Программа знакомит с основами баз данных, архитектурой СУБД и методологией проектирования информационных систем, включая реляционную модель и нормализацию. Рассматриваются этапы проектирования БД: анализ предметной области, построение ER-модели и преобразование в логическую схему. Изучаются CASE-средства, диаграммы «сущность-связь», атрибуты, ключи и связи для автоматизированного проектирования. Освещаются реляционная модель данных, ограничения целостности и переход от логической к физической реализации. Практические задания включают нормализацию отношений, определение ограничений целостности и разработку логической модели.
Знания и умения, полученные в результате изучения
В результате освоения программы обучающийся должен уметь:
• самостоятельно работать с информацией;
• формулировать требования к разработке и реализации баз данных;
• ориентироваться в классификации баз данных для дальнейшего их использования;
• разрабатывать концептуальную, логическую и физическую модели БД;
• выявлять основные отношения предметной области и их взаимосвязи;
• определять ключевые атрибуты сущностей;
• профессионально и понятно письменно излагать выводы, инструкции и рекомендации.
В результате освоения программы обучающийся должен знать:
• основы работы баз данных;
• основы классической методологии проектирования баз данных;
• общие требования, предъявляемые к базе данных;
• современные принципы организации баз данных,
• теоретические основы нормализации отношений;
• компоненты прикладной системы, взаимодействующие с базой данных;
• компоненты программно-аппаратного обеспечения баз данных.
В результате освоения программы обучающийся должен приобрести практический опыт:
• анализа предметных областей для формирования требований к БД;
• проектирования баз данных;
• построения ИЛМ и ERD.
Тема 1. Введение. Базы данных и информационные системы на их основе
1.1 Введение
Место курса в учебном плане, связь с другими Темами, основанными на технологии работы с базами данных, общая структура курса, литература по курсу
1.2 Основные понятия и определения.
Информационная система.
Предметная область.
Информационные процессы.
Методы обработки данных в ИС.
БД, СУБД.
1.3 Введение в архитектуру систем баз данных
Архитектура системы баз данных.
Трёхуровневая модель архитектуры ANSI/SPARK.
Понятие логической и физической независимости.
Архитектура многопользовательских БД: файл-серверная, клиент-серверная и трёхзвенная.
История развития и классификация систем БД.
Пример файловой структуры БД.
Практические занятия
Не предусмотрены
Тема 2. Основы методологии проектирования БД
2.1 Основные подходы к проектированию ИС
Основные этапы жизненного цикла ИС.
Подходы к проектированию ИС: функционально-ориентированный (структурный), объектно- ориентированный, смешанный.
Понятие предметной области.
Виды моделей предметной области: информационная, функциональная, объектная.
2.2 Проектирование баз данных
Основные этапы проектирования БД.
Определение требований к данным.
Анализ предметной области.
Построение концептуальной модели.
Модель сущность-связь.
Построение (дата)логической модели.
Физическое проектирование.
Практические занятия
Анализ предметной области и выработка требований к системе.
Тема 3. Автоматизированное проектирование баз данных
3.1 Автоматизация проектирования БД CASE-средства.
Уровни моделей БД при автоматическом проектировании.
Понятия логического и физического уровня моделей БД.
Общий алгоритм разработки логической модели
3.2 Диаграммы сущность-связь
Основные элементы ER–диаграмм в нотации Information Engineering.
Общая последовательность разработки ER-модели
3.3 Сущности
Выделение сущностей.
Активные и пассивные сущности.
3.4 Атрибуты
Виды атрибутов.
Обязательные и необязательные атрибуты.
Определение атрибутов.
Функциональная роль атрибута.
Правила проверки значений атрибутов и значения по умолчанию
3.5 Ключи
Потенциальные ключи.
Первичный ключ.
Суррогатные и естественные первичные ключи.
3.6 Связи
Связи и внешние ключи.
Кратность, сила, модальность связей.
Организация категориальной и рекурсивной связей.
Описание связей
Практические занятия
Построение логической модели базы данных.
Тема 4. Реляционная модель данных
4.1 Модели данных
Понятие модели данных.
Компоненты модели данных: структурный аспект, аспект целостности, аспект обработки.
Виды моделей данных: иерархическая, сетевая, реляционная.
4.2 Реляционная модель данных: структурный аспект
Понятие отношения, домена, атрибута, кортежа, ранга (степени) отношения, схемы отношения.
Графическая интерпретация отношений.
Особенности двумерных таблиц, моделирующих отношения.
4.3 Реляционная модель данных: аспект целостности
Ограничения для поддержки целостности атрибутов: условия проверки значений, неизвестные значения, ограничение NOT NULL.
Ограничения для поддержки целостности отношений: понятия суперключа, потенциального и первичного ключей, организация взаимосвязи между отношениями на основе внешних ключей.
4.4 Переход от логического уровня к физическому
Разрешение связей: многие-ко-многим.
Разрешение связей: категориальная.
Определение дополнительных элементов
Практические занятия
Определение ограничений целостности для заданных отношений.
Тема 5. Проектирование БД на основе теории нормализации
5.1 Процесс нормализации
Избыточности и аномалии при работе с ненормализованными данными.
Понятие аномалий модификации и нормальных форм.
Преимущества и недостатки нормализации.
5.2 Функциональные зависимости
Понятие функциональной зависимости в данных.
Полная функциональная зависимость.
Транзитивная функциональная зависимость.
Проблема декомпозиции. Декомпозиция без потерь
5.3 Нормальные формы
Первая, вторая и третья нормальные формы: определение, алгоритмы декомпозиции отношений.
Проверка корректности полученной декомпозиции.
Практические занятия
Нормализация отношений до третьей нормальной формы
Тема 6. Итоговая аттестация