ІНФОРМАТИКА НУШ

Інтерактивний Урок: Основи Баз Даних

Що таке База Даних?

Цей урок допоможе вам зрозуміти, що таке бази даних і чому вони є фундаментом майже кожної сучасної технології — від соціальних мереж до банківських систем.

База даних (БД) – це структурована сукупність даних, що відображає стан об'єктів певної предметної області та зв’язки між ними. Простіше кажучи, це організований "склад" інформації, де все лежить на своїх місцях, і ми можемо легко щось знайти, додати або змінити.

Основні об'єкти БД

1. Таблиця (Table)

Основний об'єкт для зберігання даних. Таблиця складається з рядків і стовпців. Вона містить інформацію про один тип сутностей (наприклад, тільки про УЧНІВ або тільки про КНИГИ).

2. Запис / Об'єкт (Record)

Один рядок у таблиці. Це повний набір даних про один конкретний об'єкт. Наприклад, один запис — це інформація про одного конкретного учня або одну конкретну книгу.

3. Поле / Атрибут (Field)

Один стовпець у таблиці. Поле визначає тип даних і містить інформацію про одну характеристику об'єкта. Наприклад, поле може називатися "Прізвище" або "Дата народження".

4. Значення / Дані (Data)

Інформація, яка знаходиться на перетині запису (рядка) і поля (стовпця). Наприклад, значення "Петренко О." знаходиться у полі "Прізвище" для першого запису.

На цьому уроці ми розглянемо ключові проблеми, які вирішують бази даних, і основні концепції, що дозволяють їм працювати ефективно. Використовуйте навігацію вище, щоб переходити між розділами.

1. Проблема: Надлишкове зберігання даних

Уявіть, що всю важливу інформацію ми зберігаємо в одній великій таблиці. Це призводить до **надлишковості** — повторення однакових даних, що створює ризик помилок та ускладнює оновлення.

Приклад 1: Облік учнів у школі

Дані про класного керівника повторюються для кожного учня в класі.

Прізвище учня	Клас	Кл. керівник	Телефон керівника
Петренко О.	9-А	Іванова Г.П.	050-123-45-67
Сидоренко В.	9-А	Іванова Г.П.	050-123-45-67
Коваленко М.	9-Б	Петрук В.С.	097-987-65-43

Приклад 2: Облік товарів в інтернет-магазині

Дані про постачальника повторюються для кожного товару, який він продає.

Назва товару	Ціна (грн)	Назва постачальника	Email постачальника
Клавіатура S-500	850	ТехноПлюс	ТехноПлюс	tp@mail.com
Миша X-10	320	ТехноПлюс	tp@mail.com
Монітор Ultra	7500	СвітКомп	sk@mail.com

Приклад 3: Музичний каталог

Деталі про виконавця (жанр, рік створення) повторюються для кожної його пісні.

Назва пісні	Виконавець	Основний жанр	Рік створення гурту
Літак	Океан Ельзи	Рок	1994
Без бою	Океан Ельзи	Рок	1994
Місто	Скрябін	Поп-рок	1989

Наслідки надлишковості:

Складність оновлення: Якщо Email постачальника зміниться, його треба знайти і змінити в *кожному* рядку, що веде до помилок.
Помилки при введенні: При додаванні нової пісні "Океану Ельзи" можна випадково написати інший "Рік створення гурту".
Неузгодженість: Якщо дані в різних рядках (про один і той самий об'єкт, наприклад, "ТехноПлюс") відрізняються, база даних стає ненадійною.

2. Рішення: Розподіл на таблиці (Нормалізація)

Щоб уникнути надлишковості, ми розділяємо дані на логічні сутності і зберігаємо їх в окремих таблицях. Це забезпечує надійність і легкість оновлення інформації.

Рішення 1: Школа (Учні та Класи)

Таблиця: `КЛАСИ` (Головна)

ID_Класу (PK)	Кл. керівник	Телефон
1	Іванова Г.П.	050-123-45-67
2	Петрук В.С.	097-987-65-43

Таблиця: `УЧНІ` (Підлегла)

Прізвище	Клас	ID_Класу (FK)
Петренко О.	9-А	1
Сидоренко В.	9-А	1
Коваленко М.	9-Б	2

**Висновок:** Дані про телефон керівника зберігаються лише в одному місці (`КЛАСИ`). Зв'язок реалізується через `ID_Класу (FK)`.

Рішення 2: Облік товарів (Товари та Постачальники)

Таблиця: `ПОСТАЧАЛЬНИКИ` (Головна)

ID_Постачальника (PK)	Назва	Email
10	ТехноПлюс	tp@mail.com
20	СвітКомп	sk@mail.com

Таблиця: `ТОВАРИ` (Підлегла)

Назва товару	Ціна (грн)	ID_Постачальника (FK)
Клавіатура S-500	850	10
Миша X-10	320	10
Монітор Ultra	7500	20

**Висновок:** Якщо `Email` постачальника зміниться, його треба оновити лише один раз в таблиці `ПОСТАЧАЛЬНИКИ`.

Рішення 3: Музичний каталог (Виконавці та Пісні)

Таблиця: `ВИКОНАВЦІ` (Головна)

ID_Виконавця (PK)	Виконавець	Жанр	Рік створення
100	Океан Ельзи	Рок	1994
200	Скрябін	Поп-рок	1989

Таблиця: `ПІСНІ` (Підлегла)

Назва пісні	Тривалість	ID_Виконавця (FK)
Літак	3:45	100
Без бою	4:10	100
Місто	3:20	200

**Висновок:** Дані про жанр виконавця та рік створення гурту зберігаються лише один раз, а зв'язок 1:M (Один Виконавець → Багато Пісень) забезпечується через `ID_Виконавця (FK)`.

В усіх прикладах ми усунули надлишковість. Для того, щоб комп'ютер міг "з'єднати" ці таблиці, нам потрібні **ключі**, про які ми поговоримо далі.

3. Поняття Ключа

Щоб надійно пов’язувати таблиці, нам потрібен спосіб унікально ідентифікувати кожен запис (кожен рядок).

Ключ (або Первинний ключ, Primary Key, PK) – це одне або кілька полів, значення яких є **унікальним** для кожного запису в таблиці. Він не може бути порожнім (NULL).

Інтерактивне завдання: Знайди найкращий ключ

Клікніть на заголовки стовпців у таблицях, щоб визначити, який із них найкраще підходить на роль первинного ключа (PK).

Клікніть на заголовок стовпця (?) для отримання пояснення.

Таблиця: `УЧНІ`

ID_Учня (?)	Прізвище (?)	Дата народження (?)	ID_Класу (FK) (?)
101	Петренко О.	20.05.2010	1
102	Сидоренко В.	15.03.2010	1
103	Коваленко М.	05.11.2009	2
104	Петренко А.	10.01.2010	2

Таблиця: `ТОВАРИ`

ID_Товару (?)	Назва товару (?)	Ціна (грн) (?)	ID_Постачальника (FK) (?)
1	Клавіатура S-500	850	10
2	Миша X-10	320	10
3	Монітор Ultra	7500	20
4	Миша X-10 (Червона)	350	10

Таблиця: `ВИКОНАВЦІ`

ID_Виконавця (?)	Назва гурту (?)	Основний жанр (?)	Рік створення (?)
100	Океан Ельзи	Рок	1994
200	Скрябін	Поп-рок	1989
300	Бумбокс	Фанк-рок	2004

Висновок:

У всіх випадках Первинним Ключем (PK) є спеціально створений стовпець `ID` (Ідентифікатор). Він гарантує, що кожен рядок буде унікальним, на відміну від прізвищ, назв чи цін, які можуть повторюватися.

4. Зв'язок "Один-до-Багатьох" (1:M)

Зв'язок "один-до-багатьох" (1:M) є наріжним каменем реляційних баз даних. Він дозволяє ефективно поєднувати інформацію з двох таблиць, уникнувши надлишковості.

Він означає, що **одному** запису в головній таблиці (PK) можуть відповідати **багато** записів у підлеглій таблиці (FK).

Алгоритм створення зв'язку "Один-до-Багатьох"

**Визначте сутності:** Визначте дві таблиці, між якими існує зв'язок 1:M (наприклад, `КЛАСИ` та `УЧНІ`).
**Визначте Первинний Ключ (PK):** Встановіть, який стовпець є PK у **головній таблиці** (Таблиця "Один", наприклад, `ID_Класу` у `КЛАСИ`).
**Створіть Зовнішній Ключ (FK):** У **підлеглій таблиці** (Таблиця "Багато", наприклад, `УЧНІ`) створіть новий стовпець, який прийме значення PK з головної таблиці. Назвіть його, наприклад, `ID_Класу_FK`.
**Встановіть відповідність:** Заповніть новий стовпець FK значеннями, які відповідають конкретному запису з головної таблиці.
**Видаліть надлишковість:** Видаліть з підлеглої таблиці всі старі стовпці, які дублювали інформацію з головної таблиці (наприклад, ім'я класного керівника та його телефон).

Приклад 1: Класи та Учні

Один клас має багато учнів. Ми використовуємо `ID_Класу` як Зовнішній Ключ (FK) у таблиці `УЧНІ`.

`КЛАСИ` (Один)

ID_Класу (PK) 🔑	Назва
1	9-А

→

`УЧНІ` (Багато)

Прізвище	ID_Класу (FK) 🔗
Петренко О.	1
Сидоренко В.	1

Приклад 2: Виконавці та Пісні

Один виконавець (гурт) має багато пісень. Ми використовуємо `ID_Виконавця` як Зовнішній Ключ (FK) у таблиці `ПІСНІ`.

`ВИКОНАВЦІ` (Один)

ID_Виконавця (PK) 🔑	Гурт
100	Океан Ельзи

→

`ПІСНІ` (Багато)

Назва пісні	ID_Виконавця (FK) 🔗
Літак	100
Без бою	100

Приклад 3: Рецепти та Інгредієнти

Один рецепт складається з багатьох інгредієнтів. `ID_Рецепту` є Зовнішнім Ключем у таблиці `ІНГРЕДІЄНТИ`.

`РЕЦЕПТИ` (Один)

ID_Рецепту (PK) 🔑	Назва
50	Борщ

→

`ІНГРЕДІЄНТИ` (Багато)

Назва	Кількість	ID_Рецепту (FK) 🔗
Буряк	2 шт.	50
Картопля	4 шт.	50
М'ясо	300 г	50

Визначення зв’язку "один-до-багатьох"

Щоб визначити, чи можна встановити зв'язок 1:M між двома таблицями, запитайте себе:

Чи може кожен запис (рядок) з Таблиці А (Головна) мати багато відповідників у Таблиці Б (Підлегла)? **(Так)**
Чи може кожен запис з Таблиці Б (Підлегла) мати лише один відповідник у Таблиці А (Головна)? **(Так)**

Якщо обидві відповіді "Так", це зв'язок 1:M. Для його створення потрібно взяти PK з Таблиці А і додати його як FK в Таблицю Б.

5. Практичне Завдання: Створення БД "Бібліотека"

Ваше завдання — створити базу даних "Бібліотека" в програмі для роботи з БД (наприклад, MS Access, LibreOffice Base) і реалізувати зв'язки **1:M**.

Етап 1: Створення таблиць та Первинних Ключів

Ми будемо створювати 4 таблиці за нашою схемою. Покроковий алгоритм показаний на прикладі таблиці `АВТОРИ`.

Алгоритм створення таблиці (на прикладі `АВТОРИ`):

**Відкрийте режим Конструктора:** У програмі БД (Access) виберіть **Створення** → **Таблиця** та перейдіть до режиму **Конструктора**.
**Введіть ім'я таблиці:** Збережіть її як **`АВТОРИ`**.
**Визначте Первинний Ключ (PK):**
- **Ім'я поля:** `ID_Автора`
- **Тип даних:** Лічильник (AutoNumber) або Числовий.
- **Призначте ключ:** Натисніть на стовпець `ID_Автора` і виберіть опцію **Первинний ключ** (зазвичай, іконка ключа).
**Додайте інші поля:**
- **Ім'я поля:** `Прізвище_Автора`, **Тип даних:** Короткий текст.
- **Ім'я поля:** `Рік_Народження`, **Тип даних:** Числовий.
**Збережіть та закрийте.**

Таблиці для створення:

`АВТОРИ`

`ID_Автора` (PK, Лічильник)
`Прізвище_Автора` (Текст)
`Рік_Народження` (Числовий)

`КНИГИ`

`ID_Книги` (PK, Лічильник)
`Назва_Книги` (Текст)
`ID_Автора_FK` (Числовий) - **Це Зовнішній Ключ**

`УЧНІ`

`ID_Учня` (PK, Лічильник)
`Прізвище_Учня` (Текст)
`Клас` (Текст)

`ВИДАЧІ`

`ID_Видачі` (PK, Лічильник)
`ID_Книги_FK` (Числовий)
`ID_Учня_FK` (Числовий)
`Дата_Видачі` (Дата/Час)

Етап 2: Реалізація зв'язку 1:M

Після створення всіх таблиць, встановіть зв'язки між ними, використовуючи Зовнішні ключі (FK).

**Відкрийте Схему даних:** Перейдіть до інструменту **Схема даних** (Database Tools → Relationships).
**Додайте всі 4 таблиці** на схему.
**Створення зв'язку `АВТОРИ` (1) → `КНИГИ` (M):**
- Перетягніть поле **`ID_Автора`** (PK) з таблиці `АВТОРИ` на поле **`ID_Автора_FK`** (FK) у таблиці `КНИГИ`.
- У діалоговому вікні поставте прапорець **"Забезпечення цілісності даних"**.
- Натисніть **Створити**.
**Створення інших зв'язків:** Аналогічно створіть зв'язки:
- `КНИГИ` (PK) → `ВИДАЧІ` (FK)
- `УЧНІ` (PK) → `ВИДАЧІ` (FK)
**Перевірка:** Переконайтеся, що на схемі з'явилися лінії, які позначають зв'язок "один-до-багатьох" (з цифрою **1** на одному кінці та символом **∞** на іншому).