1.6.2. Файлы с неплотным индексом, или индексно-последовательные файлы
Структура записей данных в таких файлах имеет вид, представленный на рис. 4.
При такой организации файловой структуры процессы добавления новых записей отличаются от аналогичных действий в файлах с плотным индексом. Каждая новая запись заносится в соответственный блок на место, определенное значением ключевого поля. В этом случае выполняется следующая последовательность действий:
определяется номер блока основной области, в который необходимо поместить новую запись;
найденный блок считывается в оперативную память;
в оперативной памяти производится корректировка блока;
откорректированный блок записывается на диск на прежнее место.
В этом случае число обращений к диску при внесении новой записи равно числу обращений к диску при поиске блока плюс одно обращение, которое необходимо выполнить при записи откорректированного блока на прежнее место. В данном случае не принимается во внимание время записи блока в оперативную память, которое несопоставимо со временем обращения к диску.
Следовательно, число обращений к дисковому пространству при такой организации файловой структуры будет на единицу меньше, чем у файлов с плотным индексом для каждой записи, что при значительном числе записей не только существенно сокращает время обработки данных, но и повышает надежность работы дисковых устройств.
1.6.3. Организация индексов в виде в-дерева — многоуровневой иерархической структуры
Данное направление совершенствования организации файловой структуры связано с преобразованием индексной области файлов с неплотным индексом, который изначально предполагает описание этой области как одного упорядоченного списка, в вид иерархического симметрического поискового дерева. В таких деревьях число узлов на каждом уровне одинаково. Теоретические основы организации машинной памяти при построении таких иерархических систем были изложены в 1967 г. автором языка ассоциативного программирования АЛГЭМ, преподавателем Московского энергетического института А. И. Китовым.
Однако в современной литературе по теории баз данных иерархическую поисковую структуру принято называть B-деревом (читается: «Б-деревом») (от англ. B-tree – сбалансированное дерево).
На рис. 5 показан пример организации файловой структуры в виде В-дерева.
1.7. Способы организации памяти для хранения данных
В основе реализации организации памяти современных компьютеров лежат два принципа: принцип локальности обращений и соотношение стоимость/производительность. Принцип локальности обращений говорит о том, что большинство программ не выполняют обращений ко всем своим командам и данным равновероятно, а оказывают предпочтение некоторой части своего адресного пространства. Рассмотрим следующие аспекты организации памяти для хранения данных:
иерархическая организации памяти;
организация кэш-памяти;
организация основной памяти;
виртуальная память – как средство организации защиты данных.
1.7.1. Иерархическая организация памяти
Иерархическая организация памяти современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем более высокий уровень меньше по объему, быстрее и имеет большую стоимость в пересчете на байт, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем лежащем ниже уровне и так далее, пока мы не достигнем основания иерархии.
Успешное или неуспешное обращение к более высокому уровню называются соответственно попаданием (hit) или промахом (miss). Попадание есть обращение к объекту в памяти, который найден на более высоком уровне, в то время как промах означает, что он не найден на этом уровне. Доля попаданий (hit rate), или коэффициент попаданий (hit ratio), есть доля обращений, найденных на более высоком уровне. Иногда она выражается в процентах. Доля промахов (miss rate) есть доля обращений, которые не найдены на более высоком уровне.
Чтобы описать некоторый уровень иерархии памяти, надо ответить на четыре вопроса.