[发明专利]片上硬件数据库的高速缓冲器支持实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及片上硬件数据库处理器核与内存的数据通信技术，尤其涉及一种片上硬件数据库的高速缓冲器支持实现方法。

背景技术

数据库技术诞生以来，经历了不到半个世纪的时间，就形成了坚实的理论基础，成熟的商业产品和广泛的应用领域，研究者不断加入，成为了一个被广泛关注的研究领域。随着信息内容的不断增长、新技术的层出不穷，数据库技术面临着前所未有的挑战。

面对各种数据形式，人们提出了多样的数据模型(层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、板结构化模型等)，也提出了许多新的数据库技术(XML数据管理、数据流管理、Web数据集成、数据挖掘等)。

随着电子银行、电子政府以及移动商务应用的增加，需要处理的移动数据也迅速增大，为了满足日益增长的数据处理需求和方便应用开发，对移动设备上的小型数据库管理系统的需求也越来越大。

各种各样的数据库技术中，数据库机(知识库机)、内存数据库、片上系统(SOC)技术共同构成本系统的技术基础。

数据库机(Database Machine)，是为了用硬件直接支持数据库管理所需的高级数据操作功能而英语的一种具有专用目的的计算机，是人们为了改善数据库系统性能和支持大规模高速信息处理而提出的一种专用计算机。它是将数据库技术、VLSI技术和计算机体系结构等研究结合而成的产物。数据库机可以作为知识库机的基础机构或基本模块，从而支持高效的知识处理。

传统基于磁盘的关系数据库系统(Oracle，DB2等为代表)，以下简称DRDB(Disk-Resident Databases)，由于主数据库常驻磁盘，事务处理往往涉及磁盘IO操作，其体系结构设计的优化目标是如何减少读写磁盘的次数，很难满足未来基于网络的应用系统对高性能数据访问能力的需求。内存数据库(MMDB：Main Memory Database)技术则为上述应用领域提供了一种很好的实时数据管理的解决方案。在一些性能测试中，MMDB相对DRDB可以获得30％-50％的性能提升。

SOC(System on Chip，片上系统)是指以嵌入式系统为核心，以IP复用技术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。狭义些理解，可以将它翻译为“系统集成芯片”，指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，包含嵌入软件及整个系统的全部内容；广义些理解，可以将它翻译为“系统芯片集成”，指一种芯片设计技术，可以实现从确定系统功能开始，到软硬件划分，并完成设计的整个过程。

片上的硬件数据库是基于SOC的，它在芯片上构建一个完整的数据库系统，完成数据库的所有操作。片上数据库处理器核具有专门针对数据库操作的指令集，能够使数据库操作高效快速的完成。目前的片上硬件数据库使用于较小的数据库系统，特别是一些嵌入式设备。片上硬件数据库具有两种存储方式，当数据库数据量非常小时，片上数据库可以直接存储数据在芯片的存储上，这种实现方式使得片上硬件数据库系统对数据的访问快速高效；当数据库数据量较大时，片上硬件数据库系统存储数据在系统内存中，此时内存的数据访问速度对整个硬件数据库系统影响严重。

当今内存的访问速度与处理器的处理速度不匹配是一个现实而不可避免的问题，解决这个问题的方法是设置层次型的存储方式。以现代的计算机体系结构为例，内存相对廉价且存储容量大，但是访问速度慢，而cache具有较快的访问速度，但是受成本和片上面积的制约，cache同时又分成多层cache结构，访问时间最短的是核内的寄存器，但它的容量大小更加受到片内资源的制约。