База данных: свойства, выполняемые задачи, виды

В данной статье мы расскажем:

• Понятие базы данных
• Свойства базы данных
• Задачи базы данных
• Виды баз данных
• Системы управления баз данных

Понятие базы данных

База данных – это инструмент для работы с информацией, который позволяет ее упорядочить и быстро обрабатывать. Существует несколько принципов работы, а также систем управления ими. На первый взгляд может показаться, что базы данных используются лишь в научных областях, но это не так. БД имеет очень широкую сферу применения. По большому счёту, это любой упорядоченный массив информации, который отсортирован или сгруппирован тому или иному критерию (либо по нескольким критериям). Базами данных также называют системы управления БД. Речь идёт об инструментах, с помощью которых люди работают с наборами информации. Однако для них было придумано отдельное обозначение — СУБД.

Свойства базы данных

Рассмотрим некоторые основные свойства баз данных:

• Наличие имени. Если отсутствует имя, то не существует и базы данных.
• Записываются сведения об объектах из определенной предметной области. В качестве примера возьмём предметную область «Библиотека». В базе данных будет фиксироваться информация по книгам, их расположению на полках, читателям и их билетам.
• Записывается состояние объектов и их отношений в определенный момент времени. С течением времени состояние меняется. К примеру, стоимость товара может указывать на его состояние. Изменения стоимости влечёт за собой изменение состояния товара.

Постоянство — важнейшее свойство базы данных:

• Информация в БД всегда остаётся актуальной. Это достигается за счёт изменения элементов данных.
• Информация постоянно накапливается и применяется для выполнения тех или иных задач.
• Как правило, состав и структура информации постоянны. Кроме того, они стабильны во времени. Эти параметры могут меняться только в том случае, если база данных еще создается.

Задачи базы данных

Чтобы понять, какие задачи можно выполнять с помощью баз данных, следует рассмотреть конкретный пример. Предположим, вы открыли магазин одежды и разрабатываете сайт для ведения своей деятельности в интернете. На нем будет размещаться весь ассортимент магазина. Информация о наличии предметов одежды должна постоянно обновляться. Чтобы решить эту задачу, нужно создать БД и внести в неё информацию о товарах. В результате будет сформирована большая таблица. В каждой её строке будет отображаться название отдельного предмета одежды, а в каждом столбце — его характеристика. В данном примере мы будем рассматривать три характеристики: стоимость, количество товара на складе и тип одежды. После того как вы сформируете БД, вам нужно будет понять, какие операции будут совершаться с этой информацией. Например:

• Изменение старых данных. С помощью этой операции можно изменить стоимость товара или его количество на складе.
• Запись новых данных. Это позволит добавлять в базу новые товары, когда они поступят на склад.
• Управление доступом. Это нужно для того, чтобы потребители не могли изменить стоимость товаров и получить их бесплатно.
• Поиск данных. К примеру, чтобы вы могли отыскать все бейсболки по просьбе потребителя.
• Сохранение информации. Вне зависимости от состояния физического магазина, база данных должна без труда восстанавливаться.
• Поддержание порядка. Чтобы в разделе «Футболки» была соответствующая одежда, а не джинсы или ботинки.
• Масштабирование БД. Тем самым вы сможете добавлять новую информацию, расширяя базу до любых размеров.

Виды баз данных

Как правило, БД классифицируют по методу структурирования информации и способу взаимодействия с ней.

Иерархические

Это самая простая структура, в которой записи отходят от «родителя» словно ветви дерева. Данные связаны примерно так же, как папки на рабочем столе. Каждая запись имеет физическую связь лишь с одной предыдущей. При этом отношение многих ко многим в случае с иерархической БД невозможно.

Объектно-ориентированные

Информация о реальных вещах отображается в виде объектов под уникальным идентификатором. Чтобы описать состояние объекта, используются атрибуты. Поведение отображается с помощью наборов методов. Совокупность объектов с одними и теми же атрибутами и методами образует класс. В этих БД применяется язык объектно-ориентированного программирования (ООП). В ООП объекты сдаются в качестве отдельных сущностей. У каждого из них есть свои свойства и методы работы. После создания объекта его можно вызвать по «имени», или коду. Допустим, что вы разрабатываете руку персонажа в компьютерной игре. Вам нужно лишь один раз создать объект под названием «рука». Когда вы приступите к программированию движения, нужно будет отдать команду «рука, опустись вниз» или «рука, согнись в локте». Только сделать это нужно будет не на естественном языке, а на языке программирования.

Сетевые

У каждой записи может быть более одного родителя. Такие базы данных являются не древовидным, а общим графом.

Реляционные (SQL)

Информация в таких базах данных создается, преобразуется и управляется с помощью языка программирования SQL. При этом для записи связи этих данных используются таблицы. В них содержится поле для внешнего ключа со ссылками на другие таблицы. Реляционные модели базы данных обладают гибкой структурой и высоким уровнем организации.

Нереляционные (NoSQL)

К таким БД необходимы отличные от SQL-запросы.

• Графовые базы данных. В таких БД связи обозначаются узлами, рёбрами и свойствами. При этом записи в грифовых базах данных могут иметь любое число связанных с ним свойств.
• Базы данных «ключ-значение». В них информация сохраняется под ключами. Если пользователю нужно получить доступ к объекту, потребуется специальный ключ. В таких БД зачастую хранится информация о состоянии объектов, которая представлена различными типами данных. Для каждого хранилища создают свою схему именования ключей (в зависимости от форматов значений).
• Колоночные базы данных. Как и реляционные, такие БД используют таблицы для хранения информации. При этом структура колонок может быть разной. К примеру, их можно объединить в колоночные семейства с определённым форматом. Для каждой строки колоночного семейства предусматривается отдельный идентификатор.

NewSQL базы данных

Эти БД совмещают в себе целый ряд преимуществ других систем: реляционная модель, язык запросов SQL и распределённые горизонтально масштабируемые базы данных NoSQL. Эта разновидность стала набирать популярность в 2000-х и 2010-х годах. С их помощью были решены некоторые проблемы, которые существовали в других БД. К примеру, SQL-базы не могли масштабироваться так, как это происходило в NoSQL, которые, в свою очередь, не соответствовали стандартам точного выполнения оперативных транзакций ACID (англ. atomicity, consistency, isolation, durability — «атомарность, непротиворечивость, изолированность, долговечность»). Основные характеристики NewSQL:

• повышенная производительность за счёт новых «движков»;
• горизонтальная масштабируемость;
• реляционная модель и транзакционность;
• язык SQL для доступа к информации.

Стоит отметить, что NewSQL — это не самая последняя разработка в сфере баз данных. Например, разрабатываются новые гибридные модели (англ. multi-model databases).

Системы управления баз данных

Как мы уже ранее упоминали, СУБД – это система управления базами данных. Благодаря этим инструментам специалисты могут работать с БД, изменять их или создавать новые. Перечислим самые распространённые в компаниях СУБД:

• Это бесплатная объектно-реляционная СУБД, которая поддерживает целый ряд различных языков программирования и типов данных. Система позволяет использовать уже существующие расширения и разрабатывать новые.
• Эту бесплатную реляционную систему управления баз данных применяют в Google, LinkedIn, Amazon, Meta и некоторых других крупных и средних компаниях.
• Нереляционная документоориентированная СУБД. Способна выдерживать существенные нагрузки. За использование системы платить не нужно.
• Как правило, эту объектно-реляционную СУБД используют лишь в крупных компаниях. Дело в том, что она отличается высокой стоимостью лицензии. Система легко устанавливается, запускается и настраивается.

Базы данных представляет собой совокупность структурированной информации, которая хранится в связанных электронных таблицах. Они используются в самых разных сферах. Например, в банках, библиотеках, космических наблюдениях и т.д. Базы данных позволяют значительно упростить процесс обработки информации.