CN104571946A - 一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法，所述存储器装置至少包括：存储器、由逻辑电路和控制器组成的存储器控制器、连接于逻辑电路和服务器之间的接口。本发明通过逻辑电路对存储器内部数据进行搜索，并不需要服务器CPU来参与数据的查询工作，节约了CPU的时间，减少了数据的迁移、数据的查询等，从而减少了服务器的任务，提高了系统的性能。使用逻辑电路进行查询，且利用逻辑电路系统并行执行的能力，使查询数据的速度更快。

Description

一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法

技术领域

本发明涉及一种存储器及其查询数据的方法，特别是涉及一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法。

背景技术

当今信息技术的发展及创新正使各个产业发生改变，在信息爆炸时代产生了海量数据。而数据正渗透到当今每一个行业和业务职能领域，成为重要的生产因素。各行各业海量数据的挖掘和运用，预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来，正如《纽约时报》2012年2月的一篇专栏中所称，“大数据”时代已经降临，在商业、经济及其他领域中，决策将日益基于数据和分析而作出，而并非基于经验和直觉。

大数据是一个数据巨大，结构复杂，类型众多的数据构成的数据集合，一方面是数据容量的不断扩大，数据集合的范围已经从兆字节(MB)到吉字节(GB)再到太字节(TB)，甚至还有拍字节(PB)、艾字节(EB)和泽字节(ZB)的计数单位出现。著名咨询公司IDC的研究报告称，未来十年全球大数据将增加50倍。仅在2011年，就有1.8ZB(也就是1.8万亿GB)的大数据创建产生。这相当于每位美国人每分钟写3条微博，而且还是不停地写2.6976万年。在未来十年，管理数据仓库的服务器的数量将增加10倍以便迎合50倍的大数据增长。截止到2012年，数据量已经从TB(1024GB＝1TB)级别跃升到PB(1024TB＝1PB)、EB(1024PB＝1EB)乃至ZB(1024EB＝1ZB)级别，另一方面，日益增长的集成式大数据已不再适宜于用当前管理数据库的工具来进行分析处理。其难点包括：数据的抓取，存储，检索，共享，分析以及可视化等。

海量数据时代，人们已经不再为数据匮乏而苦恼，信息也变得不再昂贵，而如何从海量数据中获得数据却变得越发昂贵，如何在海量数据中快速准确抓取用户所需要的数据成为现在社会关注的重点也是当下急需要解决的难点。当前，各行业对海量数据需求的趋势越来越呈现以下方面：1：期望实时决策；2：希望在面临风险的情况下做出决策；3：希望在适当的时间及时的提供产品；4：用户希望很好的体验；5：需要及时及正确的应对任何问题。传统用户所用的信息检索方式如图1所示。用户通过服务器系统向存储器系统中发送数据请求，数据中心服务器收到命令开始从存储系统中查询和搜索用户所需要的数据信息，显然，CPU只能直接处理内存中的数据信息，CPU先从内存中搜索数据，如不命中则从存储器系统中搜索查询，然后将查找的到数据的整个块搬至内存中，然后再将结果返回至用户端。显然，从海量数据中搜索出有价值的数据会耗费大量CPU的时间，将数据从存储系统导入内存中，造成了大量的数据迁移，致使系统功耗增加。对于日益庞大的数据系统来说，从存储器系统向服务器内存中导入数据时限制处理器处理速度的一个大瓶颈，因为我们知道，不管是什么存储器系统，其对其数据读写速率要远远小于对内存数据的读写速率。

如何解决传输瓶颈成为了关键的问题。目前，为了提高服务器处理器处理数据的速度，可采用IMC(IMC，In Memory Computation)技术来提高处理速度，该技术是通过增加内存的容量，从而可以一次性导入更多的数据量，从而加快处理器处理数据的速率。这样的方法在一定程度上可以提高数据处理的速度，但是一定数量的处理器核的内存容量是一定的，当想要更大的内存就需要增加更多数量的处理器核，这样就增加了成本，且增加各个处理器核之间的协调工作的难度，这样的架构也无法充分发挥多CPU内核的潜在的高性能，且数据经存储器系统经内存到CPU，数据吞吐瓶颈依然存在，存储设备只“存放”数据，耗时的计算仍然习惯性在CPU完成，并且由于内存是易失性的存储器，需要定时刷新数据，所以造成的功耗也非常的大。

如此庞大的数据库中用户真正感兴趣的信息往往只是冰山一角，处理器大部分时间在搜索和查询那些用户真正需要的数据，大大浪费了时间和资源。存储器系统都有控制器，它们的任务是对存储单元进行控制盒管理，例如磨损均衡、模块选择、错误纠察、数据读写等任务，大部分时间处于空闲状态，但是控制器是通过虚拟内存地址来管理存储器，造成了执行效率不高，且有一定出错概率。

综上所述，如何减少甚至杜绝数据迁移来提高系统效率的关键，如何利用存储器中的控制器并且如何提高存储器控制器的执行效率及管理存储器地址的方法，是我们急需要解决的问题。

因此，有必要提出一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法，来解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法，用于解决现有技术中的控制器通过虚拟内存地址来管理存储器，造成了执行效率不高且出错概率高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置，该装置至少包括：存储器；与所述存储器连接的存储器控制器；所述存储器控制器包括：控制器，用于解析来自服务器的指令并使得服务器直接读取所述存储器中的信息；逻辑电路，用于按照所述服务器发出的指令来查询所述存储器中的信息并将所查询的信息返回给所述服务器；该存储器装置还包括一接口；所述存储器控制器通过所述接口连接于所述服务器。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述存储器控制器连接于服务器；所述存储器连接于所述服务器。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述存储器为DRAM、PCRAM、SRAM、NORFLASH中的一种或多种组合。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述逻辑电路为通用型集成电路芯片或专用集成电路模块。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述通用型集成电路芯片为FPGA芯片。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述专用集成电路模块为ASIC模块。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的一种优选方案，所述接口为随机访问接口。

本发明还提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法，所述访问方法至少包括：(1)所述服务器将该读取或查询指令通过接口发送至所述存储器控制器；(2)所述控制器对该读取或查询指令进行解析；(3)当所述控制器将所述指令解析为读取指令时，所述服务器的CPU直接向所述存储器中读取数据；当所述控制器将所述指令解析为查询指令时，所述逻辑电路在所述存储器内搜索数据；(4)搜读取或查询完成后所述存储器控制器将读取或查询到的数据通过接口返回给所述服务器的CPU。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法的一种优选方案，所述逻辑电路的查询方法为数据顺序结构查询方法、数据二叉树结构查询方法或数据索引结构查询方法中的一种。

作为本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法的一种优选方案，所述存储器中存储的数据是以文件系统的方式进行存储和管理，所述控制器对所述文件系统进行解析。

如上所述，本发明的支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法，具有以下有益效果：本发明通过存储器装置中控制器的逻辑电路对存储器内部数据进行搜索，并不需要服务器CPU来参与数据的查询工作，节约了CPU的时间，减少了数据的迁移、数据的查询等，从而减少了服务器的任务，提高了系统的性能。

附图说明

图1显示为现有技术的数据搜索系统结构示意图。

图2显示为本发明的存储器装置框图。

图3为本发明的存储器装置的访问方法的流程示意图。

元件标号说明

存储器装置        01

存储器            10

存储器控制器      11

服务器            12

控制器            111

逻辑电路          112

接口              13

S1～S4            步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2所示，本发明提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置，所述装置包括：存储器10；优选地，所述存储器为DRAM、PCRAM、SRAM、NORFLASH中的一种或多种组合。大容量存储器DRAM/PCRAM/SRAM/NORFLASH均为随机访问存储器。与所述存储器连接的存储器控制器11；所述存储器控制器连接于服务器12；所述存储器连接于所述服务器；所述存储器控制器包括：控制器111，其用于解析来自服务器的指令并使得服务器直接读取所述存储器中的信息；逻辑电路112，其用于按照所述服务器发出的指令来查询所述存储器中的信息并将所查询的信息返回给所述服务器；优选地，所述逻辑电路为通用型集成电路芯片或专用集成电路模块。本实施例中，所述通用型集成电路芯片为FPGA芯片。并且优选地，所述专用集成电路模块为ASIC模块。

该存储器装置还包括一接口13；所述存储器控制器通过所述接口连接于所述服务器。所述接口为随机访问接口。优选地，本发明的所述存储器控制器中的逻辑电路将其在所述存储器中搜索到的数据通过所述接口返回给所述服务器。

本发明还提供基于所述存储器装置的访问方法，如图3所示，图3中黑色粗线表示查询数据通路；黑色细线表示直接读取存存储器通路存储器装置所有与服务器的交互都要通过随机接口。该访问方法的具体实施步骤如下：

步骤一：所述服务器12将该读取或查询指令通过接口13发送至所述存储器控制器11。

步骤二：所述控制器111对该读取或查询指令进行解析；也就是说所述存储器控制器中的控制器111对所述指令进行解析。

步骤三：当所述控制器111将所述指令解析为读取指令时，所述服务器12的CPU直接向所述存储器10中读取数据；当所述控制器111将所述指令解析为查询指令时，所述逻辑电路112在所述存储器10内搜索数据。

步骤四：读取或查询完成后，所述存储器控制器将读取或查询到的数据通过接口返回给所述服务器的CPU。也就是说，当所述服务器的CPU直接向所述存储器中读取数据结束后，以及逻辑电路在所述存储器内搜索数据完成后，读取或查询到的数据通过接口返回给所述服务器的CPU。

本发明优选地，所述逻辑电路的查询方法为数据顺序结构查询方法、数据二叉树结构查询方法或数据索引结构查询方法中的一种。

进一步优选地，所述存储器中存储的数据是以文件系统的方式进行存储和管理，所述控制器对所述文件系统进行解析。

本发明将存储器内数据的读写任务交给了存储器控制器，用户向服务器CPU发送请求指令，服务器CPU将搜索指令发给存储器控制器，然后控制器在存储器系统内进行数据数据检索或是写操作，这样就节省了服务器CPU的时间，减轻了服务器CPU的任务，提高了系统的性能。且本发明的存储器控制器中采用逻辑电路，其具有并行执行的特点，通常调用IP核，使其在搜索数据或是进行写操作时变得更加快速使结果更加准确，大大提高了系统的速度和效率。

服务器CPU是性能很高的处理器，其可以直接参与很复杂的科学运算处理，但是很多时候服务器CPU将大量的时间耗费在了在海量数据中搜索所需的数据信息，而存储器控制器大多数时间都处于空闲状态，本发明所述的方法可将这些简单重复不复杂的非科学运算处理放在存储器系统中进行是对系统性能有很高提升的很高效的方法。

本发明只需服务器CPU将查询质量传递给控制器，控制器搜索完毕后将数据信息返回给服务器CPU，这样大大减少了服务器内存和存储器之间数据传输瓶颈的问题，减少了IO口的占用率，从而提高了服务器的性能和传输的效率。

本发明首先通过电子终端设备向服务器发送一条检索指令，这是非复杂的数据查询过程，但是在存储海量数据的存储器中，找到我们所需的数据是很耗时的一个过程，如果是服务器CPU先去内存中搜索数据，然后再去存储器系统中搜索数据，势必会造成服务器CPU很长时间的等待，如果将这件事直接交给我们的存储器控制器部分，CPU就可以去执行其他任务，而存储器控制器中的逻辑电路模块就会并行执行搜索数据的任务，并且调用IP核，使搜索更加快速，结果更加准确。

本实施实例中服务器CPU是ARM9处理器，其内存是DRAM，外存是SD卡，存储器是PCM，逻辑电路是FPGA芯片，这样，当CPU的操作系统(这里假设是Linux)接收到电子设备终端发送的查找请求，这样Linux系统执行时数据库代码，然后调用文件系统，执行相关的程序代码，通过文件系统发送指令给存储器控制器，存储器控制器解码指令，逻辑电路模块根据解析出来的关键词进行搜索，调用IP核在PCM存储器内搜索所需的数据信息，搜索的方式可以是顺序检索、二叉树方式检索、索引方式检索，然后将信息返回给服务器内存，这时服务器系统检查到数据信息，从而检索过程结束。

由上面的实例可以看出，在查询过程中，服务器CPU仅仅参与了指令的传递的过程，耗时的搜索过程都由各个模块的存储器控制器来完成，大大节约了CPU的时间，降低了服务器系统的功耗，提高了系统的性能和执行效率。

综上所述，本发明提供一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置及其访问方法，用于解决现有技术中的控制器通过虚拟内存地址来管理存储器，造成了执行效率不高且出错概率高的问题。本发明通过存储器装置中控制器的逻辑电路对存储器内部数据进行搜索，并不需要服务器CPU来参与数据的查询工作，节约了CPU的时间，减少了数据的迁移、数据的查询等，从而减少了服务器的任务，提高了系统的性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于，该装置至少包括：

存储器；与所述存储器连接的存储器控制器；

所述存储器控制器包括：控制器，用于解析来自服务器的指令并使得服务器直接读取所述存储器中的信息；逻辑电路，用于按照所述服务器发出的指令来查询所述存储器中的信息并将所查询的信息返回给所述服务器；

该存储器装置还包括一接口；所述存储器控制器通过所述接口连接于所述服务器。

2.根据权利要求1所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述存储器控制器连接于服务器；所述存储器连接于所述服务器。

3.根据权利要求1所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述存储器为DRAM、PCRAM、SRAM、NORFLASH中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述逻辑电路为通用型集成电路芯片或专用集成电路模块。

5.根据权利要求4所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述通用型集成电路芯片为FPGA芯片。

6.根据权利要求4所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述专用集成电路模块为ASIC模块。

7.根据权利要求1所述支持逻辑电路快速查询的存储器装置，其特征在于：所述接口为随机访问接口。

8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法，其特征在于，所述访问方法至少包括：

(1)所述服务器将该读取或查询指令通过接口发送至所述存储器控制器；

(2)所述控制器对该读取或查询指令进行解析；

(3)当所述控制器将所述指令解析为读取指令时，所述服务器的CPU直接向所述存储器中读取数据；当所述控制器将所述指令解析为查询指令时，所述逻辑电路在所述存储器内搜索数据；

(4)读取或查询完成后所述存储器控制器将读取或查询到的数据通过接口返回给所述服务器的CPU。

9.根据权利要求8所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法，其特征在于：所述逻辑电路的查询方法为数据顺序结构查询方法、数据二叉树结构查询方法或数据索引结构查询方法中的一种。

10.根据权利要求8所述的支持逻辑电路快速查询的存储器装置的访问方法，其特征在于：所述存储器中存储的数据是以文件系统的方式进行存储和管理，所述控制器对所述文件系统进行解析。