Сучасні комп'ютерні інформаційні технології дають можливість вирішувати
проблеми, практично, в усіх галузях та напрямах людської діяльності. Будь-які за-
дачі – від ведення домашнього господарства до керування польотами космічних
кораблів чи технологічними процесів, можуть вирішуватись засобами комп'ютерних
систем. Спільною рисою в усіх випадках є потреба в накопиченні, зберіганні, підт-
римці і опрацюванні значних обсягів інформації. Проблема організації інформацій-
них ресурсів в комп'ютерних системах видається простою лише на перший погляд.
При незначній кількості значень, якими треба оперувати, дійсно, можна застосувати
певні тривіальні вирішення, такі як простий перебір, перегляд, візуальна оцінка,
тощо. Наприклад, особистий список номерів телефонів, що складає декілька десят-
ків значень, можна просто вивчити напам'ять, зберегти в записнику, чи пам'яті мо-
більного телефону. Дещо складнішим виглядає завдання віднайти потрібний номер
у списку всіх абонентів телефонної мережі міста. Якщо він записаний у довільному
порядку, то затрати часу і ресурсів на знаходження потрібного номеру можуть бути
дуже значними. Тому при роботі з великими обсягами застосовуються певні прийо-
ми і методи, що дозволяють полегшити їх опрацювання, зокрема впорядкування
списку абонентів за певною ознакою (алфавітом чи категорією) значно спрощує
пошук. Бази даних є одним зі способів вирішення проблем використання великих та
дуже великих обсягів інформації в комп'ютерних системах.
За період від початку 60-х років ХХ-го сторіччя в галузі комп'ютерних наук, що
вивчає бази даних було зроблено багато теоретичних досліджень, розроблено вели-
ку кількість технологій та засобів опрацювання даних. Завдяки цьому сьогодні бази
даних є невід'ємною частиною комп’ютерних інформаційних систем. Сучасні бази
даних – це складні системи, які забезпечують не лише накопичення та зберігання
певної множини значень, а надають користувачеві широкі можливості з їх ефектив-
ного застосування і володіють значним набором функцій попереднього опрацюван-
ня, перетворення та аналізу даних.
Автори книги професори Володимир Пасічник, Андрій Берко та доцент Олег
Верес є представниками київсько-львіської наукової школи з реляційних баз даних
та знань започаткованої у 1980-х роках академіком Анатолієм Олександровичем
Стогнієм. Підручник створено на основі результатів тривалих наукових досліджень
та багаторічного досвіду авторів у викладанні предметів пов’язаних з теорією та
практикою баз даних і знань, сховищ даних, систем та технологій управління база-
ми даних для студентів, що навчаються за низкою напрямів у Національному уні-
верситеті "Львівська політехніка" та інших вищих навчальних закладах Львова.
Чинниками, які спонукали авторів до написання підручника стали, зокрема, незнач-
на кількість україномовних підручників в галузі інформаційних систем і технологій,
необхідність формування та запровадження української термінології з баз даних, а також прагнення систематизувати і поширити власні ідеї та погляди щодо методики
викладання і змісту навчального курсу.
Підручник “Системи баз даних та знань” складається з двох книг – “Органі-
зація баз даних та знань” і “Системи управління базами даних та знань”.
У першій книзі подано основні фундаментальні поняття та принципи, необхідні
для розуміння суті та предмету баз даних та знань, вивчення основних закономірно-
стей, понять, принципів, методів і засобів створення, опрацювання та застосування
баз даних. Зміст підручника відповідає вимогам освітньо-професійної програми
Галузевого стандарту вищої освіти України з напряму підготовки 6.050101
“Комп’ютерні науки” (затверджено та введено в дію Наказом МОН України №485
від 26.05.2010р.) щодо змістовних модулів нормативної навчальної дисципліни “Ор-
ганізація баз даних та знань”.
Ефективне фахове застосування будь яких практичних знань, прикладних засо-
бів і технологій, у тому числі і в галузі формування, опрацювання та адмініструван-
ня ресурсів даних в інформаційних системах та мережах, неможливе без розуміння
фундаментальних принципів, понять і закономірностей які сформульовано у вигляді
відповідних теоретичних результатів. Саме тому вивчення предмету організації баз
даних та знань пропонується починати з опанування теоретичних основ баз даних.
У даній частині підручника у стислій, компактній формі викладено основні теоре-
тичні принципи, положення та закономірності, на яких ґрунтується більшість сучас-
них технологій та систем опрацювання баз даних.
Основну увагу підручника спрямовано на вивчення теоретичних понять з галузі
реляційних баз даних, оскільки цей підхід до організації баз даних, на сьогодні, є
достатньо ґрунтовно дослідженим і широко вживаним в різноманітних інформацій-
них системах та технологіях. Переважна більшість сучасних систем та засобів
управління базами даних є орієнтованою саме на принципи реляційної моделі баз
даних закладені у відповідних теоретичних дослідженнях. Створена на основі цієї
моделі мова запитів SQL на сьогодні де-юре та де-факто є стандартом побудови
засобів створення та застосування баз даних інформаційних систем. Теоретичні
принципи реляційної моделі реалізують у своїх продуктах такі провідні виробники
систем управління базами даних як Oracle, IBM, Microsoft, SyBase, Postgress
Community та інші. Теорія реляційних баз даних, в свою чергу, стала підґрунтям для
розвитку таких напрямів у технологіях баз даних як сховища даних, багатовимірні
структури даних, об’єктно-реляційні бази даних, системи і технології оперативного
аналізу, та багатьох інших сучасних та перспективних методів і засобів опрацюван-
ня даних. Саме тому, на думку авторів, ґрунтовне вивчення теоретичних засад реля-
ційного підходу до баз даних є необхідною складовою підготовки майбутнього фа-
хівця в галузі комп’ютерних наук та інформаційних технологій.
У книзіі розглянуто загальні принципи комп’ютерного опрацювання даних, фу-
ндаментальні засади інформаційних систем та технологій, моделі баз даних, проек-
тування та нормалізація баз даних, реляційна алгебра та реляційні числення. Основ-
ні підходи до організації реляційних баз даних, принципи, визначення, терміни та
методологію їхньої побудови і опрацювання викладено відповідно до концепцій
сформульованих у фундаментальних працях Е.Ф. Кодда, К. Дейта, Дж. Ульмана,
Т. Коннолі та інших авторитетних науковців визнаних у світі. Зміст матеріалу пер-шої частини підручника відповідає міжнародним рекомендаціям Computing
Curricula 2001: Computer Science щодо організації вивчення курсу "Інформаційний
менеджмент" в частині організації баз даних. Опанування матеріалу першої книги
підручника забезпечить правильне розуміння процесів створення і застосування баз
даних, а також дасть необхідні знання для творчої роботи зі створення нових систем
і технологій на основі баз даних.
Книгу поділено на сім розділів, кожен з яких містить змістовно завершений фра-
гмент навчального матеріалу. Послідовність розділів, забезпечує логіку вивчення
теоретичного курсу за принципами “від простого до складного”, та “від загального
до детального”.
Розділ 1. Основи комп’ютерного опрацювання даних. У розділі подано визна-
чення та зміст фундаментальних понять інформаційних систем та інформаційних
технологій, еволюцію систем і технологій опрацювання даних, визначення інфор-
мації та даних, їхньої ролі і властивостей.
Розділ 2. Моделі баз даних. Розділ присвячено проблемам загальної архітектури
баз даних, процесам моделювання баз даних та їхніх елементів, класифікації та ста-
ндартизації моделей баз даних, методикам формалізації та моделювання даних, ви-
значенню стандартних одиниці даних, типових видів моделей баз даних, які засто-
совують для їх зберігання, опрацювання та застосування.
Розділ 3. Реляційна модель даних. У цьому розділі розглянуто основні терміни та
поняття реляційної моделі, проблеми побудови реляційних баз даних, методи та
засоби створення реляційних баз даних та покращення їхніх якісних показників на
основі методики нормалізації.
Розділ 4. Засоби маніпулювання даними в реляційній моделі. В першій частині
розділу вивчаються основні принципи маніпулювання реляційними базами даних на
процедурному рівні зі застосуванням операцій реляційної алгебри, зокрема, з таки-
ми можливостями як теоретико-множинні операції, спеціальні реляційні операції,
операції актуалізації баз даних, операції зміни структур баз даних. Друга частина
розділу містить викладення теоретичних принципів непроцедурного опрацювання
баз даних на основі математичної логіки. Реляційні числення покладено в основу
побудови та функціонування високотехнологічних та інтелектуальних засобів робо-
ти з базами даних.
Розділ 5. Мови запитів. Цей розділ містить описання мови запитів SQL і QBE.
Розділ починається з короткої історії становлення мови SQL, базових понять мови
SQL та системи об’єктів бази даних. У подальшому розглянуто типи даних і
операторів мови SQL, а також засоби створення, опрацювання та управління
даними. У другій частині розділу подано історію мови запитів QBE, порядок ство-
рення запитів QBE, характеристику видів запитів QBE, застосування критеріїв в
запитах QBE, а також описання запитів на оновлення баз даних і аналітичних.
Розділ 6. Створення баз даних. Розділ присвячено опису послідовності етапів
проектування баз даних. Коротко розглянуто деякі особливості проектування реля-
ційних баз даних з використанням семантичних моделей – моделі “сутність-зв’язок”
(ER-модель від Entity-Relationship). Подано основні поняття діаграм класів мови
UML та можливість застосування цієї діаграмної моделі для проектування реляцій-
них баз даних. У розділі описано аспекти цілісності даних, сутностей, зв’язків і до-менів, види обмеження цілісності і засоби підтримання цілісності даних. Розділ за-
вершується розглядом поняття безпеки даних, видів захисту даних, управління дос-
тупом до баз даних, захисту від втрат та руйнувань, журналізації даних, копіювання
чи відновлення баз даних.
Розділ 7. Класифікація баз даних. У розділі подано описання особливостей
розподілених і паралельні бази даних, технологій розподілених і паралельних баз
даних. Розглянуто паралельні архітектури, види паралельності та реалізацію пара-
лельності. У розділі також описано бази даних, в яких правила відіграють суттєво
більшу роль ніж в традиційних реляційних, їхні екстенсіональна та інтенсіональна
частини, особливості активних і дедуктивних баз даних. Ускладнення інформацій-
ного середовища стимулювало пошук інших моделей баз даних для зручнішого
проектування, управління і реалізації складних типів даних. Першою такою модел-
лю стала описана в розділі об’єктно-орієнтована модель даних, розглянуто мови
програмування і запитів об’єктно-орієнтованих баз даних, приклади об’єктно-
орієнтованих СУБД. Використання Інтернету як найважливішого інструменту для
бізнесу радикально змінило роль і масштаби ринку баз даних. Виникла потреба роз-
роблення стратегії доступу до баз даних з Інтернету. На завершення розділу розгля-
нуто поняття комп’ютерних знань, отримання, подання та опрацювання знань
засобами бази знань.
Кожен розділ поділено на теми, які відповідають за обсягом і змістом матеріалу
одного лекційного заняття. Тема містить коротке викладення необхідних для ви-
вчення і розуміння предмету теоретичних відомостей, приклади, які ілюструють
теоретичне викладення, контрольні запитання для перевірки та самоперевірки за-
своєння вивченого матеріалу і набір тестових завдань для контрольних заходів чи
іспитів. Кожне тестове завдання ґрунтується на матеріалі теми і може містити одну
або декілька правильних відповідей.
Перша книга підручника призначена для використання викладачами та студен-
тами різних напрямів, пов’язаних з комп’ютерними інформаційними системами та
технологіями у процесі вивчення курсів "Організація баз даних та знань", "Бази та
банки даних", "Бази даних інформаційних систем" тощо. Книгу можуть застосову-
вати фахівці в галузі баз даних та знань як довідковий підручник у практичній робо-
ті чи для підвищення кваліфікації.
Для сприйняття та розуміння матеріалу підручника читачеві бажано мати базові
знання у таких галузях як програмування, алгоритми та структури даних, теорія
множин, математична логіка, основи моделювання.