10.3. Организация данных на устройствах с прямым и последовательным доступом
Под организацией данных понимается способ расположения записей файла во внешней памяти (на носителе записи). Наибольшее распространение получили следующие два вида организации файлов.
Последовательная организация. Записи в файле располагаются в физическом порядке. Файл можно рассматривать как одномерный массив. Каждая логическая запись фиксированной или переменной длины характеризуется своим порядковым номером, доступ к которым последовательный: после обработки (чтения или записи) некоторой i-й по порядку записи становится доступной для обработки только запись с номером (i+1). Файлы последовательного доступа используются для решения задач, требующих поочередной обработки записей файла при отсутствии жестких ограничений на время решения
Прямая организация. Прямая (или произвольная) организация файла может использоваться только на магнитных дисках и позволяет найти требуемую запись найти требуемую запись среди произвольно расположенных. Структура файла в общем случае может быть последовательной, но доступ к записям осуществляется прямо (произвольно) по их физическим адресам на магнитном диске. При этом записи, которые предшествуют или следуют за искомой записью, не читаются. Время доступа к каждой записи файла примерно одинаково и зависит от фактического расположения магнитных головок НМД в момент обращения по конкретному адресу. Файл с прямой организацией можно обрабатывать и последовательно. Основное достоинство прямой организации файла, или файла прямого (произвольного) доступа, заключается в том, что фактическая структура данных при этом может быть полностью определена пользователем. Нахождение отдельной записи производится быстрее, чем при последовательная организации, поэтому данный метод очень эффективен при выборочной обработке данных файла. Файлы прямого доступа создаются также при наличии зависимости значения содержимого записи от ее порядкового номера в файле. Средства организации файлов прямого доступа включены в состав основных языков программирования. Так, например, в языке Паскаль для осуществления доступа к записи файла по ее номеру предусмотрена библиотечная процедура SEEK.
11. Вычислительная техника
Совокупность технических и математических средств (вычислительные машины, устройства, приборы, программы и пр.), используемых для механизации и автоматизации процессов вычислений и обработки информации. Применяется при решении научных и инженерных задач, связанных с большим объемом вычислений, в системах автоматического и автоматизированного управления, при учете, планировании, прогнозировании и экономической оценке, для принятия научно обоснованных решений, обработки экспериментальных данных, в информационно-поисковых системах и т. д.
11.1. Древнейшие счетные инструменты
Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. «Понятие числа и фигуры,— писал Ф. Энгельс,— взято не откуда-нибудь, а только из действительного мира. Десять пальцев, на которых люди учились считать (производить первую арифметическую операцию), представляют собой все что угодно, только не продукт свободного творческого разума».
Имена числительные во многих языках указывают, что у первобытного человека орудием счета были преимущественно пальцы. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются «перстами», десятки— «составами», а все остальные числа — «сочинениями». Кисть же руки — пясть — синоним и фактическая основа числительного «пять» у многих народов. Например, малайское «лима» означает одновременно и «рука» и «пять».
По словам знаменитого русского путешественника Н. И. Миклухо-Маклая, туземцы Новой Гвинеи считали следующим образом: «...папуас загибает один за другим пальцы руки, причем издает определенный звук, например, «бе, бе, бе...». Досчитав до пяти, он говорит «ибон-бе» (рука). Затем он загибает пальцы другой руки, снова повторяет «бе, бе, ...», пока не доходит до «ибон-али» (две руки). Затем он идет дальше, приговаривая «бе, бе,...», пока не доходит до «самба-бе» и «самба-али» (одна нога, две ноги). Если нужно считать дальше, папуас пользуется пальцами рук и ног кого-нибудь другого».
От пальцевого счета берет начало пятеричная система счисления (одна рука), десятеричная (две руки), двадцатеричная (пальцы рук и ног). У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития.
В гомеровской «Одиссее» часто встречается слово «пятерить», имеющее по смыслу значение «считать» и свидетельствующее о распространении в гомеровскую эпоху пальцевого счета.
Хорошо был известен пальцевый счет и в Риме. По свидетельству древнеримского историка Плиния-старшего (погибшего в 79 году в Помпее во время извержения Везувия), на главной римской площади Форуме была воздвигнута гигантская фигура двуликого бога Януса. Пальцами правой руки он изображал число 300, пальцами левой — 55. Вместе это составляло число дней в году в римском календаре.
В средневековой Европе полное описание пальцевого счета составил ирландец Беда Достопочтенный (около 673—735). Этот трудолюбивый монах — о себе он говорил, что всегда либо учился, либо учил, либо сочинял,— оставил после себя ряд интересных трактатов. В одном из них — «О счислении» — он подробно изложил способы представления на пальцах различных чисел вплоть до миллиона. Трактат Беды явился источником, откуда средневековые составители учебников арифметики в течение многих лет черпали свои сведения о пальцевом счете.
Пальцевый счет сохранился кое-где и поныне. Историк математики Л. Карпинский в книге «История арифметики» сообщает, что на крупнейшей мировой хлебной бирже в Чикаго предложения и запросы, как и цены, объявлялись маклерами на пальцах без единого слова.
Издревле употреблялся еще один вид инструментального счета — с помощью деревянных палочек с зарубками (бирок) (Рисунок 11 .70). Впервые упоминание о способе записи чисел путем нанесения зарубок встречается на барельефе храма фараона Сети I (1350 г. до н. э.) в Абидосе. Здесь изображен бог Тот, отмечающий с помощью зарубок на пальмовой ветви длительность срока правления фараона.
Рисунок 11.70 - Связка бирок
В средние века бирками пользовались для учета и сбора налогов. Бирка разрезалась на две продольные части, одна оставалась у крестьянина, другая — у сборщика налогов. По зарубкам на обеих частях и велся счет уплаты налога, который проверяли складыванием частей бирки. В Англии, например, этот способ записи налогов существовал до конца XVII столетия.
При ликвидации старых налоговых обязательств крестьян на дворе лондонского казначейства был устроен костер из накопившихся бирок. Он оказался таким большим, что сгорело и само здание казначейства, а вместе с ним погиб и вделанный в стену образец английской меры длины, так что с тех пор англичане не знают точной длины своего фута.
Другие народы — китайцы, персы, индийцы, перуанцы — использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками (Рисунок 11 .71).
У античного историка Геродота (V в. до н. э.) есть рассказ о том, как персидский царь. Дарий, отправляясь в поход на скифов, приказал ионийцам остаться для охраны моста через реку Истер и, завязав на ремне 60 узлов, вручил его со словами: «Люди Ионии, возьмите этот ремень и поступите так, как я скажу вам: как только вы увидите, что я выступил против скифов, с того дня вы начнете ежедневно развязывать по одному узлу, и когда найдете, что дни, обозначенные этими узлами, уже миновали, то можете отправляться к себе домой». Американские индейцы называли счетные веревки куиру, и в перуанских городах до вторжения в Южную Америку европейцев городской казначей именовался куиру комоуокуна, то есть чиновник узелков.
Рисунок 11.71 – Узелки