联想存储器CAM原理及相关应用

　　1 引言

　　按地址访问方式和按内容访问方式是存储器2大类访问手段。大多数的存储器是利用地址来寻址的，是串行工作的，所给定的地址要事先加以计算和译码，因此，对依赖于存储器快速查找的系统来说，这种方式常成为限制系统性能的主要因素。而按内容访问的存储器是并行工作的，它将给定的访问内容与存储单元中的内容进行比较，以找到访问目标。相对于按地址寻址的方法，这种方式在实现查找要简单些。我们称之为按内容访 问的存储器-cam，也称联想存储器。

　　CAM提供了优于其它搜索算法的操作性能，极适合于查找操作。在cam中，由于要求每个基本存储单元都具有比较功能，设计复杂，成本较高，特别是存储容量较大时。但随着vlsi技术的发展，CAM开始得到较多的应用，如在intel pentium处理器中用来构成转移目标缓冲器，在以太网中用于地址查找等等，还可以用于数据压缩，模式识别，高速缓存标志，高带宽地址过滤，防火墙，网桥和路由器等。本文讨论了它的基本原理和几个应用及硬件实现方案选择。

　　2 cam的原理

　　我们熟知，在按地址访问的存储器中，用户提供地址，然后获得数据，存储器的大小可按照需要来扩展，但地址线的数量会限制存储器容量。而对于cam，用户是 提供数据，然后取回地址，即cam在一个时钟周期里查询整个存储器，然后返回能找到数据的地址。cam 是ram(随机存储)技术的一个分支，cam中的数据可以在设备起动的时候预载，也可以在设备操作过程中重新写入。cam不需要通过地址线来查找数据，所以运用cam的存储器系统的单元数可以按需求来扩展，但它的数据宽度却是受到物理尺寸的限制的。下面举例说明一下cam的工作过程。

　　如图1所示，cam的基本组成包括n字×m位的存储阵列，比较寄存器cr，用来存放要检索的数，屏蔽寄存器mr，用来屏蔽不参加并行比较的位。以上两个寄 存器长度均为m位。指示寄存器ir(n位)用来存放当前检索结果。当检索条件符合时，相应的ir的位就被置成“1”;否则仍保留初始值“0”。此外还有一 个到多个暂存寄存器tr(n位)，以存放前几次的检索结果。

　　假定在cam中已存放了一张高校考生的登记表，现在要检索出所有考分大于或等于520分在，而又低于540分的考生名字。在进行这一特定的查询时，需要进 行两次查询比较。用mr选出要进行比较的“考分”关键字。第一次查询时，在cr中所设置的“考分”关键字是540，与所有相应内容作小于比较，并将结果在 ir寄存器的相应位置1，再将其送往tr。接着进行第二次查询，将在cr中设置的“考分”关键字改为520，然后作大于等于(或不小于)的查询比较，并将结果在ir寄存器的相应位作标志。最后把ir和tr中的相应内容作一次与操作，就可得到最后的查询结果。