ARSITEKTUR MEDIA PENYIMPANAN BERBASIS MEMS UNTUK RELASI DATABASE

1
ARSITEKTUR MEDIA PENYIMPANAN BERBASIS MEMS UNTUK
RELASI DATABASE
MEMS based storage architecture for relational
databases

• Latar belakang/permasalahan, landasan
  teori/kerangka teoritis, metode penelitian,
  solusinya atau temuannya, kesimpulan

2
ABSTRAK

• Dengan kemajuan teknologi dibidang manufakturing
  semikonduktor, kesenjangan antara memory utama
  dan hard disk meningkat. Akan menyebabkan
  bottleneck (hambatan kerja) yang signifikan pada
  relational database manajement system (RDBMS).
• Beberapa kemajuan terbaru dalam teknologi nano
  (nanotechnology) yang memicu untuk menemukan
  teknologi penyimpanan dengan sistem penyimpanan
  yang menggunakan Microelectromechanical System
  (MEMS) .
• Dalam tulisan ini akan dikaji mengenai
  karakteristik fisik dari perangkat penyimpanan
  yang berbasis Sistem Micro Electro Mechanical
  (MEMS) untuk mengembangkan skema penempatan
  untuk relasi data yang memungkinkan pengambilan
  data dari kedua belah sisi baik itu dari baris
  (row) ataupun dari kolom (column)
• Di tulisan ini juga penulis mencoba mengembangkan
  algoritma untuk perbedaan operasi relasional yang
  berbeda berdasarkan pada tata letak data
  tersebut.
• Hasil dari eksperimen dan analisis disini
  menunjukkan (mendomonstrasikan) bahwa tata letak
  data tidak hanya meningkatkan pemanfaatan I / O,
  tetapi dapat menghasilkan performa kinerja cache
  yang lebih baik untuk berbagai macam operasi
  relasional yang berbeda.

3
Sistem MicroElectroMechanical (MEMS)

• Kemajuan dalam teknologi nano saat ini
  menjanjikan peranan penting untuk mengatasi
  begitu banyaknya keterbatasan fisik dari hard
  disk tradisional berbentuk magnet dan transistor
  berbasis memori chip
• Sistem Micro Electro Mekanikal (MEMS) sekarang
  ini sedang dikembangkan oleh berbagai perusahaan
  termasuk IBM, HP, Phillips, Seagate Technology,
  dan lain-lain.
• Pada tahun 2005 IBM telah menyelesaikan proyek
  IBM Milipede, IBM milipede adalah sebuah memori
  sebesar ukuran perangko yang dapat menyimpan
  beberapa gigabyte memori Non Volatile dengan
  cepat . Proyek ini menerapkan teknologi MEMS
  didalam sistemm penyimpananya.
• Dari hasil tersebut maka MEMS merupakan generasi
  masa depan dari bit digital yang dapat digunakan
  sebagai alat penyimpanan akan terus
  menyusut/mengecil sampai berbentuk molekul
  individu atau bahkan atom.
• Ilmuwan material dan insinyur mekanik akan terus
  bekerja mengembangkan perangkat penyimpanan
  berbasis MEMS sehingga lebih efisien, sedangkan
  praktisi di bidang ilmu komputer melakukan
  penelitian tentang bagaimana mengintegrasikan
  dengan seefektif mungkin perangkat tersebut ke
  dalam sistem komputer untuk berbagai aplikasi.
• Dari beberapa kelompok pengembang MEMS kedalam
  sistem komputer , Proyek CMU CHIPS (Proyek CHIPS
  dari Carnegia Mellon University) adalah kelompok
  yang paling dominan didalam pengembanganya, yang
  telah mengexplore berbagai isu dalam sistem
  operasi seperti permintaan dan penjadualan,
  penempatan data, dan lain-lain.

Non Volatile memory adalah sebuah memori yang
dapat menyimpan informasi bahkan ketika tidak ada
powerChips Center for Highly Integrated
Information Processing and Storage Systems
4
Apakah itu MEMS ?
Secara umum MEMS adalah teknologi yang dapat
diartikan element terkecil dari mekanikal dan
elektro mekanikal baik itu bentuk perangkat
ataupun struktur. MEMS didefinisikan sebagai
perangkat kecil atau array dari perangkat yang
menggabungkan listrik, mekanik, optik, kimia dan
/ atau komponen biologis yang dibuat melalui
sirkuit terpadu atau teknik manufaktur serupa.
Ini adalah dengan itu sangat alam bidang
multi-disiplin. Demikian pula, jenis perangkat
MEMS dapat bervariasi dari struktur yang relatif
sederhana yang tidak memiliki elemen bergerak,
sampai dengan sistem elektromekanis yang sangat
kompleks dengan elemen bergerak dan beberapa di
bawah kendali mikroelektronika terpadu. Salah
satu Kriteria satu utama MEMS adalah bahwa
setidaknya ada beberapa elemen yang memiliki
semacam fungsi mekanik apakah unsur-unsur
tersebut bergerak atau tidak. Sementara
elemen/komponen fungsional dari MEMS adalah
perangkat kecil dari sensor, struktur, actuator
dan micro elektronik
https//www.memsnet.org/about/what-is.html (http
//divisions.asme.org/mems/)
5
Arsitektur Penyimpanan berbasis MEMS
Penyimpanan berbasis MEMS adalah sebuah teknologi
baru yang menarik yang dapat memberikan
keuntungan kinerja yang signifikan melalui
teknologi disk drive saat ini dan dengan biaya
yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan
teknologi EEPROM. Semenjak MEMS tidak mengandung
komponen mekanik dalam bentuk besar, akses
latensi secara signifikan akan lebih kecil.
Selain itu, karena MEMS dibuat berdasarkan pada
teknologi berbasis silicon yang konvensional,
mereka dapat memberikan pengaruh/ manfaat pada
skala yang besar dalam hasil integrasianya dan
pengaruh dalam bentuk yang lebih kecil dalam
faktor ekonomi. Keuntungan lain dari MEMS
daripada disk adalah bahwa konsumsi tenaga
(power) jauh lebih kecil dan mereka tidak
terkena dampak lamanya latensi ketika baru
dinyalakan atau akan dimatikan Untuk mengurangi
kesenjangan antara memori dan hardisk, sistem
penyimpanan berbasis MEMS secara signifikan harus
dapat meningkatkan kinerja I / O pada aplikasi
yang berbeda.
Impian dengan menggunakan teknologi MEMS
http//www.pdl.cmu.edu/MEMS/index.shtml
6
Arsitektur Penyimpanan berbasis MEMS
Perangkat Sistem penyimpanan berbasis MEMS tidak
menggunakan piringan yang berputar dikarenakan
kesulitan dalam pembuatan perputaran yang efisien
dan reliable (dapat diandalkan) di dalam bagian
silikon. Kebutuhan yang ada sekarang adalah
kebutuhan sistem array di dalam sistem MEMS dalam
skala besar Heads yang digunakan untuk membaca/
menulis dipasang mikro-cantilevers tertanam dalam
semikonduktor berbentuk seperti wafer dan di
pasang dalam bentuk persegi panjang. Media sled
adalah media penyimpanan lain dari silicon
persegi panjang yang berbentuk wafer yang dapat
digunakan untuk merekam data dengan teknik
konvensional. Alasan inilah yang membuat sistem
penyimpanan berbasis MEMS dapat menyimpan data
dalam bentuk karakteristik dua dimensi.
7
Arsitektur Penyimpanan berbasis MEMS
Media sled diatur dalam bentuk empat persegi
panjang pada tingkat yang lebih rendah.
Masing-masing daerah persegi panjang ini berisi
array M N bit dan dapat diakses oleh satu tip.
Dan setiap daerah hanya merespon satu probe tip,
yang dapat mengakses data dalam daerah tersebut,

Bits didalam suatu daerah dikelompokkan ke dalam
90-bit kolom berbentuk vertikal yang disebut
sektor tip. Setiap sektor tip berisi dari 10 bit
informasi posisi dari Media sled dan 80 bit data
yang telah di encoded yang menyediakan 8 byte
data. 8 byte sector tips tersebut adalah unit
terkecil yang dapat di akses didalam media
penyimpanan berbasis MEMS dan ditentukan oleh
sumbu koordinat (x,y) dari media sleed dan
koresponden tip.
8
Arsitektur Penyimpanan berbasis MEMS
Tabel 1. spesifikasi CMU CHIPS berbasis MEMS
Pada model CMU CHIPS tidak semua tips dapat
dijalankan ini dikarenakan pada pembuangan panas
yang terjadi pada saat proses. Jumlah dari Tips
yang dapat dijalankan secara bersamaan dibatasi
hingga 1280 . Dan setiap area tersebut dapat
menyimpan 2000 x 2000 bit. Dari data di atas
maka media penyimpanan berbasis MEMS ini dapat
menyediakan kapasitas penyimpanan 1 10 Gb data
didalam area sebesar 1 cm.dengan kecepatan akses
dibawah milisecond.
9
Arsitektur Penyimpanan berbasis MEMS
Pemetaan MEMS sebagai perangkat penyimpanan
seperti disk Hasil dari penelitian menunjukkan
bahwa perangkat penyimpanan berbasis MEMS yang
berdiri sendiri menunjukan peningkatan watu
didalam menjalankan aplikasi secara keseluruhan
dengan faktor perbandingan dari 1.9 sampai
4.4 Media sled secara logika dibagi menjadi
daerah persegi seperti. Dan tiap daerah tersebut
terdiri dari array M x N bit, Dan data dapat
diakses oleh tip sector
Silinder didefinisikan sebagai kumpulan dari satu
set dari keseluruhan bit dengan sumbu x yang sama
di dalam suatu wilayah. Sebagai contoh sebuah
silinder terdiri dari seluruh bit yang dapat di
akses oleh setiap tip ketika media sled bergerak
dialam koordinat sumbu y. Sektor didalam media
penyimpanan berbasis MEMS adalah tip sector yang
berisi data yang lebih sedikit dibandingkan
sektor pada disk. Sector dapat di kelompokan
menjadi logical block
Terminologi dari media penyimpanan berbasis MEMS
10
Relasi Database dengan MEMS ?
Integrasi MEMS dari sudut pandang database
Tantangan terbesar didalam database ? Adalah
bagaimana mendukung operasi yang memiliki
kebutuhan yang bertentangan dalam hal penyimpanan
dan halaman layout. Workload (tipe beban kerja)
yang ada OLAP ? Online Analysis Processing. OLTP
? Online Transaction Processing. Proses
Transaksi On-Line (Online Transaction Processing
/OLTP) akan bekerja dengan performa yang lebih
baik dengan alokasi baris terarah. Proses
Analisis Online (On-Line analysis processing
/OLAP) berperforma lebih baik dengan alokasi
kolom yang terarah. Namun layout dari data
tradisional untuk relasi data hanya mendukung
dengan baik salah satu aplikasi baik itu aplikasi
OLTP atau aplikasi OLAP Didalam tulisan ini
diusulkan dan dieksploitasi dua dimensi dari
sifat alami dari perangkat MEMS untuk mendukung
proses query secara lebih efisien untuk berbagai
jenis tipe beban kerja (workload). Didalam
tulisan ini juga diusulkan Tata letak(layout)
yang dapat mendukung akses keduanya baik itu
akses dalam arah baris dan akses dalam arah
kolom dalam hubungannya dengan relasi. Didalam
tulisan ini juga diexploitasi cara pengambilan
paralel yang di miliki oleh perangkat MEMS untuk
efisiensi dalam mengurangi polusi Cache karena
tidak adanya data yang tidak perlu diterima oleh
perangkat MEMS
11
Relasi Database berbasis MEMS
Review from existing Page Layout Dengan
pemetaan sistem penyimpanan MEMS kedalam stuktur
seperti disk, teknik penempatan data yang ada,
seperti penyimpanan model N-Ary Storage Model
(NSM), model penyimpanan Decomposition Storage
Model (DSM) , dan Partition Attributes Accros
(PAX),dapat dengan mudah di adopsi kedalam sistem
penyimpanan berbasis MEMS. Contoh tabel
Database dari Student Grade
Contoh Sql dari tabel Studentgrade SELECT name
from StudentGrade where grade gt 90
12
Relasi Database berbasis MEMS
N-Ary Storage Model (NSM) Dalam query ini, hanya
atribut dengan nilai yang sesuai dengan Nama dan
grade yang perlu diambil dari StudentGrade.
Namun, karena tata letak record-by-record dari
relasi didalam NSM, semua catatan dari tabel
StudentGrade akan diambil. Selain itu, jika semua
record ini bergerak dari cache L1/L2 pada memori
CPU, cache akan tercemar karena bagian yang tidak
perlu dari setiap record. Dalam contoh ini,
atribut nilai perm ID dan usia akan dimuat ke
dalam cache. Hal ini menyebabkan buruknya
pemanfaatan kapasitas cache yang mengarah ke
cache misses dalam jumlah besar.
Layout metode NSM untuk relasi studentgrade
13
Relasi Database berbasis MEMS
Decomposition Storage Model (DSM) Untuk
mengoptimalkan pemanfaatan I / O, diusulkan model
penyimpanan Decomposition Storage Model (DSM).
DSM secara vertikal membuat relasi partisi
menjadi sub-relasi berdasarkan jumlah atribut.
Untuk hubungan yang diberikan dengan k atribut,
DSM menciptakan subrelations k sesuai dengan
setiap atribut. Setiap sub relation memiliki dua
atribut, sejumlah logical record dan nilai
atribut dari relasi. Setiap sub relation diatur
dalam halaman dalam cara yang sama seperti
NSM. DSM hanya mengambil data yang terlibat
atribut ke dalam memori, maka metode DSM sangat
baik dalam prosesnya. Namun, jika beberapa
atribut yang terlibat dalam satu query, DSM perlu
mengeksekusi joint operation yang cukup besar
untuk sub-hubungan. Untuk contoh query di atas,
sistem akan mengambil sub-hubungan yang sesuai
untuk name dan grade.
Layout metode DSM untuk relasi studentgrade
14
Relasi Database berbasis MEMS
Partition Attributes Accros (PAX) Mengoptimalkan
pemanfaatan dan kinerja Cache menjadi semakin
penting bagi DBMSs modern. Berdasarkan pengamatan
ini, diusulkan Partition Attributes Across (PAX).
Seperti NSM, kelompok PAX semua nilai didalam
atribut dimasukan ke dalam halaman mini. Dalam
proses ini PAX sama dengan NSM.
1. PAX mengoptimalkan lintas record didalam cache
untuk setiap atribut. Karena hanya subset dari
atribut yang terlibat dalam query. 2. PAX tidak
akan mencemari cache dengan nilai-nilai atribut
yang tidak digunakan. 3. PAX memiliki utilisas
Cache lebih baik dari NSM. 4. Dan untuk konsumsi
daya pada I/O PAX dan NSM memiliki konsumsi yg
sama. Karena pada satu halaman PAX berisi data
yang sama seperti NSM.
Layout metode PAX untuk relasi studentgrade
15
Relasi Database berbasis MEMS
Pengambilan Baris VS Kolom Dalam presentasi pada
Biennial Conference on Innovative Data Systems
Research(CIDR03), Michael Stonebraker membuat
kasus untuk beberapa organisasi data untuk relasi
data sehingga kompatibel dengan kedua OLTP dan
OLAP Workload. Karena karakteristik transaksi
pada OLTP adalah transaksi, sehingga database
perlu diakses secara baris (row) . Sedangkan pada
OLAP bertolak belakang, karena dalam query OLAP,
hanya perlu subset dari atribut, Jadi sistem
pada I / O memfasilitasi pengambilan data dengan
cara pengambilann data per kolom. NSM dan PAX
mendukung untuk OLTP workload. Sedangkan untuk
OLAP workload DSM akan lebih cocok Ramamurthy
mengusulkan keungulan dari kedua model NSM
(baris) dan DSM(kolom) digunakan. Dan mengatasi
kekurangan dari masing masing model. Dengan cara
menggunakan dua disk dengan dua salinan tabel
database. Satu salinan menggunakan NSM dan satu
menggunakan DSM. Dan setiap copy dari tabel
database declustered untuk pertimbangan dari
load balance. Dari ide tersebut muncul strategi
baru untuk menempatkan relasional data kedalam
media penyimpanan berbasis MEMS. Dalam layout
baru ini, kita hanya mengambil data yang
diperlukan ke dalam memori untuk pemrosesan query
dengan memanfaatkan dua dimensi karakteristik
dari media sleed dalam perangkat MEMS.
Sehinggan pendekatan ini dapat mengoptimalkan
kinerja cache serta meningkatkan pemanfaatan I /
O.
16
Relasi Database berbasis MEMS
Manajemen data pada media penyimpanan berbasis
MEMS Media penyimpanan berbasis MEMS belum
dikomersilkan, maka tidak ada standar dari
spesifikasi . Maka digunakan CMU CHIMPS sebagai
model perangkat fisik. Dan didalam model ini
hanya 20 (1280 dari 6400) dari jumlah tips yang
dapat diaktifkan secara simultan dan bersamaan
dikarenakan kendala pada power dan heat
dissipation (pembuangan panas). Ini menempatkan
kendala pada maksimum jumlah record yang dapat
diambil secara bersamaan oleh query yang
perintahkan dari relasi data yang disimpan pada
media penyimpanan berbasis MEMS. Jika MEMS
dipetakan seperti hardisk , dan data yang diambil
dalam satuan logical block, masing-masing tetap
dengan layout yg tetap dari database record.
Maka sesuai dengan tabel 1 (spesifikasi dari CMU
CHIPS) dgn asumsi ukuran block adalah 512 byte,
dan 20 logical block dapat di ambil secara
bersamaan. Dalam logical block jumlah record
adalah 512/S dimana S adalah ukuran record di R
dalam bytes. Contoh dalam tabel studentgrade
tabel 2 512/40? 12 Maka 240 record (20 12
logical block record/ logical block) dapat
diambil secara bersamaan.
17
Relasi Database berbasis MEMS
Manajemen data pada media penyimpanan berbasis
MEMS MEMS dapat diterapkan kesemua algorritma
dan workload. Potensi dari keuntungan kinerja
dari MEMS dapat berkurang atau bisa hilang jika
subset dari attribut atau attribut dari permID
kelas yang terlibat didalam query, sedangkan
idealnya bahwa semua 1280 tips dapat digunakan
untuk mengambil data. Untuk kasus studentgrade
1280 8/16 640 Jadi 640 record yang dapat di
ambil secara bersamaan, sehingga pemanfaatan I/O
dapat meningkat 1 tingkat . Berdasarkan dari
pengamatan ini diusulkan Flexible Retrieval Model
(FRM) Dimana pada model ini data dapat diakses
oleh tip sector bukan oleh logical block,
sehingga memungkinkan untuk memaksimalkan
beberapa tips dalam mengakses data yang relevan
dengan query. Didalam media penyimpanan
berbasis MEMS unit terkecil adalah tip sector
yang di tentukan dalam koordinat (x,y) dari media
sleed dan jumlah dari tip. Media sleed mempunyai
6400 tips dibagi menjadi 80 x 80 tip region.
Dimana tiap tip berhubungan dengan 1 tip
region Didalam skema FRM suatu Relation R
terletak diseluruh baris pada tip region .
18
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Pada gambar dapat dilihat hubungan dari 3
attribut dengan ukuran masing masing adalah 8
byte, jika di asumsikan media penyimpanan
berbasis MEMS berukuran 4 x 4 . Berdasarkan
langkah sebelumnya setiap baris dari tip sector
dengan koordinat yang sama hanya bisa menampung 1
record. Baris dari tip sector di tandai dengan
lingkaran / kotak masing masing berisi dari 1
relasi record.
Layout 7 metode FRM untuk relasi studentgrade
19
Flexible Retrieval Model (FRM) ?

• Alokasi Record pada baris yang berbeda
• Dalam FRM, data ditempatkan dalam sebuah baris
  tip sector per unit dengan koordinat yang sama,
  (untuk selanjutnnya dapat disebut baris(row) tip
  sector" untuk menunjukkan barisan dari tip
  sector dengan koordinat yang sama ").
• Untuk baris baru dari tip sector untuk suatu
  Relasi R. dapat di alokasikan sebagai berikut
• Setiap baris tip sector mempunyai koordinat (x,y)
  yang sama, maka memungkinkan untuk diaktifkan
  secara bersamaan .
• Disini akan dipilih baris tip sector dengan sumbu
  (x,y) yang sama sebelumnya di alokasikan sebagai
  baris pertama.
• Pada layout 7 baris 1 baris 4 memiliki
  koordinat yang sama.
• Jika baris 1 dialokasikan sebagai record 1 maka
  baris 2 dialokasikan sebagai record selanjutnya.
  
• Setelah seluruh tip region dengan koordinat yang
  sama telah dialokasikan sesuai dengan baris yang
  sesuai, Dengan pertimbangan dari gerakan fisik
  milik MEMS sebagai media penyimpanan.
• Berdasarkan data yang ada untuk mengurangi waktu
  pencarian (waktu dari media sleed untuk bergerak
  dari satu posisi ke posisi yang lain) harus
  dipertimbangkan urutan akses dalam sumbu y .
• Maka suatu baris baru yang memiliki koordinat x
  yang sama di koordinasikan dengan 1 sumbu y.
• Pada gambar 7 baris 5 memiliki sumbu x yang
  sama dengan baris 4 tetapi mempunyai sumbu y yang
  berbeda. Demikiann cara mengalokasikan 5 record
  kedalam 5 baris.
• Setelah semua baris telah dialokasikan, maka
  media sleed dapat bergerak dalam sumbu x, maka
  untuk baris baru dialokasikan dalam sumbu y yang
  sama, dengan sumbu x yang berbeda. Appendix A

20
Appendix A

• Appendix A The algorithm for data layout
• In this appendix, we give the algorithm for
  placing the relational data
• on MEMS-based storage as follows.
• Begin
• The number of tip regions of a MEMS-based storage
  is Tr Tc
• Tr is the number of tip regions in a row
• Tc is the number of tip regions in a column
• Relation R with attributes A1, A2, Ai , . . . ,
  Anr
• The size of each attribute is Si , i 1, . . . ,
  nr
• The number of records is numberOfRecords
• The size of one tip sector is Stip
• The number of tip sectors for each attribute is
  Ti
• The number of tip sectors for a record is n
• the number of tip sectors in a row allocated for
  R is sectorInRow
• The number of records in a row is recordsInRow
• Ti Si /Stip
• n nr
• i1 Ti
• sectorInRow Tr /n n

repeat Allocate sectorInRowTc tip sectors which
the coordinates (x, y) for R leftRecordsNumber
numberOfRecords - Tc sectorInRow if
moveDirection down then y y 1 if y is out
of range of movement of the media sled then y y
- 1, x x 1 Move the media sled to the
position (x, y), and turn it around moveDirection
up end if else y y - 1 if y is out of range
of movement of the media sled then y y 1, x
x 1 Move the media sled to the position (x,
y), and turn it around moveDirection down end
if end if until leftRecordsNumber 0 Done.
21
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Pengolahan Query Seleksi dan proyeksi dengan
tidak menggunakan Index. Seleksi dan proyeksi
digunakan untuk memanipulasi data dalam satu
relasi. Karena FRM memfasilitasi proses
pengambilan dalam kolom maka operator akan
membaca nilai attribut yang ada pada record.
Berdasarkan dari properti MEMS seluruh tip
region dengan koordinat yang sama mempunyai
potensi untuk dapat diakses bersamaan. Terdapat
2 kasus yang harus dipertimbangkan jika jumlah
tips (Na) untuk attribut lebih kecil dari
maksimum jumlah tips yg dapat di akses bersamaan.
Maka media sleed pertama akan bergerak dalam
sumbu y untuk membaca semua baris dengan berbagai
koordinat y. Kemudian bergerakk dalam sumbu x.
Appendix B
Untuk query SELECT name from StudentGrade
where grade gt 90 Hasil Analisa dari kinerja
I/O dan pemanfaatan dari Cache. seperti pada
gambar .
Tabel layout dari pendekatan FRM dan pemanfaatan
cache
22
Appendix B

• We describe the data retrieval algorithm in this
  appendix. We use the
• same names for the same parameters used in
  Appendix A, thus, we will
• not repeat their definitions in this algorithm.
• Begin
• Given a query Q
• The number of tip sectors in all rows with the
  same coordinates for
• the involved attributes is Na
• The number of maximum concurrent tips is Nc
• Move the media sled to the initial position
  (xstart , ystart )
• x xstart , y ystart
• moveDirection down
• leftRecordsNumber numberOfRecords
• if Na Nc then
• repeat
• Activate all these tips and access the data
• leftRecordsNumber numberOfRecords - Tc
  sectorInRow
• if moveDirection down then
• y y 1
• if y is out of range of movement of the media
  sled then

end if end if until leftRecordsNumber
0 else numberOfAccess Na Nc Divide the rows
of tip sectors with the same coordinates
into numberOf Access parts repeat repeat Activate
the next part of tips in the rows le f t
RecordsNumber numberOfRecords - Tc
sectorInRow if moveDirection down then y y
1 if y is out of range of movement of the
media sled then y y - 1, x x 1 Move the
media sled to the position (x, y), and turn
it around moveDirection up end if else y y -
1 if y is out of range of movement of the media
sled then y y 1, x x 1 Move the media
sled to the position (x, y), and turn
it around moveDirection down end if end
if until le f t RecordsNumber 0 Turn around the
media sled, let moveDirection equal its
opposite numberofAccess numberOfAccess -
1 until numberOf Access 0 end if Done.
23
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Kinerja Cache Dalam realita FRM memiliki
pemanfaatan kinerja Cache seperti PAX, bedanya
PAX meminimalkan data yang terlewat karena delay
dari Cache dengan memanfaatkan tata ruang dari
record. Jika semua atribut yang terlibat dalam
query baik itu NSM, PAX, dan FRM memiliki kinerja
cache yang sama, karena tidak ada dari mereka
membawa data yang tidak berguna ke dalam cache.
Ketika mempertimbangkan pemilihan berbagai
permintaan, semua dari ketiga pendekatan
menyebabkan polusi Cache. NSM dapat membawa data
yang tidak berguna ke dalam cache ketika nilai
dari attribut yang tidak diperlukan dibawa ke
dalam cache bersamaan dengan yang record
diperlukan. PAX mencemari cache ketika data dari
record dibawa ke dalam cache bersama dengan hasil
record. FRM menyebabkan polusi cache ketika
predikat gagal, nilai-nilai dari atribut lainnya
dari catatan mencemari cache FRM tidak mengambil
data atribut yang tidak berguna, FRM tidak akan
mencemari cache dengan nilai-nilai atribut tidak
terlibat. maka FRM lebih baik dibandingkan NSM
dalam hal pemanfaatan cache
24
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Seleksi dan proyeksi dengan struktur
indeks Karena indexing dapat mempercepat query,
akan dibahas bagaimana memproses ketika struktur
indeks digunakan. Kita dapat menerapkan struktur
indeks yang ada dengan sedikit perubahan pada
node indeks. Dalam penyimpanan MEMS, lokasi
sebuah record diidentifikasi oleh koordinat tip
sector dan posisi dari record pada grup tip
sector. Setiap record memiliki ukuran yang sama
untuk memfasilitasi akses record dalam bentuk
kolom, data yang sesuai dengan kelompok tip
sector dapat dibagi ke dalam sel dan
masing-masing mengandung satu record
Pada gambar Setiap tip sector dgn koordinat yang
sama mempunyai 3 record maka Grup tersebut dapat
dibagi menjadi 3 kolom. Terdapat 6 baris tip
sector dgn koordinat sama. Maka record manapun
dapat diidentifikasikan dengan 4 nilai yaitu
Koordinat (x dan y) dari tip sector atau
penomoran baris R dan penomoran baris kolom C ,
dimana R dan C menunjukan posisi record pada tip
sector. Berdasarakan penelitian indexing, FRM
memiliki kinerja lebih baik dari NSM dan PAX
dalam hal penggunaan memori, kinerja Cache , dan
konsumsi I / O Dalam FRM, semua diambil catatan
memenuhi predikat dan hanya berisi nilai-nilai
diproyeksikan atribut.
The logical layout of records in a group of tip
sectors
25
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Join Operation Join Operation adalah salah satu
operasi yang paling penting dan digunakan untuk
menggabungkan informasi dari dua atau lebih
relasi. Dikarenakan konsumsi I / O sangat besar
pada Join Operation. Beberapa algoritma Joint
Operation diusulkan, seperti nested join, merge
join, sort join, hash-join, dan indexbased
join. indexbased join dinilai paling efisien
dalam join operation. Dalam hal ini FRM
menggunakan Indexbased join dimana dinilai paling
efisien.
A,B,C adalah single attribut R(A,B) 8 S (B
,C) Dalam gambar B mewakili Indexes R
mewakili Relationship S mewakili Join
Operation. Algoritma Join operation dalam FRM
dapat mengambil nilai B dari R dan S untuk
membuat indexes pada B.
Joins using sorted indexes
26
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Variable Length Record Dalam database
relasional, sebuah record terdiri dari record
header, Values fixed-length attributes,
variable-length attributes . Header record
digunakan untuk menyimpan meta data dari catatan,
seperti pointer ke skema yang sesuai catatan
seperti waktu modifikasi, dan panjang record
. Beberapa sistem database komersial menggunakan
penempatan record yang sama. DB2 menggunakan dua
byte untuk menyimpan ukuran nilai riil dari
variable-length attributes. Pada Oracle record
disusun sedemikian rupa sehingga semua atribut
diperlakukan sebagai variabel-lenght dan setiap
nilai atribut terkait dengan tag untuk
menunjukkan panjangnya. Pada FRM atribut yang
sama akan dialokasikan ke nomor yang berbeda dari
tip region tergantung pada Variable Length Record
(panjang variable dari record).
27
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Evaluasi FRM dengan Dataset Sintetik Dalam
evaluasi ini menggunakann eksperimen untuk
menganalisa penggunaan memori dan performa I/O
serta pemanfaatan Cache dari FRM dengan
perbandingan NSM dan PAX. Pada evaluasi ini
tidak menggunakan DSM dikarenakan PAX performanya
lebih dibandingkan dengan DSM. Dengan
menggunakan dataset yang mempunyai 1,28 juta
Record yang terdiri dari 8 byte attribut. Query
SELECT A1, A2, . . . , An from R where A1 gt
Bound Dimana Ai adalah attribut dari relation
R. Karena FRM tidak menggambil attribut yang di
anggap tidak berguna, maka performa dari cache
tidak akan terpengaruh dari posisi A1, A2, . . .
, An pada query tsbt. Begitu pula dengan PAX,
berbeda dengan NSM query tersebut sangan
mempenngaruhi pada performa cache.
28
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Penggunaan Memory Secara umum, hubungan antara
atribut n dan query yang melibatkan atribut m (di
mana m n), Pendekatan penghematan Memori dari
FRM adalah (the size of m attributes/the size of
n attributes) M. Dimana M memory yang
terpakai dari NSM dan PAX. Apabila dalam query
untuk R melibatkan 1 attribut, FRM dapat
menghemat 93,75 ((1-(1x8)/(16x8x100) dari
penggunaan memory yang digunakan NSM dan PAX.
29
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Performa I/O Didalam media penyimpanan berbasis
MEMS , dengan rumus pengambilan dengan persamaan
waktu timeservice timeseek
timetransfer. Dikarenkan seluruh data dari
relasi ditempatkan secara berurutan didalam
media penyimpanan maka kita dapatkan timeseek
timetrackswitchtime timesettletime
timeturnaround. Dalam moteode NSM dan PAX,
banyaknya record didalam sebuah halaman atau
logical block adalah sama, sehingga mereka
mempunyai waktu I/O yang sama. Sedangkan dalam
FRM relasi ditempatkan di unit dalam tip sector.
Setiap attribut tersebar melalui tip sector.
Logical block berisi 512 bytes yang disimpan
pada 64 tip sector . Jumlah tip yang dapat
diaktifkan bersamaan adalah 1280, maka masing
masing dapat mengambil 20 logical block. Dengan
jumlah catatan 1.280.000 dan setiap record adalah
16 x 8 byte, jadi R berisi dari 320.000 halaman,
yang dapat diproses 16.000 (320.000/20). Dan
setiap proses dapat dijalankan dalam waktu 0,12
ms. Total dari timetransfer dalam relari R adalah
Time transfer 16.000/o.129 2024 ms.
30
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Performa I/O Dan untuk perhitungan time seek
Ditiap tip sector terdapat 2000 x 2000 bit.
Karena beberapa bit digunakan untuk koreksi
kesalahan, maka setiap kolom dapat memiliki tip
sector 22 yang terdiri dari 8-byte. Karena
beberapa bit yang digunakan untuk koreksi
kesalahan, maka setiap kolom dapat memiliki tip
sector sebanyak 22 masing masing 8-byte. Tip
region terdiri dari 80 80 tips. Dengan
demikian masing-masing kolom tip region dapat
memiliki 1.760 (80 22) tip sector.
Maka Relasi R dapat memproses 16.000 x 1280 tip
sector. Ini dikarenakan maksimum dari tip yang
dapat dijalankan bersamaan adalah 1280, dan data
diakses dalam sumbu Y. Kita dapat menggunakan 16
baris pertama (16 80 1280) kolom tip region
untuk R. Jadi nomor kolom nc di tip region
adalah nc 16, 000 1280/(1760 16)
728. timeseek 728 0.275 200.2 ms.
31
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache Dalam memori utama,
skema penempatan data hanya mempengaruhi aliran
data dari memori utama ke prosesor, yang
dievaluasi oleh kesalahan pada cache.
Jadi,disini dilakukan percobaan untuk
membandingkan performa cache dari metode NSM,
PAX, dan FRM. Disini dijelaskan mengenari
eksperimental yang telah disesuaikan. Maka dapat
dilaporkan hasil dari percobaan berdasarkan pada
derajat yang berbeda dari selektivitas dan
Projektivitas. Eksperimen dilakuan dengan sistem
penritum II Celeron 433 x 2 processor. Komputer
ini mempunyai 2 level cache. Cache L1 terdiri
dari 16 Kb dengan 32 byte long cache.
32
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache Dengan mengeksekusi
query dari 3 metode, dengan variasi dari nilai
atribut, dan mengubah nilai Bound untuk
mengontrol selektivitas. Dengan menggunakann 1
attribut maka didapat hasil dari metode NSM, PAX
dan FRM pada gambar.
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with one
selected attribute
33
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache Dengan mengeksekusi
query dari 3 metode, dengan menggunakan 2
attribut maka didapat hasil dari metode NSM, PAX
dan FRM pada gambar. Pax memiliki performa lebih
baik.
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with 2 selected
attribute
34
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache Dengan mengeksekusi
query dari 3 metode, dengan menggunakan 13
attribut maka didapat hasil dari metode NSM, PAX
dan FRM pada gambar. Disini dapat dilihat bahwa
FRM mempunyai performa yang lebih baik
dibandingkan NSM dan PAX.
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with 13
selected attribute
35
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache Dan dalam
eksperimen yang dilakukan untuk mengevaluasi
relasi antara performa cache dengan hasil .
Dimana selectivity dirubah 100 dan jumlah
attibut yang terlibat dirubah. Disini dapat
dilihat bahwa FRM dan PAX mempunyai performa yang
sama untuk performa dari cache.
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with
selectivity 100
36
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Analisis dari Performa Cache
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with
selectivity 50
Data cache penalty of NSM/PAX/FRM with
selectivity 10
37
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Evaluasi FRM dengan menggunakan Benchmark
Disini akan di bandingkan PAX, NSM, dan FRM
dalam hal penggunaan waktu I/O, dengan
menggunakan relasi LINEITEM, ORDERS dan PART
yang terlibat dalam query Q1, Q6, Q12 dan Q16.
Disini menggunakan prototype dari CMU CHIPS
38
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Performa dengan Query Query disini melibatkan
operasi dalam select, aggregation, groupby dan
order dalam tabel LINEITEM. Dimana terdapat 1.2
juta record. Dan semua record ditempatkan secara
berurutan. nc 20, 000 1280/(1760 16)
910. Hasil dari metode NSM, PAX dan FRM
39
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Performa dengan Query Pada eksperimen
berikutnnya berdasarkan indexi-based join. Dimana
FRM memiliki performa I/O jauh lebih baik dari
NSM dan PAX. Bahkan lebih baik lagi dari FRM hash
join. Hasil dari metode NSM, PAX dan FRM dengan
indexing.
40
Flexible Retrieval Model (FRM) ?
Kesimpulan

• MEMS dinilai lebih murah untuk biaya pembuatan
  dengan kapasitas penyimpanan yanng jauh lebih
  besar.
• Mems merupakan kemajuann dari teknologi nano.
• MEMS memiliki kelebihan karena dapat membaca
  array dengan koordinat sumbu (x,y)
• MEMS memiliki sistem yang dapat di terapkan pada
  workload yang ada yaitu OLAP dan OLTP.
• MEMS dapat diimplementasikan pada berbagai
  metode penyimpanan (NSM, DSM dan PAX)
• Mems memiliki performa kinerja I/O yang jauh
  lebih baik dibandingkan metode penyimpanan
  lainya.
• MEMS memiliki performa cache dengan baik
  dibandingkan dengan metode lainya.
• Metode MEMS telah dibuktikan dapat bekerja pada
  query dengan join operation dan tetap lebih baik
  dari NSM dan PAX.
• Selesai
  

41
(No Transcript)