Организация баз данных 
Организация баз данных
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.
Содержание
ЛЕКЦИЯ 1. Понятие СУБД. Функции СУБД............................................... 7
1.1 Введение...................................................................................................... 7
1.2 Понятие БД и СУБД.................................................................................... 7
1.3 Уровни абстракции в СУБД. Функции абстрактных
данных..................... 9
1.4 Представления........................................................................................... 10
1.5 Функции СУБД.......................................................................................... 11
1.6 Экспертные системы и базы знаний......................................................... 11
ЛЕКЦИЯ 2. Модели БД............................................................................... 13
2.1 Обзор ранних (дореляционных) СУБД..................................................... 13
2.2 Системы, основанные на инвертированных
списках............................... 13
2.3 Иерархическая модель............................................................................... 14
2.4 Сетевая модель.......................................................................................... 16
2.5 Основные достоинства и недостатки ранних СУБД................................ 17
ЛЕКЦИЯ 3. Реляционная модель и ее характеристики. Целостность в реляционной
модели 18
3.1 Представление информации в реляционных БД....................................... 18
3.2 Домены 19
3.3 Отношения. Свойства и виды отношений................................................ 20
3.4 Целостность реляционных данных........................................................... 21
3.5 Потенциальные и первичные ключи......................................................... 22
3.6 Внешние ключи.......................................................................................... 22
3.7 Ссылочная целостность............................................................................ 23
3.8 Значения NULL и поддержка ссылочной
целостности............................ 24
ЛЕКЦИЯ 4. Реляционная алгебра................................................................ 25
4.1 Понятие реляционной алгебры................................................................. 25
4.2 Замкнутость в реляционной алгебре......................................................... 25
4.3 Традиционные операции над множествами.............................................. 25
4.4 Свойства основных операций реляционной
алгебры............................... 27
4.5 Специальные реляционные операции....................................................... 28
ЛЕКЦИЯ 5. Вопросы проектирования БД.................................................. 34
5.1 Понятие проектирования БД..................................................................... 34
5.2 Функциональные зависимости.................................................................. 35
5.3 Тривиальные и нетривиальные зависимости............................................ 36
5.4 Замыкание множества зависимостей и правила
вывода Армстронга...... 36
5.5 Неприводимое множество зависимостей................................................. 38
5.6 Нормальные формы – основные понятия................................................. 38
5.7 Декомпозиция без потерь и функциональные
зависимости.................... 39
5.8 Диаграммы функциональных зависимостей............................................. 40
ЛЕКЦИЯ 6. Проектирование БД. Нормальные формы отношений........... 42
6.1 Первая нормальная форма. Возможные недостатки
отношения в 1НФ... 42
6.2 Вторая нормальная форма. Возможные недостатки
отношения во 2НФ. 44
6.3 Третья нормальная форма. Возможные недостатки
отношения в 3НФ... 45
6.4 Нормальная форма Бойса-Кодда.............................................................. 46
ЛЕКЦИЯ 7. Проектирование БД. Нормальные формы отношений (продолжение) 49
7.1 Многозначные зависимости...................................................................... 49
7.2 Четвертая нормальная форма.................................................................... 51
7.3 Зависимости соединения........................................................................... 51
7.4 Пятая нормальная форма........................................................................... 53
7.5 Итоговая схема процедуры нормализации............................................... 53
ЛЕКЦИЯ 8. Проектирование БД методом сущность-связь. ER-диаграммы 55
8.1 Возникновение семантического моделирования...................................... 55
8.2 Основные понятия метода........................................................................ 55
8.3 Диаграммы ER-экземпляров и ER-типа.................................................... 56
8.4 Правила формирования отношений.......................................................... 59
8.5 Методология IDEF1 (самостоятельное изучение).................................... 62
ЛЕКЦИЯ 9. Язык SQL................................................................................. 66
9.1 История создания и развития SQL........................................................... 66
9.2 Основные понятия SQL............................................................................ 66
9.3 Запросы на чтение данных. Оператор SELECT........................................ 71
9.4 Многотабличные запросы на чтение
(объединения)................................ 75
ЛЕКЦИЯ 10. Язык SQL (продолжение)........................................................ 77
10.1 Объединения и стандарт SQL2................................................................ 77
10.2 Итоговые запросы на чтение.
Агрегатные функции............................... 80
10.3 Запросы с группировкой
(предложение GROUP BY)............................ 80
10.4 Вложенные запросы................................................................................ 82
ЛЕКЦИЯ 11. Язык SQL. (продолжение)....................................................... 86
11.1 Внесение изменений в базу
данных......................................................... 86
11.2 Удаление существующих данных
(Оператор DELETE).......................... 87
11.3 Обновление существующих данных
(Оператор UPDATE)..................... 87
11.4 Определение структуры данных в
SQL................................................... 88
11.5 Понятие представления........................................................................... 91
11.6 Представления в SQL.............................................................................. 92
11.7 Системный каталог
(самостоятельное изучение).................................... 93
ЛЕКЦИЯ 12. Обеспечение безопасности БД................................................ 99
12.1 Общие положения.................................................................................... 99
12.2 Методы обеспечения безопасности...................................................... 100
12.3 Избирательное управление
доступом.................................................... 101
12.4 Обязательное управление доступом...................................................... 102
12.5 Шифрование данных.............................................................................. 102
12.6 Контрольный след выполняемых операций.......................................... 102
12.7 Поддержка мер обеспечения
безопасности в языке SQL..................... 103
12.8 Директивы GRANT и REVOKE............................................................. 103
12.9 Представления и безопасность.............................................................. 105
ЛЕКЦИЯ 13. Физическая организация БД: структуры хранения и методы
доступа 106
13.1 Доступ к базе данных............................................................................ 106
13.2 Кластеризация........................................................................................ 108
13.3 Индексирование..................................................................................... 108
13.4 Структуры типа Б-дерева....................................................................... 111
13.5 Хеширование.......................................................................................... 114
ЛЕКЦИЯ 14. Оптимизация запросов.......................................................... 116
14.1 Оптимизация в реляционных СУБД...................................................... 116
14.2 Пример оптимизации реляционного
выражения.................................. 116
14.3 Обзор процесса оптимизации............................................................... 117
14.4 Преобразование выражений.................................................................. 119
ЛЕКЦИЯ 15. Восстановление после сбоев................................................. 123
15.1 Понятие восстановления системы......................................................... 123
15.2 Транзакции............................................................................................. 123
15.3 Алгоритм восстановления после
сбоя системы.................................... 125
15.4 Параллелизм. Проблемы
параллелизма................................................. 127
15.5 Понятие блокировки.............................................................................. 129
15.6 Решение проблем параллелизма............................................................ 130
15.7 Тупиковые ситуации.............................................................................. 132
15.8 Способность к упорядочению.............................................................. 133
15.9 Уровни изоляции транзакции................................................................ 134
15.10 Поддержка в языке SQL...................................................................... 135
ЛЕКЦИЯ 16. Технологии СУБД.................................................................. 136
16.1 Распределенные базы данных................................................................ 136
16.2 Принципы функционирования
распределенной БД.............................. 136
16.3 Системы типа клиент/сервер................................................................. 139
16.4 Серверы баз данных.............................................................................. 139
ЛЕКЦИЯ 17. Современные постреляционные модели БД......................... 141
17.1 Системы управления базами данных
следующего поколения.............. 141
17.2 Ориентация на расширенную реляционную
модель............................. 141
17.3 Объектно-ориентированные СУБД....................................................... 143
1.1 Введение
1.2 Понятие БД и СУБД
1.3 Уровни абстракции в СУБД. Функции
абстрактных данных
1.4 Представления
1.5 Функции СУБД
1.6 Экспертные системы и базы знаний
Исторически сложившееся развитие вычислительных систем
обусловило необходимость хранения в электронном (машиночитаемом) виде все
большего количества информации. Одновременно с совершенствованием и дальнейшим
развитием вычислительных систем росли объемы информации, подлежащей обработке и
хранению. Сложности, возникшие при решении на практике задач структурированного
хранения и эффективной обработки возрастающих объемов информации, стимулировали
исследования в соответствующих областях. Задачи хранения и обработки данных
были формализованы. Была создана теоретическая база для решения задач такого
класса, результатом реализации на практике которой стали системы,
предназначенные для организации обработки, хранения и предоставления доступа к
информации. Позже такие системы стали называть системами баз данных.
Одновременно с развитием систем баз данных, происходило
интенсивное развитие средств вычислительной техники, используемой для работы с
большими объемами информации. Вычислительная мощность и, особенно, объемы
запоминающих устройств первых вычислительных систем были недостаточны для
хранения и обработки информации в объемах, необходимых на практике.
По мере развития систем баз данных, менялись принципы
организации данных в них: первоначально данные представлялись на основе
иерархической, а в последствии сетевой модели. В конце 1970-х – начале 1980-х
годов начали появляться первые реляционные продукты. В настоящее время системы
баз данных на основе реляционной модели занимают лидирующее положение, несмотря
на заявления многих исследователей о скором переходе к объектно-ориентированным
системам. В настоящее время объектно-ориентированные системы, тем не менее,
развиваются, хотя темпы их развития и сдерживаются медленным принятием
соответствующих стандартов. Кроме того, многие коммерческие реляционные системы
приобретают объектно-ориентированные черты. На основании этого, можно
предположить, что в будущем объектно-ориентированные системы будут постепенно
вытеснять реляционные.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28
|
