基于NVRAM的内存数据库性能优化策略研究与设计
DDR SDRAM：SoC低成本高复杂度片外存储器解决方案
DDR SDRAM：SoC低成本高复杂度片外存储器解决方案几乎所有人都知道，用于桌面计算机和便携计算机的DRAM存储器产品与本白皮书所讨论的片外DRAM完全相同。
事实上，全部DRAM产量中的约90%用在计算机上，其它10%当作了系统级芯片（SoC）的片外存储器来使用，这就象将方木钉打入圆孔一样地不适合。
随着要求配备与外部存储器接口的SoC设计方案的数量增加，现化化的DDRn SDRAM存储器接口（DDR、DDR2、DDR3）提供了可靠的供货能力、高存储容量、低成本和合理的通道带宽，但却存在使用不便的接口以及复杂控制器方面的问题。
面对内部DRAM阵列所导致的独特指令结构，且要求在设计方案内加入代表当前先进水平的DRAM接口时，SoC设计人员就会将这个任务视为畏途。
本白皮书对SDRAM的历史进行了简短介绍，并探讨了实施DDRn控制器和PHY的设计考虑要素，并描述了如何采用完整的IP解决方案来帮助加快产品上市周期和降低成本。
SDRAM历史简介尽管存储容量上也发生了令人惊奇的进步，但商品DRAM在过去15年来的演化让接口峰值带宽以远大于2000%的系数增加（请参见图1）。
虽然任何人都不能违背物理学的基本规律而对基本随机存取操作的延迟现象做出类似程度的提升，但通过增加引脚带宽以及在脉冲猝发下访问数据的能力，能够减少一部分存储器相对于典型处理器对于更高速存储器带宽永无止境的需求之间的差距。
在这段发展期内，被称为JC42的美国电子器件工程联合委员会（JEDEC）一直是商品DRAM的行业标准的制订机构。
在1993年下半年，JEDEC发布了最初的SDRAM标准，这个标准最终变成了后来称为“PC100 SDRAM”的标准。
通过将SDRAM的时序参数推到实际极限时，PC133 SDRAM出现了，它将通道频率增加到了133MHz，数据速率增加到了133Mbps。
图1 峰值带宽与DRAM类型对比Peak…峰值带宽在20世纪90年代末，JEDEC制订了一份内容扎实的DRAM发展路线图。
基于eMMC的大容量存储技术研究
Flash分为两种规格：NOR Flash和NAND Flash，两者均为非易失性闪存模块。
1988年，Intel首次发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。NOR类似于DRAM， 以存储程序代码为主，可以让微处理器直接读取。因为读取速度较快，但晶片容量较低，所以多应用在通讯产品中，如手机。
eMMC4.5协议中主要新增了HS200Mode，时钟频率提高到200Mhz，数据传输速率达到了200MB/s（八根数据线的情况）。
表1eMMC引脚接口说明
2.4特性及优势(与传统存储设备比较)
eMMC与传统存储设备相比，有很多良好的特性。
2.4.1系统宽电压范围
2.4.2十根总线结构
2.4.3完善的数据保护机制
图1eMMC系统架构
图2 主从设备结构框图
2.3规格
eMMC传输速度高达52MB/s，电压范围为1.8v至3.3v，具备高速且可升级的特性。制定规格上，eMMC 4.2制订了eMMC接口速度及容量，接口速度为52MB/s、容量规格则大于2GB。
eMMC 4.3则新增Booting Function、Explicit Sleep Mode、Reliable Write等功能。
未来几年eMMC出货量将继续上升，预计2015年达到7.791亿个。手机将是eMMC市场的最大领域，2015年该领域的出货量将达到5.601亿个，占72%。平板电脑将是第二大eMMC应用市场，四年内该领域的出货量将从今年的1800万个剧增到1.48亿个。
eMMC的发展非常迅速，性能几乎逐年提升。IHS iSuppli公司的研究显示，作为一种成本划算的高密度闪存，eMMC已成功打入智能手机和平板电脑等高端市场，这些产品要求较高的存储密度，同时要求低功耗和较小的引脚。
内存设计方案
内存设计方案随着科技的不断发展，内存作为计算机硬件的重要组成部分，对于计算机性能和应用体验有着至关重要的影响。
本文将介绍一种创新的内存设计方案，旨在提升计算机的运行速度和效率，以满足日益增长的计算需求。
一、背景随着人工智能、大数据和云计算等技术的快速发展，计算机对于内存的需求量不断增加。
传统的内存设计方案面临着容量限制、能耗高等问题，已经无法满足新时代的需求。
因此，我们需要一种创新的内存设计方案，以提升计算机的性能和效率。
二、方案介绍我们提出了一种基于非易失性内存（Non-Volatile Memory，NVM）的内存设计方案。
传统的内存主要采用的是易失性内存（Volatile Memory），即断电后数据会丢失的内存。
而NVM具有断电后数据仍能保持的特点，可以在关机后快速恢复数据，大大提高计算机的开机速度和用户体验。
该方案的核心是将NVM与传统的DRAM（Dynamic Random Access Memory）相结合。
在计算机启动时，操作系统和常用的应用程序会被加载到DRAM中，以保证快速运行。
而其他不常用的数据则存储在NVM中，以节省DRAM的空间。
当计算机关机时，DRAM中的数据会被定期地保存到NVM中，以确保数据的持久性。
三、方案优势1. 提升计算机的开机速度：采用NVM的内存设计方案可以大幅提升计算机的开机速度。
由于NVM具有断电后数据仍能保持的特点，计算机可以在关机后快速恢复数据，无需重新加载操作系统和常用应用程序，节省了大量的时间。
2. 提高计算机的运行效率：传统的内存设计方案中，由于DRAM容量有限，当内存不足时，计算机会频繁地进行数据的交换和读写操作，导致运行效率低下。
采用NVM的内存设计方案可以扩大内存容量，减少数据交换的次数，提高计算机的运行效率。
3. 提升系统的可靠性：由于NVM具有断电后数据仍能保持的特点，即使在突发情况下，如断电或系统崩溃，用户的数据也能得到有效保护，不会丢失。
单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略
单片机的存储器系统设计原理与性能优化策略引言：在当今数字化时代，嵌入式系统的普及和应用日益广泛。
而单片机作为嵌入式系统的核心部件，其存储器系统设计的优化和性能提升对于嵌入式系统整体性能的提升至关重要。
本文将探讨单片机的存储器系统设计原理，以及如何通过优化策略实现性能的提升。
一、存储器系统设计原理单片机的存储器系统由程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）和特殊功能寄存器（SFR）组成。
这三个部分在单片机的整体运作中扮演着不同的角色。
1. 程序存储器（ROM）程序存储器用于存储单片机的程序代码。
根据存取方式的不同，可将程序存储器分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
只读存储器通常包括可编程只读存储器（PROM）、电可擦可编程只读存储器（EPROM）和电子擦可编程只读存储器（EEPROM）。
2. 数据存储器（RAM）数据存储器用于存储单片机运行过程中产生的中间数据。
它通常具有读写能力，可以根据需要进行数据的读取和写入操作。
根据存取方式和存放位置的不同，可以将数据存储器分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
SRAM具有快速存取速度和不需要刷新的特点，而DRAM占用的面积更小且价格更低。
3. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器是单片机的特殊存储器，用于保存各种系统和外设的控制和状态信息。
这些寄存器可以通过特定的地址进行访问和控制，实现单片机与外设的交互。
特殊功能寄存器的设计合理与否直接影响着整个系统的性能。
二、性能优化策略为了提升单片机系统的性能，可以从以下几个方面来进行优化：1. 存储器容量优化合理利用存储器容量是优化存储器系统性能的关键。
通过对程序代码和数据存储的分析，可以估算出所需要的存储器容量，并根据实际需求选择合适的存储器芯片。
同时，可以采用编程优化的方法，如代码压缩和数据压缩，减小所需存储器容量。
2. 存储器速度优化存储器访问速度对于单片机系统的性能至关重要。
高速缓存系统的设计与优化方法研究
高速缓存系统的设计与优化方法研究高速缓存系统是计算机体系结构中的重要组成部分，它的设计和优化对于提高计算机系统的性能至关重要。
本文将探讨高速缓存系统的设计原理、优化方法以及相关研究进展。
一、高速缓存系统的设计原理高速缓存是位于CPU和主内存之间的一个小型、容量有限但访问速度较快的存储器。
其设计原理主要包括以下几个方面：1. 考虑访问局部性：高速缓存系统利用程序的访问局部性原理，将频繁访问的数据块存储到缓存中，以提高访问速度。
常见的局部性包括时间局部性和空间局部性。
2. 采用替换策略：当缓存空间不足时，需要替换掉一部分数据，以便为新的数据腾出空间。
常用的替换策略有最近最少使用（LRU）、随机替换等。
3. 设置缓存块大小：缓存块大小的选择对性能有着重要影响。
如果缓存块太小，可能会导致较高的访问延迟；而缓存块太大则会浪费宝贵的缓存空间。
4. 考虑一致性问题：当高速缓存与主内存之间的数据发生改变时，需要保证缓存中的数据与主内存中的数据保持一致。
常见的解决方案有写直达（write through）和写回（write back）等。
二、高速缓存系统的优化方法1. 提高命中率：命中率是衡量高速缓存性能的重要指标，可以通过以下方法进行优化：- 提高空间局部性：空间局部性是指在程序中多次访问相邻的数据。
通过优化程序的数据结构和内存访问模式，可以提高空间局部性，从而提高命中率。
- 提高时间局部性：时间局部性是指程序在一段时间内多次访问同一数据。
通过合理调整缓存块大小和替换策略，可以提高时间局部性，从而提高命中率。
- 使用关联性较高的缓存映射方式：常见的缓存映射方式包括直接映射、全关联映射和组关联映射。
通过选择关联性较高的缓存映射方式，可以提高命中率。
2. 减少替换开销：替换开销是指由于缓存空间不足，需要替换部分数据造成的开销。
可以通过以下方法进行优化：- 采用更精细的替换策略：传统的替换策略如LRU只考虑最近使用的情况，而并不关心数据的重要性。
内存数据库eXtremeDB介绍
eXtremeDB:多线程、多进程支持
常规内存中创建多线程eXtremeDB 共享内存中创建多进程eXtremeDB
eXtremeDB:各种数据类型支持
整数、实数、字符、字符串 Blob、数组、Vector
Vector：单字段嵌套表
日期、时间、AutoID、Ref
ref相当于常规数据库的外键
结构
eXtremeDB: 为各行各业的实时数据管理而在
全世界数千家用户采用 eXtremeDB管理实时数据
eXtremeDB：微秒级实时数据库
数据库建立在主内存中, 程序可以直接使用,数据 库操作的速度以微秒计 静态内存分配及定制的 API缩短了代码执行路径, 既加快的时间反应性能, 更提高系统强壮性 应用程序直接以库的形 式使用eXtremeDB,剔除 了进程间通信的开销
安全的实时数据管理
eXtremeDB提供API save()/load()数据库影 像 NVRAM中建立内存库 eXtremeLog提供交易一 级的数据安全保障机制 eXtremeDB Fusion：内 存/磁盘混合数据库 eXtremeHA多模式容灾
加载
保存
保存
加载
安全的实时数据管理:NVRAM 支持
驻留交易
一个eXtremeDB节点上驻留 易，其它节点调用驻留交易， 快速访问eXtremeDB
eXtremeSQL Server Engine
一个节点创建SQL Server Engine, 其它节点作为 Client访eXtremeDB
ODBC
通过eXtremeSQL之ODBC接口访 问本地和远程eXtremeDB数据库
uint4 string Table-2 oid S_ID
SQL Server数据库性能优化策略研究
信息记录材料 2020年12月 第21卷第12期1521 引言SQL Server 数据库是一个长期存储在计算机内的有组织存储、可共享，可以统一管理的大数据集合，管理人员可以对数据进行任意的删除、增加等操作。
数据库的功能是通过一些命令快速地检索出有意义的数据。
随着数据大幅度冗余，为了保证数据库的性能，本文将从数据库性能的框架和优化方法出发，对SQL Server 数据库进行性能优化策略的研究[1]。
2 SQL Server数据库性能优化框架设计2.1 SQL Server 数据库性能优化目的为了更好地完成SQL Server 数据库性能优化策略的研究，首先本文要明确数据库优化的目的是通过改善数据库的核心设备，提高性能和数据库的使用效果。
SQL Server 数据库的使用性能主要表现在系统的吞吐量、数据库检索响应时间、数据库系统承载的用户量三方面。
SQL Server 数据库的吞吐量表示在一定时间内数据库处理检索的数据条数，用事务量衡量数据库的吞吐量。
数据库检索的响应时间是数据库后台处理一条数据的时间，通常以秒和毫秒为单位表示。
数据库承载的用户量是一个数据库性能的重要体现，性能高的数据库会同时支持多个用户进行检索工作，可以在资源拥挤时提供畅通的资源检索。
2.2 SQL Server 数据库性能优化工具为了达到SQL Server 数据库性能优化的最优化，本文选择SQL Server 数据库性能优化工具为性能监视器、事件探查器、对象计数器。
事件侦察器的主要功能是对数据库进行检索，排查具有无格式化的数据库内部组件。
因为事件侦察器要扫描数据库内部的信息所以设备具有信息加密功能，防止数据的泄露。
事件侦查器会根据管理员的指令进行事件查询，或者在事件侦察器中输入关键语句进行侦查，减少侦查器的工作量。
性能监视器是Windows 2003内部的一个工具，它的使用权限要得到数据库和windows 两个管理权限才可以执行，性能监视器可以扫描数据库的每一个组成文件，并定期进行测试，如果测试结果不符合标准，在数据库进行优化过程中，如果出现优化障碍或者优化时自带病毒，性能监视器就会向数据库管理员反馈信息，管理员进行及时维护修改[2]。
基于3D堆叠集成的DRAM缓存架构研究综述
基于3D堆叠集成的DRAM缓存架构研究综述摘要：内存访问速度的增长远远跟不上处理器处理性能的增长，“内存墙（Memory Wall）[1]”越来越成为计算机体系结构进步的瓶颈。
3D堆叠集成技术将多层硅芯片叠加起来，使得芯片间传输延迟降低，传输带宽增加。
使用3D堆叠技术可以将DRAM堆叠到多核处理器芯片上，从而使得访存速度获得提高。
由于散热，功耗等问题，基于3D堆叠集成的DRAM往往不具有足够的容量来作为处理器的主存（除了一些特殊的市场需求）。
较为有实践意义的架构是将基于3D堆叠集成的DRAM作为最末级缓存（LLC Last Level Cache）使用。
本文分析了已有的基于3D堆叠集成的DRAM缓存架构，比较了不同架构之间的优缺点，对目前该领域的研究方向做了综述。
关键词：3D堆叠；DRAM；缓存1引言1.1内存墙及现代存储技术1965年，Intel的创始人之一，名誉主席戈登.摩尔（Gordon Moore）提出：每18个月，芯片上的晶体管数目就能够增加一倍。
这就是著名的摩尔定律。
摩尔定律的另一个更为大家熟悉的表述是：每18个月，CPU的速度提高一倍。
过去40年，通用CPU的速度基本按这个预测在发展。
现在CPU的速度超过2.8GHz，实际上还可以做到更高。
但是，CPU速度的提高并不意味着CPU的实际性能也有相应的提高。
在过去40年中，CPU核心的速度提高了近千倍，但是内存的速度提高却不大；更为关键的是，内存的延迟没有降低。
这使得内存延迟已经成为了制约CPU实际处理能力提高的瓶颈。
实际应用中，CPU始终都在等待内存访问。
当内存端口满负载时，CPU核心有超过50%时间是空闲的。
这个问题被称为内存墙（Memory Wall）。
中央处理器的速度决定了计算机运算数据及处理信息的快慢，主存储器的容量则决定了计算机可以储存信息的多寡，有些人可能还会去考虑伴随中央处理器的高速缓存(cache memory)的大小，这是因为高速缓存是用来储存一些经常使用到的信息，把这些经常用到的信息放在速度较快的高速缓存中可以使CPU很快的取得这些信息，而不需要再到速较慢的主存储器中去寻找，如此一来可使CPU处理的速度加快。
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法以减 小提 交时 间从 而提 高事 务运行 速度 ； 设计 了系统 的检 查 点策略 ， 时删 除 系统 无用 日志 ； 出快速 恢 复方 法， 提 高 及 提 在
了系统 的稳 定 性与可 靠性 的 同时 ， 快 了系统 的数据 恢复速 度 。 实验 结果表 明 了该策 略 的可行性 与有 效性 。 加
（ 华北计 算技 术研 究 所 ，北京 １ ０ ８） ０ ０３
摘 要 ：为 了提 高内存数 据库 系统 的 实时性 与稳定 性 ，研 究并设 计 了基 于小存 贮量 的 ＮＶ ＡＭ 获 得 内存 数据 库最 大性 能优 Ｒ 化 的策略 与方 法 。该 方 法主要 包括 ： 计 Ｎ ＡＭ 存储 策略 ， 加控 制文件 以提 高 Ｎ ＡＭ 的 空间利用 率 ； 计 日志提 交方 设 ＶＲ 增 ＶＲ 设
０ 引 言
非 易 失性 随 机 存 储 器 （ｏ —ｏａ ｌｒｎ ｏ ａｃｓ ｍｅ ｒ， ｎｎｖ ｌｉ ｄｍ ｃｅｓ ｍｏｙ ｔｅ ａ
对 于 内存 运 行 的速 度 ， 度内存 数 据 Ｏ操
库系统 的瓶颈 ， 响系统 的事务处理 能力 。 影 ＮＶ Ａ 结 合 了 内存 快 速 读 写 和 外 存 永 久 保 持 数 据 的 特 Ｒ Ｍ 性 ， 极 为 理 想 的 存 储 介 质 ， 于 其 价 格 昂贵 ， 何 有 效 地 利 是 鉴 如 用 小 存 贮 量 的 Ｎ ＡＭ 来 获 得 内存 数 据 库 系统 性 能 的最 大优 ＶＲ 化 成 为 主 要 研 究 内 容 。本 文研 究 并 设 计 了如 何 基 于 小 存 贮 量
计算 机 工程 与设 计 Ｃ ｍ ｕ ｒ ｎｉ ｅ ｎ ｄ ｅ ｇ ｏ ｐ ｔ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｎ Ｄ ｓ ｎ ｅ ｎ ｉ ａ ｉ
２ １， １） ００ １（ ３ ２
２９ ８７
・开 发 与 应 用 ・
基于 Ｎ Ｒ Ｍ 的 内存数据库性能优化策略研究与设计 Ｖ Ａ
楚天骄 ， 林 中
ｍｅｈ ｄｉｐ ｔ ｏｗａｄｔ ｎ ａ ｃ ｅｓａ ｉｔ，ｒｌ ｂｌ ｄｔｅｒｃ ｖ ｒ ｅ ｄｏ ｔｅ ＭＤＢ ｓｅ ｔｏ ｕ ｒ ｒ ｅ ｈ ｎ ｅｔ ｂｌｙ ｅｉ ｉ ｔ ａ ｏ ｅ ｓ ｅ ｆｈ ｓ ｆ ｏ ｈ ｔ ｉ ａ ｉ ｎ ｈ ｅ ｙ ｙ ｐ Ｍ ｓ ｔｍ．Ｆｉａｌ ｅ ａｉｉ ｎ ｆ ｃｅ ｃ ｙ ｎ ｌ ｔ ｌ ｔ ａ ｄｅ ｉｎ ｙ ｙ ｈ ｖ ｄｙ ｉ
ｏ ｔ ｉ ｓｒ ｔ ｇ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｕ ｈ ａｃ ｒａｎ ｅ ａ ｎ ｔ ｎ ｆ ｈ ｓ ｔａｅ ａ ｅｔ ｓｉ ｄｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｉ ｘ ｍｉ ａｉ ． ｙ ｉ ｆ ｈ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ＮＶＲＡＭ ； Ｍ Ｍ ＤＢ； ｌ ｇ ｃ ｅ ｋ ｏｎ ； ｒ ｃ ｖ ｒ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ； ｈ ｃ ｐ ｉｔ ｅ ｏ ｅ ｙ
关 键 词 ：非 易 失 性 随 机 存 储 器 ； 内 存 数 据 库 ； 日志 ； 检 查 点 ； 恢 复
中图法分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３２
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ０７ ２ ２ １） ２２ ９—４ １０．０４（０ ０ １．８ ７０
Ｓ ｒ ｔ ｇｅ ｔ ｄ ｅ ｎ ｅ ｉ ｎ ｄｆ ｒ ｎ ａ ｃｎ Ｍ ＤＢ ’ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｅ ｎＮＶＲ ｔａｅ ｉ ｓ ｕ ｉｄａ ｄｄ ｓｇ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇＭ ｓ ｏｅ Ｓ ｒｏ ｍａ ｃ ｓ ｄｏ ｐ ｂ ＡＭ Ｃ Ｕ Ｔａ－ａ， Ｌ Ｎ Ｚ ｏ ｇ Ｈ ｉ ｊ ｏ ｎｉ Ｉ ｈ ｎ