第6章 数据库存储技术

6.1.1
5. 光盘
数据库的物理存储介质
光盘存储器最流行的形式是只读光盘（CD-ROM）。 数据通过光学方法存储在光盘上，并且可以被激光器读取。 用于CD-ROM存储器的光盘是不可写的，但是可以提供预 先记录的数据，并且可以装入驱动器或从驱动器中移走。 另一种光盘存储器是“一次写，多次读”（WORM）光盘， 它允许写入数据一次，但是不允许擦除和重写这些数据。 这种介质用于数据的归档存储。此外还有磁光结合的存储 设备，可使用光学方法读取以磁方法编码的数据，并且允 许对旧数据进行覆盖。
6.1.1
3. 快闪存储器
数据库的物理存储介质
也叫电可擦可编程只读存储器（EEPROM）。快 闪存储器不同于主存储器的地方是在电源故障发生时 数据可被保存下来。从快闪存储器读数据的时间小于 100纳秒，大致等于从主存储器中读数据的时间。然 而，向快闪存储器写数据是非常复杂的——数据写入 一次，大约需要4~10微秒，而且数据不能被直接覆盖。 要想覆盖已经被写过的快闪存储器，必须一次性擦除 整个快闪存储器，然后它才可以再被写入一次。快闪 存储器的另一个缺点是它只支持有限的擦除次数，其 范围从10000~1百万。在低成本计算机系统中，例如 在嵌入至其他设备的计算机系统中，快闪存储器作为 磁盘的替代物来存储少量数据（5MB~10MB）已经非 常流行。
6.1.2
磁盘存储器及其结构
3. 磁盘存储器 一个磁盘存储器是由盘片组以及磁盘驱动器组成，其 中盘片组以轴为核心作不间断的旋转，速度以60、90、 120或150转不等，而活动臂组合件则以圆柱体为单位做前 进或后退操作。这样，一个磁盘存储器上的任何一个磁盘 块都可由下面三个部分定位。 （1）圆柱体号：确定圆柱体（由活动臂移动定位）。 （2）读/写头号：确定圆柱体中磁道（由选择组合件中活 动臂定位）。 （3）磁盘块号：确定磁道中的盘块号（由盘片组旋转定 位）。
6.1.2
磁盘存储器及其结构
6.1.2
磁盘存储器及其结构
磁盘存储器由磁盘盘片与磁盘驱动器两部分组成。 1. 磁盘盘片 磁盘盘片是一种扁平的圆盘。它的两个表面都覆盖着磁 性物质，信息就记录在表面上。盘片由硬金属或玻璃制成， 被磁性物质覆盖（通常是两面）。盘片的表面被逻辑地划分 为磁道(track)，磁道又被划分为扇区（sector），它又称 磁盘块（block），磁盘块是从磁盘读出和写入信息的最小 单位。根据磁盘的不同类型，一个扇区的大小可从32~4096 字节不等，但通常是512字节。每个磁道有4~32个扇区，每 个盘片表面有20~1500个磁道。 一个磁盘存储器往往由若干个盘片（6~11片）组成一个 盘片组，固定在一个主轴上，以每个盘片磁道为注视点可以 构成一个无形的同心圆柱体，从内到外层层相套。每个圆柱 体从上到下有若干个磁道围绕其上。
6.1.1
数据库的物理存储介质
CPU
高速缓存
主存储器
主存 数据请求
磁盘
第二级存储器
满足请求的数据
磁带 第三级存储器
图6.1存储层次
6.1.1
1. 高速缓存
数据库的物理存储介质
高速缓冲存储器是最快最昂贵的存储介质。高速缓冲 存储器一般很小，它的使用由操作系统来管理。在数据库 系统中，我们将不考虑高速缓冲存储器的存储管理。 2. 主存
第6章 数据库存储技术
6.1 数据库的物理存储介质
6.2 文件组织 6.3 文件中记录的组织 6.4索引技术与散列技术
6.1 数据库的物理存储介质
6.1.1 数据库的物理存储介质 6理存储介质
如图 6.1 所示，计算机系统中的数据存储 是按照层次组织的。顶层是主存储器，它是由 高速缓存储器和主存组合，提供数据的快速访 问；接下来是第二级存储器，它是由磁盘等较 慢的设备组成；第三级存储器是最慢的存储设 备，如光盘和磁带等。与同样数量的磁盘相比， 主存的价格昂贵得多，而磁带却比磁盘更便宜。 因为数据库需要存储大量的数据，所以像磁盘 和磁带这样较慢的存储设备在数据库系统中具 有重要地位。主要的存储介质有：
6.1.1
6. 磁带
数据库的物理存储介质
磁带具有较大的容量（从GB到TB），价格便宜 并可以脱机存放。因为磁带必须从头顺序存取，是一 种顺序存取存储器，因此数据存取也比磁盘慢的多。 磁带一般用于存储磁盘或主存中的拷贝数据，它是一 种辅助存储设备，也称为三级存储器。
6.1.2
磁盘存储器及其结构
由于磁盘是数据库数据存储的主要物理存储体，因 此本节主要介绍磁盘及其结构。 磁盘为现代计算机系统提供了大容量的辅助存储， 其存储容量极大，大约在几个GB到几十个GB，甚至几百 个GB之间。一个典型的大型商业数据库需要数百个磁盘。 磁盘结构如图所示。
主存又称内存或主存储器，用于存放可被处理的数据， 它是计算机机器指令执行操作的地方。由于其存储量小 （一般以MB为单位）、成本高、存储时间短，而且发生 电源故障或者系统崩溃时，里面的内容一般会丢失，因此 它在数据库中仅作为数据存储的辅助实体，如作为工作区 （work area）(数据加工区)、缓冲区（buffer area）(磁 盘与主存的交换区)等。
6.1.2
磁盘存储器及其结构
2. 磁盘驱动器 磁盘驱动器由活动臂、读写头等组成。每个盘面有 两个臂，分别对应上、下两面，每个臂的尽头是一个读 /写头（或称磁头），用它可以读取（或写入）盘片中 的数据。一个由n个磁盘片所组成的盘片组对应有2n个 活动臂，它们组合在一起构成臂组合件，这种组合件可 以自由伸缩活动，它以磁道为单位向前推进或向后退缩， 用它可以对磁道定位，由于它是组合方式以全体活动臂 为单位作进退，因此它的推进或后退实际上是对圆柱体 定位。
6.1.1
4. 磁盘
数据库的物理存储介质
磁盘存储器又称二级存储器或次级存储器。由于 它存储量大（一般以GB为单位），能长期保存又有一 定的存取速度且价格合理，因此早已成为数据库真正 存放数据的物理实体。通常整个数据库都存储在磁盘 上。为了能够访问到数据，必须将数据从磁盘移到主 存储器。完成操作后，被修改的数据必须写回磁盘。 磁盘存储器为直接存取存储器，因为在磁盘上可以按 任意顺序读取数据（与顺序存取的存储器不同）。在 发生电源故障或者系统崩溃时，磁盘存储器不会丢失 数据。