Melden Sie sich hier an, um auf Kommentare und die Whitepaper-Datenbank zugreifen zu können.

Kein Log-In? Dann jetzt kostenlos registrieren.

Falls Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie es hier per E-Mail anfordern.

Der Zugang zur Reseller Only!-Community ist registrierten Fachhändlern, Systemhäusern und Dienstleistern vorbehalten.

Registrieren Sie sich hier, um Zugang zu diesem Bereich zu beantragen. Die Freigabe Ihres Zugangs erfolgt nach Prüfung Ihrer Anmeldung durch die Redaktion.

18.01.1980 - 

Tendenzen im Gebiet der Datenbanksysteme:

DB-Akzeptanz und Technologie im Feedback

Der Stand der Datenbanksysteme läßt sich durch zwei Haupttendenzen charakterisieren: 1. rasch zunehmende Akzeptierung durch die Benützer und 2. rascher technischer Fortschritt auf logischer, physikalischer und architektonischer Ebene. Diese beiden Phänomene hängen eng miteinander zusammen. Die zunehmende Akzeptierung durch die Benützer beruht teilweise auf der Tatsache, daß die Preise im Bereich der Direktzugriff-Massenspeicher innerhalb der letzten acht Jahre auf ein Zehntel gefallen sind und sich weiterhin alle 30 bis 36 Monate um den Faktor 2 verringern.

Die Verfügbarkeit billiger Direktzugriff-Massenspeicher hat die Benützer veranlaßt, sich von den bandorientierten sequentiellen Dateien abzuwenden zugunsten von Strukturen, welche sich für einen effizienten Direktzugriff eignen. Eine Umfrage hat jüngst gezeigt, daß etwa die Hälfte der mittleren und großen Systeme, die zur Zeit erworben werden, einer Datenbankanwendung zugeführt werden.

Umgekehrt hat der sehr große Markt für Datenbanksysteme zu einer verstärkten Forschungs- und Entwicklungstätigkeit zur Verbesserung der Technik auf diesem Gebiet geführt. Dieser positive Feedback beruht natürlich entscheidend auf dem grundlegenden Nutzen von Datenbanksystemen für den Endbenützer und auf dem Fehlen bedeutender Hindernisse für die Verbesserung der Technik.

Geschichte und Nutzanwendungen von Datenbanksystemen sind in der Literatur bereits ausführlich behandelt worden und brauchen deshalb hier nicht wiederholt zu werden. Hingegen drängt sich wegen des raschen technischen Fortschritts auf diesem Gebiet eine Übersicht über die gegenwärtigen Forschungsanstrengungen und technologischen Tendenzen auf. Dies soll versucht werden.

Die Situation ist insofern paradox, als trotz einer Verdoppelung der Leistung im Vergleich zu den Kosten in Dollars innerhalb von 4 bis 5 Jahren die Anforderungen der Benützer noch schneller zunehmen. Diese Tendenz bewirkt ein beträchtliches Interesse an Computerarchitekturen, welche eine größere Leistungsfähigkeit bei Speicherungs- und Auffindungsanwendungen ermöglichen. Im wesentlichen bewegen sich alle Architekturverbesserungen in dieser Hinsicht in die Richtung von Datenbanksystemen. Datenbanksysteme wurden entwickelt, um eine Reihe von Mängeln bei Dateiverwaltungssystemen zu überwinden. Datenbanksysteme haben folgende Vorteile:

- Speicheraufbau unabhängig von besonderen Anwendungen

- explizite Datendefinition unabhängig von Anwendungsprogrammen

- der Benützer braucht weder das Datenformat noch die physikalische Speicherstruktur zu kennen

- Integrität unabhängig vom Anwendungsprogramm gewährleistet

- Fehlerbehandlung unabhängig von Anwendungsprogrammen

- Einzeldatenkopie eliminiert Redundanz und Inkonsistenz von Mehrfachdateien

Hier sollen die technischen Neuerungen hinsichtlich der vier Hauptkategorien bei Datenbanksystemen betrachtet werden:

- Massenspeicher-Hardware

- Benutzer-Interface

- verteilte Datenbanksysteme und

- Datenbankcomputer

Massenspeicher-Hardware

Die gegenwärtigen Speichersysteme umfassen eine Hierarchie aus Direktzugriff- und Sequentiellzugriffspeicherung. Der Direktzugriffspeicher oder Hauptspeicher wird im allgemeinen bei der Diskussion der Massenspeicher nicht betrachtet, hat aber auf diesem Gebiet einen großen Einfluß. Hauptspeicherung liefert die notwendigen Pufferbereiche zum Betrieb von Direktzugriff- oder Sequentiellzugriffspeichern und wird heute mit Kapazitäten geliefert, die noch vor zehn Jahren der Massenspeicherung zugerechnet worden wären. Während anfang der 70er Jahre Hauptspeichereinheiten mit mehr als vier Megabyte in Großsystemen selten vorkamen, sind heute umgekehrt in den gleichen Systemen Hauptspeicher unter vier Megabyte eine Seltenheit. Mit der Verbilligung der Hauptspeicher hat sich das optimale Systemgleichgewicht auf die Seite größerer Hauptspeicher verschoben. Dadurch hat sich die Rechnernutzung von typisch 50 bis 60 Prozent anfang der 70er Jahre auf die heute üblichen 85 bis 95 Prozent verbessert. Die Größe der Hauptspeicher hat auch zu einer Verminderung der Input/Output-Operationen geführt, da mehr Daten im Hauptspeicher verbleiben, anstatt sich zu tieferen Ebenen in der Speicherhierarchie zu verschieben. Diese Hauptspeicherhaltung zeigt sich in der Form von gehaltenen Seiten (durch Hardware oder Software) oder von kompletten Dateien oder Datenbanken.

Abbildung 1 verdeutlicht quantitativ die Kostenentwicklung der Hauptspeicherung im Zuge der Entwicklung zu höheren Ebenen der Chip-Integration für dynamische Metalloxid-Halbleiter. Insgesamt ist der Preis von 1,0 Cent pro Bit 1970 mit 1k-Chip auf 0,1 Cent pro Bit 1978 mit dem gegenwärtigen Standardchip (16 K) gefallen. Als allgemeine Tendenz vervierfacht sich die Anzahl der Bits pro Chip alle drei Jahre, wodurch der Preis etwa alle vier Jahre um die Hälfte reduziert wird (die Kostenreduktion verläuft nicht linear, da die Preise bei Kästen, Kabeln, Stromversorgung und Interface-Logiken bedeutend konstanter verlaufen).

64 K-Chips sind jetzt erhältlich. Diese Technik dürfte in den 80er Jahren massenhaft verbreitet werden, was die gegenwärtige Tendenz aufrechterhalten wird.

Die gegenwärtigen Verbesserungen auf dem Gebiet der Photolithographie lassen ein 262 K-Chip als möglich erscheinen, wobei die ersten Beispiele bis 1982 vorliegen dürften. Später kann vielleicht sogar das 1-Megabit-Chip entwickelt werden. Auf diesem Integrationsniveau liegen die Hauptspeicherkosten hauptsächlich beim Interface und der unterstützenden Ausrüstung und werden nahezu unabhängig von der Speichergröße. Solch niedrige Kosten, führen zu immer größeren Hauptspeichern in allen Kategorien von Computersystemen.

Direktzugriffspeicher

Die Anforderungen an Direktzugriffspeicherung wurden bislang von Magnetplatten mit festen oder beweglichen Köpfen befriedigt. In jüngerer Zeit haben sich zwei neue Festkörper-Direktzugrifftechniken entwickelt. Dabei handelt es sich um Ladungstransportspeicher und um Magnetblasenspeicher. Optische Speicher mit Lasertechnik wurden ebenfalls vorgeschlagen und gelegentlich entwickelt, scheinen aber in absehbarer Zukunft kein brauchbares Direktzugriffprodukt hervorzubringen.

Die Kapazität der Magnetplatten hat dank einer Zunahme der Aufnahmedichte rasch zugenommen. Die Speicherkapazität einer hochmodernen Magnetplatte mit beweglichem Kopf (siehe Abbildung 2) hat sich von etwa 30 Megabyte 1965 auf 600 Megabyte 1978 erhöht. Dies wurde dank einer Erhöhung der Aufnahmedichte von 300 Bit pro Quadratzentimeter in den frühen 60er Jahren auf 1 Million Bit pro Quadratzentimeter erreicht.

Die Aufnahmedichte wird von der Dicke der Oxidschicht auf der Platte, der Flughöhe des Kopfes und vom Abstand im Kopf bestimmt. Diese drei Größen sollten in etwa ähnlich sein und liegen zur Zeit im 0,6 Á-Bereich. Dank neuer Techniken werden sie weiter reduziert, was zu einer weiteren Erhöhung der Aufnahmedichte führen wird. Die magnetische Schicht auf der Platte wird auch verbessert, um die höhere Auflösung zu erreichen, die dadurch notwendig wird. Dies geschieht durch verbesserte Kontrolle der Korncharakteristik und -orientierung oder durch die Einführung rein metallbeschichteter Oberflächen.

Die Rot-Weiss-Kopf-Technik zieht weiterhin große Aufmerksamkeit auf sich, wobei das Hauptgewicht auf Dünnfilmköpfen liegt. Dünnfilmköpfe verbinden niedrigere Kosten mit höherer Leistung: niedrigere Kosten aufgrund der Stapelverarbeitungstechnik, höhere Leistung aufgrund präziserer Dimensionen.

Plattenspeicherkapazität wieder verdoppelt

Das Ergebnis dieser andauernden Fortschritte ist eine weitere historische Kostenverminderung pro Byte um einen Faktor 2 alle 30 Monate über mindestens einige Jahre hinweg. Die Plattenkapazität dürfte sich 1980 wiederum verdoppeln (auf 700 Megabyte) und 1982 die Größe von 1 Gigabyte erreichen. Die Kosten pro Online-Byte werden in direktem Verhältnis fallen.

Blasenspeicherung (BOBEC 75) und Ladungstransportspeicherung (PANIG 76) haben ebenfalls rasch an Dichte gewonnen. Es sind Blasenchips mit 250000 Bit pro Chip angekündigt, und nach Lage der Dinge darf 1980 oder 1981 ein 1-Megabit-Chip erwartet werden. Mit zunehmender Größe und abnehmenden Kosten sind jedoch die Blasenchips auch langsamer geworden: Die Zugriffszeit liegt derzeit bei 7 ms. Es hat heute den Anschein, daß sie als Massenspeicher in großen Hauptrechnern nicht verwendet werden, sondern sich auf kleinere Systeme beschränken werden. Die Ladungstransportspeicherung ist heute bei 65-K-Chips angelangt, wobei bis 1980 262-K-Chips erwartet werden dürfen. Ihr Vorsprung von 18 bis 24 Monaten gegenüber RAM macht sie durchaus attraktiv für Wechselspeicher und Platten-Cachespeicher für große Hauptrechner.

George A. Champine ist Direktor im Advanced-System-Bereich für Computersysteme bei Sperry Univac.