CAM(字内容可寻址存储器)
三态内容寻址存储器(TCAM)工作原理
CAM是Content Addressable Memory的缩写，即“内容寻址存储器”的意思，它是在传统的存储技术的基础上实现的联想记忆存储器，关于CAM的基本操作有三种：1).写操作：输入地址和数据，将数据写到指定的地址上，写入速度与RAM 相同；2).读操作：输入地址，返回该地址上的数据，读取速度与RAM相同；3).查找操作：输入待查数据，返回该数据被存储的地址。
这也是CAM的最主要用途，它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并且返回最佳的匹配地址，最快查找速度能达到每秒一亿次以上。
TCAM是Ternary Content Addressable Memory的缩写，即“三态内容寻址存储器”的意思，它是从CAM的基础上发展而来的。
一般的CAM存储器中每个bit位的状态只有两个，“0”或“1”，而TCAM中每个bit位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’t care”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，而CAM没有第三种状态，所以只能进行精确匹配查找。
TCAM器件的生产厂商主要有Cypress、IDT和Netlogic三家。
这三家分别将TCAM器件称作Network Search Engine(NSE)、Network Search Accelerator(NSA)和Knowledge-based Processor(KBP)。
TCAM器件在通信领域种有非常广泛的应用，主要有：1).ATM Switching设备中的VCI/VPI转发和ATM-to-MPLS orATM-to-TCP-Flow地址映射表项的存储和查找；2).Ethernet Switching设备中的二层MAC地址、ARP/RARP解析和三层IP 路由表项的存储和查找；3).Emerging Protocols and functions方面的MPLS label表项的存储和查找；4).Packet Classification业务中的Enforce security、Enforce departmental policies和QOS检测表项的存储和查找；5).安全防护设备中的FIB/LBT、MFIB及ACL表项存储和查找。
cam的用法
CAM（计算机辅助制造）主要指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，即通过直接或间接地把计算机与制造过程和生产设备相联系，用计算机系统进行制造过程的计划、管理以及对生产设备的控制与操作。
CAM的应用范围广泛，比如在路由器中的地址交换表，CPU的Cache控制器（Tag阵列）等。
CAM工作原理：一次典型的CAM查找操作过程为：首先，CAM 接收外部的查找命令并把查找数据存储到比较寄存器中，比较寄存器和掩码寄存器的内容来共同组成系统的一个查找字（search word），这些查找字广播到每一组相关联字中，每一组相关联字都有一个匹配链（matchline），匹配链指示查找字与存储字是否一致（匹配或不匹配），匹配链把结果反馈到优先译码器中，优先译码器产生一个二进制的匹配位置定位和一个匹配命中信号。
由于在CAM存储器中可能存在多个字的同时匹配，因而使用了一个优先译码器而不是简单的译码器。
CAM使用一组比较器，以比较输入的标签地址和存储在每一个有效cache行中的cache-tag。
访问地址的tag部分被作为CAM的输入，输入标签同时与所有cache标签相比较。
以上信息仅供参考，可以咨询计算机技术专业人员获取更全面准确的信息。
一种基于移位寄存器的CAM的Verilog HDL实现
一种基于移位寄存器的CAM的Verilog HDL实现摘要：一种利用Verilog HDL设计CAM的方案，该方案以移位寄存器为核心，所实现的CAN具有可重新配置改变字长、易于扩展、匹配查找速度等特点，并在网络协处理器仿真中得到了应用。
关键词：CAM 移位寄存器 Verilog HDLCAM （Content Addressable Memory，内容可寻址存储器）是一种特殊的存储阵列。
它通过将输入数据与CAM中存储的所有数据项同时进行比较，迅速判断出输入数据是否与CAM中的 存储数据项相匹配，并给出匹配数据项的对应地址和匹配信息。
CAM以其高速查找、大容量等特点而被广泛地应用于电讯、网络等领域。
本文介绍一种用Verilog HDL设计CAM的方案。
该方案以移位寄存器为核心，具有可重新置改变字长、易于扩展、匹配查找速度快等特点。
1 CAM功能描述CAM的基本框图如图1所示。
与RAM相似，CAM是将数据项存储在一个阵列中。
每个数据项的位数叫做字宽，CAM中所有数据项的条数叫做CAM的深度。
通过字宽和深度可以表征CAM中容量。
在 写CAM模式（配置）时，WRITE_E信号有效，MATCH_E信号无效，此时通过地址线ADDR选择DATA_IN输入的数据将要被写放哪一个单元； 在读CAM模式（查找匹配）时，WRITE_E信号无效，MATCH_E信号有效，CAM将不使用地址线，而是直接将DATA_IN读入的数据与CAM中 存储的各条数据项进行并行比较。
如果CAM中含有与此时输入数据相匹配的存储数据项，CAM将从MATCH_ADDR输出此存储数据项的地址，并且通过 MATH_OK输出匹配成功的信息。
在查找匹配模式时，由于CAM是将输入数据与存储数据项并行比较，所以速度极快。
同时，由于不需要通过地址线来寻址数 据项，CAM将不受地址线宽度的限制，容易扩展。
2 基于移位寄存器的CAM的设计为 了说明设计方案，以一个宽度为4位、深度为1的基本CAM存储单元为例。
三态内容寻址存储器(TCAM)工作 原理
CAM是Content Addressable Memory的缩写，即“内容寻址存储器”的意思，它是在传统的存储技术的基础上实现的联想记忆存储器，关于CAM的基本操作有三种：1).写操作：输入地址和数据，将数据写到指定的地址上，写入速度与RAM相同；2).读操作：输入地址，返回该地址上的数据，读取速度与RAM相同；3).查找操作：输入待查数据，返回该数据被存储的地址。
这也是CAM的最主要用途，它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并且返回最佳的匹配地址，最快查找速度能达到每秒一亿次以上。
TCAM是Ternary Content Addressable Memory的缩写，即“三态内容寻址存储器”的意思，它是从CAM的基础上发展而来的。
一般的CAM存储器中每个bit位的状态只有两个，“0”或“1”，而TCAM中每个bit位有三种状态，除掉“0”和“1”外，还有一个“don’t care”状态，所以称为“三态”，它是通过掩码来实现的，正是TCAM的这个第三种状态特征使其既能进行精确匹配查找，又能进行模糊匹配查找，而CAM没有第三种状态，所以只能进行精确匹配查找。
TCAM器件的生产厂商主要有Cypress、IDT和Netlogic三家。
这三家分别将TCAM器件称作Network Search Engine(NSE)、Network Search Accelerator(NSA)和Knowledge-based Processor(KBP)。
TCAM器件在通信领域种有非常广泛的应用，主要有：1).ATM Switching设备中的VCI/VPI转发和ATM-to-MPLS or ATM-to-TCP-Flow地址映射表项的存储和查找；2).Ethernet Switching设备中的二层MAC地址、ARP/RARP解析和三层IP路由表项的存储和查找；3).Emerging Protocols and functions方面的MPLS label表项的存储和查找；4).Packet Classification业务中的Enforce security、Enforce departmental policies和QOS检测表项的存储和查找；5).安全防护设备中的FIB/LBT、MFIB及ACL表项存储和查找。
三态内容寻址存储器tacm介绍
两个典型应用之路由查找
IP PACKET
ROUTER
?
ROUTER
ROUTER
ROUTER
R3
R5
R4
IP PACKET
PROTOCOL TYPE
IP SRC ADDR
IP DEST ADDR
SRC PORT#
DEST PORT#
DATA
查找Key:
路由表：
根据目的地址查找下一跳：
下一跳？
TCAM
NL3280的信号
NL3280的Database
NL3200内部可以分为16个独
立的block，每个block可以配置成
16K x 72bit，8K x 144bit，
4K x 288bit，2kx576bit；
Database record
NL3280中的基本单元是表项，每个表项包括一个72bit的Data Word数据项和一个
03.
TCAM的查找
TCAM的优势
“三态”和最高优先级匹配
TCAM的基本组成
什么是CAM和TCAM
TCAM基础
TCAM基础知识培训
CAM和Memory的基本单元
SRAM的基本单元：
CAM的基本单元
CAM的基本单元：
TCAM的基本单元
TCAM的基本单元：
什么是CAM和TCAM
01
TCAM的查找过程
TCP
TCP
IP PACKET
ROUTER
Telnet
FTP
SMTP
IP PACKET
IP PACKET
?
如何处理？
TCAM
SRAM
01
02
CAM 有五个常见解释
CAMCAM 有五个常见解释：1、CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。
它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。
2、补充和另类医学，complementary and alternative medicine。
亦指内容可寻址存储器（Content Addressable Memory）。
3、电影用于：CAM（枪版）CAM通常是用数码摄像机从电影院盗录。
即digital camera或camcorder的缩写，俗称枪版。
有时会使用小三角架，但大多数时候不可能使用，所以摄像机会抖动。
因此我们看到画面通常偏暗人物常常会失真，下方的字幕时常会出现倾斜。
由于声音是从摄像机自带的话筒录制，所以经常会录到观众的笑声等声音。
因为这些因素，图象和声音质量通常都很差。
4、细胞粘着分子(celladhesion molecule, CAM)参与细胞粘着的分子称为细胞粘着分子。
5. 条件接收模块（Conditional Access Module),常用与付费电视终端以及头端的解扰模块，属于卫星电视术语范畴。
=================CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。
1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。
数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。
此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。
加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出错，最早的CAM便是计算机辅助加工零件编程工作。
一种基于转换存储器的CAM的VHDL实现
参考文献：
电路设计的描述语言，其他的硬件描述语 为是否发生匹配信号。 从仿真波形可以看
1、R.Neale.Is content addressable mem-
言 相 比 ，VHDL 具 有 更 强 的 行 为 描 述 能 出 ，输 入 数 据 经 过 两 个 时 钟 周 期 ，输 出 匹 ory (CAM) the key to network success? [J].
确地加以分析， 就难以引导学生健康成 长。
一、 客观认识违纪学生是做好思想 教育工作的前提
学生违纪后的教育管理是大学生教 育管理的一个重要方面， 较之于普通学 生，违纪后的学生情况更加复杂，更加需 要学校等各方面的教育， 否则违纪学生 很有可能从此一蹶不振，走上歧途，而这 是每一个教育者都不愿看到的。 作为高
二、基于移位寄存器的 CAM 的设计 为了说明设计方案， 以一个宽度为 4 位、深度为 1 的基本 CAM 存储 单 元 为 例 。 利用这样一个基本存储单元，通过适当级 联，可以构成任意字宽和深度的 CAM。 该 基 本 单 元 采 用 一 个 16 位 的 移 位 寄 存 器 （SHIFT REGISTER）、 一 个 4 位 的 比 较 器 （COMPARATOR）， 外 加 16 位 的 计 数 器 （COUNTER） 和 一 个 “ 二 选 一 ” 的 选 择 器 （MUX）构成（见图 2）。
科技研发
一种基于转换存储器的 CAM的 VHDL 实现
■ 张 华 刘美欧 郑 敏
ÉÄÅÃÁÂÆÇÈÉÅÂÁÆÇÈÃÄÅÈÃÁÂÄÆÅÇ 摘要：文章引入了一种基于Shift
Register 的 CAM 的 VHDL 实 现 方 案 ， 所 实 现 的 CAM 具 有 端 口 可 重 新 配 置 性 、易 于升级扩展和快速的匹配查找等特点，并 在网络协处理器仿真中得到了应用。
数据中心网络设备扩容的三种实现方案
数据中心网络设备扩容的三种实现方案数据中心建设速度越来越快，规模越来越大，数据中心对网络的需求也越来越高，对单链路传输的速度和容量都有更高要求，我们会看到这几年从10G到100G普及的速度比从1G到10G要快得多。
不仅是带宽，对网络设备的容量也是要求越来越大。
比如：路由、ACL、MAC这些规格表项的需求很大，网络芯片容量已经无法满足了，所以很多人通过外扩的方式来变相实现满足。
因此，我们会在市场上看到一些容量超大的设备，容量明显超过了现有专用网络芯片所能支持的，其实是采用外扩表项的方式来实现，网络设备扩容主要用三种外挂器件实现。
CAMCAM(Content Addressable Memory，内容寻址存储器)是一个并行比较处理器，也被称作NSE(Network Search Engine网络搜索引擎)。
CAM可以像RAM一样进行读写操作，最大优势就是输入数据，返回该数据被存储的地址。
它能够从巨大的数据库中进行快速查找，并返回最佳匹配的地址，CAM可以在一个硬件时钟周期内完成关键字的精确匹配查找。
更为重要的是，CAM可以提供较大的表项存储空间，当网络芯片的规则不够大时，可以用CAM来补足，从而满足市场竞争需要。
当然，CAM容量并不能随心所欲地去扩，一方面受CAM能力的限制，另一方面CAM容量越大，价格呈指数级别增加，对适配的CPU也有要求，高容量的CAM需要性能较强的CPU才能带动，这样才能避免出现大马拉小车的情况，或者小马拉大车的局面，这都会使得整个设备的性能无法提升。
TCAMTCAM(Ternary Content Addressable Memory，三态内容寻址存储器)是CAM表的一种扩展。
在CAM表中使用索引查找结果值，TCAM同样使用表查找操作，但被改进并可以完成更复杂的操作。
CAM在存储表项时，长度固定不够灵活。
比如对于下发路由，地址前缀长度具体分布没有准确的了解之前，为了能够保证存储多个前缀表项，每个CAM 都需要有多个表项的空间，因此CAM存储空间利用率大大降低了。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数字集成电路 - 设计透视2 / E
Jan M. Rabaey, AnanthaChandrakasan, BorivojeNikoli
第六章和第十二章
设计项目：512字的内容寻址存储器
1.背景
内容可寻址存储器在各种各样的应用中都需要在比特上操作的匹配模式，例如虚拟内存，数据压缩，高速缓存和表查找应用程序。
随着无线网络的普及的不断上升，内容可寻址存储器已经建议用作网络地址过滤和部分节点匹配的一种方法。
在TCP/IP中，这相当于和一个IP地址相匹配的相关位，由子网掩码决定。
显然，在无线环境下，功耗是重要准则。
然而，基站点能够花更多的功率来达到快速表查询的要求。
由于成本始终是商业设计中的一个重要因素，减少芯片面积也是很重要的。
在这个项目中，我们将根据不得设计要求，设计内容可寻址存储器的一个重要组成部分。
1.1高层次的架构
图一所示是一个内容可寻址存储器的高级别方框图。
图1：CAM高级别方框图
内容可寻址存储器有三种运行模式：读模式，写模式和匹配模式。
读和写模式时，在内容可寻址存储器阵列中数据访问和操作的方式和在普通存储器中是一样的。
内容可寻址存储器的特点在匹配运行模式下实现。
在这个模式下，比较模块存放了数据用于匹配，屏蔽模块显示哪位是重要的。
例如，为了在CAM阵列中找到所有有0x123的数据，我们要将比较字设
为0x12300000，屏蔽位为0xFFF00000。
然后将CAM中所有512行中的数据同时和比较字的最重要的12位进行比较。
每行相匹配的部分发送到有效模块。
由于我们不关心每行包含的无效数据（通常在阵列不满是发生），只有有效的相匹配的行才会发送到优先编码器。
如果两行或多行和输入数据匹配，CAM阵列中的行地址用来打破平局。
为了做到这一点，优先编码器考虑阵列中的所有512匹配行，选择地址最高的一行，将其编码为二进制文件。
由于CAM阵列中有512行，需要9比特来表示匹配行的最高地址。
因为可能不存在匹配行，所以需要一个额外的匹配位。
作为一个简单的例子，假设CAM阵列中有6项数据，如表1所示。
表1
一些比较字和屏蔽字组成和比较结果如表2所示。
表2
2.实施和约束
我们的目标是要设计使用在CAM中的具有特定优化标准的优先编码器。
该项目将分3个阶段完成。
第一阶段的目标是执行逻辑优化，电路风格选择和一阶组合电路的优化以满足既定的设计目标和约束。
优先编码器的微调设计和实际物理版图在第二阶段进行。
你应该选择一下一种设计案例：
a)低能量操作：设计一个在无线中使用的优先编码器，使得平均能量被最小化并满
足约束条件，即最坏情况下的延迟小于40纳秒。
无约束都被放在区域设计。
b)高速操作：尽可能提高优先编码器的速度，以便CAM用于基站或功率随时可用的
情况下。
无约束被放在区域或功率设计。
c)低硅消耗：最小化优先编码器的面积，同时满足约束条件，即最坏情况下的延迟
小于40纳秒。
无约束都被放在能源消耗。
项目分成几部分完成。
你可以自由选择任何逻辑系列作为项目的实施：互补CMOS，伪NMOS,晶体管逻辑和动态逻辑等。
2.1 技术
设计是实现在一个0.25微米的CMOS进程，有4个金属层。
验证技术在g25.mod 的文件中。
2.2电源供给
你可以自由选择任何供给电压和逻辑摆动至2.5v。
保证你手动分析时使用适当的模型。
2.3性能指标
静态设计传播延迟定义为输入的50%过渡点和最坏情况下输出信号的50%d的过渡点之间的时间间隔。
确保你选择的最坏情况的状况在你的报告中明确指出，以及条件是什么。
注意动态设计的传播延迟是指在这种情况下这个阶段的评估延迟（至少在项目的这个阶段）。
2.4面积
面积被定义为画在设计周围的最小矩形框。
注意的是，因为优先编码器必须是有效性块和CAM阵列的接口，按行地址顺序，设计左侧的所有行匹配输入必须是可访问的。
在该项目的第一阶段，你应该做的面积估计是基于整体晶体管宽度和布线的复杂性。
如何预测区域上的表达式将被提供在短期的WEB页上。
2.5命名约定
你应该标记设计的输入与输出，如图2所示。
有效匹配信号被表示为vm[0]到vm[511],指数是该行的地址。
编码的匹配信号被表示为em[0]到em[8],其中em[0]是最小的有效位。
编码匹配信号表示一个有效匹配是匹配信号为高，否则为低。
图2
2.6寄存器
在这个阶段的设计中，你不需要寄存器。
输入到输出的数据流应该是组合逻辑。
2.7时钟
不应该有全局时钟，因为设计是组合的。
如果你选择动态逻辑，允许有一个预充电或评估时钟，但是评估过后结果必须是可获得的（无流水线逻辑）。
观察到的时钟的负载电容应该被包括在能量分析中。
2.8Voh,Vol,噪声幅度
你可以自由选择你的逻辑摆幅。
噪声容限应该至少是电压摆幅的10%。
通过计算一
个静态设计中的输入与输出信号（设置其他输出为适当值）之间的VTC来测试摆幅。
对于一个动态电路，适用于把一个有10%的噪声值的输入信号加到输入端，并观察输出。
2.9上升和下降时间
所有输入信号的上升和下降时间为500ps。
输出信号的上升和下降时间不应该超过1ns。
2.10负载电容
优先编码器的每一个输出位应该有一个负载，相当于4个单元的翻转器
（Wn=0.25um,Wp=0.50um）。
3.仿真
通过使用SPICE或IRSIM分析电路来对设计进行仿真。
用SPICE或IRSIM证明你的电路功能操作。
确定功能和能量耗损的输入在网上提供。
引起最坏情况下的传播延迟的模式应由你自己决定，这就基于你电路原理图的分析。
确保你是以分层的方式定义你的电路。
4.报告
你的报告的质量和你的设计的质量一样重要。
必须通过合理的设计决策和提供所有的重要信息来卖一个设计。
确保强调相关的信息，去除不必要的细节。
组织，简洁，完整是非常重要的。
不要重复我们已经知道的信息。
使用在网上提供的模板。
将你报告的电子版（Framemaker，Word或者PDF）邮件给我们。
确保封面的填写以及使用正确的格式。
项目每个阶段的结束都要提交报告。
4.1报告的内容
你的报告应该讨论你的整个设计原理和逻辑和电路水平方面的重要设计决策。
讨论在满足性能指标的情况下，为什么你的设计方法提高了操作速度或为什么帮助减少能量和面积。
提供你的电路评估报告以及描述你是怎样达到这些要求的。
包括原理图和强调重要因素。
提供关键点（不要忘了计算包含这些点的输入数据）来证明你的结果是精确的。
整份报告不应该超过3张纸。
不允许添加其他页，除非是重要章节。
报告应包括以下几条：第一页：执行摘要，整体设计决策，言论以及动机。
第二页：逻辑和晶体管图，标注晶体管尺寸和最坏情况的时序路径，单元的操作功能展示章节，评论。
第三页：定时和能量仿真-派生的最坏情况下的路径和平均能量。
对于后者，一组测试图案将被在网上提供。
最后，你需要提交SPICE的输入设置，记住，一份好的报告就像一个号的版图：以尽可能小的面积和少的延迟和能量来完成它的功能。
报告的质量是分数的重要组成部分。
整个工程分数分成3部分：1阶段40%，2阶段20%，3阶段40%。
每个阶段的分数分成：结果30%，方法和正确性20%，报告40%，创新性10%。