2.2 · 順序存取 vs 直接存取

目標： 解釋兩者差異、列出優缺點、為情境選對方法。

「存取方法」是什麼意思

資料儲存後，讀取某條特定記錄的方式根本上有兩種：

存取方法	策略	類比
Sequential access 順序存取	從頭開始按順序讀	用卡式磁帶聽歌 —— 先快進過前面的
Direct (random) access 直接（隨機）存取	透過索引 / 地址直接跳到該記錄	在 Spotify 選歌 —— 點一下就播

順序存取

工作方式

記錄按固定順序逐條儲存（通常按學生 ID 之類的鍵排序）。要找第 N 條，系統會讀第 1、2、… N 條。

最適合順序存取的設備

• 磁帶 —— 移動磁頭慢，唯一現實選擇就是按序讀。
• 光盤用於流式順序資料時（今天少見）。
• 流式日誌文件。

優缺點

優點	缺點
儲存簡單便宜	找特定記錄慢
按順序處理每條記錄時高效（如月薪計算）	隨機查詢低效
適合備份，因為磁帶每 GB 便宜	嚴格順序佈局下新增一條記錄要重寫整個文件

典型用途

• 備份 —— 一次寫入，需要時按序還原。
• 批處理 —— 通宵月薪、月度賬單。
• 日誌文件 —— 只追加，調試時按序讀。

直接（隨機）存取

工作方式

每條記錄都在某個地址（磁碟塊、哈希位置、或索引指向）。要找第 N 條，系統算出地址直接讀 —— 無需掃描。

最適合直接存取的設備

• 硬碟 (HDD) —— 讀寫頭尋道到某磁道與扇區。
• 固態盤 (SSD) —— 更快，無機械部件。
• RAM —— 基本上全是隨機存取。
• 閃存、光盤。

優缺點

優點	缺點
查找任一記錄快	每 GB 較貴（尤其 SSD）
單條記錄易插入 / 更新	軟件更復雜（索引、哈希表）
支援互動應用（網頁、遊戲）	鍵碰撞時性能下降

典型用途

• 網上銀行 —— 實時查餘額。
• 資料庫查詢 —— SELECT … WHERE id = 1001。
• 操作系統文件 —— 憑路徑立即定位任一文件。

並排對比

方面	順序	直接
讀取順序	由首至尾	任意順序
找一條記錄的時間	O(N)	平均 O(1)
讀全部記錄的時間	O(N) —— 高效	O(N) —— 行但無優勢
儲存硬件	磁帶、順序文件	硬碟、SSD、RAM
更新成本	經常要重寫整個文件	原地更新
每 GB 成本（典型）	低（磁帶）	較高（SSD）
插入 / 刪除	難	易
適合	備份、批處理	實時 / 互動

二選一

問三個問題：

1. 我需要快速訪問單條記錄嗎？ → 直接。
2. 我每次都處理每條記錄嗎？ → 順序就行且更便宜。
3. 我需要便宜的歸檔儲存嗎？ → 磁帶（順序）勝出。

很多真實系統兩種都用：

• 銀行把交易存在硬碟（直接）供日常用。
• 通宵任務把交易複製到磁帶（順序）做異地備份。

現實例子 · 薪酬系統

一家 10,000 員工的公司每月跑一次工資，並讓每位員工隨時上網即時查看工資單。

活動	存取方法	原因
月度工資計算	順序	按順序處理每位員工 —— 高效
員工查工資單	直接	現在就要那位員工的記錄
歸檔去年記錄	順序（磁帶）	冷儲存，少用

同一份資料為不同需求用不同方式組織。

常見誤解

• 「順序總是更慢。」 錯 —— 按順序讀每條記錄時它最快。
• 「直接存取意味着資料隨機。」 不 —— 是隨機存取，不是資料隨機。資料本身有結構。
• 「現代系統只用直接存取。」 錯 —— 企業裏磁帶備份仍是標配。

練習活動

為每個情境選順序或直接並説明理由：

1. 税務局通宵批處理 700 萬份税表。
2. 港鐵閘機查詢你的八達通餘額。
3. 學校每學期印 1,200 份成績單。
4. 機票訂位系統實時查座位空閒。
5. 閉路電視 DVR 存 30 天錄像，僅在事故後才看。

答案

1. 順序 —— 批處理每條記錄。
2. 直接 —— 現在就要查一張卡。
3. 順序 —— 每位學生處理一次。
4. 直接 —— 單座查詢。
5. 寫為順序，讀多為順序；回看時兩種都行。

考試式題目

題（4 分）： 説出直接存取相對順序存取的兩個優勢，以及一個順序存取更合適的情況。

參考答案：

直接存取的優勢（任 2）：

• 取特定記錄更快（O(1) vs O(N)）。
• 適合互動應用（如 ATM、網上訂位）。
• 可原地插入或更新記錄，不必重寫整個文件。

順序更適合的情況：

• 按順序讀每位員工記錄的月度工資任務 —— 廉價磁帶上的順序存取對此種工作負載又快又省。

關鍵要點

• 兩種存取方法：順序與直接。
• 順序 = 按序讀；直接 = 任意跳。
• 按工作負載選方法。真實系統常兩者並用。

➡️ 下一節：2.3 校驗、核對與奇偶校驗