Индексно-последовательные файлы представляют собой наибо­лее распространенную форму адресации файлов.

1.5. Индексно-произвольная организация

Произвольный (непоследовательный) список можно индексиро­вать точно так же, как и последовательный список. Однако при этом требуется значительно больший по размерам индекс, так как он должен содержать по одному элементу для каждого элемента списка, а не для блока элемента. Более того, в нем должны содер­жаться полные абсолютные (или относительные) адреса, в то вре­мя как в индексе последовательного списка адреса могут содержаться в усеченном виде, так как старшие знаки последова­тельных адресов будут совпадать.

По сравнению с произвольным доступом индексно-последовательный список более экономичен как с точки зрения размера индекса, так и с точки зрения времени, необходимого для поиска в нем. Про­извольные списки в основном используются для обеспечения воз­можности адресации элементов списка с несколькими ключами. Если список упорядочен по одному ключу, то он не упорядочен по друго­му ключу. Для каждого типа ключей может существовать свой ин­декс: для упорядоченных ключей индексы будут более длинными, так как должны будут содержать по одному данному для каждого элемента. Ключ, который чаще всего используется при адресации списка, обычно служит для его упорядочения, поскольку наиболее быстрый доступ возможен в том случае, когда применяется корот­кий последовательный индекс.

Аналогия с картотекой библиотеки скорее соответствует индексно-последовательному доступу, чем произвольному. В картотеке используются два ключа - название книги и фамилия автора, и, как правило, ни тот, ни другой ключ не применяются при упоря­дочивании книг на полках, следовательно, оба индекса должны содержать по элементу для каждой книги. Книги упорядочиваются по номеру в каталоге. После того как пользователь нашел номер интересующей его книги в каталоге, он отыскивает книгу на ря­дах полок. В каждом ряду обычно указаны начальный и конечный номера книг в нем. Пользователь сравнивает номер, который он получил из каталога (индекса), с номерами, указанными в рядах. Найдя нужный ряд, он ищет полку, на которой стоит книга. Ана­логично ЭВМ выполняет поиск в файлах, начиная, например, с главного индекса, далее просматривая индекс цилиндров, а затем индекс дорожек.

В картотеке библиотеки не указывается физическое местопо­ложение книги на полках. Вместо этого в ней содержится номер в каталоге, который может рассматриваться как символический ад­рес. Символический адрес указывается потому, что книги перес­тавляются, и, если бы использовался физический адрес, это потребовало бы частой корректировки картотеки библиотеки. По той же причине в индексно-произвольных списках часто используются символические, а не абсолютные адреса. При добавлении новых или удалении старых элементов изменяется местоположение осталь­ных элементов. Если имеется несколько ключей, то ин­декс вторичного ключа может содержать в качестве выхода пер­вичный ключ записи. При определении же местоположения элемента по его первичному ключу можно использовать какой-нибудь другой способ адресации. По этому методу поиск осуществляется медлен­нее, чем поиск, при котором физический адрес элемента определя­ется по индексу. В списках, в которых положение элементов часто изменяется, символическая адресация может оказаться предпочтительнее.

Другой причиной для непоследовательного размещения элементов могут служить частые изменения списка. Интенсивное включе­ние новых и удаление старых элементов в последовательно упорядоченном списке связано с большими трудностями и значи­тельным расходом машинного времени. Если бы книги хранились на полках библиотеки в алфавитном порядке, то обеспечение такого порядка занимало бы излишне много времени, так как каждый раз при добавлении новой книги требовалось бы передвигать много книг.

1.6. Адресация с помощью ключа, эквивалентного адресу

Известно много методов преобразования ключа непосредс­твенно в адрес в файле. В тех случаях, когда такое преобразо­вание возможно, оно обеспечивает самую быструю адресацию; при этом нет необходимости организовывать поиск внутри файла или выполнять операции с индексами.

Наиболее простое решение задачи адресации - указывать во входном сообщении относительный машинный адрес запрашиваемой записи. В некоторых ранних банковских системах номера счетов видоизменялись так, чтобы новый номер или его часть являлись бы адресом элемента для данного счета в списке. Таким образом, адрес был равен ключу или определялся по нему простым способом.

Во многих приложениях такой прямой подход невозможен. Но­мера изделий на заводе не могут изменяться только ради удобс­тва использования ЭВМ, поскольку для работников фирмы они име­ют в запросе определенный смысл.

Иногда во входном сообщении используется внутренний машинный код; при этом не требуется, чтобы он был равен номеру клиента или номеру изделия. Например, адрес записи счета в файле может печататься в банковской расчетной книжке клиента сберкассы и указываться далее в запросе с терминала.

Такие схемы называются прямой адресацией, хотя обычно этот термин используется в более широком смысле для обозначе­ния любого алгоритма, преобразующего ключ непосредственно в машинный адрес.

1.7. Алгоритм преобразования ключа в адрес

Способ преобразования ключа в адрес дает почти ту же ско­рость поиска, что и способ, в котором используется ключ, экви­валентный адресу. В некоторых приложениях адрес может быть вы­числен на основе идентификаторов объекта, таких как адрес улицы и номер дома или номер рейса и его дата. Для таких при­ложений рассматриваемый метод адресации является наиболее простым и быстрым. Чаще всего данный способ применяется в диа­логовых системах, где критичным является время поиска в списке, и называется хешированием, перемешиванием или рандомизацией.

К недостаткам данного способа относится малое заполнение списка: в списке остаются свободные участки, поскольку ключи преобразуются не в непрерывное множество адресов.

При этом методе вся область памяти для размещения списка делится на участки – бакеты размером несколько десятков элементов списка. Сам алгоритм хеширования по первичному ключу определяет, в отличие от других методов, не адрес одного элемента списка, а адрес бакета, содержащего целую группу элементов. При размещении элемента в списке каждый новый элемент добавляется в конец уже имеющихся в бакете элементов; при поиске - после определения адреса бакета поиск нужного элемента выполняется методом последовательного сканирования.

Алгоритм хеширования выполняется в три этапа:

1) первый этап выполняется только для нечисловых значений ключей и заключается в замене их числовыми значениями. Для этого составляется таблица соответствия символов алфавита, в котором записываются значения ключей, с цифрами от 1 до 9. Затем каждый символ нечислового значения ключа заменяется своим цифровым эквивалентом. Например, если нечисловые значения ключей определены на русском алфавите, такая таблица будет иметь вид: