Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Левковиц, Д. Структуры информационных массивов оперативных систем

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

21.10.2023

Размер:

8.9 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 216 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

положения прямоугольников, принадлежит двум различ ным подфаіілам, т. е. согласно схеме она соединена с двумя различными записями более высокого уровня.

!Это свойство преобразует дерево в г р а ф ; иерархические отношения определяют его направленность . Такой граф, кроме того, не имеет циклов. Однако при симметричных соотношениях вхождения или таких, при которых произ водная запись непосредственно зависит от одной из ис

ходных, циклы могут^быть разрешены . Подобные инфор

мационные структуры характерны,	например,	в з а д а ч а х
о маршрутах . Д л я работы с такой	структурой	информа

ции создана специальная система файлов (The General Electric integrated data store IDS [Л. 6]) . .

Итак, между некоторыми записями рассматриваемого файла существуют логические соотношения, которые устанавливаются при формировании файла . Н а п р и м е р , запись, обозначенная через А, логически связана со стар шей по иерархии записью, обозначенной С, а эта в свою очередь является младшей по соотношению к записи G.

Ассоциативная связь между записями, и з о б р а ж е н н а я на д и а г р а м м е пунктирными линиями, указывает на то, что соединенные между собой записи с о д е р ж а т некото рый общий идентичный ключ. Например, запись С может п р и н а д л е ж а т ь подфайлу «авиационный тип», а записи Е и А могут п р и н а д л е ж а т ь подфайлу «авиационные ком поненты», откуда согласно д и а г р а м м е записи Е и А являются компонентами записи С. Пусть далее в к а ж дом из упомянутых подфайлов содержится дескриптив ный элемент «пункт капитального ремонта». Пусть, кро

ме того, проектировщики	системы	хотят отметить все за
писи независимо от их положения		в иерархии	ф а й л а , со
д е р ж а щ и е в поле данных	равные	значения	дескриптив

ного элемента «пункт капитального ремонта». Такой тип соотношений называют ассоциативным. Пунктирные ли нии на диаграмме, соединяющие записи D, Е, С и В, могут означать такого рода ассоциативное соотношение. При этом соотношение иерархии м е ж д у этими записями


(если	оно есть)	схемой ассоциативных					связей	в	явном
виде не указывается . Введенное					понятие		аналогично по-
I нятию	ассоциативной		памяти .	Т а к а я		структура			инфор
мации	может	быть использована в				любой		списковой
структуре организации			файла .
З а д а н н а я система			файлов	может		характеризоваться
исключительно		иерархическими			или		ассоциативными

					Т а б л и ц а			3-2
Имя	Тип	Относи	Относи
Имя	Тип	тельное	тельный		Состав		поля
записи	записи	тельное	тельный		Состав		поля
записи	записи	обобщение	элемент
		обобщение	элемент
Счет	С	Поручи		Номер	счета
		тель		Наименование			счета
				Баланс
				Предельный		кредит
Поручитель	M		Счет	Номер	поручителя
				Дата платежа
				Сумма	платежа
Накладная	с м	Страсх	Счет	Номер	накладной
				Дата	покупки
				Объем	покупки
Страсх	M		Накладная	Номер статьи			расхода
			И нвои	Объем
				Отсрочка
Инвоп	с	Страсх		Номер	статьи		расхода
				Поставщик
				Цена
				Количество		в наличии
				Уровень повторения
				заказа
свойствами или комбинацией тех				и других.		Структура
данных (т. е. форматы			записей и	у п р а в л я ю щ и е			призна
к и ) , необходимые д л я интерпретации рассмотренных								ин

формационных структур в р а м к а х единой системы фай

лов,	приведены	в конце главы.
В	т а б л . 3-2	представлен	более детальный пример

иерархической структуры данных . П е р в ы й столбец та

блицы	содержит имена пяти типов записей	или соглас
но рис.	3-1 признаков подфайла . Последний	столбец со

д е р ж и т некоторые типичные элементы тех данных, кото

рые	могут находиться в полях соответствующих записей.
Д л я	простоты	можно предположить, что записи имеют
фиксированный		формат данных, т. е. д л я к а ж д о г о поля
внутри записи		фиксируется положение соответствующих

символов. Во втором столбце у к а з а н тип записи, харак терный д л я иерархической природы подфайлов . Более высокую по иерархии запись согласно принятой термино логии назовем старшей или обобщающей (master), отно шение старшинства -— обобщением, отношение подчинен-

4* 51

мости — элементом	(Detail), a подчиненнукѵтю иерархии
запись — младшей	или	элементарной. Таким образом,
Счет можно рассматривать как старшую запись,			содер
ж а щ у ю элементы:	номер счета, баланс и предельный
кредит. О б о б щ а ю щ а я		запись заполняется один	раз и

обычно содержит ссылки на все элементарные записи более низкого уровня иерархии. В приведенном примере, как указано в третьем столбце, запись Счет представляет

пример записи, старшей по отношению	к записям Пору
читель и Н а к л а д н а я . Таким образом,	подфайл Поручи

теля может содержать серию записей, представляющих детализацию по отношению к некоторому номеру счета,


причем	к а ж д а я		из них содержит номер				Поручителя,				Д а
ту п л а т е ж а и		Сумму п л а т е ж а . Итак, как						указано в			чет
вертом	столбце,		Поручитель		есть элемент			по	отношению
к Счету. Аналогично запись					Н а к л а д н а я		т а к ж е представ
ляет собой элемент по отношению к Счету,									однако		за
пись Н а к л а д н а я			сама	могла		бы, например,			содержать
только	номер	накладной, Д а т у				покупки	и Объем, а дру
гой подфайл записей — специализацию							Н а к л а д н о й л Ч е т -
вертый	тип	записи,		называемый			Статья			расхода
(Страсх), определяется				как	Элемент Накладной,					содер
ж а щ и й	номер	Страсх,		Объем		покупки,	и	вычисленную
Отсрочку п л а т е ж а . Таким образом, Н а к л а д н а я									отмечает
ся в столбце «Тип записи» одновременно как									О б о б щ а ю
щий и	Элементарный . Пятый					тип записи,		Инвентарная

опись (Инвоп), обобщает только запись Страсх, так что записи типа Страсх являются общими д л я двух Старших записей, а именно Н а к л а д н а я и Инвоп. Рисунок 3-1 фак тически представляет собой схему иерархических связей, приведенных в табл . 3-2, причем Старшей записью выс


шего ранга		служит			запись Счет, самого	низшего — Ин
воп. Записи		А и В		п р и н а д л е ж а т типу Страсх, общих			как
д л я	записи	Инвоп,		так и для записи типа		Н а к л а д н о й	(где
С и	F — записи		типа		Н а к л а д н а я ) .
Н а рис.		3-2	эти связи изображены* в			виде более	под

робной схемы. К а ж д о м у прямоугольнику на рис. 3-2 соот ветствует запись файла . Старшие записи помечены за темненными верхними углами . М л а д ш и е — отчеркнутыми нижними углами соответствующих прямоугольников. Н а рис. 3-2 показаны одна запись типа Счет и элементарные по отношению к ней подфайлы Н а к л а д н а я и Поручитель, представленные соответственно двумя и тремя записями . Отношения подчиненности вместо разветвленного дерева,

иллюстрируемые рис. 3-1, представлены цепочками, кото рые можно пометить как цепочка С ч е т / Н а к л а д н а я и це почка Н а к л а д н а я / П о р у ч и т е л ь . Запись типа Н а к л а д н а я , как в и д н о ' и з д и а г р а м м ы , является одновременно обоб щающей и элементарной и имеет собственную подцепоч ку, которую можно назвать цепочкой Н а к л а д н а я / С т р а с х .

"индоп*

*18

Поручитель^				Счет/	Г.	*	цепочка	у	«
. #2			Поручитель		Счет		Счет/НакладнаяНакладная
. #2					#7
					#7
			Поручитель					Цепочка		Страсх
			<	*3				Цепочка		Страсх
			<	*3			Страсх Накладная/Страсх \|^ * ^
										.Л
, [	1 - Обобщающая запись							Страсх
I	\ -Элементарная запись							. *2 .
		Рис. 3-2. Схема иерархической структуры							записей.
	Н а		этой д и а г р а м м е				яснее видна	внутренняя		связь
между		Старшими записями Инвоп и Н а к л а д н а я и								запи
сями типа				Инвоп.
	Несмотря на то что на						рис. 3-1 и 3-2	и з о б р а ж е н а		одна
и та ж е			структура		информации, логика реализации до
ступа,		а	следовательно,			и	организация файла (и, конеч
но,	структура д а н н ы х ) ,					д о л ж н ы быть		отличными.		Вари

ант организации, описанной на рис. 3-1, позволяет в слу чае расположения О б о б щ а ю щ е й записи в оперативной памяти выбрать любую Элементарную запись заданной Обобщающей в одно обращение . Если логические записи


(т. е.	к а ж д а я О б о б щ а ю щ а я			или Элементарная)			разме
щены	произвольно, доступ		к	я-й Элементарной			записи
в цепочке С т а р ш а я / М л а д ш а я				требует	іг обращений.
Систем-a,		р а б о т а ю щ а я с	файлами,		д о л ж н а	обладать
способностью		создавать достаточное количество				иерархи-

ческих уровней. К р о м е того, полезно разрешить неогра ниченное совместное использование группы записей и их объединение. Система д о л ж н а обладать способностью как безграничного удлинения любой цепочки добавле нием новых записей к данному подфайлу, так и возмож

ностью с о к р а щ а т ь длину цепочки исключением	записей
из подфайла .
Фактическое расположение записей в памяти	с про

извольным доступом в значительной степени зависит от соотношений приоритетов процессов обработки цепочки записей д л я выборки и динамического обновления записи (включение и исключение), а т а к ж е личных вкусов про граммиста в вопросах распределения памяти и формиро вания остаточных записей. Эти вопросы будут рассмо трены ниже . Однако следует указать, что в тех случаях, когда существуют соотношения, подобные рассмотрен ным д л я записей типа Инвоп, найти набор записей, со ставляющий единую логическую запись, с о д е р ж а щ у ю все связанные м е ж д у собой записи иерархической структу ры, обычно очень трудно. Например, примем, что все за


писи,	относящиеся к С ч е т # 1 ,			д о л ж н ы быть включены
в общую		логическую запись. В ней,			следовательно, дол
ж н ы быть		у к а з а н ы записи цепочки Счет/Поручитель, две
записи	из	цепочки С ч е т / Н а к л а д н а я			и соответственно две
и три	записи, входящие в		цепочки		Н а к л а д и а я / С т р а с х .
П р и этом		возникает вопрос	о	логическом соотношении

м е ж д у записями типа Инвоп и Счет, связанных в этом

примере через две записи	типа Страсх. Метод, принятый
в системе General Electric	( L D S ) ,	позволяет обойти ре
шение этих вопросов. Принято, что		к а ж д а я запись	(пря
моугольник на рис. 3-2) является одновременно и			собст

венной логической записью, которая может быть адресо вана независимо от всех остальных.

Однако последовательное размещение в памяти иерар хически связанных записей представляет некоторые пре


имущества		при	обработке. Н а и б о л е е в а ж н о е			из них —
возможность			обрабатывать все записи в цепочке без
многократных			обращений к	процедурам	произвольного
доступа	или	сложной страничной организации .
Н а рис.		3-3	представлен	формат записи		(структура
данных)	с	у п р а в л я ю щ и м и		признаками,	необходимыми

д л я установления иерархических отношений в подфайле записей. Ф о р м а т допускает последовательное размеще ние в памяти всех иерархически взаимосвязанных запи-

сей подфайла . При этом предполагается, что нужные подфайлы были ранее включены в общую логическую запись. Д л я того чтобы уточнить вводимое представле ние, принята следующая терминология. Точка на рис. 3-1 или прямоугольник на рис. 3-2 называется Элементом

	Имя Обобщения/Значение
Старшая	Индекс	записи
Старшая	*Имя по'дзаписи/ЛС ccj
подэапись	•Имя подзаписи/ДС ßj
	•Имя подзаписи/ДС ßj
		m
	/ / / / / / / / / / / / / / / /
а.	Имя	Элемента/Значение
	Индекс	элемента

*Имя подзаписи/ДСссг

Младшая		•
подвапись	•Имя подзаписц/ДС yz
	•Имя подзаписц/ДС yz
	Имя	Элемента/Значение
		.4-4.4-4.
	Имя	Элемента/Значение

Имя Элемента/Значение

•-/-4-4-4-4-i. 4-L 4-4-4-/—4. 4-4 -4

Имя Элемента/Значение

-4 J-4-4L/-4\ 4-4	^-4-4-4-Z -4- .ч f
Ядpec связи	остаточной
записи

Рис. 3-3. Иерархические управляющие признаки записи обобщенного формата.

(вообще говоря, о б о б щ а ю щ у ю запись можно считать Элементом по отношению к самой себе) . Все Элементы общего подфайла, как это указано прямоугольником на рис. 3-1 или цепочкой на рис. 3-2, собраны в подзапись.

Таким	образом, со всеми Элементами заданной подзапи-
си может быть связан общий формат . Логическая з а п и с ь ,
состоит	из последовательности подзаписей, возглавляе

мой подзаписью, содержащей единственную	Обобщаю
щую. Д а н н ы е логической записи в пределах	З У П Д раз

мещены последовательно, за исключением, быть может, индивидуальных остаточных подзаписей, расположенных

произвольно как но отношению к породившей его под-


записи, так и к предыдущей остаточной.				С т а р ш а я			обоб
щ а ю щ а я 'Подзапиеь содержит оглавление				записей,			ука
зывающее	с помощью	адресов связи	начало			цепочки
подзаписи, ведущей к О б о б щ а ю щ е й .			Этот		адрес		пред
ставляет собой символ или косвенный			адрес		относитель
но начала	логической	записи. К а ж д а я	подзапнсь			поиме

нована, и имя это заносится в оглавление вместе с адре сом связи.

К а ж д а я	подзапнсь содержит последовательность эле
ментарных	записей; при этом Элемент	идентифицируется
парой И м я	Элемента/Значение . И м я	Элемента	фактиче
ски совпадает с именем подзаписи. Значения			позволяют
отличать один элемент от другого. Значения			Элементов

необязательно все различны, поскольку они могут при сваиваться независимо по мере появления в различных цепочках. Например, в терминах примера, представлен ного на рис. 3-2, все блоки, отмеченные как Страсх, вой


дут	в подзапнсь Страсх,			о б р а з у я	три цепочки, две из ко
торых связаны с записями типа					Н а к л а д н а я	и	одна —
Инвоп. По			сути дела, в смысле присвоения значений Эле
ментам		(в	нашем случае Страсх) цепочки могут быть
в	системе		независимы.	Таким	образом, И м я		Элемен
та/Значение, равное Страсх # 1 ,					присваивается	д в а ж д ы ,
поскольку			есть значения	Страсх	# 1 , связанные		соответ
ственно		с	Н а к л а д н о й # 1	и Н а к л а д н о й # û . Оба			значе

ния возникнут как различные Элементы внутри подзапи си с именем Страсх.

Согласно рис. 3-3 первая элементарная подзапнсь с начальным адресом ai содержит в индексе Элементов адрес связи у п р а в л я ю щ е й информации . Этот индекс при

сутствует в	к а ж д о й элементарной	записи.	Он содержит
список пар	И м я Подзаписи/Адрес	связи,	причем Адрес

связи может быть двух типов. Первый из них представ ляет собой Адрес связи, находящийся в пределах той ж е подзаписи, второй тип Адреса связи является внешним адресом по отношению к подзаписи. В обоих случаях Адрес связи является индексом относительно начала логической

записи. Внутренние Адреса связи (типа LAyi)					на рис. 3-3
есть адреса цепочки,		у к а з ы в а ю щ и е		Элемент	той	ж е	под
записи, к которой д о л ж е н быть присоединен					данный		Эле
мент. Н а п р и м е р ,	в терминах		рис. 3-2 Элемент Страсх # 1
цепи Н а к л а д н а я	# 1	д о л ж е н	быть	присоединен		внутри
подзаписи к Элементу Страсх # 2 .				Внешний	Адрес		связи

(такой, как LAyi) на рис. 3-3 указывает либо на при соединение Старшей обобщающей записи к начальному Элементу или, при замыкании цепи, на заключительное присоединение Элемента к Обобщению. Индекс Адресов связи позволяет д л я всех Обобщений и Элементов эф

фективно	конструировать			соответствующую	иерархиче
скую структуру.
Отметим два		случая,	когда ссылка д о л ж н а быть сде
лана на	адрес,	который	не	может служить	относитель

ным началом логической записи. Первый из них пред ставляет случай, когда ссылка д о л ж н а указывать на дру гую логическую запись. Например, согласно рис. 3-2, если бы запись Инвоп я в л я л а с ь полной логической за писью, а запись Страсх находилась внутри логической записи Счет, индекс записи, обобщающей подзапись Ин воп, д о л ж е н содержать ссылку на фиктивную подзапись внутри логической записи Инвоп, которая в свою очередь


связана с	некоторым Элементом в логической записи
Счет. Этот	адрес		связи д о л ж е н			состоять		из ссылки, т. е.
абсолютного		адреса		записи	Счет #1		и	относительного
адреса данного Элемента внутри подзаписи.									_
Второй		тип	Абсолютного			Адреса		связи	относится
к у к а з а т е л я м		продолжения			(остаточной			записи) . Л ю б а я
подзапись,	логически			р а с ш и р я ю щ а я с я			за счет		присоеди

нения остаточной записи, расположенной по произволь

ному	адресу З У П Д ,	д о л ж н а	иметь	Абсолютный Адрес
связи	продолжения .
З а ш т р и х о в а н н ы е		области	(рис.	3-3) внутри каждого

Элемента и Обобщения можно рассматривать как под


запись		с	единственным Элементом. Области эти содер
ж а т	поля		данных и ассоциативных связей, формат кото
рых	рассмотрен			ниже . Н а рис. 3-4			и з о б р а ж е н а	структу
ра данных д л я примера, приведенного в табл . 3-2. При
нято,	что		записи	типа	Счет,	Поручитель, Н а к л а д н а я и
Страсх		(см. табл . 3-2)			включаются		в одну логическую
запись с Именем				Обобщения Счет, а запись Инвоп сама
является			полной	логической		записью. С т а р ш а я		запись
содержит			И м я Обобщения Счет и Значение #'1.					Индекс

указывает	относительное начальное положение к а ж д о й
подзаписи,	п р и н а д л е ж а щ е й цепочке с з а д а н н ы м Обобще
нием. Примем, что все Элементы находятся в некотором
низшем иерархическом состоянии относительно Старшей

записи, хотя	некоторая Э л е м е н т а р н а я запись может и не
быть связана	со Старшей непосредственно внутри иерар-


хин. П е р в а я запись типа Н а к л а д н а я						начинается по				адре
су ai. Первы м		элементом			записи	является		запись		На
к л а д н а я	# 1 , и м е ю щ а я			оба типа связи. Связь				по	цепочке
содержит	имя	старшей		дл я подзаписи			(Счет) и		индекс
присоединения		к	другому		элементу той ж е			подзаписи,
а именно аг. П о			адресу аз		расположен		второй		элемент
цепочки ( Н а к л а д н а я ) ,				содержащи й		ссылку на И м я Обоб

щения Счет и Адрес связи, указывающи й на начало ло

гической записи, а именно	Обобщающе й Старшей запи
си. Н а этом оканчивается	цепочка С ч е т / Н а к л а д н а я .

Поскольку запись Н а к л а д н а я т а к ж е служит Обобще нием, связь с соответствующей подзаписыо, в данном случае Страсх, осуществляется внешним адресом связи.


Запись	Н а к л а д н а я	#'1 , таким	образом,	связана
с Страсх	# 1 через уь где цепочка		Н а к л а д н а я / С т р а с х		со
здается	через связи	Н а к л а д н а я	(у%— Н а к л а д н а я )		оц,

з а м ы к а ю щ и е цепочку. Цепочка Счет/Поручитель начи нается в обобщающей подзаписи Счет #'1 и выражаетс я

адресами связи	Поручитель/ßi — Счет/Рг—Счет/fia —
адрес продолжения	0250 — Поручитель/0 . Согласно схе

ме объем памяти, первоначально отведенный дл я подза писи Поручитель, оказался недостаточным и поэтому за


пись Поручитель # 3 пришлось				поместить по		другому
адресу, а именно		0250. Поскольку		Поручитель		# 2	через
ß2 соединяется	с	Поручитель # 3		по цепи	Счет/Поручи
тель, в записи	Поручитель # 2		появляется		относительный
Адрес связи Рз, по которому			записан абсолютный				адрес

продолжения 0250. Таким образом, ß 3 действует как кос венный адрес.

Запись Инвоп содержит лишь обобщение для Инвоп #18 и единственную ссылку на подзапись Страсх ai, представляющую косвенный адрес ссылки на элемент


Страсх по ОІОО/уг- С помощью		индекса	младшей		записи
Страсх # 2 (по уг)	цепочка Инвоп/Страсх			имеет	адрес
связи продолжения	уз, откуда	с помощью		косвенного
адреса у6 происходит возврат		к записи	Инвоп.
Описанная выше	структура	ф а й л а	лежит на		пересе

чении схем, представленных на рис. 3-1 и 3-2. Заметим, что все три схемы относятся к схемам программной реа


лизации	информационной			структуры,	представленной
в табл .	3-2, и	к а ж д а я из		них сохраняет	все	з а д а н н и г
иерархические		соотношения. Основное достоинство дан
ной структуры			состоит в том, что при одном			обращении
с произвольным			доступом	для обработки	в оперативную

память может	быть вызвано в зависимости от	разме
ра логической	записи несколько Элементов	и д а ж е

полных подзаписей. Более того, последовательные под-

записи	могут быть вызваны из З У П Д с помощью	груп
повых	операций. Второе обращение необходимо	только

в случае вызова остаточной записи. Таким образом, об работка полных цепочек Обобщение/Элемент происходит очень эффективно . Случайная выборка произвольного Элемента в структуре, описанной схемой рис. 3-1, т а к ж е достаточно эффективна . Н а долю системного програм миста, открывающего файл, остается композиция логи ческой записи и распределение памяти в поле элементов. В некоторых приложениях необходимый объем памяти Элемента известен и фиксирован. Например, если в за


даче	о выдаче	ежемесячных		накладных		по	данному
счету принять, что оперативная					система	хранит		сведе
ния	о накладных, с к а ж е м ,		за	год, то подзапись			наклад
ной	д о л ж н а содержать 12		Элементов Н а к л а д н о й .					Если
предварительное		распределение			памяти,	образующее

избыточное пространство, нежелательно, то дл я миними

зации	объема памяти	система	д о л ж н а		о б л а д а т ь		способ
ностью	динамически	генерировать		новые		объемы дл я
записи	продолжений.
З а ш т р и х о в а н н ы е области			рис. 3-3		и 3-4 содержат
управляющую информацию дл я ассоциативных							связей
между	данными и все поля		данных,		п р и н а д л е ж а щ и х
Элементам. Н а рис. 3-5 и з о б р а ж е н				обобщенный			формат
для этой области Элементарной записи.						С о д е р ж а щ а я с я

в этих полях информация в основном состоит из ключей, классификаторов и данных печати. Ключи и классифи каторы можно рассматривать как условия выборки по

запросу, в то время как данные печати проходят		через
различные процедуры	обработки, определяемые	кон
кретным приложением	ка к м е ж з а п и с н а я обработка	про

граммы формирования выходных данных . С точки зре


ния пользователя разница м е ж д у использованием								клю
чей и классификаторов			несущественна,		но, как		показано
в гл. 1, система		поиска	и	размещения	обрабатывает их
по-разному. К а к ключи,			так и классификаторы,				вообще
говоря,	являются дескрипторами системного							файла .
К а ж д ы й	из них может иметь Им я (соответствующее его
признаку) и Значение. Например, Имя/Смит,						Возраст/21 .
Внутри записи ка к ключи, так и классификаторы								хра
нятся в	общем	виде И м я		Ключа/Значение		или		И м я

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 216 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ