Рис. 6.12. Медианный возраст в США
[66]
Эти системы даже позволяют определять пространственные ограничения. Например, в таблице, хранящей информацию по земельным участкам, можно установить ограничение, что никакие два участка не должны перекрываться. Это оградит агентства по земельному кадастру от колоссального количества проблем.
Многие общецелевые СУБД предоставляют ГИС-расширения. Всегда, когда вам приходится иметь дело с географическими данными, убедитесь, что вы используете ядро базы данных с поддержкой ГИС, и применяйте ее функционал для создания более умных запросов. ГИС-приложения часто используются в ежедневной жизни, например, в GPS-навигаторах вроде Google Maps или Waze.
6.5. Форматы сериализации
Как хранить данные за пределами БД в формате, совместимом с разными системами? Например, мы можем захотеть продублировать данные либо экспортировать их в другую систему. С этой целью данные должны пройти процесс сериализации, в ходе которого они будут преобразованы согласно формату кодирования. Получившийся файл прочитает любая система, поддерживающая этот формат. Давайте кратко пройдемся по нескольким форматам, которые широко используются для сериализации данных.
SQL — наиболее распространенный формат сериализации реляционных баз данных. Мы пишем серию команд SQL, которые воспроизводят базу данных и все ее детали. Большинство реляционных систем баз данных содержат команду DUMP для создания SQL-сериализированного дампа базы данных. Они также содержат команду RESTORE для загрузки такого файла дампа назад в СУБД.
XML — это еще один способ представить структурированные данные, но он не зависит от реляционной модели или реализации СУБД. Формат XML создавался для совместимости с разнообразными вычислительными системами и описания структуры и сложности данных. Некоторые говорят, что XML был разработан учеными, не понимавшими, что их творение не очень практично.
JSON — это формат сериализации, к которому все больше сходятся разработчики во всем мире. Он может представлять реляционные и нереляционные данные интуитивно понятным для программистов образом. Существует много расширений JSON: BSON (двоичный JSON) дает максимальную эффективность обработки данных; JSON-LD привносит в JSON мощь XML-структуры.
CSV, или файл с разделением значений запятыми, — это, возможно, самый простой формат обмена данными. Данные здесь хранятся в виде текста, по одной записи на строку. Поля в записи разделяются запятой или каким-либо другим символом, не встречающимся в данных. Формат CSV полезен для создания дампов простых БД, но он не годится для представления сложных данных.
Подведем итоги
В этой главе мы узнали, что структурирование информации в базе данных имеет чрезвычайно важное значение для того, чтобы сделать данные полезными. Мы изучили различные способы того, как это делается. Мы увидели, как реляционная модель разделяет данные на таблицы и как они связываются вместе при помощи отношений.
Большинство программистов учатся работать только с реляционной моделью, но мы вышли за эти рамки. Мы увидели альтернативные, нереляционные способы структурирования данных. Мы обсудили проблемы непротиворечивости данных и как их смягчить при помощи транзакций. Мы рассмотрели способы масштабирования СУБД для обработки интенсивных нагрузок при помощи распределенной базы данных. Мы также узнали о ГИС и о функционале, который они предлагают для работы с географическими данными. А еще мы узнали распространенные способы обмена данными между различными приложениями.
И, наконец (если только вы не экспериментируете), остановите свой выбор на широко используемой СУБД. Она производительнее и содержит меньше ошибок. Идеальной системы управления базами данных не существует. Ни одна СУБД не подходит для любых, без исключения, сценариев. Прочитав эту главу, вы теперь лучше разбираетесь в различных типах СУБД и их особенностях, и потому сможете сделать обоснованный выбор, какую из них использовать.
Полезные материалы
• Концепции систем баз данных (Database System Concepts, Silberschatz, см. https://code.energy/silber).
• Садаладж П. Дж., Фаулер М. NoSQL. Новая методология разработки нереляционных баз данных.
• Принципы систем распределенных баз данных (Principles of Distributed Database Systems, Özsu, см. https://code.energy/ozsu)
Глава 7. Компьютеры
Любая достаточно развитая технология неотличима от магии.
Артур Кларк
Бесчисленные и разнообразные машины были изобретены для решения задач. Существует много типов компьютеров: от встроенных в роботов, которые бродят по Марсу, до тех, что управляют навигационными системами атомных подводных лодок. Почти все компьютеры, включая наши ноутбуки и телефоны, имеют тот же самый принцип работы, что и первая вычислительная машина, изобретенная фон Нейманом в 1945 году. А вы знаете, как устроены компьютеры? В этой главе вы научитесь:
понимать основы компьютерной архитектуры;
выбирать компилятор для трансляции вашего исходного кода на язык компьютеров;
разменивать память на быстродействие при помощи иерархии памяти.
В конце концов, программирование должно выглядеть как волшебство только для непрограммистов — но не для нас с вами.
7.1. Архитектура
Компьютер — машина, которая подчиняется командам, управляющим данными. Он имеет два главных компонента: процессор и память. Память, она же ОЗУ
[67], — это то место, где мы пишем команды. Она также хранит данные, которыми компьютер оперирует. Процессор, или ЦП
[68], получает команды и данные из памяти и выполняет соответствующие вычисления. Давайте разберемся, как работают эти два компонента.
