Úvod do databázových systémů
V dnešní době se počet generovaných dat exponenciálně zvětšuje. Obrovský nárůst objemu dat přináší nové výzvy pro jejich ukládání, správu a zpracování. Termín Big Data je dnes běžně používán k popisu těchto obrovských objemů dat, které je obtížné zpracovávat v reálném čase.
Data pocházejí z různých zdrojů – firemní aktivity, senzory, sociální média. S rostoucím množství dat se zvyšují i nároky na jejich efektivní zpracování a analýzu. Tento vývoj otevírá nové příležitosti pro profesionály v oblasti zpracování dat, přičemž Data Science (věda o datech) se stává důležitým oborem.
Zdroj obrázku: https://datascientest.com/en/wp-content/uploads/sites/9/2021/01/Infographie-Anglais-1024×691.png
Základní pojmy
Data
Data jsou základní jednotky informací, které jsou měřeny, pozorovány nebo shromažďovány. Aby byla data použitelná, musí být vyjádřena v určité formě – textem, čísly, obrázky nebo elektronicky. Data se organizují do logických celků, které se nazývají věty. Každá věta se skládá z menších částí nazývaných atributy. Atributy mohou být atomické (nedělitelné) nebo strukturované.
Například typ věty popsán atributy JMÉNO STUDENTA, AKTIVITA, PŘEDMĚT můžeme sestavit jako
- Michal se učí databáze.
- Filip píše z programování.
- Dominik kašle na matematiku.
Informace
Informace jsou data, která mají smysl a jsou užitečná. Zatímco data mohou být pouhými čísly nebo textem, informace poskytují kontext a význam, který pomáhá při rozhodování. Informace redukují nejistotu a mohou odpovídat na otázky.
Můžeme mít tuhle tabulku
| STUDENT_ID | JMENO | OBOR_ID | TRIDNI |
| 201 | Dominik | 3 | POS |
| 202 | Filip | 2 | BEC |
Když vezmeme jednotlivé buňky, mluvíme o datech, protože například textový řetězec „Dominik“ není informace. Pokud ale data poskládáme do tabulky, nejlépe i se záhlavím, můžeme jí porozumět a v ten moment se jedná o informace.
Identifikace vět
Pro práci s daty je důležité, aby každá věta byla jednoznačně identifikovatelná. K tomu slouží klíčové atributy, které tvoří tzv. klíč věty. Tento klíč zajišťuje, že každá věta je unikátní a lze ji snadno vyhledat, upravit nebo smazat.
Operace nad souborem dat
Práce s daty zahrnuje různé operace, jako je vkládání nových dat (INSERT), mazání existujících dat (DELETE), aktualizace dat (UPDATE) a čtení dat (FETCH).
Historický vývoj zpracování dat
50. léta
V této dekádě začalo první strojové zpracování dat. Data byla shromažďována a zaznamenávána ručně do formulářů, které byly poté zadávány do počítačů. Prvním známým příkladem bylo sčítání lidu v USA v roce 1890, kdy se používaly děrné štítky. Tato etapa se vyznačuje plnou závislostí dat a programů, což znamenalo nízkou efektivitu datových struktur a programů.
60. léta
Systémy pro zpracování souborů začaly umožňovat přímý přístup k datům a interaktivní práci uživatelů. Tato éra však přinesla problémy s flexibilitou a konzistencí dat, protože soubory byly navrženy pro specifické programy. Existovala vysoká redundance dat a problémy se zabezpečením a integritou dat.
70. léta
V této dekádě došlo k vytvoření prvních systémů řízení báze dat (SŘBD), které centralizovaly data a umožnily jednotný přístup k informacím. Tyto systémy oddělily data od aplikačních programů, což zvýšilo jejich nezávislost a flexibilitu. Byly vyvinuty nové datové modely, které zlepšily správu a organizaci dat.
Databázový systém
Databázový systém se skládá ze dvou hlavních komponent: databáze a systému řízení báze dat (SŘBD). Databáze je organizovaná kolekce strukturovaných dat, která je určena k dalšímu zpracování. SŘBD je software, který umožňuje definovat, spravovat a manipulovat s databází.
To s sebou přináší určité výhody:
- Abstrakce dat – uživatelé pracují s daty na vyšší logické úrovni, aniž by museli znát detaily fyzického uložení dat.
- Nezávislost dat – změny ve fyzickém uložení dat neovlivní aplikační programy.
- Centralizovaná administrace – všechna data jsou spravována centrálně, což usnadňuje jejich údržbu a správu.
- Možnost ad hoc dotazů – uživatelé mohou zadávat dotazy na data mimo aplikační programy, což zvyšuje flexibilitu práce s daty.
Datové modely
Síťový model
Tento model, považovaný dnes za zastaralý, používal funkcionální binární vztahy mezi záznamy. Data byla organizována do sítě, kde vztahy byly typu 1:1 a 1
Zdroj obrázku: https://www.vovcr.cz/odz/tech/393/page11.html
Hierarchický model
Hierarchický model je speciální případ síťového modelu, kde data jsou organizována do stromové struktury. Každý záznam má rodiče a potomky, což umožňuje jednoduchou navigaci, ale komplikuje operace vkládání a mazání dat.
Zdroj obrázku: https://www.vovcr.cz/odz/tech/393/page10.html
Relační model
Nejpoužívanější model, který organizuje data do tabulek. Každá tabulka se skládá z řádků a sloupců, kde data jsou uložena v relacích. Tento model umožňuje vysokou flexibilitu a je základem pro většinu moderních databázových systémů.
Objektový a objektově-relační model
S rozvojem objektově orientovaného programování vznikla potřeba ukládat data ve formě objektů. Objektově-relační model kombinuje výhody relačního a objektového přístupu, což umožňuje ukládání komplexních datových struktur. Tento model podporuje zanořené relace a složité strukturované datové typy, což usnadňuje práci s komplexními daty.
Zdroj obrázku: https://cs.wikipedia.org/wiki/Objektov%C3%A1_datab%C3%A1ze#/media/Soubor:Object-Oriented_Model.svg
Tento text poskytuje základní přehled o problematice databázových systémů, jejich historickém vývoji a základních pojmech. V následujících kapitolách se podrobněji zaměříme na návrh databázových modelů, práci s jazykem SQL a pokročilé techniky správy a optimalizace databází.
Zdroje
Seznam zdrojů
HONEK J. Databázové systémy. Dostupné na https://docplayer.cz/1526745-Databazove-systemy-jiri-hronek-katedra-informatiky-prirodovedecka-fakulta-univerzita-palackeho.html
TURČÍNEK P. Databázové systémy a návrh databází. Dostupné na https://emendelu.publi.cz/book/526-databazove-systemy-a-navrh-databazi
VYSTAVĚL, Radek. Databáze a SQL pro začátečníky. Ondřejov: Radek Vystavěl, 2021. ISBN 978-80-908144-0-0.
VYSTAVĚL, Radek. Myslete databázově, myslete v SQL!. Ondřejov: Radek Vystavěl, 2023. ISBN 978-80-908144-1-7.
BUREŠ, Zbyněk. Databázové systémy 1: studijní opora. Jihlava: Vysoká škola polytechnická Jihlava, 2014. ISBN 978-80-87035-88-7.
BUREŠ, Zbyněk. Databázové systémy 2: studijní opora. Jihlava: Vysoká škola polytechnická Jihlava, 2014. ISBN 978-80-87035-89-4.