【中華百科全書●工學●電腦檔案設計】

楊籍富

【中華百科全書●工學●電腦檔案設計】

 

使用電腦處理資料常見的作業程序是建檔、更新和取用三個步驟。

 

建檔是指將資料儲存在磁帶或磁碟中；

 

更新是指根據異動資料來修正檔案的內容，以確保檔案的正確性和完整性；

 

取用則指利用檔案提取或製作資訊。

 

一個良好檔案必備的條件很多，簡言之，就是符合目標、使資料存得多、找得快、費用低廉及操作簡單。

 

要達到這些要求必須講究檔案設計的方法，底下將分檔案資料的型式和性質、檔案組織的型態及其優缺點和適用對象與時機、檔案的性能、設計的原則以及分析師的步驟等來討論。

 

一、檔案資料的形式如果以檔案資料的長度和版段（Block）的情況來區別，則檔案資料的形式可分為下列四種：固定長度無版段、固定長度有版段、可變長度無版段和可變長度有版段。

 

一般而言，固定長度的資料形式程式設計比較簡單，可變長度的則比較麻煩；

 

有版段的資料形式電腦處理的速度較快、經濟效果好，而無版段的則處理速度慢、經濟效果也較差。

 

二、檔案資料的性質如果以檔案資料的性質及其作業特性來區別，則檔案可分成主檔、異動檔、印表檔和歷史檔等四種。

 

主檔通常是存放大量經常需要利用或參考的資料，例如人事主檔和客戶主檔等；

 

異動檔是存放那些經常都在變動的資料，例如庫存資料；

 

印表檔是為了方便印表，從主檔中提出一些資料項目做為暫用性的工作檔；

 

歷史檔則是存放一些不常使用的資料，但偶爾也會調閱，通常是將歷史檔放在比較經濟的磁帶上。

 

三、檔案組織的形態和適用對象與時機存放檔案資料的媒體和方法很多，在電腦資料處理方面以磁帶和磁碟最為普遍。

 

磁帶上的檔案資料只能以循序方式來處理，而磁碟中的檔案資料則可以隨機方式作業，因此一般的電腦系統大都以磁碟為主要的輔助記憶體。

 

一般常見的傳統檔案有下列三種：循序存取檔（SequentialAccessMethodFile簡稱SAM檔）、隨機存取檔（RandomAccessMethodFile簡稱RAM檔）和索引循序存取檔（IndexSequentialAccessMethodFile簡稱ISAM檔）。

 

另外有一種新的檔案設計，請查閱本冊資料庫設計一詞。

 

底下將分述上面三種組織形態的檔案，及其優缺點和適用對象與時機。

 

（一）循序存取檔：循序存取法是最基本的檔案設計方法，各個資料錄依照鍵號的順序存放在磁帶或磁碟上，在更新或取用時也須依照鍵號的順序循序處理，因此異動資料須事先分類（Sorting）。

 

此種檔案在成批作業（BatchOrientedDataProcessing）時最常使用。

 

成批作業就是將一企業的異動資料先集中成批，收集到一定數量後才做整批處理。

 

成批作業常出現於週期性業務的處理，例如庫存清單登記、每月帳目處理和一季稅收報告等等。

 

循序存取檔建檔的主要步驟為：1.打開檔（OpenFile）；

 

2.讀取資料並將它移到輸出區域；

 

3.將資料寫到媒體（磁帶或磁碟）上。

 

循序存取檔的優缺點和適用對象如下：1.優點：（1）使用簡單；

 

（2）資料須依照順序處理時，速度最快；

 

（3）可充分的利用媒體的空間，媒體的儲存密度最高；

 

（4）構造簡單，不需要複雜的作業系統，因此可使用於小型的電腦系統；

 

（5）容許重複的資料；

 

（6）可以將修正後的資料放回原處；

 

（7）可以在原有的檔案後面順序追補資料。

 

2.缺點：（1）不便於中間插入新的資料；

 

（2）不能隨機處理資料，異動資料必須事先分類，且在大量的主檔中尋找少部分的資料時很不方便；

 

（3）不能借助系統程式管理資料，用戶的程式設計負擔較重。

 

3.適用對象與時機：（1）可以用來存放表格性質的資料；

 

（2）可以當作分類時的工作區；

 

（3）可以用於活動比率高的更新作業處理。

 

（二）隨機存取檔：隨機存取法處理資料錄時不須仰賴循序順序，克服了循序存取檔的最大限制。

 

此種檔案在存放資料錄時，是將其鍵號透過某一公式計算而得出存放位址；

 

更新或取用資料錄時，也是按照同一公式計算得其存放位址。

 

當兩個不同的鍵號具有相同的存放位址時，通常是把後來的資料錄放在溢位區（OverflowArea），而兩資料錄間有鏈連結，電腦可依此鏈找到所要的資料錄。

 

一個良好的隨機存取檔，求算位址的公式應當簡單易算，而且算得同一位址的機率要低；

 

當算得同一位址時也要有一套簡便的方法來處理。

 

隨機存取檔的優缺點和適用對象與時機如下：1.優點：（1）可以隨機處理資料，所以能用於線上即時系統；

 

（2）處理資料時，異動檔不必先行分類；

 

（3）追加或刪除檔案中的資料很方便；

 

（4）不需要有索引區（IndexArea）；

 

（5）從大量的檔案資料中尋找少部分的資料時最快，而且尋找任一資料錄的時間幾乎相同；

 

（6）可以借助系統程式，用戶沒有太大的程式設計負擔。

 

2.缺點：（1）檔案中的資料錄不能組成版段；

 

（2）不能容許相同鍵號的資料錄存在；

 

（3）必須考慮計算位址的公式；

 

（4）必須考慮算得相同位址時的對策；

 

（5）必須考慮溢位區飽和時的對策；

 

（6）不便按照鍵號的大小順序來處理資料；

 

（7）磁碟容易產生空白區，浪費儲存體。

 

3.適用對象與時機：（1）資料需要高速度、隨機處理時；

 

（2）主記憶體容量不大，而需要隨機存取資料時；

 

（3）需要線上即時作業時；

 

（4）資料追加的可能性大時；

 

（5）資料的活動比率很低時。

 

（三）索引循序存取檔：索引循序存取法是最常用的檔案設計方法。

 

各個資料錄在磁碟中是依照鍵號的順序循序存放，但另外有一索引區域存放某些鍵號資料的存放位址，在更新或取用資料錄時，可以利用這些索引區確定資料錄約存放區域。

 

索引存取檔是由索引區、純資料區和溢位區所組成。

 

索引區又分三個索引階層，是存放索引的區域；

 

純資料區是存放資料的區域；

 

溢位區則存放超溢資料的區域。

 

決定建立索引循序存取檔時，使用者必須先完成下列工作：1.利用控制卡指定索引區、純資料區和溢位區所在的磁碟機位址、磁碟編號和它們在磁碟中的大小與位置；

 

2.在程式中指定資料錄的那一欄是錄鍵、每一柱面（Cylinder）留多少磁道作為柱面溢位區域；

 

3.程式負責讀入資料，並按照鍵的順序交給索引循序存取載入常規（Routine）來建立索引循序存取檔案。

 

索引循序存取檔的優缺點及適用對象與時機如下：1.優點：（1）隨機處理或循序處理資料時，效率都很好；

 

（2）作業簡單，磁碟的儲存密度中等；

 

（3）備有溢位區，便於追加或刪除資料。

 

2.缺點：（1）必須在磁碟中配置索引區域，稍為浪費儲存體；

 

（2）需要很多系統軟體工作，成本較高；

 

（3）必須時常重組檔案中的資料；

 

（4）對溢位的資料錄處理比較麻煩。

 

3.適用對象與時機：（1）需要同時兼顧隨機處理和循序處理資料時；

 

（2）資料的活動比率中等時。

 

四、檔案性能的衡量一個檔案性能的優劣通常經由下列各項來衡量：（1）讀一資料錄的時間；

 

（2）寫一資料錄的時間；

 

（2）更新（插入或刪除）一資料錄的時間；

 

（4）處理整個檔所需要的時間；

 

（5）檔案重組所需要的時間；

 

（6）一資料錄所占的記憶體的多少；

 

（7）保留記憶體空間的使用率。

 

五、檔案設計的原則規劃和設計檔案時應遵守下列各原則：（一）儘量降低檔案的存取次數；

 

（二）儘量減少檔案所占的空間；

 

（三）增強系統的完整性；

 

（四）重視檔案的性能；

 

（五）在增進效率之前，應先做成本效益分析；

 

（六）資料的活動比率大於百分之二十時，以循序存取檔最為有效；

 

資料的活動比率很低時，以隨機存取檔較為有利；

 

資料的活動比率介於兩者之間時，以索引循序存取檔最為方便；

 

（七）檔案在磁碟裏所占的區域宜深而長，不宜淺而寬，如此可以縮短磁碟讀寫頭尋找資料的時間；

 

（八）避免將一個檔案的區域和另一個檔案的區城重疊；

 

（九）必要時預留些磁碟空間，以免經常重編檔案資料；

 

（十）決定版段大小時，應注意讓一個版段的資料能存在於一個磁道中。

 

六、分析師的步驟為了有效定義一檔案，分析師應依下列步驟來完成：（一）預算多少？

 

（二）檔案的目標是什麼？

 

（三）需要何種應用程式？

 

（四）檔的動態狀況如何？

 

包括資料量的多寡和其成長特性。

 

（五）資料應如何處理，報表如何印製？

 

（六）應使用何種檔案組織？

 

（七）裝配的因難為何？

 

包括程式設計師的素質和能力、磁帶和磁碟的設置實情。

 

（八）系統的總體考慮是什麼？

 

（九）此種選擇的成本是多少？

 

（十）總費用是多少？

 

（十一）完成之檔案的目的是否有所偏差？

 

（十二）對以上的步驟反覆演算，直到對結果滿意為止。

 

（十三）產生檔案系統的描述。

 

（林國棟）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=8306