片上硬件数据库的高速缓冲器支持实现方法技术

本发明专利技术公开了一种片上硬件数据库的高速缓冲器支持实现方法。在片上硬 件数据库处理器核和内存之间增加了高速缓冲器和缓冲器控制器。高速缓冲器 缓存数据库处理器核访问内存的数据和指令，它与数据库处理器核和内存相连 接。缓冲器控制器是一个控制逻辑，它控制高速缓冲器和数据库处理器核、高 速缓冲器和内存的数据交换，它接受数据库处理器核发出的内存存取信号，控 制高速缓冲器缓存和数据库处理器核存取高速缓冲器中的数据。片上硬件数据 库的高速缓冲器支持有利于改变硬件数据库处理器核与内存速率的不匹配，使 得数据库处理器核的数据处理和对内存的数据存取能够并行进行，进而提高处 理器核的吞吐量和处理效率，实现整个片上硬件数据库的性能提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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3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。cache是目前解决内存访问速度和处理器处理速度不匹配的最好方法，cache 把内存中的块映射到cache中，是对内存数据的一个部分拷贝，cache不需要操 作系统干涉，由硬件自动完成。cache结构最初提出时在内存和通用处理器之间 设置了一层cache,后来又有人提出了两层cache和三层cache结构，现在最为 广泛应用的两层cache结构，在一些需要更高性能或者吞吐量大的系统中，如服 务器， 一般使用三层cache结构。由于cache对系统性能的影响非常巨大，有非 常多的研究者从事cache的研究，这些研究主要是关于一些cache的替换策略， 最终目的是为了提高cache的命中率，进而减少系统延时。cache的最初的替换 策略有随机策略，轮转策略，最近最少使用策略等，这些策略相对设计简单， 容易实现，但是为了改进cache的性能，现在的研究中有很多复杂的策略。与 cache相对应的设置的是页表的快速缓冲器(TLB),它是一个旁路的存放内存页 表的部件，作用是加速页表査找，减少地址转换时间。数据缓冲是解决交换数据的设备之间速度不匹配或者时间不同步的方法。 在当今的计算机系统中有许多使用缓冲的例子，如键盘的缓冲，硬盘的缓冲，网卡的缓冲。缓冲的基本原理都是暂存数据，异步通信，但是缓冲的设计实现 差别比较巨大，特定设备之间的缓冲设置一般都是根据设备特点而专门设置。
技术实现思路
为了解决内存与数据库处理器核速度的不匹配，使得整个片上系统具有更 高的效率和更短的响应时间，提高系统的吞吐量，减少系统的等待时间。本发 明的目的在于提供一种。本专利技术解决技术其技术问题所采用的技术方案是.-1) 在数据库处理器核和内存之间设置高速缓冲器高速缓冲器是连接片上硬件数据库处理器核和内存的桥梁，它被设置在片 上硬件数据库处理器核和内存之间，具有比内存快的存取速度，能够匹配片上 硬件数据库的数据库处理器核的数据处理速度，同时它与内存的连接具有比它 与数据库处理器核大的带宽，片上硬件数据库处理器核和内存之间的所有数据 交换要通过高速缓冲器；2) 缓冲器控制器内部设置两个循环队列控制器的内部具有两个循环队列，这两个队列分别是命令队列和数据缓冲 队列，命令队列中存放的是数据库的操作命令，数据缓冲队列中存放的是相应 命令的数据地址，这两个队列具有相同的单元数；3) 缓冲器控制器控制高速缓冲器工作高速缓冲器只是一个数据存储的部件，是缓冲器的控制部件，它控制高速 缓冲器和数据库处理器核、高速缓冲器和内存的数据交换，它接受数据库处理 器核的内存存取请求，并且通过自己的控制逻辑输出控制信号到高速缓冲器、 内存和数据库处理器核来控制三者之间的数据交换；4) 数据库处理器核的工作流程整个片上硬件数据库的工作，就需要改变数据库处理器核原本的请求数据， 处理数据和写回数据的方式，在添加高速缓冲器以后需要和高速缓冲器协同工 作，就具有新的工作流程；5) 缓冲器控制器的工作流程缓冲器控制器需要协同数据库处理器核、高速缓冲器和内存的正常工作， 因此它的工作具有复杂的过程性，这个过程能够有效的协同数据库处理器核完 成对内存的数据请求，将所需要的数据从内存缓存到高速缓冲器或者从高速缓 冲器中写入内存，缓冲器控制器内部具有许多不同部件，这些部件记录整个系 统的状态信息，使得缓冲器控制器的工作可以准确完成。5本专利技术具有的有益的效果是本专利技术在片上硬件数据库处理器核与内存之间设置了一个高速缓冲器和一 个缓冲器控制器，缓冲器控制器能够控制内存与数据库处理器核之间的数据交 换，解决数据库处理器核与内存速度不匹配的问题。本专利技术最终能够使得整个 片上系统具有更高的效率和更短的响应时间，提高系统的吞吐量，减少系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上硬件数据库的高速缓冲器支持实现方法，其特征在于：　１）在数据库处理器核和内存之间设置高速缓冲器：　高速缓冲器是连接片上硬件数据库处理器核和内存的桥梁，它被设置在片上硬件数据库处理器核和内存之间，具有比内存快的存取速度，能够匹配片上硬件数据库的数据库处理器核的数据处理速度，同时它与内存的连接具有比它与数据库处理器核大的带宽，片上硬件数据库处理器核和内存之间的所有数据交换要通过高速缓冲器；　２）缓冲器控制器内部设置两个循环队列：　控制器的内部具有两个循环队列，这两个队列分别是命令队列和数据缓冲队列，命令队列中存放的是数据库的操作命令，数据缓冲队列中存放的是相应命令的数据地址，这两个队列具有相同的单元数；　３）缓冲器控制器控制高速缓冲器工作：　高速缓冲器只是一个数据存储的部件，是缓冲器的控制部件，它控制高速缓冲器和数据库处理器核、高速缓冲器和内存的数据交换，它接受数据库处理器核的内存存取请求，并且通过自己的控制逻辑输出控制信号到高速缓冲器、内存和数据库处理器核来控制三者之间的数据交换；　４）数据库处理器核的工作流程：　整个片上硬件数据库的工作，就需要改变数据库处理器核原本的请求数据，处理数据和写回数据的方式，在添加高速缓冲器以后需要和高速缓冲器协同工作，就具有新的工作流程；　５）缓冲器控制器的工作流程：　缓冲器控制器需要协同数据库处理器核、高速缓冲器和内存的正常工作，因此它的工作具有复杂的过程性，这个过程能够有效的协同数据库处理器核完成对内存的数据请求，将所需要的数据从内存缓存到高速缓冲器或者从高速缓冲器中写入内存，缓冲器控制器内部具有许多不同部件，这些部件记录整个系统的状态信息，使得缓冲器控制器的工作可以准确完成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天洲，蒋冠军，王超，缪良华，汪达舟，
申请(专利权)人：陈天洲，蒋冠军，王超，缪良华，汪达舟，
类型：发明
国别省市：86