Система STARAN и другие ассоциативные системы

6.6. Система STARAN и другие ассоциативные системы

Система STARAN фирмы Goodyear Aerospace получила наи­большую известность среди ассоциативных систем. Она харак­теризуется последовательной поразрядной обработкой множества слов (см. главу 2). Однако ассоциативные системы могут ис­пользовать и другие способы обработки, рассматриваемые далее 11274].

Ассоциативную систему (ассоциативный процессор) можно представить в общем случае как систему, обладающую следующими двумя свойствами: 1) данные, находящиеся в памяти,, могут выбираться на основании их содержания или части их содержа­ния (не по их адресам); 2) операции преобразования данных, как арифметические, так и логические, могут осуществляться над не­сколькими множествами аргументов при помощи одной команды. Такая система содержит ассоциативную память, арифметико-ло­гическое устройство, подсистему управления, память команд (уп­равляющая память) и интерфейс ввода-вывода (рис. 6.12).

Главное отличие ассоциативной системы от обычной системы последовательной обработки информации состоит в использовании ассоциативной памяти или подобного устройства, а не памяти с адресуемыми ячейками. Это главное отличие влечет за собой .отличия и в других устройствах. Таким образом, ассоциативная память является основой ассоциативной системы и структура ас­социативной системы может быть классифицирована на базе ор­ганизации ассоциативной памяти.

Ассоциативную память можно определить как память систе­мы, из которой находящиеся в ней данные могут быть выбраны на основании их содержания или части их содержания, а не по адресам данных (соответствует первому свойству ассоциативных систем). В ассоциативной памяти выборка слов происходит по со­ответствию их содержимого (или части содержимого), заданным ключевым словам для поиска информации, а не по адресам, как в памяти с адресуемыми ячейками. Основной запоминаю­щий элемент ассоциативной памяти называется ячейкой разряда {разряд-ячейка). Такая ячейка может один бит информации за-дисать в себя, считать его вовне и сравнить с запрашиваемой информацией.

Операции поиска, которые состоят из маскирования и срав-яения, выполняются по-разному в зависимости от организации ассоциативной памяти. Типичными операциями сравнения, выпол­няемыми ассоциативной памятью, являются следующие: «рав-до — не равно», «меньше, чем — больше, чем», «не больше, чем — не меньше, чем», «максимальная величина — минимальная вели­чина», «между границами — вне границ», «следующая величина •больше — следующая величина меньше». При помощи маскиро­вания можно выделить только те поля в ключевом слове, кото­рые нужно использовать для сравнения при поиске.

С точки зрения обработки информации ассоциативная система . может выполнять сложные операции преобразования данных в дополнение к операциям сравнения, которые может выполнять ее ассоциативная память. С точки зрения структуры ассоциатив­ные системы входят в класс ОКМД (см. главу 2), и, в свою оче­редь могут быть разбиты на четыре категории в соответствии с организацией процесса сравнения в их ассоциативной памяти:

1) полностью параллельные; 2) поразрядно последовательные;

3) пословно последовательные; 4) блочно ориентированные ассо­циативные системы. В полностью параллельных системах логика сравнения может быть предусмотрена в каждой ячейке разряда каждого слова или же в каждой группе ячеек (например, в бай­те) представляющих код символа при фиксированном числе раз­рядов в коде (или в группе кодов, например, в слове). В пораз­рядно-последовательных системах операции выполняются в каж­дый момент времени только над одним разрядным срезом всех слов из-за чего такие системы называются также поразрядно-последовательными, пословно-параллельными системами. г)ти две категории ассоциативных систем являются наиболее важными и им уделялось наибольшее внимание в практических разработ­ках С точки зрения ассоциативного характера обработки к пол­ностью параллельным ассоциативным системам с логикой сравне­ния в группе разрядов можно отнести РЕРЕ, а к поразрядно-пос­ледовательным - STARAN.   Наибольшую   производительность могли бы иметь полностью параллельные системы с логикой срав­нения в каждом разряде, но оборудование в таких системах слож­ное и дорогостоящее, и поэтому они не нашли сколько-нибудь широкого применения. Первая ассоциативная матрица была разработана в 1956 г.

с использованием криотронов [1170], а первая ассоциативная си­стема — вероятно, в 1963 г. с использованием также криотронов. В последующие годы был реализован ряд ассоциативных матриц с применением различной элементной базы, включая интеграль­ные схемы, и построен ряд лабораторных моделей ассоциативных систем с применением ассоциативной памяти различных типов. Однако начало практического применения ассоциативных систем было положено только с созданием систем РЕРЕ и STARAN.

Пословно-последовательная ассоциативная система фактиче­ски представляет собой аппаратную реализацию простого про­граммного цикла для поиска. Главный фактор, способствующий относительно более высокой эффективности этого подхода по сравнению с запрограммированным поиском в обычной ЭВМ, за­ключается в том, что уменьшается время декодирования команды, поскольку в пословно-последовательном процессоре требуется только одна команда для выполнения операции поиска. Такие процессоры могут быть реализованы на основе вращающегося уст­ройства ассоциативной памяти, цифровых ультразвуковых линии задержки, барабанов или дисков с логикой сравнения на каждый тракт. Вследствие низкой скорости пословно-последовательной ас-' социативной памяти были построены только экспериментальные модели пословно-последовательных ассоциативных систем.