용됩니다. 그럼에도 불구하고 일반적으로 고급 모델로 제한됩니다. 일반적으로 연관 메모리가 사용되는 주요 위치는 네트워크 스위치와 라우터 두 곳뿐입니다.

스위치 및 라우터와 같은 네트워킹 하드웨어는 여러 기가비트의 네트워크 트래픽 흐름을 지속적으로 유지하기 위해 고성능 수준을 제공해야 합니다. 네트워크 내에서 MAC 주소는 트래픽을 라우팅하는 데 사용됩니다. 스위치는 올바른 MAC 주소로 장치에 도달하기 위해 많은 네트워크 포트 중 데이터를 보내야 하는 포트를 알 수 있습니다. 각 패킷이 올바른 위치로 전송되도록 하려면 대상 MAC 주소를 검색합니다. 기존 메모리 형식에서는 시간이 좀 걸리고 모든 네트워크 통신의 대기 시간이 추가됩니다. 연상 메모리를 사용하면 검색이 훨씬 빨라질 수 있습니다.

이진법과 삼진법

대부분의 연관 메모리는 이진법을 기반으로 하지만 일부는 삼진법을 기반으로 합니다. 3진 연관 메모리 셀은 위에서 설명한 2진 기억 셀과 유사합니다. 그러나 하나의 SRAM 셀이 아니라 두 개가 있습니다. 그런 다음 둘 다 함께 비교를 수행하는 데 필요한 4개의 추가 트랜지스터가 있습니다. 물론 이것은 삼항 연관 메모리를 이진 사촌보다 훨씬 더 비싸게 만듭니다. 그래서 그것은 무엇을 위해 사용됩니까?

삼항 셀의 두 번째 비트는 "care" 또는 "don't care"를 나타냅니다. 이렇게 하면 셀 및 전체 검색 기능에 세 번째 상태가 추가됩니다. 이제 don't care에 대해 1, 0 또는 X를 저장할 수 있습니다. 이는 가변 길이 서브넷 마스크 및 액세스 제어 목록을 기반으로 하는 네트워크 라우팅 테이블을 처리할 때 특히 유용합니다. 이 두 가지 모두에서 단일 검색 주소에 대해 여러 개의 긍정적인 응답이 있을 수 있습니다. 둘 다 내에서 가장 정확한 지침만 기록하기를 원합니다.

따라서 192.168.20.19를 검색하면 다음 규칙 192.168.20.16/28 및 192.168.0.0/16과 일치할 수 있습니다. 표준 이진 검색을 수행하는 경우 주소가 지정된 주소 범위에 속하는지 확인하기 위해 계산을 수행해야 합니다. 그러나 삼항 논리를 사용하면 검색 주소가 단일 작업으로 192.168.xx와 일치하는지 확인할 수 있습니다. 또한 "don't care" 비트가 적기 때문에 /28 일치가 /16 일치보다 훨씬 정확하다는 것을 확인할 수 있습니다. 이를 통해 관련 액세스 제어 규칙을 우선적으로 적용할 수 있습니다.

삼항 연관 메모리는 이진 형식보다 훨씬 비싸기 때문에 훨씬 덜 일반적입니다. 일반적으로 최고급 라우터 및 다중 레이어 스위치에서만 찾을 수 있습니다.

결론

연관 메모리는 표준 메모리와 매우 다르게 작동하는 메모리의 한 형태입니다. 특정 주소에 저장된 데이터를 요청하는 대신 검색어와 일치하는 전체 메모리를 한 번에 검색합니다. 고성능 수준으로 이를 달성하기 위해 메모리 셀은 비트 비교 논리를 수행하는 데 사용되는 4개의 추가 트랜지스터와 결합된 1개 또는 2개의 SRAM 셀을 특징으로 하는 수정된 형태의 SRAM을 기반으로 합니다.

단일 SRAM 셀은 이진 연관 메모리에 사용되는 반면 두 개의 SRAM 셀은 삼항 연관 메모리에 사용됩니다. 삼항 변형을 사용하면 일반적으로 1, 0 또는 "상관 없음"과 같은 세 번째 값을 저장할 수 있습니다. 이를 통해 콘텐츠는 검색어가 정확하지 않더라도 일치해야 함을 나타낼 수 있습니다.

연관 메모리 셀은 고가의 SRAM을 기반으로 하기 때문에 비용이 많이 들고 3항 셀이 가장 비쌉니다. 이것과 그 구조가 콘텐츠 검색을 위해 명시적으로 최적화되기 때문에 연관 메모리는 대부분의 장치에서 사용되지 않습니다.

특히 이점이 있고 초기 비용보다 성능이 더 중요한 장치에서만 기능을 제공합니다. 따라서 일반적으로 엔터프라이즈급 네트워킹 하드웨어에서만 볼 수 있습니다. 해당 설정 내에서 각각 Content Addressable Memory 및 Ternary Content Addressable Memory에 대해 각각 CAM 및 TCAM이라고 합니다.