Ανάπτυξη υβριδικού συστήματος με χρήση συσκευής FPGA για την επεξεργασία δεδομένων με γλώσσα SQL

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, ασχολείται με την τεχνολογία των συσκευών FPGA που αποτελούν μια πολύ σπουδαία εξέλιξη στο τομέα των ενσωματωμένων υπολογιστικών συστημάτων. Καταπιάνεται με μετασχηματισμούς επερωτήσεων από τη γλώσσα SQL σε μορφή γλώσσας περιγραφής υλικού VHDL. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο σχεδίασης CAD ISE και η συσκευή FPGA Spartan 3E της εταιρίας Xilinx. Μέσω της υλοποίησης και μέσω της προσομοίωσης των επερωτήσεων, παράχθηκαν αποτελέσματα ιδιαίτερα ενθαρρυντικά ως προς την αποδοτικότητα και την ευχρηστία των συσκευών FPGA. Επίσης, καθορίζεται ο τρόπος και μεθοδολογία σχεδίασης τέτοιων κυκλωμάτων με πολύ αναλυτικά βήματα, καθιστώντας την μεταπτυχιακή διατριβή ως ένα πλήρη οδηγό χρήσης για μελλοντικές αντίστοιχες προσπάθειες. Η έρευνα που υλοποιήθηκε, θα συμβάλει ιδιαίτερα στην εξέλιξη των μη παραδοσιακών τρόπων επεξεργασία δεδομένων. Συγκεκριμένα, αναδείχθηκε η χρήση των συσκευών FPGA ως ένα εργαλείο συν‐επεξεργασίας δεδομένων για άλλα μεγαλύτερα πληροφοριακά συστήματα, αλλά και ως ανεξάρτητη συσκευή επεξεργασίας δεδομένων. Αρχικά, έγινε μια πρώτη ανασκόπηση στις πράξης της σχεσιακής άλγεβρας όπως είναι αυτή της Επιλογής (SELECT), της Προβολής (PROJECT) και της Συνένωσης (JOIN). Εν συνεχεία, δημιουργήθηκαν οι τέσσερις επερωτήσεις Q1, Q2, Q3 και Q4 και δόθηκε η αναπαράσταση τους στη τρέχουσα τεχνολογία βάσεων δεδομένων, δηλαδή στη γλώσσα επερωτήσεων SQL. Έγινε η συσχέτισή των επερωτήσεων με τις πράξεις της σχεσιακής άλγεβρας και τέλος μετασχηματίστηκαν στη μορφή της γλώσσας περιγραφής υλικού VHDL, η οποία αναγνωρίζεται από τις συσκευές FPGA. Οι επερωτήσεις υλοποιήθηκαν ως λογικά κυκλώματα και προσομοιώθηκαν από το εργαλείο σχεδίασης CAD ISE, για να μετρηθεί η απόδοση τους αλλά και η αποτελεσματικότητα τους στην διεκπεραίωση ερωτημάτων. Όλες οι προσομοιώσεις αναλύθηκαν και παρουσιάστηκαν σε μορφή κυματομορφών και διαγραμμάτων. Τέλος, έγινε μια ανασκόπηση των αποτελεσμάτων και παρήχθησαν τελικές παρατηρήσεις και συμπεράσματα. Τα αποτελέσματα της ερευνητικής προσπάθειας, είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά και αποτελούν μια πρώτη προσέγγιση στον μη παραδοσιακό τρόπο επεξεργασίας δεδομένων, με χρήση της τεχνολογίας FPGA. Οι δυνατότητες που διανοίγονται για μελλοντικές επεκτάσεις είναι πάρα πολλές και ενδιαφέρουσες.