Що таке база даних: визначення, види та застосування

База даних — це не просто набір файлів, а впорядковане сховище цифрової інформації, спроектоване для швидкого пошуку, витягання, оновлення та управління даними. Основне завдання — забезпечити надійне зберігання відомостей, які використовуватимуться застосунками та людьми для вирішення конкретних завдань.

Важливо відрізняти саму базу даних від системи управління базами даних (СУБД). База даних — це набір даних, а СУБД — програмний шар, який дозволяє створювати, змінювати, видаляти та запитувати ці дані. К. Дж. Дейт та інші фахівці послідовно підкреслюють важливість такого розмежування.

Определение

Проблеми визначення

Точне, універсальне визначення поняття «база даних» немає: різні автори та стандарти дивляться на це поняття зі свого погляду й виділяють різні акценти.

У одному нормативному документі базу даних розглядають як сукупність самостійних матеріалів — статей, розрахунків, нормативних актів — систематизованих так, щоб їх можна було обробляти комп’ютером. Інше визначення робить акцент на концептуальній структурі, що описує характеристики даних та їх взаємозв’язки, і на підтримку сфер застосування.

У монографіях теж зустрічаються різні формулювання. М. Р. Когаловський дає визначення через відображення стану предметної області та використання даних для задоволення потреб користувачів. К. Дж. Дейт описує базу як набір постійно зберіганих даних, що використовуються прикладними системами підприємства.

Здебільшого в визначеннях зустрічаються кілька загальних ознак:

Нижче наведено основні характеристики бази даних:

цифрове зберігання та обробка;
логічна структурованість;
наявність схеми й метаданих.

Першою ознакою є те, що дані дійсно зберігаються та обробляються обчислювальною системою. Інші характеристики допускають різну інтерпретацію: електронні таблиці або файлові архіви можуть мати елементи структурованості, але зазвичай не відповідають усім вимогам повноцінної бази даних.

История

Історія розвитку баз даних

Еволюція баз даних пов’язана з розвитком способів обліку та обробки інформації. У широкому сенсі витоки можна знайти в давніх методах обліку, але сучасна історія починається в середині XX століття.

У 1950‑х роках, появившись разом із програмованими машинами, перші системи спиралися на файлову модель зберігання, часто з перфокартами. У середині 1960‑х з’явилися оперативні мережеві бази даних та інтерактивна робота через термінали; помітний внесок у мережеву модель зробив Чарльз Бахман, який очолював роботу DBTG та був нагороджений премією Тюрінга.

Революція прийшла на початку 1970‑х з реляційною моделлю Едгара Кодда, заснованою на теорії множин та реляційній алгебрі; ця модель заклала теоретичні основи для багатьох сучасних СУБД і також була відзначена премією Тюрінга.

Термін «база даних» (англ. database) почав уживатися на початку 1960‑х на симпозіумах SDC і остаточно увійшов у широкий вжиток у 1970‑х роках.

Классификация

Види баз даних

Бази даних класифікують за різними критеріями, що відображають їх призначення та архітектуру. Нижче — основні класифікації та приклади.

Класифікація за моделлю даних

Основні моделі даних включають такі типи:

реляційні бази даних;
ієрархічні бази даних;
мережеві бази даних;
об’єктні бази даних;
об’єктно‑реляційні бази даних;
графові бази даних;
мультимодальні бази даних;
функціональні бази даних.

Реляційні бази зберігають дані у таблицях і широко використовують SQL. Графові рішення зручні для складних зв’язків між сутностями. Мультимодальні СУБД дозволяють працювати з різними парадигмами в одному продукті.

Класифікація за середовищем зберігання

За тим, де зберігаються дані, розрізняють такі види:

традиційні бази даних;
резидентні бази даних;
третинні бази даних.

Традиційні системи орієнтовані на зберігання на дисках, резидентні (in‑memory) тримають дані в оперативній пам’яті для високої швидкості, а третинні використовуються для архівів та резервних копій на знімних пристроях.

Класифікація за змістом

За типом зберігання даних виокремлюють такі бази:

просторові бази даних;
часові бази даних;
мультимедійні бази даних;
наукові бази даних.

Просторові БД застосовують у ГІС, часові — для історій змін, мультимедійні — для зберігання зображень і відео, наукові — для аналізу великих обсягів експериментальних даних.

Класифікація за ступенем розподіленості

З погляду розміщення компонентів розрізняють:

централізовані бази даних;
розподілені бази даних.

Серед розподілених систем зустрічаються різні варіанти:

Типи розподілених баз даних включають:

сегментовані;
тиражовані;
неоднорідні.

Большие данные

Дуже великі бази даних (VLDB)

Термін VLDB позначає бази з надзвичайно великим обсягом фізичного зберігання, і його поріг постійно зростає разом із технологіями. Наприкінці 1990‑х кілька терабайт уже вважалися величезними, на початку 2000‑х поріг зріс до десятків терабайт, у середині 2000‑х — до сотень терабайт, а до 2010 року дуже великі БД вимірювалися петабайтами.

У середині 2010‑х великі технологічні компанії зберігали сотні петабайт, а пошукові сервіси працювали з даними масштабу ексабайт. Очікується, що в галузях, зокрема в генетиці, знадобляться десятки ексабайт зберігання.

Зріст обсягів даних спричинив появу напряму «Big Data» та стимулює розробки у зберіганні, обробці та аналізі інформації. Міжнародна конференція VLDB, яка проводиться з 1975 року, залишається центральною платформою для обміну знаннями, а фонд VLDB Endowment підтримує відповідні дослідження.

Компоненты

Ключові компоненти системи управління базами даних

СУБД складається з кількох основних частин, кожна з яких виконує свою функцію:

ядро СУБД;
процесор запитів;
підсистема управління транзакціями;
підсистема управління зберіганням даних;
підсистема безпеки;
інструменти адміністрування.

Підсистема транзакцій забезпечує властивості ACID — атомарність, узгодженість, ізоляцію та довговічність. Процесор запитів розбирає й оптимізує запити, а підсистема зберігання відповідає за розміщення даних та індексів.

Преимущества