Professor: Renato E. N. de Moraes Semestre: Valor: 0,0 pts Aluno: Lista de exercícios 01

Transcrição

1 Disciplina: Estrutura de Dados II Turma: 4EC/5CC Data: 21/08/15 Nota: Professor: Renato E. N. de Moraes Semestre: Valor: 0,0 pts Aluno: Lista de exercícios Discuta as vantagens e as desvantagens do uso de (a) um arquivo desordenado, (b) um arquivo ordenado e (c) um arquivo hash estático com buckets e encadeamento. Quais operações podem ser realizadas eficientemente em cada uma dessas organizações e quais operações são dispendiosas? 2. Discuta a técnica para possibilitar a expansão ou retração dinâmica de um arquivo hash. Quais as suas vantagens e as desvantagens? 3. Qual a organização de arquivo que devemos escolher quando a única preocupação for ter acesso serial extremamente eficiente? 4. Esboçar o código de uma função que faça a compactação (remoção física de registros logicamente removidos) de um arquivo sequencial desordenado. 5. Esboçar o código de uma função que faça a inclusão de registros em lote (supor conjunto de registros armazenados em arquivo temporário não ordenado) em um arquivo sequencial ordenado. 6. Esboçar o código de uma função que faça a exclusão de registros em lote (supor conjunto de registros armazenados em arquivo temporário ordenado balance-line) em um arquivo sequencial ordenado. 7. Considere um disco com as seguintes características(estes não são parâmetros de nenhuma unidade de disco em particular): tamanho de bloco B = 512 bytes; tamanho de intervalo entre blocos G = 128 bytes; número de blocos por trilha = 20; número de trilhas por superfície = 400. Um conjunto de discos (disk pack) consiste de 15 discos dupla face. (a) Qual é a capacidade total de uma trilha, e qual é sua capacidade útil (excluindo os intervalos entre blocos)? Total track size = 20 * ( ) = bytes = 12.8 Kbytes. Useful capacity of a track = 20 * 512 = bytes = Kbytes (b) Qual a quantidade de cilindros? Number of cylinders = number of tracks = 400 (c) Qual é a capacidade total e a capacidade útil de um cilindro? Total cylinder capacity = 15*2*20*( ) = bytes = 384 Kbytes. Useful cylinder capacity = 15 * 2 * 20 * 512 = bytes = Kbytes (d) Qual é a capacidade total e a capacidade útil de um conjunto de discos? Total capacity of a disk pack = 15 * 2 * 400 * 20 * ( )= bytes = Mbytes. Useful capacity of a disk pack = 15 * 2 * 400 * 20 * 512 = Mbytes (e) Suponha que a unidade de disco rotaciona o conjunto de discos a uma velocidade de rpm (revoluções por minuto). Quais são a taxa de transferência (tr) em bytes/ms e o tempo de transferência de bloco (btt) em ms? Qual o atraso rotacional (rd) em ms? Qual a taxa de transferência de volume? Transfer rate tr= (total track size in bytes)/(time for one disk revolution in msec) tr= (12800) / ( (60 * 1000) / (2400) ) = (12800) / (25) =

2 512 bytes/msec block transfer time btt = B / tr = 512 / 512 = 1 msec average rotational delay rd = (time for one disk revolution in msec) / 2 = 25 / 2 = 12.5 msec bulk transfer rate btr= tr * ( B/(B+G) ) = 512*(512/640) = bytes/msec (f) Suponha que o tempo médio de pesquisa é de 30 ms. Quanto tempo leva (em média) em ms para localizar e transferir um único bloco, dado o endereço do bloco? average time to locate and transfer a block = s+rd+btt = = 43.5 msec (g) Calcule o tempo médio que levaria para transferir 20 blocos aleatórios, e compare com o tempo que levaria para transferir 20 blocos consecutivos, utilizando-se o buffering duplo para economizar tempo de pesquisa e reduzir atraso rotacional. time to transfer 20 random blocks = 20 * (s + rd + btt) = 20 * 43.5 = 870 msec time to transfer 20 consecutive blocks using double buffering = s + rd + 20*btt = (20*1) = 62.5 msec (a more accurate estimate of the latter can be calculated using the bulk transfer rate as follows: time to transfer 20 consecutive blocks using double buffering = s+rd+((20*b)/btr) = (10240/409.6) = = 67.5 msec) 8. Um arquivo possui r = registros de ALUNO com tamanho fixo. Cada registro possui os seguintes campos: NOME (30 bytes), SSN (9 bytes), ENDEREÇO (40 bytes), TELEFONE (9 bytes), DATANASC (8 bytes), SEXO (1 byte), DEP REFERENCIA (4 bytes), DEP ESPECIALIZACA0 (4 bytes), C0D SALA (4 bytes, número inteiro) e PRO- GRAMA DE GRADUACAO (3 bytes). Um byte adicional é utilizado como marcador de exclusão. O arquivo está armazenado em um disco cujos parâmetros são aqueles dados no Exercício anterior. (a) Calcule o tamanho R do registro em bytes. R = ( ) + 1 = 113 bytes (b) Calcule o fator de divisão de bloco bfr e o número b de blocos do arquivo, supondo uma organização não-spanned. bfr = floor(b / R) = floor(512 / 113) = 4 records per block b = ceiling(r / bfr) = ceiling(20000 / 4) = 5000 blocks (c) Calcule o tempo médio para localizar um registro por meio de uma pesquisa linear no arquivo se (i) os blocos do arquivo estiverem armazenados de maneira adjacente e for utilizado buffering duplo; (ii) os blocos do arquivo não estiverem armazenados de maneira adjacente. For linear search we search on average half the file blocks= 5000/2= 2500 blocks. i. If the blocks are stored consecutively, and double buffering is used, the time to read 2500 consecutive blocks = s+rd+(2500*(b/btr))= (2500*(512/409.6)) = msec = sec (a less accurate estimate is = s+rd+(2500*btt)= *1= msec) ii. If the blocks are scattered over the disk, a seek is needed for each block, so the time is: 2500 * (s + rd + btt) = 2500 * ( ) = msec = sec (d) Suponha que o arquivo esteja ordenado por SSN; calcule o tempo para buscar um registro, dado seu valor de SSN por meio da execução de uma pesquisa binária. For binary search, the time to search for a record is estimated as: ceiling(log 2 b) * (s +rd + btt) = ceiling(log ) * ( ) = 13 * 43.5 = msec = sec

3 9. Suponha que apenas 80% dos registros de ALUNO do Exercício anterior possuam um valor para TELEFONE, 85% para DEP REFERENCIA, 15% para DEP ESPECIALIZACA0 e 90% para PR0GRAMA DE GRADUACA0; e suponha que usemos um arquivo com registros de tamanho variável. Cada registro possui um código de tipo de campo de 1 byte para cada campo do registro, mais um marcador de exclusão de 1 byte e um marcador de fim de registro de 1 byte. Suponha que usemos a organização de registros spanned, na qual cada bloco possui um ponteiro de 5 bytes para o próximo bloco (esse espaço não é utilizado para armazenamento do registro). (a) Calcule o tamanho médio R dos registros em bytes. Assuming that every field has a 1-byte field type, and that the fields not mentioned above (NAME, SSN, ADDRESS, BIRTHDATE, SEX, CLASSCODE) have values in every record, we need the following number of bytes for these fields in each record, plus 1 byte for the deletion marker, and 1 byte for the end-of-record marker: R fixed = (30+1) + (9+1) + (40+1) + (8+1) + (1+1) + (4+1) +1+1 = 100 bytes For the fields (PHONE, MAJORDEPTCODE, MINORDEPT- CODE DEGREEPROGRAM), the average number of bytes per record is: R variable = ((9+1)*0.8)+((4+1)*0.85)+((4+1)*0.15)+((3+1)*0.9) = = 16.6 bytes The average record size R = R fixed + R variable = = bytes The total bytes needed for the whole file = r * R = * = bytes (b) Calcule o número de blocos necessários para o arquivo. Using a spanned record organization with a 5-byte pointer at the end of each block, the bytes available in each block are (B-5) = (512-5) = 507 bytes. The number of blocks needed for the file are: b = ceiling((r * R) / (B - 5)) = ceiling( / 507) = 4600 blocks 10. O arquivo PECAS com NUMERO PECA como chave de hash possui registros com os seguintes valores de NUMERO PECA: ,4692,4871,5659,1821,1074, 7115,1620, 2428,3943,4750,6975,4981, arquivo usa oito buckets, números de 0 a 7. Cada bucket é um bloco de disco e mantém dois registros. Carregue os registros no arquivo na ordem dada, utilizando a função hash h(k) = K mod 8. Calcule o número médio de acessos a bloco para uma recuperação aleatória baseada em um NUMER0 PECA. The records will hash to the following buckets: K h(k) (bucket number) overflow overflow

4 Two records out of 15 are in overflow, which will require an additional block access. The other records require only one block access. Hence, the average time to retrieve a random record is: (1 * (13/15)) + (2 * (2/15)) = = block accesses 11. Carregue os registros do Exercício anterior em arquivos hash extensíveis baseados em hashing extensível. Mostre a estrutura de diretório em cada passo e as profundidades local e global. Use a função hash h(k) = K mod 128.

5

6 12. Suponha que tenhamos um arquivo ordenadode registros de tamanho fixo e um arquivo de overflow para o tratamento de inclusões. Ambos os arquivos usam registros não-spanned. Esboce algoritmos para a inclusão, a exclusão e a modificação de um registro do arquivo e para a reorganização do arquivo. Declare quaisquer suposições que você faça. 13. Suponha que tenhamos um arquivo hash de registros de tamanho fixo e suponha que o overflow é tratado por encadeamento. Esboce algoritmos para a inclusão, a exclusão e a modificação de um registro do arquivo. Declare quaisquer suposições que você fizer. 14. Suponha que tenhamos um arquivo sequencial (ordenado) de cem mil registros, no qual cada registro é de 240 bytes, Suponha que B = bytes, s = 16 ms, rd = 8,3 ms e btt = 0, 8 ms. Suponha que queiramos realizar X leituras independentes e aleatórias de registros do arquivo. Poderíamos realizar X leituras aleatórias de blocos ou poderíamos executar uma leitura exaustiva do arquivo inteiro procurando por aqueles X registros. A questão é decidir quando seria mais eficiente realizar uma leitura exaustiva do arquivo inteiro em vez de realizar X leituras individuais aleatórias. Ou seja, qual o valor de X para que a leitura exaustiva do arquivo seja mais eficiente que as X leituras aleatórias? Desenvolva sua solução como uma função de X. Total blocks in file = records * 240 bytes/record divided by 2400 bytes/block = blocks. Time for exhaustive read = s + r + b.btt = (10000) * 0.8 = msec Let X be the # of records searched randomly that takes more time than exhaustive read time. Hence, X (s + r + btt) > X ( ) >

7 X > /25.1 Thus, X > i.e. If at least 320 random reads are to be made, it is better to search the file exhaustively.