к оглавлению

ТЕХНОЛОГИИ БАЗ ДАННЫХ

(по С.Д. Кузнецову)

Информация о курсе

В курсе излагаются основные понятия и методы организации реляционных баз данных и манипулирования ими, а также описываются базовые подходы к проектированию реляционных баз данных. Вводится понятие реляционной модели данных, обсуждаются структурная, манипуляционная и целостная составляющие модели. Обсуждаются важные аспекты теории баз данных, связанные с функциональными зависимостями. Описываются процесс проектирования реляционных баз данных на основе принципов нормализации, а также подходы к проектированию реляционных баз данных с использованием диаграммных семантических моделей данных.

Курс состоит из десяти лекций. В первой, вводной лекции обосновывается потребность в технологии баз данных и обсуждаются основные функции СУБД. В лекции 2 предлагается общее введение в реляционную модель данных. Вводятся основные термины, обсуждаются структурная и целостная части модели. Лекции 3-5 посвящаются манипуляционной части реляционной модели данных. В лекции 3 описываются классический вариант реляционной алгебры, восходящий к основоположнику реляционного подхода Эдгару Кодду, а в лекции 4 – современная версия алгебры Криса Дейта и Хью Дарвена. В лекции 5 обсуждаются две разновидности реляционных исчислений – исчисления кортежей и доменов. В лекции 6 приводятся основные определения, утверждения и теоремы теории реляционных баз данных, связанные с функциональными зависимостями. В лекции 7 рассматриваются фундаментальные методы проектирования реляционных баз данных путем нормализации отношений на основе учета функциональных зависимостей, а лекция 8 посвящена методам дальнейшей нормализации реляционных баз данных с принятием во внимание и многозначных зависимостей и зависимостей проекции/соединения. Наконец, материал лекций 9-10 посвящен более практическим методам проектирования реляционных баз данных с использованием семантических моделей данных. Мы ограничиваемся двумя разновидностями диаграммных семантических моделей, а именно диаграммами “сущность/связь”, введенными в обиход Питером Ченом, и диаграммами классов языка UML. Вводятся основные понятия этих моделей и обсуждаются методы перехода от концептуальных схем баз данных, представленных в терминах диаграммных моделей, к реляционным схемам баз данных.

Цель

Основной целью курса является формирование у студентов общей культуры современных баз данных. Понимание основных принципов реляционной модели данных позволяет лучше ориентироваться в особенностях организации коммерческих и свободно распространяемых систем управления базами данных. Знание абстрактных алгебраических и логических средств манипулирования данными позволяет быстрее и глубже понять специфику современных практических языков баз данных. Знакомство с теорией реляционных баз данных и проектированием баз данных на основе принципа нормализации способствует осознанию требований к структуре практически используемых баз данных. Наконец, освоение подходов к проектированию баз данных с использованием диаграммных моделей облегчит освоение средств автоматизации проектирования.

Предварительные знания

Требуется базовая математическая подготовка в объеме первого курса классического или технического университета – теория множеств, математическая логика. Полезна, но не необходима некоторая предварительная подготовка в области языков программирования, главным образом, в связи с понятием типов данных.

Дополнительные курсы

Основы SQL

SQL и процедурно-ориентированные языки

Введение в модель данных SQL

Изучаем MySQL

Основы работы с базами данных

Банки данных Интернет (Интернет базы данных)

Основы проектирования приложений баз данных

1. Эволюция устройств внешней памяти и программных систем управления данными

В этой вводной лекции мы, прежде всего, обсудим предпосылки появления в компьютерах устройств внешней памяти, а также обоснуем принципиальную важность дисковых устройств с подвижными магнитными головками для организации информационных систем. Далее будут рассмотрены особенности организации и основное функциональное назначение одного из ключевых компонентов современных операционных систем – систем управления файлами. Наконец, в третьем разделе лекции мы покажем, почему возможностей файловых систем недостаточно для создания информационных программных систем. Будет продемонстрировано, что естественные требования информационных систем к средствам управления данными во внешней памяти приводят к необходимости наличия систем управления базами данных (СУБД). В ходе этого анализа будут определены основные черты, которыми должны обладать СУБД.

2. Введение в реляционные модели данных

В этом курсе, главным образом, обсуждаются различные аспекты реляционных баз данных. Принято считать, что реляционный подход к организации баз данных был заложен в конце 1960-х гг. Эдгаром Коддом. В последние десятилетия этот подход является наиболее распространенным (с оговоркой, что в называемых в обиходе реляционными системах баз данных, основанных на языке SQL, в действительности нарушаются некоторые важные принципы классического реляционного подхода). Достоинствами реляционного подхода принято считать следующие свойства: реляционный подход основывается на небольшом числе интуитивно понятных абстракций, на основе которых возможно простое моделирование наиболее распространенных предметных областей; эти абстракции могут быть точно и формально определены; теоретическим базисом реляционного подхода к организации баз данных служит простой и мощный математический аппарат теории множеств и математической логики; реляционный подход обеспечивает возможность ненавигационного манипулирования данными без необходимости знания конкретной физической организации баз данных во внешней памяти. Компьютерный мир далеко не сразу признал реляционные системы. В 70-е года прошлого века, когда уже были получены почти все основные теоретические результаты и даже существовали первые прототипы реляционных СУБД, многие авторитетные специалисты отрицали возможность добиться эффективной реализации таких систем. Однако преимущества реляционного подхода и развитие методов и алгоритмов организации и управления реляционными базами данных привели к тому, что к концу 80-х годов реляционные системы заняли на мировом рынке СУБД доминирующее положение. В этой лекции на сравнительно неформальном уровне вводятся основные понятия реляционных баз данных, а также определяется сущность реляционной модели данных. Основной целью лекции является демонстрация простоты и возможности интуитивной интерпретации этих понятий. В следующих лекциях будут приводиться более формальные определения, на которых основана теория реляционных баз данных.

3. Реляционная алгебра Кодда

В предыдущей лекции упоминались три составляющих реляционной модели данных. Две из них – структурную и целостную части – мы рассмотрели более или менее подробно, а манипуляционной части реляционной модели данных посвящается эта и следующие две лекции. Мы уделяем данной теме такое большое внимание, поскольку понимание формальных механизмов манипулирования реляционными данными исключительно важно для понимания технологии баз данных вообще. В этой лекции после небольшого введения будет рассмотрен вариант реляционной алгебры, предложенный Кристофером Дейтом около 15 лет тому назад. Этот вариант алгебры кажется наиболее понятным, хотя предлагаемый набор операций несколько избыточен. В следующей лекции мы обсудим новый "минимальный" вариант алгебры, предложенный Дейтом и Дарвеном в конце 1990-х гг. Возможно, новая алгебра не очень практична, но зато красива и элегантна. После этого в лекции 5 мы перейдем к реляционному исчислению, достаточно подробно рассмотрим один из вариантов реляционного исчисления кортежей и кратко обсудим особенности исчисления доменов.

4. Алгебра A Дейта и Дарвена

В этой лекции мы обсудим новый "минимальный" вариант алгебры, предложенный несколько лет тому назад Дейтом и Дарвеном. Как уже отмечалось в предыдущей лекции, возможно, новая алгебра не очень практична, но зато красива и элегантна.

5. Реляционное исчисление

Эта лекция завершает цикл лекций, посвященных манипуляционному аспекту реляционной модели данных. Материал лекции интересен и сам по себе, поскольку демонстрирует, насколько аппарат математической логики упрощает формулировку запросов к базам данных.

6. Функциональные зависимости и декомпозиция без потерь

Эта и две следующие лекции посвящены вопросам теории реляционных баз данных. Поскольку всё направление реляционного подхода к организации баз данных является сугубо практическим, эта теория, главным образом, прагматическая. Основная проблема, на решение которой направлена теория реляционных баз данных, состоит в обнаружении полезных свойств некоторых схем баз данных и выработке способов построения таких схем. Принято кратко называть эту проблему проблемой проектирования реляционных баз данных.

7. Начальные шаги проектирования реляционных баз данных нормализацией

Эта лекция открывает серию из четырех лекций, посвященных проектированию реляционных баз данных. В данной лекции речь пойдет о нормализации схем отношений с учетом только функциональных зависимостей между атрибутами отношений. Эти "первые шаги" нормализации позволяют получить схему базы данных, в которых все переменные отношений находятся в нормальной форме Бойса-Кодда, удовлетворяющей нуждам большей части приложений.

8. Углубленная нормализация при проектировании реляционных баз данных

В этой лекции мы обсудим два более сложных вида зависимостей между атрибутами отношений – многозначные зависимости и зависимости проекции/соединения, а также основанные на учете таких зависимостей нормальные формы отношений. Основанная на учете зависимости проекции/соединения пятая нормальная форма отношения является "окончательной" нормальной формой, которую можно получить путем декомпозиции отношений на основе их проецирования.

9. ER-диаграммы в проектировании реляционных баз данных

В этой и следующей лекциях обсуждаются подходы к проектированию реляционных баз данных на основе использования семантических моделей данных. Лекции обеспечивают начальный уровень знаний в этой области и не заменяют книг, целиком посвященных данной теме. Настоящая лекция посвящена общему введению в семантические модели данных и краткому рассмотрению диаграммной семантической модели “Сущность-Связь”. Анализируются стандартные приемы преобразования концептуальной схемы базы данных, представленной в терминах ER-модели, в реляционную схему.

10. Диаграммы классов языка UML в проектировании реляционных баз данных

В этой лекции мы обсудим основные понятия диаграмм классов языка UML и возможности применения этой диаграммной модели для проектирования реляционных баз данных. Кроме того, в лекции будет кратко рассмотрен язык объектных ограничений OCL и приведены примеры формулировок на языке OCL ограничений целостности в терминах концептуальной схемы базы данных.

к оглавлению

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что примитивные конструкторы - это операции, которые создают объекты, соответствующего им типа, не используя никаких объектов в качестве аргументов. Примером такой операции является создание пустого списка.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution