Вступ до баз даних і систем керування базами даних
База даних є частиною майже кожної сучасної програмної системи: електронного журналу, інтернет-магазину, банківського застосунку, медичної системи, соціальної мережі. У цій лекції з'ясуємо, що саме зберігають такі системи, навіщо потрібна база даних і яку роботу виконує СКБД.
Цілі лекції
Після опрацювання матеріалу ви зможете:
- пояснити предмет і основні завдання дисципліни «Бази даних»;
- розрізняти дані, інформацію та знання;
- дати визначення бази даних і відрізнити її від окремого файла та СКБД;
- пояснити роль баз даних у сучасних програмних системах;
- назвати призначення й основні функції СКБД;
- класифікувати СКБД за кількома базовими критеріями.
Передумови
Достатньо розуміти, що програма отримує вхідні значення, опрацьовує їх і формує результат. Знання SQL, будови таблиць або конкретної СКБД не потрібні.
1. Предмет і завдання дисципліни
Дисципліна «Бази даних» вивчає принципи організації, зберігання, пошуку, зміни, захисту та спільного використання даних у програмних системах.
Її основні завдання:
- навчитися описувати дані певної предметної області;
- проєктувати структуру майбутньої бази даних;
- зберігати дані без зайвих суперечностей і втрат;
- отримувати потрібні відомості за запитом;
- забезпечувати правильність, захист і доступність даних;
- обирати засоби роботи з даними відповідно до вимог системи.
Предметна область - це частина реального світу, відомості про яку потрібно зберігати. Для електронного журналу це студенти, групи, дисципліни, заняття й оцінки. Для служби доставки - клієнти, адреси, посилки, кур'єри та статуси доставлення.
2. Дані, інформація та знання
Ці поняття пов'язані, але не тотожні.
Дані
Дані - зафіксовані значення, факти, символи або сигнали, придатні для зберігання й опрацювання.
Наприклад, електронний журнал містить такі значення:
Студент: Іваненко Олена
Дисципліна: Бази даних
Оцінки: 10, 8, 11
Дата останньої роботи: 18.08.2026
Окреме значення 8 є даними. Без контексту незрозуміло, чи це оцінка, кількість пропусків або номер групи.
Інформація
Інформація - дані, яким у певному контексті надали зміст і які зменшують невизначеність.
Після обчислення та пояснення отримуємо: «Середній бал Олени з баз даних становить 9,7». Це вже інформація, бо зрозуміло, що означає число і до кого воно належить.
Знання
Знання - осмислена інформація разом із правилами, досвідом або висновками, яку можна використати для ухвалення рішення.
Наприклад: «Середній бал достатній, але оцінка 8 за останню тему вказує, що перед контрольною її варто повторити».
Схема показує не три різні сховища, а послідовність осмислення: система фіксує дані, опрацьовує їх у контексті, людина або програмне правило використовує результат для рішення.
3. Роль баз даних у програмних системах
Розглянемо сервіс замовлення квитків. Він має пам'ятати користувачів, рейси, місця, оплати й бронювання. Дані повинні зберігатися після закриття програми, бути доступними різним компонентам і залишатися узгодженими, навіть коли тисячі людей працюють одночасно.
База даних забезпечує для програмної системи організовану пам'ять, а СКБД керує роботою із цією пам'яттю. Разом база даних, СКБД і прикладна логіка дають системі змогу:
- зберігати стан між запусками;
- знаходити потрібні відомості;
- оновлювати окремі дані без переписування всього набору;
- координувати роботу багатьох користувачів;
- перевіряти задані правила цілісності;
- розмежовувати права доступу;
- підтримувати резервування та відновлення після збоїв.
У цьому переліку тривале збереження фактів є роллю бази даних, а пошук, перевірки, одночасний доступ, захист і відновлення забезпечує СКБД відповідно до налаштувань та правил системи.
Без упорядкованого сховища легко отримати кілька версій одного факту. Наприклад, номер телефону клієнта може відрізнятися у файлах відділу продажів і служби доставки. Тоді незрозуміло, яке значення актуальне.
4. Що таке база даних
База даних (БД) - це організована сукупність взаємопов'язаних даних про певну предметну область, призначена для тривалого зберігання, пошуку та використання.
У визначенні важливі чотири ознаки:
- організованість: дані мають визначену структуру та правила;
- взаємопов'язаність: факти описують спільну предметну область;
- тривале зберігання: дані не зникають після завершення програми;
- придатність до використання: дані можна знайти, перевірити й оновити.
Один текстовий файл зі списком прізвищ може бути набором даних, але не обов'язково повноцінною базою даних. Якщо ж організовано зберігаються студенти, групи, дисципліни, оцінки та правила їх узгодження, маємо базу даних електронного журналу.
База даних, СКБД і застосунок
Не слід змішувати три поняття:
| Поняття | Що це | Приклад у системі коледжу |
|---|---|---|
| База даних | Організовані дані | Відомості про студентів, заняття й оцінки |
| СКБД | Програмне забезпечення, що керує базою | Засіб, який зберігає, шукає, перевіряє та захищає записи |
| Прикладний застосунок | Інтерфейс і правила для виконання задач користувача | Електронний журнал у браузері |
Користувач зазвичай працює із застосунком. Застосунок звертається до СКБД, а СКБД виконує операції з базою даних.
5. Призначення й основні функції СКБД
Система керування базами даних (СКБД) - це програмний комплекс для створення, ведення та використання баз даних.
Головне призначення СКБД - бути керованим і надійним посередником між користувачами або застосунками та збереженими даними.
Основні функції СКБД:
- Визначення структури даних. СКБД дає змогу описати, які об'єкти та властивості зберігаються і які правила для них діють.
- Додавання, читання, зміна та видалення. Це базові операції життєвого циклу даних.
- Пошук і опрацювання. Система знаходить записи за умовами, упорядковує та узагальнює результати.
- Забезпечення цілісності. СКБД перевіряє визначені правила, наприклад унікальність ідентифікатора або допустимість значення.
- Керування одночасним доступом. Дії кількох користувачів не повинні непередбачувано пошкоджувати спільні дані.
- Захист і розмежування доступу. Різні користувачі отримують лише дозволені їм можливості.
- Резервування та відновлення. СКБД допомагає повернути дані до працездатного стану після збою.
- Ведення службової інформації. Система зберігає опис структури, прав, обмежень та інших властивостей бази.
СКБД не визначає, кому призначати стипендію або скільки коштує доставка. Це правила предметної області, які задають люди й прикладна система. СКБД забезпечує надійне виконання операцій над даними за встановленими правилами.
6. Базова класифікація СКБД
Одну СКБД можна одночасно віднести до кількох класів, бо класифікація залежить від обраного критерію.
| Критерій | Основні класи | Що показує критерій |
|---|---|---|
| За кількістю користувачів | Однокористувацькі, багатокористувацькі | Чи розрахована система на одночасну роботу багатьох користувачів |
| За призначенням | Загального призначення, спеціалізовані | Чи розв'язує СКБД широке коло задач, чи оптимізована для окремої сфери |
| За характером навантаження | Операційні, аналітичні, змішані | Чи переважають короткі щоденні операції, складний аналіз або обидва типи роботи |
| За підтримуваною моделлю даних | Реляційні, документні, графові, ключ-значення та інші | Яким способом система організовує дані та зв'язки між ними |
| За умовами поширення | З відкритим кодом, власницькі | Які права на використання, зміну та поширення має користувач |
Назви моделей у таблиці потрібні лише для розуміння критерію класифікації. Їхню будову, переваги та сфери застосування буде розглянуто в наступній лекції.
Під час вибору СКБД недостатньо запитати, до якого класу вона належить. Потрібно врахувати обсяг і швидкість змін даних, кількість користувачів, вимоги до надійності, захисту, аналізу, вартість і компетентність команди.
Практичні завдання
Завдання 1. Від фактів до рішення
Для служби доставки задано факти: посилка 405, статус: у дорозі, очікувана дата: 21.08.2026, сьогодні: 22.08.2026.
- Випишіть окремі дані.
- Сформулюйте одну інформацію, отриману з них.
- Сформулюйте одне знання або рішення для працівника служби.
Завдання 2. Розподіліть відповідальність
Для електронного журналу розподіліть дії між базою даних, СКБД і прикладним застосунком:
- зберігати значення оцінок;
- перевіряти право викладача змінювати оцінку;
- показувати студенту сторінку з його успішністю;
- знаходити оцінки вибраного студента;
- обчислювати за правилами коледжу, чи має студент академічну заборгованість.
Для кожної дії коротко поясніть вибір. Зауважте, що деякі задачі застосунок виконує через можливості СКБД.
Завдання 3. Вимоги до СКБД сервісу бронювання
Сервіс бронювання аудиторій використовують студенти, викладачі й адміністратори. Одночасно може надходити багато заявок. Адміністрації потрібні щомісячні звіти, а змінювати розклад можуть лише уповноважені працівники.
- Назвіть щонайменше чотири необхідні функції СКБД і пов'яжіть кожну з умовою задачі.
- Класифікуйте майбутню СКБД за кількістю користувачів і характером навантаження.
- Запишіть два додаткові запитання, відповіді на які потрібні перед вибором конкретної СКБД.
Підсумок
- Дані є зафіксованими фактами; інформація є даними в контексті; знання допомагає діяти й ухвалювати рішення.
- База даних - організована сукупність взаємопов'язаних даних певної предметної області.
- СКБД - програмний комплекс, який керує базою даних, а не сама база.
- СКБД забезпечує операції з даними, пошук, цілісність, одночасний доступ, захист і відновлення.
- Класифікувати СКБД можна за різними критеріями, тому одна система належить одразу до кількох класів.
- Архітектури СКБД і моделі даних є окремою частиною теми та розглядатимуться в наступній лекції.