Тема 7. Фізична організація бази даних

З цієї теми передбачається проведення одного практичного заняття.

На цьому занятті розглянемо основні поняття, зв'язані з фізичним зберіганням бази даних на вторинних пристроях зберігання і фізичні структури даних, які використовуються при побудові баз даних.

Після цього заняття  ви повинні:

□ Вміти описати методи фізичного доступу до бази даних.

□ Вміти пояснити основні принципи зберігання даних на диску, їх вибірку і представлення.

□ Зрозуміти основні типи організації файлів і те, як вони функціонують.

□ Описати, як при створенні зв'язаних списків, інвертованих списків і В+ дерев застосовуються вказівники.

□ Зрозуміти, як логічні моделі даних перетворюються у фізичні структури даних.

□ Розбиратися в роботі вторинних ключів.

План.

І. Основні теоретичні питання

1. Фізичнийдоступ до бази даних, основні принципи зберігання даних на диску.

2. Організація файлів і способи адресації:

2.1. Послідовна організація файлів;

2.2. Індескснопослідовна організація файлів;

3. Реалізація логічних відношень: зв'язані списки, інвертовані списки, В+ дерева.

ІІ. Практична частина

1. Питання на повторення.

2. Вправи і завдання.

ІІІ. Словник термінів до теми 7

 

Література.

[4] гл.8

[5]  додаток А

[6] додаток Б

[10] гл.10

Питання на повторення

1.1. Поясніть своїми словами зиіст термінів:

а. Стратегічний селектор

b. Диспетчер файлів

с. Оперативна пам'ять

d Циліндр

e. Фізичний запис

f. Швидкість передачі даних

g. Формат номерключ

h. Головний список

i. Інвертований список

j. Деревовидна структура

k. Лист

l. Затримка обертання

m. Дисковод

n. Кластеризація

о. Первинний ключ

 

1.2. Чому розподіл записів по блоках впливає на швидкодію системи?

1.3. Порівняйте послідовну, індекснопослідовну і пряму організацію файлів.

1.4. Які характеристики мають бути у хорошого алгоритму хешування?

1.5. Яке призначення зазору у форматі запису?

1.6. Поясніть відмінності між форматами номерключ і номердані.

1.7. Що таке час очікування?

1.8. Опишіть основні операції, керування введенням/виводом.

1.9. Для чого застосовуються показники?

1.10. Які є типи файлів? Пояніть різницю між ними.

1.11. Поясніть різницю між простим зв'язаним списком і замкнутим.

1.12. Що таке порожній покажчик і що він означає?

1.13. Що означає термін В+ дерево? Для чого служить В+ дерево?

1.14. Поясніть різницю між первинним і вторинним ключами.

 

Вправи і завдання

2.1. Встановіть відповідність між термінами і поясненнями до них:

 

буферний диспетчер	a.. для кожного запису додається 2 покажчики: покажчик на попередній запис в ланцюжку синонімів і покажчик на наступний запис в ланцюжку синонімів
словник даних	b..Час, необхідний для установки зчитуючих/записуючих головок на даний циліндр
час установки головки	c.. область зберігання розбивається на 2 частини: основну область і область переповнювання.
стратегія вільного заміщення	d. Елемент даних, що містить фізичну адресу
час активізації головки	e. Визначає структуру користувацьких даних і те, як ними можна користуватися
стратегія з областю переповнювання.	f. Час, потрібний для того, щоб акти­візувати зчитуючі/записуючі головки
покажчик	g. можна представити як файли, що складаються з двох частин: індексна область і основна область утворює файл, для якого створюється індекс
зв'язаний список	h.  Послідовність покажчиків, що зв'язують індексні записи
Індексні файли	i. Програмне забезпечення, що управляє переміщенням даних між  оперативною пам'яттю і диском
шлях	j.  Фізичні записи, зв'язані поміщеними в них покажчиками
вторинний ключ	k.  Елемент даних, значення якого задає безліч записів

 

2.2. Припустимо, що дисковод має наступні характеристики:

середній час установки головки 0.02 секунди, швидкість обертання диску 3600 обертів у хвилину, швидкість передачі даних 312000 байт у секунду. Який передбачуваний час довільного доступу до фізичного запису, довжина якого 500 байт?

2.3. Як відповісти на питання (2.2) в припущенні, що у дис­ковода фіксовані головки, тобто кожна доріжка кожного циліндра має свою власну головку?

2.4. При тих же параметрах, що і в (2.2), припустимо, що на кожній дорожці зберігається 10 фізичних записів. Порівняйте час передачі (а) 30 записів, що зберігаються послідовно на одному циліндрі, і (б) 30 записів, що зберігаються на трьох доріжках різних циліндрів.

2.5. Якщо блокування підвищує ефективність зберігання і витягання|видобування| даних, чом би не зберігати цілі файли в одному великому блоці?

2.6. Припустимо, що логічні записи зберігаються в блоках по чотири і що два послідовні блоки містять логічні записи 11, 13, 14, 19 і 21, 23, 24, 26. Опишіть, як операційна система шукатиме запис 23.

2.7. Чому послідовна організація файлу вирішить ефективну обробку щотижневої відомості зарплати? Чому вона не взмозі ефективно відповідати на запити користувачів?

2.8. Якщо індекснопослідовна організація дозволяє і послідовний, і довільний доступ до записів, навіщо нам потрібні ще якісь способи організації файлів?

2.9.. Поясніть моделювання відносин «одиндобагатьох» на файлових структурах з   використанням однонаправлених покажчиків

2.10. Розробіть алгоритми додавання потрібних записів у випадках:

a. Додавання запису на перше місце в ланцюжку.

b. Додавання запису в кінець ланцюжка.

c. Додавання запису на задане місце в ланцюжку.

2.11. Розробіть алгоритми знаходження потрібних записів «підлеглого» файлу.

2.12. Розробіть алгоритми вилучення потрібних записів з ланцюжка «підлеглого» файлу.

2.13. Що таке колізія хешування?Які два незалежні рішення необхідно ухвалити при використанні хешування як методу доступу.

2.14. Порівняйте стратегію розв’язування колізій з областю переповнювання (першастратегія) і стратегію вільного заміщення ( друга стратегія) і визначить, яка з них буде найбільш перспективною і в яких випадках.

2.15. Розробіть алгоритми додавання записів для першої і другої стратегій. Показати, як визначаються посилання.

2.16. Розробіть алгоритми видалення записів для першої і другої стратегій. Показати, як визначаються посилання.

2.17. Користуючись алгоритмом хешування з квадратами часток, обчисліть відносні адреси, на яких зберігатимуться наступні записи. Покладіть коефіцієнт навантаження рівним 80 відсоткам. Скільки блоків знадобиться, якщо це весь файл? (Вважайте, що кожен блок складається з одного запису.)

Ключ    Ім'я

14        Андрій

24        Іван

28        Євген

23        Анатолій

18. Як ви думаєте, що простіше: підтримувати: інвертований список або простий зв'язаний список? Якщо ви відповісте «коли як», то приведіть  приклад, підтверджуючий вашу точку зору.

19. Створіть В+ дерево для наступних записів: 20, 63, 34, 56, 43, 89, 45,1 68, 52, 54, 14, 19, 7, 70 і 82. Хай п=3.

20. Побудуйте діаграму ієрархічної моделі і покажіть, як її можна перетворити у фізичне представлення.

21. Побудуйте діаграму простої мережі і покажіть, як її можна перетворити у фізичне представлення.

22. Побудуйте діаграму складної мережі і покажіть, як її можна перетворити у фізичне представлення.

3. Проекти і професійні питання

3.1. У кожному з наступних випадків вирішіть, який спосіб організації файлів підійде краще всього:

а. Система бази даних лікарні, що підтримує її ділові операції.

b. Система введення замовлень для виробничої фірми.

с. Агентство прокату автомобілів.

d. Дистриб'ютор медичних препаратів.

e. Система запису студентів в університеті.

f. Система бронювання номерів в готелі.

3.2. Якщо фізичні структури даних визначаються не системним аналітиком і не користувачем, то чи варто знайомити останніх з цим питанням?

3.3. Ефективна кластеризація записів, що спрощує виконання операцій реляційної мови, залежить від типів запитів і частоти їх запуску. Чи можете ви придумати спосіб виявлення інформації, яка допоможе визначити, як кластеризувати записи?

3.4. Якщо ви маєте доступ до інформації комерційних СУБД, подумайте, чи можете ви визначити, які фізичні структури даних вони підтримують.