Поняття бази даних і систем керування базами даних, їх призначення

Комп’ютеризовані бази даних лежать в основі величезної кількості процесів, котрі нас оточують у щоденному житті. Покупки в супермаркеті, отримання готівки у банкоматі, замовлення в Інтернет-магазині, користування мобільним зв’язком – передбачають звернення до певної бази даних. У таких базах можуть зберігатися дані про наші купівельні вподобання, статистика користування мережею, кредитна історія чи розклад перегляду телепередач.

Отож, почнемо з визначення: база даних – це структурована сукупність даних, які відображують стан об’єктів певної предметної області та зв’язки між ними.

Розберемо його по частинах. Предметна область – це сфера життєдіяльності у якій застосовується база даних.

База даних містить інформацію про людей, речі, події, таку як номер кредитної картки, баланс рахунку чи вартість покупки. Також вона може містити фотографії, відбитки пальців, відео-огляди товарів чи уривки книг, в залежності від сфери роботи такої бази даних. Кожен об’єкт характеризується параметрами або властивостями: УЧИТЕЛЬ (прізвище, ім'я, по батькові, рік народження, спеціальність), чи КНИГА (назва, автор(и), видавництво, рік видання, серія, номер. Конкретні відомості про екземпляр об'єкта можуть виглядати так: Зарічний Анатолій Миколайович, 1974, математик чи Володар перснів, Джон Толкін, Астролябія, 2013, сучасна література, 9786176640226. Визначення об’єктів та їх параметрів відбувається у схемі бази даних, а наповнення – це значення параметрів конкретних об’єктів. При цьому між об’єктами можуть існувати зв’язки (вчитель навчає клас, машина їде по дорозі, книгу взяли у бібліотеці ).

У різних предметних областях будуть виокремлюватись деякі структуровані сукупності даних, як наприклад у предметній області Авіаперельоти, яка включає у себе дані про аеропорти вильоту та прильоту, літаки, розклад їх руху та меню, що пропонується на борту. Також у цій предметній області залучені працівники: льотні екіпажі, служби аеропортів, продажу квитків і т.д. Створити одну єдину базу даних, котра охопить усі аспекти життєдіяльності людей поки що неможливо, тому кожна база даних укладається відповідно до потреб.

Так, для навчального закладу, виділяються такі об’єкти як студенти, викладачі, курси які вони викладають та аудиторії для того, щоб можна було на основі цих даних забезпечити такі процеси як вступ до навчального закладу, виставлення оцінок за курси, складання розкладу занять та облік заробітної плати.

В супермаркеті потрібно забезпечувати безперебійне постачання та вести облік проданих товарів, тож зберігається інформація про постачальників, товари, покупців та працівників організації.

У туристичній фірмі, зберігаючи дані про готелі, трансфери, гідів та дані туристів можна укладати графіки турів та екскурсій, забезпечувати поселення у готелях та інші супутні послуги.

У лікарняній базі даних зберігаються дані про симптоми та відповідні їм діагнози, допомагаючи лікарям призначати процедури, облікувати аналізи та складати графіки прийому пацієнтів.

Таким чином, бази даних у різних предметних областях підтримують роботу і забезпечують безперебійне надання послуг та облік операцій.

Великою перевагою використання баз даних є забезпечення їхньої цілісності, тобто відповідності особливостям предметної області та несуперечливості. Завдяки тому, що база даних підтримується у комп’ютерному вигляді ми можемо бути певні, що в неї не буде внесена некоректна інформація (звичайно, якщо база даних правильно спроектована): у людини може бути лише одне прізвище, сума на рахунку не може бути меншою за 1 копійку, а оцінка має бути в межах від 1 до 12.

Адже якщо розглянути звичайний паперовий шкільний журнал – це теж база даних, тільки не комп’ютеризована. І взагалі складно забезпечити коректність даних, котрі заносяться у цей журнал – якщо я візьму ручку і поставлю оцінку 15 – це буде неправильно, але не існує засобів, котрі можуть убезпечити цю базу даних від подібного некоректного втручання. Крім того, я можу поставити оцінку, наприклад, з хімії, хоча я її не викладаю – бо маю доступ до усіх сторінок журналу. У випадку електронного журналу задекларовані правила не дозволять внести подібні позначки: ані вчителю на сторінку іншого предмету, ані оцінку, котра не відповідає шкалі оцінювання. Складно собі уявити, як би функціонував, наприклад, великий міжнародний аеропорт без електронних баз даних – коли потрібно забезпечити взаємодію величезної кількості людей та організацій, і не допустити накладок і помилок.

Отже, система керування базами даних – це програма, яка забезпечує створення бази даних та виконання різноманітних операцій з даними, що зберігаються у базі. Користувачі можуть працювати як з системою керування базами даних, так і з прикладними програмами, які використовують ці системи для забезпечення своєї роботи. Наприклад, веб-сайт може використовувати базу даних користувачів та їхніх паролів для встановлення прав доступу до матеріалів сайту.

Перевагами використання СКБД є підтримка цілісності даних, незалежність даних від програм, централізоване зберігання інформації та можливість спільного доступу до даних з різних локацій.

Функціями СКБД є визначення структури даних, обробка даних та захист і збереження даних. І для виконання цих функцій існують кілька груп користувачів, які працюють з базою даних.

Передусім – це розробник, який створює схему даних, визначає особливості предметної області і їхнє відображення у структурі бази даних; якщо порівняти з будівництвом – то це людина, котра проектує майбутню будівлю. Адміністратор визначає обмеження цілісності, та права доступу до даних (наприклад, касирові супермаркета немає потреби мати доступ до бази постачальників, або вчителю хімії до оцінок з інформатики); це будівельник, котрий зводить стіни та дах, забезпечує комунікації будинку. Оператор – вводить дані; це працівник, котрий наповнює порожні кімнати оздобленням та меблями. Користувач – оперує даними, використовуючи їх для розв’язання задач; це мешканець, котрий із задоволенням п’є каву на балконі збудованого будинку.

Ми з вами будемо почергово виконувати ролі різних користувачів, спочатку проектуючи базу даних, потім створюючи її структуру, вводячи дані та забезпечуючи зручність роботи з ними.

Дані зберігаються у базі у формі певної моделі, або системи правил, за якими створюється структура даних та здійснюється доступ до них. Історично першою була ієрархічна модель даних, за якою існує чітке підпорядкування елементів даних. Далі – мережева модель, за якої існують не лише вертикальні зв’язки, але й горизонтальні, структура є менш чіткою, що краще відповідає реальним особливостям. Наступна модель – реляційна, вона відображає об’єкти у вигляді таблиць. Принципи та основні складові реляційної моделі у 1970 році сформулював Едгар Кодд. В даний час ця модель є фактичним стандартом, на який орієнтуються практично всі сучасні комерційні системи керування базами даних. Останній тип моделі даних – об’єктно-орієнтована, у ній дані моделюються у вигляді об’єктів, їх атрибутів та класів.

Завдання. Перетворити ієрархічну структуру на таблицю