2.2 · 顺序存取 vs 直接存取

目标： 解释两者差异、列出优缺点、为情境选对方法。

「存取方法」是什么意思

数据储存后，读取某条特定记录的方式根本上有两种：

存取方法	策略	类比
Sequential access 顺序存取	从头开始按顺序读	用卡式磁带听歌 —— 先快进过前面的
Direct (random) access 直接（随机）存取	透过索引 / 地址直接跳到该记录	在 Spotify 选歌 —— 点一下就播

顺序存取

工作方式

记录按固定顺序逐条储存（通常按学生 ID 之类的键排序）。要找第 N 条，系统会读第 1、2、… N 条。

最适合顺序存取的设备

• 磁带 —— 移动磁头慢，唯一现实选择就是按序读。
• 光盘用于流式顺序数据时（今天少见）。
• 流式日志文件。

优缺点

优点	缺点
储存简单便宜	找特定记录慢
按顺序处理每条记录时高效（如月薪计算）	随机查询低效
适合备份，因为磁带每 GB 便宜	严格顺序布局下新增一条记录要重写整个文件

典型用途

• 备份 —— 一次写入，需要时按序还原。
• 批处理 —— 通宵月薪、月度账单。
• 日志文件 —— 只追加，调试时按序读。

直接（随机）存取

工作方式

每条记录都在某个地址（磁盘块、哈希位置、或索引指向）。要找第 N 条，系统算出地址直接读 —— 无需扫描。

最适合直接存取的设备

• 硬盘 (HDD) —— 读写头寻道到某磁道与扇区。
• 固态盘 (SSD) —— 更快，无机械部件。
• RAM —— 基本上全是随机存取。
• 闪存、光盘。

优缺点

优点	缺点
查找任一记录快	每 GB 较贵（尤其 SSD）
单条记录易插入 / 更新	软件更复杂（索引、哈希表）
支援互动应用（网页、游戏）	键碰撞时性能下降

典型用途

• 网上银行 —— 实时查余额。
• 数据库查询 —— SELECT … WHERE id = 1001。
• 操作系统文件 —— 凭路径立即定位任一文件。

并排对比

方面	顺序	直接
读取顺序	由首至尾	任意顺序
找一条记录的时间	O(N)	平均 O(1)
读全部记录的时间	O(N) —— 高效	O(N) —— 行但无优势
储存硬件	磁带、顺序文件	硬盘、SSD、RAM
更新成本	经常要重写整个文件	原地更新
每 GB 成本（典型）	低（磁带）	较高（SSD）
插入 / 删除	难	易
适合	备份、批处理	实时 / 互动

二选一

问三个问题：

1. 我需要快速访问单条记录吗？ → 直接。
2. 我每次都处理每条记录吗？ → 顺序就行且更便宜。
3. 我需要便宜的归档储存吗？ → 磁带（顺序）胜出。

很多真实系统两种都用：

• 银行把交易存在硬盘（直接）供日常用。
• 通宵任务把交易复制到磁带（顺序）做异地备份。

现实例子 · 薪酬系统

一家 10,000 员工的公司每月跑一次工资，并让每位员工随时上网即时查看工资单。

活动	存取方法	原因
月度工资计算	顺序	按顺序处理每位员工 —— 高效
员工查工资单	直接	现在就要那位员工的记录
归档去年记录	顺序（磁带）	冷储存，少用

同一份数据为不同需求用不同方式组织。

常见误解

• 「顺序总是更慢。」 错 —— 按顺序读每条记录时它最快。
• 「直接存取意味着数据随机。」 不 —— 是随机存取，不是数据随机。数据本身有结构。
• 「现代系统只用直接存取。」 错 —— 企业里磁带备份仍是标配。

练习活动

为每个情境选顺序或直接并说明理由：

1. 税务局通宵批处理 700 万份税表。
2. 港铁闸机查询你的八达通余额。
3. 学校每学期印 1,200 份成绩单。
4. 机票订位系统实时查座位空闲。
5. 闭路电视 DVR 存 30 天录像，仅在事故后才看。

答案

1. 顺序 —— 批处理每条记录。
2. 直接 —— 现在就要查一张卡。
3. 顺序 —— 每位学生处理一次。
4. 直接 —— 单座查询。
5. 写为顺序，读多为顺序；回看时两种都行。

考试式题目

题（4 分）： 说出直接存取相对顺序存取的两个优势，以及一个顺序存取更合适的情况。

参考答案：

直接存取的优势（任 2）：

• 取特定记录更快（O(1) vs O(N)）。
• 适合互动应用（如 ATM、网上订位）。
• 可原地插入或更新记录，不必重写整个文件。

顺序更适合的情况：

• 按顺序读每位员工记录的月度工资任务 —— 廉价磁带上的顺序存取对此种工作负载又快又省。

关键要点

• 两种存取方法：顺序与直接。
• 顺序 = 按序读；直接 = 任意跳。
• 按工作负载选方法。真实系统常两者并用。

➡️ 下一节：2.3 校验、核对与奇偶校验