物理存储结构

记录1 记录2 记录3 间接寻址项的
间接寻址空间 值表示记录到
块
5 4 3 2 1 块首的字节数
寻址空间存有若干整数，第i个整数称为第i个间接寻址项的值， 表示第i条记录首部到块首的距离。外部访问记录使用间接地 址，即(块号,间接寻址项号)。若记录在块内移动，只须修改其 间接寻址项的值。其间接地址不必改变，维护工作简单方便。
0 根
1
01打头
指向对应的数据块。 动态HASH结构的更新：
1 内结点
10打头
开始时树仅有一个叶点，对应一个数
0
据块。记录的增加使块溢出，树变成
1
一根两叶，对应两个数据块。原数据
块每条记录视其HASH域值首位是0是1，
分配到两个数据块之一。记录的不断
加入，使树不断以局部分裂方式扩展。
11打头
数据文件 的磁盘块 集合
I51
桶 桶号 块址
目 录 表
0
1
磁 盘 块
集
N-1
合
I52 二.动态HASH方法
二叉树HASH 桶目录
0000打头
特点：桶目录采用二叉树形式。叶
结点数与数据块的数目相等。
0
树结点储存的信息： 内结点：存储两个搜索指针，
01
叶 0001打头 001打头
分别指向0下层和1下层 叶结点：存储一个块指针，
接下页
I21
磁盘文件的三种存储方法
(1)连续存储： 文件块按逻辑序存入物 理邻接的磁盘块中。存 取整个文件速度最快。
文件块1存入磁盘块i 文件块2存入磁盘块i+1 文件块3存入磁盘块i+2
(2)链接存储： 每个文件块增设指针指 向下一文件块所在的磁 盘块。此法便于扩充。 但因磁头的机械运动较 复杂，故访问速度慢。
00号块溢出:一块分为两块, 将记录按其H值首部是000
或001,分配到000块或001块.
1号块溢出:类似地分为10块 和11块.
2 0 0打头 R 1 1打头
记录溢出,一块分为两块, 将记录按其H值首位是0 是1,分配到0块或1块
3 00 00打头 0
R
01 01打头
1
1打头
0号块溢出,一块分为两 块,将记录按其H值首部 是00或01,分配到00块 或01块
存数据库副本，以备故障恢复。也用于存储特大型的数据库、不
常用的数据库文件或历史数据。
下图表示磁带记录信息的方式，以9道磁带为例，8道用于记录信
息，1道用于校验。组装的9个磁头分别读写9个磁道；对字节内各
位的读写以并行方式一次完成。一般写后即读，作验证。
记录区
记录区
磁道1: 1 2 3 4 5 6 7 8 记 信1 2 3 4 5 6 7 8
删除操作三种方法： (1)逐个磁盘块读进内存缓冲区搜 索，找到符合条件的记录即将其删 除，然后把带空泡的块写回磁盘。 (2)在前法中对记录增设标记位，对 删除记录作出标识并作周期处理。 (3)在定长记录的情况下，把文末记 录移动到被删除记录的位置。
第四节 有序文件
I4
记录按某(些)域的值的大小顺序排序。用于排序的域称为排序域。
插入操作：在文件头获 得末块地址，将末块读 入内存追加新记录，然 后将文件块写回到磁盘
查找操作：采用顺序搜索 法，即逐个文件块读入内 存，逐条记录检验条件。 若文件占B个磁盘块，满 足条件的记录只有一条， 则平均搜索(B+1)/2个块
修改操作：经查找，把含目标 记录的文件块读入内存，修改 记录后，把文件块写回磁盘。
若查询条件不定义在排序域，
则只能象无序文件那样采用顺序搜索法；
ssn name
若查询条件定义在有序文件的排序域，
取中 001 陈东
则可用二分法寻找记录，查询的时间复杂性 测试 002 赵西
是O(log2N)，其中N是文件的记录数。
003 张南 004 李北
插入操作：
006 王中
需要将插入位置之后的记录依次后移， 腾出空间存储新记录。 记录移动量平均是总记录数的一半。
若同桶号的记录较多造成块溢出,则开辟新块形成块链存放记录 优点:算法简单 缺点:桶数固定,记录少时浪费空间,记录多时链表长
一个HASH算法
工作证 姓名 出生日
输入域值a:二进制位串
96A128
输出桶编号:B整数
97A136
把位串分为K组,
HASH函数d=H(工作证)
各组值相加得整数x, 求B=x mod N
磁 带
磁道2: 1 2 3 4 5 6 7 8 磁道3: 1 2 3 4 5 6 7 8
录 尾 校
息间隔 1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
验
磁道9: 1 2 3 4 5 6 7 8 码 1 2 3 4 5 6 7 8
I13
三 磁盘缓冲处理技术 磁盘驱动器和CPU可并行工作， 在主存设置多个缓冲区，当磁 盘驱动器与一个缓冲区交换数 据时，CPU同时处理另一个缓 冲区中的数据。
I1
第一节 数据库存储设备
数据库通常存储在辅助存储器上，有各种类型的辅助存储器。 本节主要介绍磁盘和磁带存储器。磁盘存储的数据库直接供 用户操作。磁带存储器存储数据库的副本，作为后援存储器 使用，实现系统的故障恢复。
一 磁盘存储器 二 磁带存储器 三 磁盘缓冲处理技术 四 磁盘的调度策略
I11 一 磁盘存储器 磁盘存储数据的工作原理如下：把具剩磁特性的磁性粉末制 成粘胶涂抹在园盘表面，利用磁头与磁表面的磁感应效应， 将磁表面按照不同的要求磁化为具有不同磁化方向的磁化单 元，利用这些磁化单元存储信息。 磁盘存储器由磁盘和驱动机构组成。驱动机构主要包括带磁 头的磁臂和带盘旋转的转轴。磁头径向运动和磁盘圆周运动 的复合，使磁头可以访问磁盘的任意存储位置。
当删除记录使两个邻接叶点对应的记录总数降低到一定程度时，
则将两叶及其父点合并为一个叶结点，对应的数据块合二为一。
I52a 二叉树目录查找记录操作算法：
输入HASH域值v，输出对应的记录。
h:=H(v); t:=树根;i:=1; while t 是枝点 do
if h 第i位是0 then t:=t的左子结点
else t:=t的右子结点;
endif i:=i+1; endwhile; 按叶指针把磁盘块读到缓冲区； 在缓冲区查找记录.
接下页
I52b
动态
HASH 二叉树
0 全部记录
1
开始时所有的记录
放在一个磁盘块内
的形成
过程例 4
000 00
0
001
000打头 001打头
R
01 01打头
10 1
11
10打头 11打头
I11a
硬盘容量的计算公式是： 硬盘容量=头数 道数 (扇数/道) (字节数/扇).
使用磁头存取磁盘数据的时间称为存取时间，由三部分组成： 存取时间=寻道时间+旋转延迟+数据传输, (前两项机械运动的时间为主要部分)
读写 磁头
磁 臂
扇 区 磁道
由于读写磁盘是数据库的瓶颈，故 无论是设计数据库存储结构，还是 设计对磁盘数据的操作和查询算法， 都应考虑尽量节省机械动作，即把 最小化磁盘读写次数作为最重要目 标之一。
HASH文件是一种支持快速存取的文件存储方法。 首先指定文件的一个域为HASH域， 在其上定义一个HASH函数， 实现HASH域值到相关块址的映射：
d=H(a) ，其中， a 是记录r的HASH域的值， d 的值可确定记录r所在磁盘块的地址。
例如，d=H(身份证号)，身份证号是HASH域。 若要查询某人的记录r ，输入他的身份证号， 一般取其二进制码，利用H函数求出d值。 d值可确定记录r所在的磁盘块的地址。 介绍三种HASH方法：
一 简单HASH方法 二 动态HASH方法 三 可扩展的HASH方法
一 简单HASH方法 1)参照磁盘块大小将文件所有记录划分为N个HASH桶,编号为0N-1.
每桶记录数据存放于一个磁盘块。 2)构造HASH函数，实现HASH域值对桶号的映射(例如带余除法)。 3)建立桶目录表，实现从桶号到块址的映射。
文件块1存入磁盘块i 文件块2存入磁盘块j 文件块3存入磁盘块k
接下页
(3)索引存储： 设置索引块，块 内包含指向各文 件块的指针。
索引表 p1 p2 p3 p4
文件块1存入磁盘块i 文件块2存入磁盘块j 文件块3存入磁盘块k
记录的两种定位方式 I22 1 钉固方式：
在数据库中设置一个指向记录 在磁盘存储位置的指针。按此 指针访问数据库。 此法的指针维护较复杂。 记录移动或删除时，难以知道
磁盘 CPU
缓冲区1
缓冲区2
主 存
磁盘 驱动器 工作
读数据a 入第i块
读数据b 读数据a 入块i+1 入块i+2
读数据b 入块i+3
时间
CPU 在第i块 在块i+1 在块i+2 在块i+3
工作 处理a 处理b 处理a 处理b
I14 四 磁盘的调度策略
磁盘读写效率主要取决于寻道和旋转操作，
磁盘的调度策略的目的是减少机械运动。
5.分组扫描：对访道请求分组，组内移动扫描，
该组完成后转到下一组.
6.间歇式扫描：从0号柱面扫描到最大编号柱面， 每经一柱面，磁盘旋转n次，当 磁 扫描一周后，磁头直接返回0号 盘 柱面，途中不停留。
磁头 磁臂
I2
第二节 文件与文件记录 记录 记录是数据的一种存储形式。它由一组相关的数据
项排列而成。每个数据项称为记录的一个域。每个 域都具有名字和数据类型。 记录型 一组域名字及其对应的数据类型构成了记录型。 文件 文件是具有相同记录型的记录序列。 定长记录文件：记录长度一致的文件。 变长记录文件：记录长度不一的文件。 磁盘块：磁盘驱动器与主存之间传输数据的单位。 文件块：文件按磁盘块的大小划分为若干块， 每块称为一个文件块。 记录存储方式 1 跨块存储记录方式：允许一个纪录储存在不同磁盘块。 若记录长度大于磁盘块容量，则存储于由磁盘块组成的链表。 2 非跨块存储记录方式： 不允许一个纪录跨块储存。