基于PCM的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理初探

崔俊多

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)逐漸成為人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。但近年來(lái)受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，大數(shù)據(jù)的處理變成了一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。PCM即變相存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，憑借著它自身存在的優(yōu)勢(shì)，為大數(shù)據(jù)的處理帶來(lái)了新的方式。本文旨在通過(guò)對(duì)PCM的研究，探析在PCM運(yùn)行之下大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

【關(guān)鍵詞】PCM；大數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)；管理

PCM的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)帶來(lái)了新的變革，為大數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)帶來(lái)了新的發(fā)展的契機(jī)。在目前大數(shù)據(jù)的使用滲入到人們生活的每一個(gè)階段，關(guān)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理變得十分的重要。大數(shù)據(jù)的順利儲(chǔ)存與處理直接的關(guān)系到人們信息的安全，和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此要重視關(guān)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。

1大數(shù)據(jù)

1.1大數(shù)據(jù)的緣起

在當(dāng)前各種數(shù)據(jù)輪番暴漲的時(shí)代，大數(shù)據(jù)已然變成了人們口中的一個(gè)熱門(mén)的話題。關(guān)于大數(shù)據(jù)的相關(guān)定義，有官方稱(chēng)“在短時(shí)間內(nèi)內(nèi)無(wú)法用常規(guī)的工作軟件對(duì)其進(jìn)行收集、儲(chǔ)存與管理的數(shù)據(jù)，即為大數(shù)據(jù)?！痹诖蟛糠值难芯空哐壑校髷?shù)據(jù)就是在數(shù)據(jù)的規(guī)模、類(lèi)型、處理速度上較為緩慢的數(shù)據(jù)，它的存在向新的數(shù)據(jù)管理提出了新的挑戰(zhàn)，對(duì)于如何滿足現(xiàn)階段的大數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，變成了首當(dāng)其沖的問(wèn)題。

1.2大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

（1）種類(lèi)繁多

大數(shù)據(jù)作為各種數(shù)據(jù)的集成，它所擁有的種類(lèi)也是比較的多變的。如：電網(wǎng)應(yīng)用中的大數(shù)據(jù)就包含有眾多的數(shù)據(jù)類(lèi)型，僅僅針對(duì)用電用戶的數(shù)據(jù)就包含有用電數(shù)據(jù)，用戶信息的數(shù)據(jù)，電費(fèi)清算的數(shù)據(jù)等。由此不難看出大數(shù)據(jù)是一個(gè)龐大的體系，它的種類(lèi)也是經(jīng)常變動(dòng)的。

（2）獲得速度快

對(duì)于大宗的數(shù)據(jù)處理來(lái)說(shuō)，快速的獲取各種信息變得十分的重要，只有在更快的獲取到所需要的數(shù)據(jù)才能更好的加以處理。如：自然災(zāi)害的發(fā)生總是猝不及防，關(guān)于受災(zāi)地區(qū)的數(shù)據(jù)的收集則就在獲取的速度上有相當(dāng)高的要求。只有及時(shí)的獲取信息才能更好的阻止災(zāi)害帶來(lái)的破壞繼續(xù)的蔓延。因此關(guān)于大數(shù)據(jù)的的處理，獲取速度是其中的一個(gè)重點(diǎn)。

（3）數(shù)據(jù)的真實(shí)性

大數(shù)據(jù)的收集的來(lái)源一般都是比較可靠的，因此關(guān)于大數(shù)據(jù)的質(zhì)量上也是可以得到很好的保證。如：國(guó)家氣象局每天進(jìn)行的天氣播報(bào)，關(guān)于各個(gè)地區(qū)的天氣的變化情況，都是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的機(jī)械觀察總結(jié)得出的，在對(duì)于指導(dǎo)人們的生活方面是具有相當(dāng)大的參考意義的。因此，對(duì)于大數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性也是難以忽視的。

（4）價(jià)值高

關(guān)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)的一次收集可以應(yīng)用到許多的方面，以最低的成本創(chuàng)造出最高的價(jià)值。如：地質(zhì)部門(mén)收集的關(guān)于某地區(qū)的地形地況的資料，在對(duì)于該地區(qū)的城市的規(guī)劃，農(nóng)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)都是具有參考價(jià)值的，因此我們可以說(shuō)大數(shù)據(jù)是用最低的成本創(chuàng)造了最大的價(jià)值。

2PCM的應(yīng)用

2.1 PCM的概述

PCM作為一種用于儲(chǔ)存大數(shù)據(jù)的變相的儲(chǔ)存器，它很好地適應(yīng)了當(dāng)前對(duì)于大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的更高的要求，更加適合高效的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。關(guān)于閃存技術(shù)對(duì)于大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的沖擊，研究者們紛紛投以了探究的目光。在近幾年P(guān)CM的應(yīng)用逐漸的發(fā)展起來(lái)，并在眾多的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中大獲好評(píng)，被研究者們認(rèn)為是未來(lái)最具有發(fā)展?jié)摿Υ髷?shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。

2.2 PCM的發(fā)展?fàn)顩r

PCM的研究最早開(kāi)始于上世紀(jì)的六十年代，隨著半導(dǎo)體的技術(shù)與相關(guān)的材料的演變，變相的儲(chǔ)存器的優(yōu)勢(shì)逐漸的顯現(xiàn)出來(lái)并得到了廣泛的重視。直至2007年才有專(zhuān)門(mén)研發(fā)PCM的公司出現(xiàn)，隨著人們對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求不斷地增加，PCM也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，2012年更是將PCM的研發(fā)推到了一個(gè)頂峰，中國(guó)更是在這一年第一次擁有可以自主生產(chǎn)變相儲(chǔ)存器的企業(yè)。

2.3 PCM的特性

（1）高存儲(chǔ)密度

PCM儲(chǔ)存單元中的材料主要是硫化物，這種材料的特性是是可以根據(jù)電壓的改變而隨之發(fā)生變化呈現(xiàn)出不同的電阻值。這種材料的應(yīng)用可以通過(guò)使用不同的電阻值來(lái)分區(qū)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，以達(dá)到一個(gè)儲(chǔ)存單元可以儲(chǔ)存多個(gè)字節(jié)的目的。另外在PCM的制作技術(shù)的不斷提高，在同等大小上的PCM儲(chǔ)存器可以儲(chǔ)存更多的數(shù)據(jù)。

（2）不易失控

PCM是通過(guò)儲(chǔ)存單元中的硫化物的電阻值的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)于數(shù)據(jù)的保存的，而硫化物本身的電阻值在不同的電壓和電流的變動(dòng)而變動(dòng)，硫化物的穩(wěn)定性就幫助PCM在進(jìn)行儲(chǔ)存大數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)容易丟失，也不需要通過(guò)持續(xù)的供電來(lái)保證儲(chǔ)存中的大數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化。

（3）低能耗

PCM儲(chǔ)存是屬于微型儲(chǔ)存器中的一種，僅僅只是依靠硫化物來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，不涉及到過(guò)多的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。并且在低電壓的運(yùn)行中，PCM的讀寫(xiě)與操作的能耗都是比較少的，不需要通過(guò)定期的刷新電流來(lái)保存數(shù)據(jù)，屬于綠色的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

（4）讀寫(xiě)不對(duì)稱(chēng)

PCM的讀取延遲較其他的閃存要減少一到兩個(gè)的數(shù)量級(jí)，并且在新一輪的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中不需要抹除以前留下的痕跡，只需要通過(guò)編碼的更改來(lái)實(shí)現(xiàn)新的一輪的數(shù)據(jù)的更新。其讀寫(xiě)的不對(duì)稱(chēng)性主要體現(xiàn)在讀取的延遲之上，也就是說(shuō)較其他的存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)來(lái)看，它在運(yùn)行中呈現(xiàn)出一種非對(duì)稱(chēng)式的記錄。

（5）使用壽命短

PCM的元件在經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，里面的相變材料會(huì)變得十分的粗糙，容易導(dǎo)致單元格的數(shù)據(jù)收集失敗，因此在PCM的元件使用上，它的使用次數(shù)是有一定的限制的。所以在對(duì)于PCM的元件的設(shè)計(jì)上關(guān)于使用壽命的思考也是相當(dāng)?shù)闹匾摹?/p>

3大數(shù)據(jù)中的PCM的應(yīng)用

3.1主存構(gòu)架

在大數(shù)據(jù)橫行的時(shí)代，人們對(duì)于可以大容量的儲(chǔ)存的要求，對(duì)于在主存系統(tǒng)中存在的問(wèn)題人們提出了相應(yīng)的解決辦法。在開(kāi)始是用PCM完全的代替原來(lái)的DRAM，這種主存的機(jī)構(gòu)之下，構(gòu)成比較的簡(jiǎn)單而且是按照DRAM的運(yùn)行來(lái)進(jìn)行工作的，它的讀寫(xiě)的效率較低。針對(duì)這樣的情況出現(xiàn)了混合的朱構(gòu)架模式，所謂的混合式主構(gòu)架模式就是PCM與DRAM混合的存在與主存中。這樣的主存模式將PCM的容量大，能耗低與DRAM的讀寫(xiě)快結(jié)合起來(lái)，有效地解決了單一的PCM運(yùn)行的讀取慢的問(wèn)題，但容易造成主存架構(gòu)內(nèi)部變得復(fù)雜。因此在目前來(lái)看各種主存得的構(gòu)架模式對(duì)于大數(shù)據(jù)的處理來(lái)說(shuō)都是有一定的缺失的。

為了進(jìn)一步的改善這樣的情況，我們?cè)谥鞔娴倪\(yùn)行中可以通過(guò)減少無(wú)用的寫(xiě)入數(shù)據(jù)、提前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)整理，通過(guò)對(duì)于不同數(shù)據(jù)的編碼來(lái)將復(fù)雜的運(yùn)行步驟不斷的進(jìn)行縮減，以達(dá)到高效的處理各種數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

3.2磨損均衡

在對(duì)于大數(shù)據(jù)的處理中的材料的磨損來(lái)說(shuō)，主要是在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移一個(gè)值的空間以去除在寫(xiě)入內(nèi)容時(shí)對(duì)于可用時(shí)間的影響。再對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，要將每個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)周期性的轉(zhuǎn)移，將數(shù)據(jù)計(jì)算的方法變簡(jiǎn)單，減少不必要的儲(chǔ)存開(kāi)支。

3.3硬件的糾錯(cuò)

關(guān)于在DRAM的運(yùn)行中的錯(cuò)誤是暫時(shí)性的并且可以恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)據(jù)，而PCM的運(yùn)行中一旦錯(cuò)誤是永久的并不可恢復(fù)的。這就對(duì)于在運(yùn)行過(guò)程中的硬件的糾錯(cuò)變得十分的重要。我們要通過(guò)使用指針的方式將錯(cuò)誤的數(shù)值進(jìn)行撤銷(xiāo)，并迅速的用另一個(gè)正確的數(shù)據(jù)來(lái)代替它的存在。針對(duì)不同的硬件出現(xiàn)的不同的錯(cuò)誤我們要將其進(jìn)行分組化的處理，不斷的糾正各個(gè)組合內(nèi)部的錯(cuò)誤，將儲(chǔ)存的空間合理的分配，以達(dá)到最優(yōu)的儲(chǔ)存效果。

總結(jié)

關(guān)于PCM在大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理中是十分的重要的，面對(duì)目前的PCM中存在的問(wèn)題的研究與解決已經(jīng)提上發(fā)展的日程。人們?cè)诓粩嗟陌l(fā)展PCM的應(yīng)用時(shí)，關(guān)于大數(shù)據(jù)的處理能力也在不斷的提升。因此在進(jìn)入大數(shù)據(jù)的時(shí)代，關(guān)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，是可以通過(guò)技術(shù)的不斷的革新來(lái)加以完善的。

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