Москва 2009 г.
По дисциплине
Конспект лекций
«Базы и Банки Данных»
для студентов специальности 230102
«Автоматизированные системы обработки информации и управления»
С.В. Никитина. Базы и Банки Данных. – Москва, 2009. – 80 стр.
В книге изложены основные понятия теории управления базами данных, особенности и разновидности баз данных, методологические основы построения систем управления базами данных. Приводятся основные этапы нормализации данных для построения систем баз данных. Подробно рассмотрены базовые функции систем управления базами данных.
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ БАЗ ДАННЫХ................. 5
Данные и ЭВМ.............................................................................................................................. 5
Концепция баз данных................................................................................................................. 6
Основные функции СУБД........................................................................................................... 6
1. Непосредственное управление данными во внешней памяти.................................... 6
2. Управление буферами оперативной памяти................................................................. 6
3. Управление транзакциями............................................................................................... 7
4. Журнализация................................................................................................................... 7
5. Поддержка языков БД...................................................................................................... 8
ГЛАВА 2. ТИПОВАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОЙ СУБД........................................................ 9
Классификация пользователей СУБД...................................................................................... 10
Преимущества централизованного подхода к управлению данными................................. 16
1. Возможность совместного доступа к данным............................................................. 16
2. Сокращение избыточности данных.............................................................................. 16
3. Устранение противоречивости данных (до некоторой степени).............................. 16
4. Возможность поддержки транзакций........................................................................... 16
5. Обеспечение целостности данных............................................................................... 17
6. Организация защиты данных........................................................................................ 17
7. Возможность балансировки противоречивых требований....................................... 17
8. Возможность введения стандартизации...................................................................... 17
9. Независимость данных.................................................................................................. 18
ГЛАВА 3. ИНФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ «СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ».............................. 20
Основные понятия...................................................................................................................... 21
Характеристика связей и язык моделирования....................................................................... 23
О первичных и внешних ключах.............................................................................................. 27
Ограничения целостности......................................................................................................... 29
ГЛАВА 4. РАННИЕ ПОДХОДЫ К ОРГАНИЗАЦИИ БД. ИЕРАРХИЧЕСКИЕ И СЕТЕВЫЕ СУБД. 30
Иерархические системы............................................................................................................. 30
Иерархические структуры данных....................................................................................... 30
Манипулирование данными................................................................................................. 31
Ограничения целостности..................................................................................................... 31
Сетевые системы........................................................................................................................ 31
Сетевые структуры данных................................................................................................... 32
Манипулирование данными................................................................................................. 32
Ограничения целостности..................................................................................................... 32
Достоинства и недостатки ранних СУБД................................................................................ 33
ГЛАВА 5. РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ................................................................................................... 34
Основные понятия реляционных баз данных......................................................................... 34
Тип данных.............................................................................................................................. 34
Домен....................................................................................................................................... 34
Схема отношения, схема базы данных................................................................................. 35
Кортеж, отношение................................................................................................................ 35
Фундаментальные свойства отношений.................................................................................. 36
Отсутствие кортежей-дубликатов........................................................................................ 36
Отсутствие упорядоченности кортежей.............................................................................. 37
Отсутствие упорядоченности атрибутов............................................................................. 37
Атомарность значений атрибутов........................................................................................ 37
Общая характеристика реляционной модели данных............................................................ 38
ГЛАВА 6. БАЗИСНЫЕ СРЕДСТВА МАНИПУЛИРОВАНИЯ РЕЛЯЦИОННЫМИ ДАННЫМИ... 39
Реляционная структура данных. Общие понятия реляционного подхода к организации БД. Основные концепции и термины................................................................................................................. 39
Реляционная алгебра.................................................................................................................. 39
Общая интерпретация реляционных операций...................................................................... 40
Замкнутость реляционной алгебры и операция переименования........................................ 41
ГЛАВА 7. ОСОБЕННОСТИ ТЕОРЕТИКО-МНОЖЕСТВЕННЫХ ОПЕРАЦИЙ РЕЛЯЦИОННОЙ АЛГЕБРЫ..................................................................................................................................................................... 44
Объединение........................................................................................................................... 44
Пересечение............................................................................................................................ 45
Вычитание............................................................................................................................... 45
Произведение.......................................................................................................................... 45
Специальные реляционные операции*................................................................................... 46
Выборка................................................................................................................................... 46
Проекция................................................................................................................................. 47
Соединение............................................................................................................................. 48
Деление.................................................................................................................................... 49
Ассоциативность и коммутативность.................................................................................. 49
Зачем нужна реляционная алгебра........................................................................................... 50
Операция расширения............................................................................................................ 51
Операция обобщения............................................................................................................. 51
Группирование и разгруппирование................................................................................... 52
Реляционные сравнения........................................................................................................ 53
Реляционное исчисление........................................................................................................... 53
ГЛАВА 8. НОРМАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ. 1-Я, 2-Я, 3-Я НОРМАЛЬНЫЕ ФОРМЫ......................... 55
Функциональная зависимость................................................................................................... 55
Вторая нормальная форма.......................................................................................................... 56
Третья нормальная форма.......................................................................................................... 57
ГЛАВА 9. НОРМАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ. НОРМАЛЬНЫЕ ФОРМЫ БОЛЕЕ ВЫСОКИХ ПОРЯДКОВ 58
Нормальная форма БОЙСА-КОДДА....................................................................................... 58
Многозначные зависимости. Четвертая нормальная форма.................................................. 59
Зависимость соединения. Пятая нормальная форма............................................................... 59
ГЛАВА 10. ВНУТРЕННЯЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РЕЛЯЦИОННЫХ СУБД............................................. 61
Структуры внешней памяти...................................................................................................... 61
Хранение отношений................................................................................................................. 61
Индексы....................................................................................................................................... 63
Журнальная информация........................................................................................................... 63
Служебная информация............................................................................................................. 63
ГЛАВА 11. МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ИНДЕКСОВ.......................................................................... 64
Методы поиска по дереву.......................................................................................................... 64
Автоматическое поддержание свойства сбалансированности B-деревьев при выполнении операций занесения и удаления записей *................................................................................................ 67
Хэширование.............................................................................................................................. 68
ГЛАВА 12. ЗАЩИТА БД.......................................................................................................................... 69
Обеспечение защиты данных в базе......................................................................................... 69
Идентификация пользователя................................................................................................... 70
Управление доступом................................................................................................................ 70
Защита данных при статистической обработке...................................................................... 71
Физическая защита..................................................................................................................... 72
ГЛАВА 13. ЦЕЛОСТНОСТЬ БД............................................................................................................ 73
Целостность сущности и ссылок.............................................................................................. 73
Обеспечение целостности данных........................................................................................... 74
Транзакции и целостность баз данных..................................................................................... 75
Изолированность пользователей.............................................................................................. 76
Сериализация транзакций......................................................................................................... 77
ГЛАВА 14. СТЕПЕНЬ СООТВЕТСТВИЯ СУБД РЕЛЯЦИОННОЙ МОДЕЛИ................................ 78
ГЛАВА 15. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ....................................................... 80
Архитектура баз данных реального времени.......................................................................... 81
Сравнение TimesTen и обычной дисковой СУБД................................................................... 82
Индексные структуры................................................................................................................ 83
Управление транзакциями......................................................................................................... 84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ КУРСА......................................................................................... 85
ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ БАЗ ДАННЫХ