Assoziativspeicher

Ein Assoziativspeicher oder auch inhaltsadressierbarer Speicher (engl. Content Addressable Memory, CAM) ist eine Speicherform, bei der mit der Assoziation von Inhalten gearbeitet wird, um auf einzelne Speicherinhalte zuzugreifen.

Eine weitere Umschreibung wäre, dass der Zugriff auf einen Speicherinhalt über die Eingabe eines Speicherwertes und nicht über eine Speicheradresse erfolg. Das besondere Wesen eines Assoziativspeichers rührt jedoch nicht in der Eingabe einer wie auch immer interpretierbaren (Wert/Adresse) Zeichenfolge, sondern in der zunächst vom jeweiligen Zugriff unabhängigen Strukturorganisation - am besten nachvollziehbar mit der Frage: 'Was steht an noch nicht beschriebenen Speicherstellen?' Während die Adressierung mit expliziten Adressen regelmäßig eine Listen- oder Tabellen-Struktur wieder gibt, bei welcher die daraus definierten Speicherstellen zunächst mit einem 'leeren' Wert besetzt sind, entstehen im idealisierten Assoziativspeicher überhaupt nur dort Speicherstellen, für die zuvor ein Schreibvorgang stattgefunden hat.

Bereits 1943 schlug Konrad Zuse diese Speicherform vor, realisiert werden konnte sie jedoch erst mit der Entwicklung der Halbleitertechnik. Ein typischer Einsatzbereich für diesen Speichertyp sind schnelle Cache-Speicher. Auch Speichertabellen, auf die häufig zugegriffen wird, können als Assoziativspeicher realisiert sein. Beispielsweise wird in hochwertigen Netzwerkswitches die Tabelle der MAC-Adressen als CAM ausgelegt. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Datenstrukturen in der Künstlichen Intelligenz. So arbeitet auch das menschliche Gedächtnis mit Assoziationen. Der Mensch verbindet zum Beispiel mit bestimmten Gegenständen Erinnerungen an bestimmte Erlebnisse. Ein Ternary Content Addressable Memory (TCAM) arbeitet mit einem dritten logischen Wert, Don’t-Care, um auf die Speicherinhalte zuzugreifen.[1]

Heute ist diese Speicherform jedoch weitgehend durch Hashing-Techniken ersetzt, die mit konventionellem Speicher arbeiten und daher wesentlich preiswerter implementierbar sind.

Für Computersysteme ist die Realisierung von großen Assoziativspeichern schwierig, da auch „unscharfe“ Eingaben zu einem gewünschten Ergebnis führen sollen (Fuzzy-Suche). Man kann dieses Problem allgemein so betrachten, dass ein Eingabevektor $ E_{i} $ einen Ausgabevektor $ A_{i} $ liefern soll, wenn er genügend Ähnlichkeit mit einem Mustervektor $ M_{i} $ aufweist. Um derartige Funktionen zu realisieren, wird auf neuronale Netze zurückgegriffen.

Eine sehr einfache Realisierung der beschriebenen Zuordnung gelingt beispielsweise durch eines der simpelsten neuronalen Netze, das einlagige Perzeptron.

Fügt man mehrere Assoziativspeicher so zusammen, dass in ihnen außer Daten auch Programme abgelegt und ausgeführt werden können, entsteht eine Assoziativmaschine.

Einzelnachweise

Die News der letzten Tage

30.01.2023
Ökologie | Physiologie
Ernährungsumstellung: Die Kreativität der fleischfressenden Pflanzen
In tropischen Gebirgen nimmt die Zahl der Insekten mit zunehmender Höhe ab.
27.01.2023
Land-, Forst-, Fisch- und Viehwirtschaft | Neobiota | Ökologie
Auswirkungen von fremden Baumarten auf die biologische Vielfalt
Nicht-einheimische Waldbaumarten können die heimische Artenvielfalt verringern, wenn sie in einheitlichen Beständen angepflanzt sind.
27.01.2023
Biochemie | Botanik | Physiologie
Wie stellen Pflanzen scharfe Substanzen her?
Wissenschaftler*innen haben das entscheidende Enzym gefunden, das den Früchten der Pfefferpflanze (lat Piper nigrum) zu ihrer charakteristischen Schärfe verhilft.
26.01.2023
Biochemie | Mikrobiologie | Physiologie
Ein Bakterium wird durchleuchtet
Den Stoffwechsel eines weit verbreiteten Umweltbakteriums hat ein Forschungsteam nun im Detail aufgeklärt.
26.01.2023
Bionik, Biotechnologie und Biophysik | Botanik | Physiologie
Schutzstrategien von Pflanzen gegen Frost
Fallen die Temperaturen unter null Grad, bilden sich Eiskristalle auf den Blättern von winterharten Grünpflanzen - Trotzdem überstehen sie Frostphasen in der Regel unbeschadet.
26.01.2023
Entwicklungsbiologie | Genetik
Neues vom Kleinen Blasenmützenmoos
Mithilfe mikroskopischer und genetischer Methoden finden Forschende der Universität Freiburg heraus, dass die Fruchtbarkeit des Laubmooses Physcomitrella durch den Auxin-Transporter PINC beeinflusst wird.
26.01.2023
Klimawandel | Mikrobiologie | Mykologie
Die Art, wie Mikroorganismen sterben beeinflusst den Kohlenstoffgehalt im Boden
Wie Mikroorganismen im Boden sterben, hat Auswirkungen auf die Menge an Kohlenstoff, den sie hinterlassen, wie Forschende herausgefunden haben.
25.01.2023
Entwicklungsbiologie | Evolution
Wie die Evolution auf unterschiedliche Lebenszyklen setzt
Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, eines der Rätsel der Evolution zu lösen.
24.01.2023
Biochemie | Ökologie | Physiologie
Moose verzweigen sich anders... auch auf molekularer Ebene
Nicht-vaskuläre Moose leben in Kolonien, die den Boden bedecken und winzigen Wäldern ähneln.
24.01.2023
Bionik, Biotechnologie und Biophysik | Genetik
Verfahren der Genom-Editierung optimiert
Im Zuge der Optimierung von Schlüsselverfahren der Genom-Editierung ist es Forscherinnen und Forschern in Heidelberg gelungen, die Effizienz von molekulargenetischen Methoden wie CRISPR/Cas9 zu steigern und ihre Anwendungsgebiete zu erweitern.
24.01.2023
Ökologie | Zoologie
Kooperation der männlichen australischen Spinnenart Australomisidia ergandros
Forschende konnten in einer Studie zeigen, dass Männchen der australischen Spinne Australomisidia ergandros ihre erjagte Beute eher mit den anderen Mitgliedern der Verwandtschaftsgruppe teilen als die Weibchen.
24.01.2023
Bionik, Biotechnologie und Biophysik | Physiologie
Mutante der Venusfliegenfalle mit Zahlenschwäche
Die neu entdeckte Dyscalculia-Mutante der Venusfliegenfalle hat ihre Fähigkeit verloren, elektrische Impulse zu zählen.
23.01.2023
Biochemie | Physiologie
neue Einblicke in Mechanismen der Geschmackswahrnehmung
Die Komposition der Lebensmittel, aber auch die Speisenabfolge ist für das perfekte Geschmackserlebnis eines Menüs entscheidend.
19.01.2023
Biodiversität | Neobiota | Ökologie
Starke Zunahme von gebietsfremden Landschnecken
Invasive Landschneckenarten können heimische Arten verdrängen und der menschlichen Gesundheit schaden.