Zusammenfassung der VL bis einschließlich Puffer
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Marco Ammon
commit
bfc8b5d6d4
227
.gitignore
vendored
Normal file
227
.gitignore
vendored
Normal file
@ -0,0 +1,227 @@
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### LaTeX ###
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## Core latex/pdflatex auxiliary files:
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*.aux
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*.lof
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*.log
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*.lot
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*.fls
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*.out
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*.toc
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*.fmt
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*.fot
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*.cb
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*.cb2
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## Intermediate documents:
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*.dvi
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*.xdv
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*-converted-to.*
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# these rules might exclude image files for figures etc.
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# *.ps
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# *.eps
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# *.pdf
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## Generated if empty string is given at "Please type another file name for output:"
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.pdf
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## Bibliography auxiliary files (bibtex/biblatex/biber):
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*.bbl
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*.bcf
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*.blg
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*-blx.aux
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*-blx.bib
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*.run.xml
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## Build tool auxiliary files:
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*.fdb_latexmk
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*.synctex
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*.synctex(busy)
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*.synctex.gz
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*.synctex.gz(busy)
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*.pdfsync
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*Notes.bib
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## Auxiliary and intermediate files from other packages:
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# algorithms
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*.alg
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*.loa
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# achemso
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acs-*.bib
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# amsthm
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*.thm
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# beamer
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*.nav
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*.pre
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*.snm
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*.vrb
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# changes
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*.soc
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# cprotect
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*.cpt
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# elsarticle (documentclass of Elsevier journals)
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*.spl
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# endnotes
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*.ent
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# fixme
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*.lox
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# feynmf/feynmp
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*.mf
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*.mp
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*.t[1-9]
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*.t[1-9][0-9]
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*.tfm
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#(r)(e)ledmac/(r)(e)ledpar
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*.end
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*.?end
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*.[1-9]
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*.[1-9][0-9]
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*.[1-9][0-9][0-9]
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*.[1-9]R
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*.[1-9][0-9]R
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*.[1-9][0-9][0-9]R
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*.eledsec[1-9]
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||||
*.eledsec[1-9]R
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*.eledsec[1-9][0-9]
|
||||
*.eledsec[1-9][0-9]R
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||||
*.eledsec[1-9][0-9][0-9]
|
||||
*.eledsec[1-9][0-9][0-9]R
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# glossaries
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*.acn
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*.acr
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*.glg
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*.glo
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*.gls
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*.glsdefs
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# gnuplottex
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*-gnuplottex-*
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# gregoriotex
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*.gaux
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*.gtex
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# hyperref
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*.brf
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# knitr
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*-concordance.tex
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# TODO Comment the next line if you want to keep your tikz graphics files
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*.tikz
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*-tikzDictionary
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# listings
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*.lol
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# makeidx
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*.idx
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*.ilg
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*.ind
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*.ist
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# minitoc
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*.maf
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*.mlf
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*.mlt
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*.mtc[0-9]*
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*.slf[0-9]*
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*.slt[0-9]*
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*.stc[0-9]*
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# minted
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_minted*
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*.pyg
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# morewrites
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*.mw
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# nomencl
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*.nlo
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# pax
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*.pax
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# pdfpcnotes
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*.pdfpc
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# sagetex
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*.sagetex.sage
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*.sagetex.py
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*.sagetex.scmd
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# scrwfile
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*.wrt
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# sympy
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*.sout
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*.sympy
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sympy-plots-for-*.tex/
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# pdfcomment
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*.upa
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*.upb
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# pythontex
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*.pytxcode
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pythontex-files-*/
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# thmtools
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*.loe
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# TikZ & PGF
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*.dpth
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*.md5
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*.auxlock
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# todonotes
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*.tdo
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# easy-todo
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*.lod
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# xindy
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*.xdy
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# xypic precompiled matrices
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*.xyc
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# endfloat
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*.ttt
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*.fff
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# Latexian
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||||
TSWLatexianTemp*
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## Editors:
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# WinEdt
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*.bak
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*.sav
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# Texpad
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.texpadtmp
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# Kile
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*.backup
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# KBibTeX
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*~[0-9]*
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# auto folder when using emacs and auctex
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/auto/*
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# expex forward references with \gathertags
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*-tags.tex
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### LaTeX Patch ###
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# glossaries
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*.glstex
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||||
BIN
zusammenfassung.pdf
Normal file
BIN
zusammenfassung.pdf
Normal file
Binary file not shown.
203
zusammenfassung.tex
Normal file
203
zusammenfassung.tex
Normal file
@ -0,0 +1,203 @@
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||||
\documentclass[11pt,a4paper]{scrartcl}
|
||||
\usepackage[a4paper,left=2.5cm,right=2.5cm,top=2.5cm,bottom=2.5cm]{geometry}
|
||||
\usepackage[ngerman]{babel}
|
||||
\usepackage{amssymb}
|
||||
\usepackage{amsthm}
|
||||
\usepackage{mathrsfs}
|
||||
\usepackage{scrextend}
|
||||
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
||||
\usepackage{amsmath}
|
||||
\usepackage{enumitem}
|
||||
\usepackage{tikz-qtree}
|
||||
\usepackage{mathtools}
|
||||
\usepackage{latexsym}
|
||||
\usepackage{algorithmicx}
|
||||
\usepackage{csquotes}
|
||||
\usepackage{pdfpages}
|
||||
\usepackage{pgfplots}
|
||||
\usepackage{hyperref}
|
||||
\usepackage{listings}
|
||||
\usepackage{pdflscape}
|
||||
\usepackage{tikz}
|
||||
\usetikzlibrary{positioning}
|
||||
\usetikzlibrary{arrows.meta}
|
||||
\usepackage{datetime}
|
||||
\usepackage{xcolor}
|
||||
|
||||
\pdfminorversion=7 % Import-Unterstützung für PDFs bis Version 1.7
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||||
\pgfplotsset{compat=1.16} % verhindern, dass pgfplots im Rückwärtskompatibilitätsmodus arbeitet
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||||
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||||
\theoremstyle{definition}
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\newtheorem{aufgabe}{Aufgabe}[section]
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||||
\newtheorem{definition}{Definition}[section]
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\renewcommand\qedsymbol{}
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||||
\renewcommand*{\proofname}{Antwort}
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||||
\addto\captionsngerman{\renewcommand\proofname{Antwort}}
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||||
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||||
\newcommand*{\bps}{\frac{\text{b}}{\text{s}}}
|
||||
\newcommand*{\kbps}{\frac{\text{Kb}}{\text{s}}}
|
||||
\newcommand*{\mbps}{\frac{\text{Mb}}{\text{s}}}
|
||||
\newcommand*{\gbps}{\frac{\text{Gb}}{\text{s}}}
|
||||
\newcommand*{\tbps}{\frac{\text{Tb}}{\text{s}}}
|
||||
|
||||
\newcommand{\sql}[1]{\lstinline[frameround=fttt,language=SQL,numbers=left,breaklines=true,keywordstyle=\color{blue}\bfseries,basicstyle=\ttfamily\color{red},numberstyle=\color{black}]{#1}}
|
||||
|
||||
\definecolor{fau_blau}{RGB}{26, 71, 115}
|
||||
|
||||
\newcommand{\begriff}[1]{\textcolor{fau_blau}{\emph{#1}}}
|
||||
\newcommand{\wichtig}[1]{\emph{#1}}
|
||||
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||||
\setlist[enumerate,1]{label={\alph*)}}
|
||||
\setlist[enumerate,2]{label={\roman*)}}
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||||
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||||
\title{Zusammenfassung IDB}
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||||
\author{Marco Ammon}
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||||
\date{\today}
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||||
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||||
\begin{document}
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||||
\maketitle
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||||
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||||
\section{Einführung}
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item \begriff{Datenabstraktion} / \begriff{Datenunabhängigkeit}: persistentes Speichern und Wiedergewinnen (Auffinden und Aushändigen) von Daten \wichtig{unabhängig} von Details der Speicherung
|
||||
\item \begriff{Schicht}: realisiert \begriff{Dienst} und stellt ihn per \begriff{Schnittstelle} zur Verfügung
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\section{Dateiverwaltung}
|
||||
\begin{itemize}
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||||
\item \begriff{physische} Speichergeräte (z.B. Festplatten) werden durch \begriff{logische} abstrahiert (z.B. Neueinlesen bei Checksum-Fehlern)
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||||
\item \begriff{Block} als kleinste Einheit der IO
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||||
\item \enquote{Adresse} eines Blocks: (Zylinder, Spur, Sektor)
|
||||
\item \begriff{Dateien} als benannte Menge von Blöcken
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||||
\item \begriff{blockorientierte} Zugriffsmethode: verwendet eindeutige, fortlaufende Blockadressen innerhalb der Datei
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||||
\end{itemize}
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||||
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||||
\section{Sätze}
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item \begriff{Satz} als zusammengehörende Daten eines Gegenstands der Anwendung (z.B. Tupel, Objekt) mit variabler oder fester Länge
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||||
\item \begriff{Satzdatei} als Sammlung von Sätzen, kann über verschiedene Blöcke verteilt sein
|
||||
\item Ausprägungen: \begin{itemize}
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||||
\item \begriff{sequentiell}: \begin{itemize}
|
||||
\item Reihenfolge der Abspeicherung und des Auslesens bereits mit Schreiben festgelegt
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||||
\item \wichtig{keine} Änderungen / Löschen möglich
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||||
\item kein wahlfreier Zugriff
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{direkt}: \begin{itemize}
|
||||
\item Verwendung sogenannter \begriff{Satzadressen} (hier als \begriff{TID}s realisiert; \wichtig{eindeutig} und \wichtig{unveränderlich}) als Adresstupel (Block, Index)
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||||
\item Abbildung von Index auf Offset innerhalb eines Blockes durch Array am Ende eines Blockes
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||||
\item erlaubt wahlfreien Zugriff
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||||
\item erlaubt Löschen von Sätzen: Index wird ungültig markiert, folgende Sätze nach vorne verschoben, Anpassung der Offsets
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||||
\item erlaubt Ändern von Sätzen: \begin{itemize}
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||||
\item \wichtig{ohne} Überlauf: Verschieben der folgenden Sätze, Anpassung der Offsets
|
||||
\item \wichtig{mit} Überlauf: Satz wird in anderen Block verschoben, Verweis auf diesen wird angelegt, (evtl.) Anpassung der Offsets
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\section{Schlüssel}
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item \begriff{Schlüsselwerte} als \enquote{inhaltsbezogene Adressen}
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||||
\item \begriff{Hashing}: \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{Hash-Funktion} verteilt Schlüsselwert möglichst gleichmäßig auf verfügbare \begriff{Buckets} (Blöcke)
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||||
\item \begriff{Divisions-Rest-Verfahren}: $h(k) = (k \mod q)$ mit Schlüsselwert $k$ und Anzahl der Buckets $q$
|
||||
\item Problem des \begriff{Überlaufs} mit verschiedenen Lösungsmöglichkeiten: \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{Open Addressing}: Ausweichen auf Nachbarbuckets
|
||||
\item spezeille \begriff{Overflow-Buckets}: Bucket verweist auf \enquote{\wichtig{seinen}} Overflow-Bucket
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{virtuelles Hashing} zur konstanten Reorganisation: \begin{itemize}
|
||||
\item Anzahl der Buckets $q$, Sätze pro Bucket $b$ $\Rightarrow$ Kapazität $\coloneqq q \cdot b$
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||||
\item Belegungsfaktor $\beta \coloneqq \frac{\text{Anzahl gespeicherter Sätze}\ N}{\text{Kapazität}}$
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||||
\item Wenn $\beta > \text{Schwellwert}\ \alpha$, Menge der Buckets vergrößern
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||||
\item als \begriff{VH1}: \begin{itemize}
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||||
\item Anzahl der Blöcke direkt verdoppeln
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||||
\item neue Hashfunktion $h_2$ einführen
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||||
\item Bitmaske um Verwendung der neuen Hashfunktion zu verwalten
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||||
\item bei \wichtig{Einfügen} eines Satzes in ein \enquote{altes} Bucket Neuverteilung dieses Buckets mittels $h_2$, Bit setzen
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||||
\end{itemize}
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||||
\item als \begriff{Lineares Hashing}: \begin{itemize}
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||||
\item Positionszeiger $p$
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||||
\item \wichtig{ein} neues Bucket anlegen
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||||
\item Bucket an Stelle $p$ mit $h_2$ aufteilen, $p$++
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||||
\item wenn $h_1(k) < p$, dann mittels $h_2$ verteilen
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||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{Indizes} mittels \begriff{Bäumen}: \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{B-Baum}: \begin{itemize}
|
||||
\item jeder \begriff{Knoten} ist genau einen Block groß
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||||
\item \wichtig{balanciert}, alle Blätter außer Wurzel immer mindestens zur Hälfte gefüllt
|
||||
\item Knoten: \begin{itemize}
|
||||
\item Anzahl der verwendeten Einträge $n$, es gilt $k \leq n \leq 2k$
|
||||
\item \begriff{Eintrag}: Tupel (Schlüsselwert, Datensatz, Blocknummer des Kindknotens)
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||||
\item Einträge nach Schlüsselwert \wichtig{sortiert}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Einfügen: wie Suchen; nur in Blattknoten; bei Überlauf \enquote{linke} und \enquote{rechte} Einträge als neue Knoten, \enquote{mittlerer} als \begriff{Diskriminator} in Eltern-Knoten einfügen
|
||||
\item Löschen von Schlüssel $S$ im Blattknoten: \begin{itemize}
|
||||
\item Entfernen und ggf. Unterlauf behandeln
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Löschen von Schlüssel $S$ in innerem Knoten: \begin{itemize}
|
||||
\item betrachte doe Blattknoten mit direktem Vorgänger $S'$ und direktem Nachfolger $S''$ von $S$
|
||||
\item wähle den größeren
|
||||
\item ersetze $S$ je nach Wahl durch $S'$ bzw. $S''$
|
||||
\item lösche entsprechenden Schlüssel $S'$ bzw. $S''$ und ggf. Unterlauf behandeln
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{B*-Baum} / \begriff{B+-Baum}: \begin{itemize}
|
||||
\item Sätze stehen \wichtig{ausschließlich} in Blattknoten
|
||||
\item innerer Knoten: \begin{itemize}
|
||||
\item Anzahl der verwendeten Einträge $n$
|
||||
\item Eintrag: Tupel (Referenzschlüssel, Blocknummer des Kindknotens)
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Blattknoten: \begin{itemize}
|
||||
\item Anzahl der verwendeten Einträge $n$
|
||||
\item Vorgänger-Zeiger, Nachfolger-Zeiger
|
||||
\item Eintrag: Tupel (Schlüsselwert, Datensatz)
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Löschen ohne Unterlauf: lösche Satz aus Blatt; Diskriminator muss \wichtig{nicht} geändert werden
|
||||
\item Löschen mit Unterlauf:\begin{itemize}
|
||||
\item Ist Anzahl der Einträge des Blatts und eines Nachbarknotens größer als 2k, verteile Sätze neu auf beide Knoten
|
||||
\item ansonsten mische beide Blätter zu einem einzigen
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Müssen nicht zwangsläufig zur \begriff{Primärorganisation} verwendet werden, können als \enquote{Sätze} z.B. auch nur Satzadressen enthalten
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{Bitmap-Indizes}: eine Bitmap \wichtig{pro Schlüsselwert}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\section{Puffer}
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item Hauptspeicherbereich, der Blöcke aufnehmen kann, um (Lese-/Schreibe-) Zugriffe zu \wichtig{beschleunigen}
|
||||
\item \begriff{Ersetzungsstrategie}: \enquote{Welcher Block wird verdrängt?} \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{first in, first out} (FIFO): \enquote{ältester} Block
|
||||
\item \begriff{least frequently used} (LFU): am seltensten benutzter Block
|
||||
\item \begriff{least recently used} (LRU): am längsten nicht mehr benutzter Block
|
||||
\item \begriff{second chance} (CLOCK): Approximation von LRU mit einfacherer Implementierung: \begin{itemize}
|
||||
\item Jeder Block im Puffer besitzt ein \begriff{Benutzt-Bit}
|
||||
\item bei Verdrängung Suche mit Zeiger
|
||||
\item falls Benutzt-Bit 1, auf 0 setzen
|
||||
\item falls Benutzt-Bit 0, Block ersetzen
|
||||
\item \textbf{TODO:} Muss immer weitergegangen werden?
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Zustand im Fehlerfall hängt unter anderem von \begriff{Einbringstrategie} (siehe \textbf{TODO} Recovery) und \begriff{Seitenzuordnung} ab
|
||||
\item Seitenzuordnung: \enquote{Welche Blöcke (in einer Datei) gehören zu einer Seite (im Puffer)?} \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{direkt}: aufeinander folgende Seiten werden auf aufeinander folgende Blöcke einer Datei abgebildet
|
||||
\item \begriff{indirekt}: \begriff{Page Table} enthält zu jeder Seite eine Blocknummer
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Seiteneinbringung: \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{direkt}: Bei Verdrängung aus Puffer wird genau der Block überschrieben, aus dem ursprünglich eingelagert wurde (\enquote{update-in-place})
|
||||
\item \begriff{indirekt}: Bei Verdrängung aus Puffer wird in einen freien Block geschrieben.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item Problem der indirekten Seiteneinbringung: \enquote{Wann können alte Blöcke gelöscht werden?}; verschiedene Lösungsansätze: \begin{itemize}
|
||||
\item \begriff{Schattenspeicher}: \begin{itemize}
|
||||
\item Änderungen nur auf Kopien, die periodisch dann mit \enquote{gesicherter} Version vertauscht wird
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\item \begriff{Twin Slots}: \begin{itemize}
|
||||
\item jede Seite hat zwei Blöcke
|
||||
\item immer beide lesen, bei Änderungen älteren überschreiben
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{itemize}
|
||||
\end{document}
|
||||
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