кафедра компьютерных и информационных технологий

Курс лекций

В настоящем курсе рассматриваются вопросы организации баз данных и знаний. Это важная тема, без основательного знакомства с которой, в наше время, невозможно стать квалифицированным специалистом в сфере информационных технологий.

Основное назначение данного курса – систематическое введение в идеи и методы, используемые в современных системах управления базами данных. В курсе не рассматривается какая-либо одна популярная СУБД; излагаемый материал в равной степени относится к любой современной системе. Как показывает опыт, без знания основ теории баз данных трудно на серьезном уровне работать с конкретными системами, как бы хорошо они не были документированы.

1. Содержание

ЛЕКЦИЯ 1. Содержание 3

ЛЕКЦИЯ 2. Понятие СУБД. Функции СУБД 6

2.1 Понятие БД и СУБД 9

2.2 Уровни абстракции в СУБД. Функции абстрактных данных 13

2.3 Представления 13

2.4 Функции СУБД 15

2.5 Экспертные системы и базы знаний 16

2. Модели БД 18

2.6 Обзор ранних (дореляционных) СУБД 20

2.7 Системы, основанные на инвертированных списках 21

2.8 Иерархическая модель 23

2.9 Сетевая модель 25

2.10 Основные достоинства и недостатки ранних СУБД 28

2. Реляционная модель и ее характеристики. Целостность в реляционной модели 29

2.11 Представление информации в реляционных БД 31

2.12 Домены 33

2.13 Отношения. Свойства и виды отношений 34

2.14 Целостность реляционных данных 38

2.15 Потенциальные и первичные ключи 38

2.16 Внешние ключи 40

2.17 Ссылочная целостность 41

2.18 Значения NULL и поддержка ссылочной целостности 42

2. Реляционная алгебра 44

2.19 Понятие реляционной алгебры 46

2.20 Замкнутость в реляционной алгебре 46

2.21 Традиционные операции над множествами 47

2.22 Свойства основных операций реляционной алгебры 50

2.23 Специальные реляционные операции 51

2. Вопросы проектирования БД 61

2.24 Понятие проектирования БД 63

2.25 Функциональные зависимости 65

2.26 Тривиальные и нетривиальные зависимости 68

2.27 Замыкание множества зависимостей и правила вывода Армстронга 68

2.28 Неприводимое множество зависимостей 71

2.29 Нормальные формы – основные понятия 72

2.30 Декомпозиция без потерь и функциональные зависимости 73

2.31 Диаграммы функциональных зависимостей 75

2. Проектирование БД. Нормальные формы отношений 77

2.32 Первая нормальная форма. Возможные недостатки отношения в 1НФ 79

2.33 Вторая нормальная форма. Возможные недостатки отношения во 2НФ 82

2.34 Третья нормальная форма. Возможные недостатки отношения в 3НФ 85

2.35 Нормальная форма Бойса-Кодда 87

2. Проектирование БД. Нормальные формы отношений (продолжение) 91

2.36 Многозначные зависимости 93

2.37 Четвертая нормальная форма 97

2.38 Зависимости соединения 97

2.39 Пятая нормальная форма 101

2.40 Итоговая схема процедуры нормализации 102

2. Проектирование БД методом сущность-связь. ER-диаграммы 103

2.41 Возникновение семантического моделирования 105

2.42 Основные понятия метода 105

2.43 Диаграммы ER-экземпляров и ER-типа 107

2.44 Правила формирования отношений 113

2.45 Методология IDEF1 (самостоятельное изучение) 117

3. Язык SQL 123

2.46 История создания и развития SQL 125

a. Основные понятия SQL 126

2.47 Запросы на чтение данных. Оператор SELECT 133

2.48 Многотабличные запросы на чтение (объединения). 139

2. Язык SQL (продолжение) 143

2.49 Объединения и стандарт SQL2 145

2.50 Итоговые запросы на чтение. Агрегатные функции 150

2.51 Запросы с группировкой (предложение GROUP BY) 152

2.52 Вложенные запросы 154

2. Язык SQL. (продолжение) 162

2.53 Внесение изменений в базу данных. 164

2.54 Удаление существующих данных (Оператор DELETE) 166

2.55 Обновление существующих данных (Оператор UPDATE) 166

2.56 Определение структуры данных в SQL 167

2.57 Понятие представления. 173

2.58 Представления в SQL. 175

2.60 Системный каталог (самостоятельное изучение) 177

2. Обеспечение безопасности БД 185

2.61 Общие положения 187

2.62 Методы обеспечения безопасности 188

2.63 Избирательное управление доступом 192

2.64 Обязательное управление доступом 193

2.65 Шифрование данных 194

2.66 Контрольный след выполняемых операций 194

2.68 Поддержка мер обеспечения безопасности в языке SQL 196

2.69 Директивы GRANT и REVOKE 196

2.71 Представления и безопасность 199

3. Физическая организация БД: структуры хранения и методы доступа 200

2.72 Доступ к базе данных 202

2.74 Кластеризация 205

2.75 Индексирование 206

2.76 Структуры типа Б-дерева 210

2.77 Хеширование 214

2. Оптимизация запросов 217

2.78 Пример оптимизации реляционного выражения 220

2.79 Обзор процесса оптимизации 222

2.80 Преобразование выражений 225

2. Восстановление после сбоев 232

2.81 Транзакции 234

2.82 Алгоритм восстановления после сбоя системы 239

2.83 Параллелизм. Проблемы параллелизма 241

2.84 Понятие блокировки 245

2.85 Решение проблем параллелизма 247

2.86 Тупиковые ситуации 251

2.87 Способность к упорядочению 252

2.89 Уровни изоляции транзакции 256

2.90 Поддержка в языке SQL 256

2. Технологии СУБД 258

2.91 Распределенные базы данных 260

2.93 Принципы функционирования распределенной БД 262

2.94 Системы типа клиент/сервер 266

2.95 Серверы баз данных 268

2. Современные постреляционные модели БД 270

2.96 Системы управления базами данных следующего поколения 272

2.97 Ориентация на расширенную реляционную модель 273

2.98 Объектно-ориентированные СУБД 276

ЛЕКЦИЯ 3. Приложение А. Структура учебной базы данных. (БД деканата ВУЗа). 287

ЛЕКЦИЯ 4. Приложение Б.Описание структуры учебной базы данных. 288