Теоретичні основи баз даних
Висвітлено короткий курс матеріалу, необхідного для вивчення основних теоретичних відомостей та концептуальних засад організації, створення та опрацювання баз даних та знань. У конспекті крім теоретичних викладень з дисципліни «Організація баз даних та знань» наводяться зразки контрольних питань тестових завдань для організації перевірки чи самоперевірки засвоєння матеріалу.
Конспект лекцій призначається для студентів, що навчаються за напрямами "Комп’ютерні науки", "Комп’ютерна інженерія" та споріднених напрямів, пов’язаних з вивченням комп’ютерних інформаційних технологій. Може бути використаний викладачами в якості дидактичного матеріалу, а також для самостійного вивчення і підвищення кваліфікації.
Розділ 1. Основи комп'ютерного опрацювання даних. 7
Тема 1. Інформаційні системи та інформаційні технології 7
Розділ 2. Моделі баз даних. 26
Тема 3. Архітектура баз даних. 26
Тема 4. Фізичні моделі даних. 32
Тема 5. Концептуальна модель бази даних. Метод “сутність – зв’язок”. 39
Тема 6. Даталогічна концептуальна модель бази даних. Логічні одиниці даних. 49
Тема 7. Логічні моделі баз даних. Види логічних моделей даних. 55
Розділ 3. Основи реляційних баз даних. 63
Тема 8. Реляційна модель бази даних. 63
Тема 9. Проектування реляційних баз даних. 72
Тема 10. Функціональні залежності в реляційних базах даних. 79
Тема 11. Ключі у відношеннях реляційних баз даних. 87
Тема 12. Нормалізація відношень. 95
Тема 13. Подальша нормалізація відношень. Нормальні форми вищих порядків. 103
Розділ 4. Реляційна алгебра. Операції над відношеннями. 113
Тема 14. Поняття реляційної алгебри. Теоретико – множинні операції. 113
Тема 15. Спеціальні реляційні операції. 121
Тема 16. Операції над станами відношень. 131
Тема 17. Реляційна алгебра. Операції над схемами відношень. 137
Розділ 5. Реляційні числення. 144
Тема 18. Реляційне числення зі змінними-кортежами. 144
Тема 20. Реляційне числення зі змінними на доменах. 163
Список рекомендованої літератури. 176
Практикум № 1. Побудова та застосування баз даних інформаційних систем 178
Завдання № 1. Вивчення елементів середовища СУБД MS Access 178
Завдання № 2. Проектування бази даних реляційного типу. 179
Завдання № 3. Проектування запитів до бази даних. 180
Завдання № 4. Проектування засобів введення та редагування даних. 181
Завдання № 5. Розробка форм вихідних документів. 182
Завдання № 6. Розробка керуючого інтерфейсу інформаційної системи. 182
Завдання № 7. Розробка Web-сторінок доступу до даних. 183
Практикум № 2. Проектування та опрацювання реляційних баз даних. 185
Сучасні комп'ютерні інформаційні технології дозволяють вирішувати проблеми, практично, в усіх галузях та напрямах людської діяльності. Будь-які задачі – 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, підтримці і опрацюванні певних обсягів інформації. Проблема організації інформаційних ресурсів в комп'ютерних системах здається 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 десятків значень, можна просто вивчити напам'ять, зберегти в записнику, чи пам'яті мобільного 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 прийоми 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 велику кількість технологій та засобів опрацювання даних. Сучасні бази даних – це складні системи, які забезпечують не лише накопичення та зберігання певної множини значень, а надають користувачеві широкі можливості з їх ефективного застосування та володіють значним набором функцій їх попереднього опрацювання.
У пропонованому конспекті лекцій у стислій, компактній формі викладено основні теоретичні принципи, положення та закономірності, на яких ґрунтується більшість сучасних технологій та систем опрацювання баз даних. Основна увага приділена теоретичним дослідженням в галузі реляційних баз даних, оскільки ця модель на сьогодні є найбільш поширеною та достатньо ґрунтовно дослідженою. Зокрема розглянуто такі питання як основні принципи комп'ютерного опрацювання даних, моделі баз даних, проектування та нормалізація, реляційна алгебра та реляційні числення.
Конспект лекцій може використовуватись студентами, що навчаються за базовими напрямами «Комп'ютерні науки», «Комп'ютерна інженерія», «Програмна інженерія», «Прикладна математика», «Документознавство та інформаційна діяльність» та інших для вивчення курсів "Організація баз даних та знань", "Бази та банки даних" чи аналогічних їм. Оскільки в конспекті наведено достатню кількість матеріалу для контролю та практичних занять, то він може бути застосований викладачами, що проводять відповідні лекційні та лабораторні курси. Аналогічним чином конспект може слугувати для самостійного чи дистанційного навчання або підвищення кваліфікації фахівців в галузі комп'ютерних інформаційних технологій.
Зміст матеріалу конспекту лекцій відповідає міжнарожним рекомендаціям Copmputing Curricula 2001: Computer Science. Конспект складається з п'яти розділів, які утворюють логічно завершені частини курсу:
- Основи комп'ютерного опрацювання даних;
- Моделі баз даних;
- Основи реляційних баз даних;
- Реляційна алгебра. Операції над відношеннями ;
- Реляційні числення.
Кожен розділ поділяється на теми, які відповідають за обсягом одному лекційному заняттю. Тема містить коротке викладення теоретичних відомостей, контрольні запитання для перевірки знань і набір тестових завдань для контрольних заходів та іспитів.
У додатках подаються вказівки до виконання циклу лабораторних робіт.