Системы управления базами данных
Привет! Представь: Netflix знает, что ты досмотришь сериал до конца, больница хранит миллионы медицинских карт, а интернет-магазин обрабатывает тысячи заказов одновременно. Как всё это работает? Ответ — базы данных и СУБД. Давай разберёмся, как приручить океан информации!
Зачем вообще всё это?
Представь: у тебя есть коллекция из 10 000 треков, 500 фильмов, переписки с сотнями людей и куча фотографий. Как найти нужное за секунды? Или вот реальная задача: онлайн-магазин с миллионами товаров, где тысячи людей одновременно покупают, а склад обновляется в реальном времени. Как не запутаться?
💡 Ответ простой
Базы данных (БД) и Системы управления базами данных (СУБД) — это не просто "таблички в компьютере". Это архитектура, которая делает возможным существование современного цифрового мира.
Часть 1. Этапы разработки БД — от идеи до работающей системы
Создание базы данных — это как постройка здания. Нельзя просто взять и начать кидать кирпичи. Нужен план, чертежи, понимание, кто и как будет жить в этом доме.
Проектирование БД: создание архитектуры до первой строки кода
🎯 Постановка задачи
Прежде чем писать хоть строчку кода, нужно ответить на простые, но критически важные вопросы:
- Зачем нам эта БД? (Учёт товаров? Управление проектами? Анализ статистики игроков?)
- Кто будет ею пользоваться? (Менеджеры? Геймеры? Врачи?)
- Что мы будем делать с данными? (Искать, изменять, строить отчёты, анализировать?)
Пример из жизни: Twitch создаёт БД для стримеров. Им нужно хранить: кто стримит, сколько зрителей, какие донаты, статистику по играм, расписание. При этом один пользователь (зритель) видит одно, а стример — совсем другое.
Ключевой момент: На этом этапе работают не только программисты, но и эксперты из той сферы, для которой создаётся БД. Врачи знают про медкарты больше любого айтишника. Геймдизайнеры понимают игровую механику лучше баз данных.
📐 Проектирование БД
Теперь нужно определить структуру. Это как решить, сколько комнат будет в доме и как они связаны.
Что мы делаем:
- Определяем сущности (информационные объекты). Для БД интернет-магазина:
Товары,Покупатели,Заказы,Склады - Описываем атрибуты каждой сущности:
Товар: название, цена, категория, количество на складе, фотоПокупатель: имя, email, адрес доставки, история покупок
- Создаём структуру реляционных таблиц:
- Составляем общий список полей
- Распределяем поля по таблицам
- Определяем свойства каждого поля
- Выделяем ключевые поля
- Устанавливаем связи между таблицами
Метафора: Это как проектирование города. Есть районы (таблицы), в каждом — дома (записи), у каждого дома — адрес (ключевое поле). Дороги между районами — это связи.
⚙️ Создание БД
Два пути реализации:
1. Написать всё с нуля на языке программирования (SQL, Python + ORM)
- Для уникальных, масштабных проектов
- Требует профи-программистов
2. Использовать готовую СУБД (Microsoft Access, MySQL, PostgreSQL)
- Как конструктор с готовыми инструментами
- Подходит для большинства задач
Что происходит при создании:
- Запускаем СУБД и создаём новый файл БД
- Создаём таблицы и устанавливаем связи
- Тестируем — вводим тестовые данные и проверяем работу
- Разрабатываем элементы управления:
- Формы для удобного ввода данных
- Запросы для поиска и отбора
- Отчёты для красивого вывода информации
- Защиту: разграничение прав доступа
- Заполняем таблицы реальными данными
🚀 Эксплуатация БД
БД создана. Что дальше?
- Сортировка и фильтрация записей (найти всех покупателей из Москвы)
- Поиск по критериям (товары дешевле 1000 рублей)
- Обработка данных: добавление, изменение, удаление
- Подготовка отчётов (топ-10 самых популярных товаров за месяц)
Живой пример: Spotify постоянно обновляет свою БД. Каждый раз, когда ты ставишь лайк треку, система обновляет твой профиль, учитывает это в рекомендациях, обновляет статистику исполнителя. И всё это — в реальном времени, для миллионов пользователей одновременно.
🏗️ Уровни представления данных
Для больших БД выделяют три уровня:
Три уровня представления: одна БД, разные миры для каждого пользователя
1. Концептуальный
Модель «сущность-связь», общая схема
2. Внешний
Что видит конкретный пользователь
3. Внутренний
Как данные реально хранятся на диске
Пример: Электронный журнал в школе. Ученик видит свои оценки и расписание. Учитель — оценки класса и может их менять. Директор — статистику по всей школе. Физически — это одна БД, но три разных "представления".
Часть 2. СУБД и их классификация — зоопарк технологий
СУБД — это программное обеспечение для создания, хранения и работы с БД. Именно СУБД превращает гору файлов в мощную информационную систему.
Классификация СУБД: выбери свой инструмент под задачу
📊 Классификация 1: По модели данных
Иерархические БД
Данные организованы в виде дерева. Как файловая система на компьютере: есть корень, ветви, листья. Устаревший тип, но всё ещё используется в некоторых банковских системах.
Сетевые БД
Более гибкие, позволяют связывать данные не только вертикально, но и горизонтально. Как социальная сеть: каждый пользователь может быть связан с множеством других.
Реляционные БД ⭐
Самый популярный тип. Данные хранятся в таблицах, связанных через ключи. Примеры: MySQL, PostgreSQL, Microsoft Access. Почему популярны? Просты, понятны, мощны.
Другие типы
NoSQL (для больших данных, как MongoDB), объектно-ориентированные, документо-ориентированные.
🌐 Классификация 2: По размещению
Локальные СУБД
Всё на одном компьютере. Ты создал БД на своём ПК — только ты с ней работаешь.
Распределённые СУБД
Данные хранятся на разных серверах по всему миру. Пример: Google, Amazon. Их БД разбросаны по дата-центрам на всех континентах.
🔌 Классификация 3: По способу доступа
1. Файл-серверные СУБД
Примеры: Microsoft Access, dBase
- Файлы с данными лежат на сервере
- На каждом компьютере установлена полная версия СУБД
- Доступ через локальную сеть
❌ Минусы: Сеть сильно нагружается, нужны мощные компьютеры у каждого пользователя. Для крупных систем не подходит.
2. Клиент-серверные СУБД ⭐
Примеры: Oracle, MySQL, PostgreSQL
- Сервер — мощный компьютер с серверной версией СУБД и всеми данными
- Клиенты — лёгкие программы, которые отправляют запросы и получают ответы
- Вся тяжёлая работа идёт на сервере
✅ Плюсы: Надёжность, безопасность, быстрота. Именно так работают банки, соцсети, интернет-магазины.
3. Встраиваемые СУБД
Часть других программ (поисковики, игры, электронные энциклопедии)
Пример: SQLite в мобильных приложениях
Часть 3. Работа в программной среде СУБД — создаём структуру
Теперь переходим к практике. Допустим, мы работаем в Microsoft Access или OpenOffice Base.
📋 Структура таблицы: свойства полей
Каждое поле имеет свойства:
| Свойство | Зачем нужно | Пример |
|---|---|---|
| Имя поля | Уникальное имя для обращения | Название_товара |
| Тип поля | Какие данные можем хранить | Текст, число, дата |
| Размер поля | Максимальная длина данных | До 255 символов |
| Формат поля | Как отображать данные | Дата в формате ДД.ММ.ГГГГ |
| Подпись | Название столбца (для удобства) | "Название товара" |
| Значение по умолчанию | Автозаполнение | Текущая дата |
| Условие на значение | Ограничение для проверки | Цена > 0 |
🔢 Типы данных в Microsoft Access
| Тип | Для чего используется | Пример |
|---|---|---|
| Текстовый | Текст до 255 символов | Имя, адрес, код товара |
| Поле МЕМО | Длинный текст (>255 символов) | Описание, комментарий |
| Числовой | Числа для вычислений | Количество, возраст |
| Дата/время | Даты и время | 28.12.2025, 14:30:00 |
| Денежный | Деньги для расчётов | 1500.50 руб |
| Счётчик | Автоматический уникальный номер | ID записи |
| Логический | Да/Нет, Истина/Ложь | Наличие скидки |
| Поле объекта OLE | Изображения, документы | Фото товара |
| Гиперссылка | Ссылки на файлы или сайты | URL страницы |
Зачем так много типов? Каждый тип занимает разный объём памяти. Чем точнее тип — тем быстрее работает БД. Не надо хранить число "5" как текст "пять" — это неэффективно.
🔗 Устанавливаем связи между таблицами
Связи между таблицами: целостность данных как фундамент надёжности
После создания таблиц нужно связать их через ключевые поля. Это обеспечивает целостность данных — одно из самых важных свойств БД.
Что такое целостность?
Это гарантия, что данные непротиворечивы. Например:
- Нельзя удалить покупателя, если у него есть активные заказы
- Нельзя добавить заказ для несуществующего товара
Режимы работы со связями:
Каскадная замена: изменили название фирмы в главной таблице — автоматически обновилось везде, где она упоминается
Каскадное удаление: удалили клиента — удалились все его заказы
Метафора: Представь, что у тебя в Discord есть сервер и каналы. Если ты удалишь сервер, все каналы тоже исчезнут — это каскадное удаление.
Часть 4. Формы — человеческое лицо базы данных
Работать напрямую с таблицами неудобно: текст в одну строку, легко ошибиться, нет визуальной структуры.
Формы как мост между пользователем и сложностью БД
📝 Что такое формы?
Формы — это графический интерфейс для ввода, просмотра и редактирования данных.
Что могут формы:
- Показывать данные из нескольких таблиц одновременно
- Добавлять кнопки, выпадающие списки, календари
- Включать картинки, диаграммы
- Делать вычисления на лету (например, автоматически считать итоговую сумму заказа)
📊 Типы форм
- Простая — данные из одной таблицы
- Составная — данные из нескольких связанных таблиц (главная + детали)
🛠️ Инструменты создания в Access
- Автоформа — быстрое создание стандартной формы
- Мастер форм — пошаговый диалог, выбираешь нужные поля
- Конструктор форм — полная свобода дизайна
🎮 Пример
Форма для регистрации на турнир по киберспорту:
- Поля: имя, ник, email, игра, ранг
- Кнопка "Зарегистрироваться"
- Красиво, понятно, быстро!
Часть 5. Манипулирование данными — сортировка, фильтры, запросы
Манипулирование данными — это все действия, которые мы делаем с информацией в БД.
Запросы как интеллектуальный поиск: находим именно то, что нужно
📊 Сортировка данных
Самое простое: упорядочить записи по возрастанию или убыванию.
Как это работает в Access:
- Открываешь таблицу
- Кликаешь на поле, по которому хочешь сортировать
- Жмёшь "По возрастанию" или "По убыванию"
Сортировка по нескольким полям: Сначала сортируется по первому полю, потом (для одинаковых значений) — по второму.
Пример: Таблица с фильмами. Сортируем сначала по жанру (Экшен, Драма, Комедия), потом по рейтингу (от большего к меньшему). Получаем список: топ экшенов, топ драм, топ комедий.
🔍 Фильтрация данных
Фильтр — это условие, которое "пропускает" нужные записи и "скрывает" ненужные.
Метафора: Ты в музыкальном приложении включаешь фильтр "только рок" — плейлист сокращается, остаются только рок-треки. Остальные не удалены, просто временно скрыты.
Примеры фильтров:
- Показать только товары дороже 5000 рублей
- Показать только учеников 11 класса
- Показать только заказы за последний месяц
⚡ Запросы — самый мощный инструмент
Запрос — это не просто фильтр. Это мини-программа, которая:
- Ищет данные по сложным условиям
- Объединяет данные из разных таблиц
- Делает вычисления (суммы, средние, максимумы)
- Создаёт новые таблицы на основе старых
- Изменяет или удаляет данные массово
Структура запроса:
- Поля для вывода (что показать)
- Условия отбора (логическое выражение: что искать)
- Сортировка (как упорядочить результат)
💡 Пример запроса к БД "Крупнейшие озёра"
Задача: Найти озёра площадью больше 30 тыс. км² ИЛИ глубиной больше 300 м, НО не в Африке. Отсортировать по названию.
Условие:
((Площадь > 30) ИЛИ (Глубина > 300)) И (Материк <> "Африка")Результат:
| Название | Материк |
|---|---|
| Байкал | Евразия |
| Гурон | Северная Америка |
| Женевское | Евразия |
| Мёртвое море | Евразия |
📊 Практический пример: БД "Страны"
Дана таблица с данными по странам (население, площадь, материк, процент от населения Земли).
Задание 1
Найти страны, где процент населения от 2% до 5%
(Процент > 2) И (Процент < 5)Ответ: 6 записей (Бангладеш, Бразилия, Индонезия, Пакистан, США, Нигерия)
Задание 2
Страны Северной или Южной Америки
(Материк = "С. Америка") ИЛИ (Материк = "Ю. Америка")Ответ: 3 записи (Бразилия, Мексика, США)
Задание 3
Страны с населением >80 млн (по данным после 01.01.2012) ИЛИ площадью <500 тыс. км²
((Население > 80000000) И (Дата > 01.01.2012)) ИЛИ (Площадь < 500000)Ответ: 10 записей
Часть 6. Отчёты — красота на бумаге
Отчёт — это готовый к печати документ. Красиво оформленный, с итогами, графиками, группировками.
Отчёты: превращаем сырые данные в профессиональные документы
📄 Где используются отчёты
- Счета в интернет-магазинах
- Сертификаты участников олимпиад
- Медицинские выписки
- Финансовые отчёты компаний
- Графики посещаемости спортзала
- Академические справки
✨ Что может отчёт
- Данные из нескольких таблиц и запросов
- Группировка и сортировка (например, заказы по клиентам)
- Итоговые вычисления (сумма, среднее, максимум)
- Диаграммы и графики
- Логотипы, подписи, штрихкоды
🆚 Отчёт vs Форма
Форма
Для работы с данными (ввод, редактирование)
Отчёт
Для просмотра и печати (только чтение)
📌 Ключевые выводы
Давайте подведём итоги нашего погружения в мир СУБД:
🤔 Проверь себя
Проверьте, как хорошо вы усвоили материал!
1. Кейс: БД школьной библиотеки
Ты создаёшь БД для школьной библиотеки. Какие сущности выделишь? Какие связи между ними установишь?
Подсказка: Подумай о книгах, читателях, выдаче... Как обеспечить, чтобы нельзя было выдать одну книгу двум людям одновременно?
2. Сравни: файл-серверная vs клиент-серверная СУБД
Чем файл-серверная СУБД отличается от клиент-серверной? Почему крупные компании выбирают второй вариант?
Подумай: Что происходит с нагрузкой на сеть? Где обрабатываются данные?
3. Подумай: уровни доступа в электронном журнале
В электронном журнале ученик видит только свои оценки, а учитель — оценки всего класса. Это реализовано через разные таблицы или через разные права доступа? Обоснуй.
4. Практика: составь сложный запрос
Придумай запрос к БД интернет-магазина:
Задача: "Найти товары категории 'Электроника', дороже 10 000 руб, со скидкой, добавленные за последний месяц".
Запиши условие отбора используя логические операторы.
5. Аналогия: объясни понятие "форма"
Объясни младшему брату (или подруге, не знакомой с БД), что такое "форма" в БД, используя аналогию с чем-то из повседневной жизни.
Подсказка: Подумай о анкетах, регистрационных формах в интернете...
6. Исследование: встраиваемые СУБД в мобильных приложениях
Найди, какие встраиваемые СУБД используются в мобильных приложениях, которыми ты пользуешься (например, мессенджеры, игры).
Как ты думаешь, почему выбрана именно встраиваемая, а не клиент-серверная?
7. Этапы разработки: сопоставь с решением задачи
Вспомни основные этапы решения задачи на компьютере. Сопоставь их с этапами разработки БД. Какие выводы ты можешь сделать?
8. Типы данных: выбери правильный
Определи тип данных для следующих полей:
- Номер дома: ?
- Возраст человека: ?
- Номер телефона: ?
- Наличие у ученика ПК: ?
- Дата изготовления товара: ?
9. Целостность данных: почему это важно?
Что вы понимаете под целостностью данных? Почему целостность данных является одним из важнейших свойств БД?
Приведи пример, что может случиться, если целостность нарушена.
10. Запрос к БД "Страны"
Укажи количество записей, удовлетворяющих условию:
((Население > 100000000) И (Материк = "Евразия")) ИЛИ (Площадь > 5000000)Подсказка: Посмотри на таблицу из учебника.
11. Чем отличаются запросы от фильтров?
И запросы, и фильтры отбирают записи по условиям. В чём принципиальная разница между ними?
Подумай: Что можно делать с результатами запроса?
12. Практическая задача: создай структуру БД "ОТДЫХ"
С помощью имеющейся в вашем распоряжении СУБД создайте БД «ОТДЫХ», содержащую две таблицы следующей структуры:
- Тур (Страна, Вид отдыха, Продолжительность, Стоимость, Название фирмы)
- Фирма (Название фирмы, Адрес, Телефон, Наличие системы скидок, Процент скидок)
В первой таблице должно быть не менее 20 записей; во второй — не менее 5 записей.
Создайте запрос для отображения информации о фирмах (название, адрес, телефон), предлагающих пляжный отдых. Создайте на его основе отчёт.
🎯 Практические задания
Попробуй применить полученные знания на практике!
📚 Задание 1: БД "Мои учебники"
Создайте БД, содержащую две таблицы:
- Таблица «Форма»: одно поле со списком форм (печатная, электронная)
- Таблица «Фонд»: поля — Код, Наименование учебника, Автор, Форма, Год издания, Титульная страница
Код: П-<порядковый номер> для печатных, Э-<порядковый номер> для электронных
Определите типы полей, установите связь между таблицами. Введите данные обо всех учебниках 11 класса.
🔢 Задание 2: Работа с запросами
На основе БД "Страны" выполните запросы:
- Найдите страны с процентом населения от 2% до 5%
- Найдите страны Северной или Южной Америки
- Найдите страны с населением >80 млн (данные после 01.01.2012) ИЛИ площадью <500 000 км²
Для каждого запроса укажите количество найденных записей.
🎨 Задание 3: Создание форм
Для БД "Мои учебники" создайте:
- Простую форму для ввода данных об учебниках
- Составную форму, показывающую форму выпуска и список учебников этой формы
Добавьте элементы оформления: заголовок, выпадающие списки, кнопки навигации.
📊 Задание 4: Создание отчётов
На основе БД "ОТДЫХ" создайте отчёты:
- Отчёт по фирмам: список всех фирм с контактами и системой скидок
- Отчёт по турам: группировка туров по странам с подсчётом средней стоимости
- Сводный отчёт: информация о турах с включением данных о фирмах
🚀 Дополнительное задание повышенной сложности
Спроектируйте и создайте БД для управления личной коллекцией (фильмы, игры, книги — на выбор):
- Определите необходимые сущности и их атрибуты
- Создайте схему "сущность-связь"
- Реализуйте БД в СУБД
- Создайте формы для ввода данных
- Создайте не менее 5 различных запросов
- Создайте отчёты для вывода статистики
Бонус: Добавьте систему оценок и рекомендаций на основе предпочтений.
💡 Интересные факты о БД и СУБД
🌍 Самая большая БД в мире
Всемирная паутина (World Wide Web) — это, по сути, распределённая база данных. Google индексирует более 130 триллионов веб-страниц!
🧬 БД человеческого генома
Полная последовательность ДНК человека занимает около 3 ГБ. Все генетические БД мира хранят петабайты информации о живых организмах.
⚡ Скорость современных СУБД
Современные СУБД могут обрабатывать миллионы транзакций в секунду. Например, Redis может выполнять до 10 миллионов операций чтения в секунду!
🎮 БД в играх
Массовые онлайн-игры (как World of Warcraft) используют огромные распределённые БД для хранения данных миллионов игроков, их инвентаря, достижений и истории.
🔮 Современные тренды в мире БД
Мир баз данных не стоит на месте. Вот что актуально прямо сейчас:
☁️ Облачные БД
БД всё чаще переносятся в облако (AWS, Google Cloud, Azure). Это даёт гибкость, масштабируемость и доступность из любой точки мира.
🤖 БД и искусственный интеллект
Современные СУБД интегрируют AI для автоматической оптимизации запросов, предсказания нагрузки и обнаружения аномалий.
📊 Big Data
NoSQL базы данных (MongoDB, Cassandra) позволяют работать с огромными объёмами неструктурированных данных — текстами, изображениями, видео.
⛓️ Blockchain как БД
Блокчейн — это распределённая БД, где каждая запись защищена криптографически и не может быть изменена задним числом.
