ИТ.03 - 01 - Введение. Типы БД. Основные понятия Баз Данных. Краткая история БД.

Введение

Информация — это основа современного мира. Она окружает нас повсюду: от простых сообщений до сложных данных, используемых в бизнесе, науке и технологиях. Понимание того, как организована, хранится и обрабатывается информация, является ключевым навыком в эпоху цифровых технологий.

В рамках данного курса мы познакомимся с базами данных (БД) — одним из важнейших инструментов для хранения и управления информацией. Вы узнаете о типах баз данных, их истории, основных понятиях и принципах работы.

Что такое информация?

Начнем с самого широкого понятия — информации. Информация окружает нас повсюду: это сообщения, которые мы получаем из окружающего мира, будь то новости, учебные материалы или даже уведомления на телефоне.

Информация — это осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.

Пример:
Когда вы читаете новость о погоде, это информация. Когда вы записываете рецепт бабушкиного пирога, это тоже информация. Однако сама по себе информация существует только тогда, когда её можно интерпретировать. Например, случайный набор букв или символов (например, "6HLX14lce93") не является информацией, пока мы не придадим ему смысл.

Информация может быть представлена в различных формах:

Графическая информация: рисунки, фотографии, схемы.
Звуковая информация: звуки, музыка, голосовые сообщения.
Текстовая информация: книги, статьи, документы.
Числовая информация: данные о количестве, измерениях, финансах.
Видеоинформация: фильмы, видеоролики, анимации.

Информация может быть как полезной, так и бесполезной для конкретного человека. Например, новость о погоде в другом городе может быть информацией, но не иметь практической ценности для читателя.

Для эффективного использования информации её необходимо хранить в удобной форме, которая называется "данные".

Что такое данные?

Если информация — это смысл, который мы извлекаем, то данные — это сырье, из которого эта информация формируется. Данные — это факты, цифры, тексты или любые другие элементы, которые могут быть обработаны для получения полезной информации.

Данные — это зарегистрированная информация, представленная в форме, пригодной для обработки человеком или автоматическими средствами.

Пример:
Представьте таблицу с числами:

ID	ИМЯ	ВОЗРАСТ	ГОРОД
1	Иван	25	Москва
2	Мария	30	Санкт-Петербург

Здесь числа, имена и города — это данные. Но пока мы не знаем, зачем они нужны, это просто набор символов. Если же мы решим использовать эти данные для анализа среднего возраста пользователей или распределения по городам, они снова превратятся для нас в информацию.

Что такое база данных?

Теперь представьте, что у вас есть много данных, и вам нужно их организовать. Например, вы хотите хранить информацию о студентах университета: их имена, группы, курсы и оценки. Для этого используется база данных.

База данных (БД) — это именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Под предметной областью понимается определённая область человеческой деятельности или реального мира, например:

Управление предприятием.
Образовательный процесс в вузе.
Медицинские записи пациентов.
Ассортимент товаров интернет-магазина.

Пример:
В университете база данных может содержать информацию о студентах, преподавателях, курсах и результатах экзаменов. Благодаря базе данных вы можете быстро найти, например, всех студентов, которые учатся на курсе "Основы программирования", или узнать, какие курсы ведет конкретный преподаватель.

Основные характеристики баз данных:

Структурированность: данные организованы в определённом порядке.
Целостность: данные должны быть корректными и согласованными.
Доступность: данные должны быть доступны для чтения и изменения.
Масштабируемость: база данных должна поддерживать увеличение объёма данных.

Системы управления базами данных (СУБД)

Чтобы работать с базой данных, нужен инструмент. Представьте, что база данных — это книга, а СУБД — это программа, которая помогает вам создавать, редактировать и искать информацию в этой книге.

Система управления базами данных (СУБД) — это программное обеспечение, предназначенное для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных.

СУБД предоставляет инструменты для:

Создания структуры базы данных.
Ввода и редактирования данных.
Поиска и анализа информации.
Защиты данных от несанкционированного доступа.

Пример:
MySQL, PostgreSQL и Microsoft SQL Server — это популярные СУБД. Они позволяют не только хранить данные, но и выполнять сложные операции, такие как поиск, фильтрация и анализ. Например, с помощью СУБД можно легко найти всех студентов, которые получили оценку "отлично" за последний семестр.

Модель данных

Когда мы говорим о базах данных, важно понимать, как данные организованы. Это определяется моделью данных — способом представления данных, который позволяет нам понимать их структуру и связи между ними.

Модель данных — это абстракция, которая позволяет пользователям и разработчикам интерпретировать данные как информацию.

Модель данных определяет:

Как организованы данные.
Как они связаны между собой.

Пример:
Представьте, что вы хотите описать отношения между студентами и курсами. Вы можете создать две таблицы: одну для студентов и другую для курсов. Затем связать их через уникальный идентификатор (например, ID курса). Такая модель данных называется реляционной, и она одна из самых популярных. Но существуют и другие модели данных, которые определяют типы баз данных, основанные на них.

Кроме того, модель данных — это не только способ организации данных, но и инструмент для их интерпретации. Например, реляционная модель позволяет видеть данные в виде таблиц, а документ-ориентированная — в виде JSON-документов.

Типы баз данных

Базы данных можно классифицировать по модели как способу организации данных.

Типы баз данных

Рассмотрим основные типы:

1. Текстовые базы данных

Простейший тип баз данных.
Данные хранятся в текстовых файлах (например, CSV).
Преимущества: простота использования.
Недостатки: отсутствие связей между записями.

2. Иерархические базы данных

Данные организованы в виде дерева.
Каждая запись имеет только одного "родителя".
Пример: файловая система операционной системы.

3. Сетевые базы данных

Данные организованы в виде графа.
Каждая запись может иметь несколько "родителей".
Преимущества: гибкость в моделировании связей.

4. Реляционные базы данных (SQL)

Данные хранятся в таблицах.
Таблицы связаны через ключи.
Преимущества: структурированность, целостность данных.
Примеры: MySQL, PostgreSQL, Oracle Database.

Подтипы реляционных баз данных:

Классические реляционные БД: данные хранятся в строгих таблицах.
Колоночные реляционные БД: данные хранятся в колонках, что ускоряет аналитические запросы.

5. Нереляционные базы данных (NoSQL)

Используются для работы с неструктурированными данными.
Преимущества: масштабируемость, высокая скорость обработки.

Подтипы нереляционных баз данных:

Документ-ориентированные: данные хранятся в формате JSON.
- Пример: MongoDB.
Ключ-значение: данные хранятся в виде пар ключ-значение.
- Пример: Redis.
Графовые: данные представлены в виде узлов и рёбер.
- Пример: Neo4j.
Объектно-ориентированные: данные представлены в виде объектов.
- Пример: db4o.

Краткая история баз данных

Развитие баз данных тесно связано с развитием компьютерных технологий. Вот основные этапы:

1960-е годы: Первые системы

Первые базы данных появились для автоматизации процессов управления бизнесом.
Пример: система учёта заказов компании IBM.

1970-е годы: Реляционные базы данных

В 1970 году Эдгар Кодд предложил теорию реляционных баз данных.
Появились первые коммерческие СУБД: Oracle, IBM DB2, Microsoft SQL Server.

1980-е годы: Распространение персональных компьютеров

Базы данных стали доступны для широкого круга пользователей.
Примеры: Microsoft Access, FileMaker Pro.

1990-е годы: Интернет и веб-приложения

Базы данных начали использоваться для создания веб-сайтов и электронной коммерции.

Современность: Большие данные и NoSQL

Появились новые типы баз данных для работы с большими объёмами данных.
Примеры: MongoDB, Redis, Cassandra.

Заключение

Базы данных — это фундаментальный инструмент для хранения и управления информацией. Они прошли долгий путь развития, от простых текстовых файлов до сложных распределённых систем. Понимание типов баз данных и их особенностей поможет вам эффективно решать задачи в различных областях.

Практические задания

Приведите примеры использования баз данных в повседневной жизни.
Опишите различия между реляционными и нереляционными базами данных.
Нарисуйте схему базы данных для хранения информации о студенческой группе с данными, которые вы считаете наиболее важными для данной предметной области (ФИО студентов, номер группы, курсы, преподаватели).