Уфимский Государственный Авиационный

Технический Университет

Кафедра ТК

Реферат

На тему:

“Машины баз данных. Методы аппаратной реализации сортировки”

Уфа 2003

Содержание

1. Методы аппаратной реализации сортировки 3

1.1. Процессор сортировки DELTA. 3

1.2. Сортирующие сети. 4

2. Специализированные процессоры 5

1. Методы аппаратной реализации сортировки

Подсчитано, что на сортировку уходит до 40% времени работы с реляционной БД. Реализация потоковой аппаратной сортировки страниц за один проход дает большой выигрыш во времени по сравнению с программной реализацией. Рассмотрим два варианта аппаратной сортировки в БД.

1.1. Процессор сортировки DELTA.

Процессор состоит из 12 последовательно соединенных сортирующих элементов (СЭ) и реализует внутреннюю сортировку страницы отношения, объем которой ограничен объемом буфера последнего элемента 64кб. Каждый СЭ состоит из двух входных буферов и компаратора (С). На рис. 1 схематично изображен процесс сортировки.

Рис.1 Процессор сортировки DЕLТА

Входная последовательность кортежей поступает на вход первого СЭ и попарно запоминается в двух входных буферах. С выхода СЭ₁ кортежи поступают упорядоченными парами, и каждая пара записывается в один из входных буферов СЭ₂ и т. д.

Число кортежей в странице определяется объемом памяти последнего СЭ_N: n=min(2^N; М/L), N=12, L - длина кортежа, М - объем памяти СЭ₁₂ (М=2х32 кб). Таким образом при L=8 максимальное значение n =4096.

При использовании процессора сортировки в потоковой обработке необходимо учитывать задержку от момента поступления первого кортежа на вход до начала его выдачи, которая определяется окончанием заполнения входных буферов последнего СЭ.

Каждый СЭ может находиться в двух режимах: сортировки и транзитного прохода. При сортировке две упорядоченные последовательности из входных буферов сливаются в одну сортированную последовательность. В режиме прохода кортежи из входного буфера передаются на выход. Если сортируется m кортежей (m≤n), то log₂2(m-1) СЭ работают в режиме сортировки, остальные - в режиме прохода. Общее время сортировки (без учета контроля сортированности и времени управления) составляет (2Lm+N-1)t, t - время пересылки байта между СЭ (330 нс). Таким образом, сортировка 4096 кортежей по 8 байт потребует 21.5 мкс.

1.2. Сортирующие сети.

Сортирующие сети предназначены для внутренней сортировки страницы отношений. В такой сети все кортежи страницы поступают на вход сети параллельно, разряд за разрядом (см рис. 2)

Рис.2 Сортирующая сеть

Сеть обрабатывает и мультиотношения, где каждый кортеж снабжен маркером дубликата. Кроме сортировки, в результирующем наборе кортежи-дубликаты отмечаются 0-маркером. Регулярность структуры позволяет реализовать такую сеть с p входами в виде СБИС, где число входов определяет число кортежей в сортируемой странице. Для сортировки p кортежей требуется О.5log₂p(log₂p+1)+L тактов, где L - количество бит в кортеже. Подобная сеть может быть предложена для слияния упорядоченных наборов кортежей. На рис.3 изображена так называемая ВВS - сеть (bit bitonic sort) в процессе слияния четырех упорядоченных наборов по два кортежа каждый.

Рис.3 BBS – сеть

2. Специализированные процессоры

Увеличение производительности неструктурированных БД дает применение специализированных процессоров. Такие процессоры реализуют две функции:

• обработку индексов

• сканирование текста.

Схема машины для обработки неструктурированных БД показана на рис.4

Рис 4. Машины БД

Использование специального процессора помогает достичь параллелизма выполнения поисковых операций. Каждый дисковый накопитель может быть снабжен собственными средствами сканирования, работающими одновременно с остальными.

Заключение.

Процессор DELTA конструктивно проще, но сортирующая сеть более быстра. С другой стороны, в сортирующую сеть должны подаваться только упорядоченные кортежи