Учебно-методический комплекс по дисциплине Базы данных (стр. 2 )

Дидактические единицы (ДЕ)	Наименование тем	Максимальная нагрузка студентов, час.	Количество аудиторных часов при заочной форме обучения	Самостоятельная работа студентов, час.
Лекции	Семинары	Лабораторные работы
1	2	3	4	5	6	7
ДЕ 1 Базы данных. Типология БД
ДЕ 1	1. Основы теории баз данных.	4	2			2
2. Типология баз данных	4	2			2
3. Организация процессов обработки данных в БД. Развитие технологий обработки данных.	8				8
Промежуточный контроль	Контрольная работа
ДЕ 2 Принципы построения БД. Жизненный цикл БД
ДЕ 2	4. Проектирование БД	6	2			4
5. Представление предметной области и модели данных.	10				10
6. Современные СУБД и их применение.	20			2	18
7. Языки баз данных.	24			4	20
Промежуточный контроль	Тестирование
ДЕ 3 Проблема создания и сжатия больших информационных массивов, информационных хранилищ и складов данных
ДЕ 3	8. Использование баз данных.	14				14
Промежуточный контроль	Защита лабораторных работ
Итоговый контроль	Экзамен
Итого часов	90	6		6	78

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

(дидактические единицы)

3.1 Обязательный минимум содержания образовательной программы (выписка из ГОС)

Базы данных (БД). Принципы построения. Жизненный цикл БД.

Типология БД. Документальные БД. Фактографические БД. Гипертекстовые и мультимедийные БД. XML-серверы. Объектно-ориентированные БД. Распределенные БД. Коммерческие БД.

Организация процессов обработки данных в БД. Ограничения целостности. Технология оперативной обработки транзакции (ОLТР–технология). Информационные хранилища. ОLАР-технология.

Проблема создания и сжатия больших информационных массивов, информационных хранилищ и складов данных. Основы фракталов. Фрактальная математика. Фрактальные методы в архивации. Управление складами данных.

3.2 Содержание разделов учебной дисциплины

ДЕ 1 Базы данных. Типология БД.

Тема 1. Основы теории баз данных.

Аудиторное изучение:

Основные понятия и определения информационных систем, основанных на базах данных, предметная область, информационное обеспечение.

Важнейшие понятия в теории баз данных: данные, информация, задачи обработки данных. Определения БД. Словарь данных (системный каталог). Определение структуры БД. Схема БД. Основные свойства базы данных. Категории пользователей базой данных.

Трехуровневая архитектура БД. Внешний уровень представления. Концептуальный уровень представления. Внутренний уровень представления.

Понятие СУБД. Назначение СУБД. Основные функции СУБД. Структура связей программ и данных при использовании СУБД. Компоненты среды СУБД. Четыре группы инструментария СУБД. Языковые средства современных СУБД.

Самостоятельное изучение:

Современная форма информационных систем – банки данных. Компоненты банка данных. Организация информации в БД. Выполнение операций с БД. Типы, форматы данных.

Причины появления СУБД. Типовая организация современной СУБД. Требования к СУБД при выборе. Достоинства и недостатки СУБД.

Тема 2. Типология баз данных.

Аудиторное изучение:

Классификация БД по разным признакам: по форме представляемой информации (фактографические, документальные, мультимедийные, гипертекстовые, XML), по типу используемой модели данных (иерархические, сетевые, реляционные, постреляционные, объектно-ориентированные, многомерные), по топологии хранения (локальные и распределенные), по функциональному назначению (операционные, справочно-информационные), по сфере применения (универсальные и проблемно-ориентированные).

Типология БД с точки зрения информационных процессов. Документальные БД. Фактографические БД. Гипертекстовые и мультимедийные БД. XML-серверы. Объектно-ориентированные БД. Распределенные БД. Коммерческие БД.

Самостоятельное изучение:

Типы СУБД. Однопользовательские и многопользовательские СУБД. Персональные (настольные) и промышленные (коммерческие) СУБД. Наиболее известные характерные черты: dbase, Visual dBase, Clipper, FoxPro и Visual FoxPro, Paradox, Access, ORACLE, Microsoft SQL Server, Sybase, Informix, Линтер.

Тема 3. Организация процессов обработки данных в БД. Развитие технологий обработки данных.

Аудиторное изучение:

Эволюция концепций обработки данных. Этапы развития СУБД.

Распределенная обработка данных. Модели «клиент-сервер» и «файл-сервер». Модели сервера БД и сервера приложений.

Целостность БД. Ограничения целостности. Понятие ссылочной целостности данных. Обеспечение целостности. Физическая и логическая целостность БД.

Ограничения целостности. Первичный ключ. Внешний ключ. Определение уникальности. Определение проверочных ограничений. Определение значения по умолчанию.

Технология оперативной обработки транзакции (OLTP-технология).

Информационные хранилища. Основные характеристики хранилищ данных. Создание хранилищ данных и витрин данных. Причины создания и основополагающие концепции хранилищ данных. Основные компоненты хранилища данных. Типы хранилищ данных. СУБД для хранилища данных.

Аналитическая обработка данных (OLAP-технология). 12 основных требований Э. Кодда к системам класса OLAP. Многомерное представление при описании структур данных. Гиперкубические и поликубические модели данных. Многомерные СУБД и основные понятия: агрегируемость, историчность и прогнозируемость.

Основные характеристики хранилищ данных

Самостоятельное изучение:

Транзакции. Модели транзакций. Свойства транзакций. Журнал транзакций. Механизм блокировок. Триггеры. Хранимые процедуры. Параллельное выполнение транзакций. Пропавшие обновления. Чтение «грязных данных». Чтение несогласованных данных.

Оперативные системы типа OLTP. Системы типа OLAP. Интеграция данных из различных источников. Многомерный анализ данных. Сферы применения. Реализация OLAP-технологий для экономистов, менеджеров, бухгалтеров, маркетологов. Создание OLAP-клиентов с помощью Excel. Просмотр OLAP-кубов с помощью Delphi. Хранилища данных: от концепции до внедрения. Склады данных. Витрины данных. Управление складами данных.

ДЕ 2 Принципы построения БД. Жизненный цикл БД.

Тема 4. Проектирование баз данных.

Аудиторное изучение:

Подходы к проектированию. Основные принципы проектирования. Жизненный цикл базы данных. Основные этапы ЖЦБД: Планирование разработки БД. Определение требований к диапазону действия приложения БД, области применения, состав пользователей. Сбор и анализ требований. Проектирование БД: концептуальное, логическое, физическое. Разработка приложений: проектирование транзакций, проектирование пользовательского интерфейса. Загрузка данных в БД. Конвертирование данных. Тестирование приложений БД. Стратегии тестирования. Эксплуатация и сопровождение БД.

Самостоятельное изучение:

Понятие избыточного дублирования данных и аномалии. Рекомендации по разработке структур баз данных. Правило создания сущностей. Организация связи сущностей.

Тема 5. Представление предметной области и модели данных.

Аудиторное изучение:

Понятие модели данных. Компоненты модели данных. Аспекты рассмотрения вопросов предметной области. Многоуровневая система моделей представления информации. Классификация моделей данных.

Самостоятельное изучение:

Инфологические модели. Модель «сущность-связь», ER-диаграмма, функциональная и многозначная зависимости, процедура нормализации, нормальные формы ER-диаграмм, свойства нормальной формы. Даталогические модели.

Иерархическая модель данных. Основные понятия, операции манипулирования иерархически организованными данными. Достоинства и недостатки.

Сетевая модель данных. Основные понятия, операции манипулирования данными. Достоинства и недостатки.

Реляционная модель. Основные понятия. Схема реляционной модели данных. Работа с БД в реляционной СУБД. Создание приложения БД в реляционной СУБД. Получение реляционной схемы из ER-диаграммы. 12 правил Э. Кодда, которым должна соответствовать настоящая реляционная модель. Операции над данными в реляционной модели: операции обновления таблиц-отношений и операции обработки таблиц-отношений. Домены и отношения, связи, виды связей. Реляционная алгебра. Основные операторы реляционной алгебры. Некоторые дополнительные операции над БД. Реляционное исчисление, его базисное понятие. Исчисление кортежей и исчисление доменов.

Физические модели. Организация данных на машинных носителях: типы записей, организация файлов, методы доступа к записям, файл-ориентированная организация данных, страничная организация данных.

Постреляционная модель, отличие от реляционной. Достоинства и недостатки модели. Примеры постреляционных СУБД.

Объектные модели данных. Определение объектной модели. Объектно-ориентированная парадигма: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Свойства объектной модели данных. Архитектура и характеристики объектно-ориентированных СУБ об объектно-ориентированных СУБД. Достоинства и недостатки ООБД.

Тема 6. Современные СУБД и их применение.

Аудиторное изучение:

СУБД ACCESS. Общая характеристика. Средства поддержки проектирования структуры БД. Создание основных элементов БД. Создание таблиц. Связывание таблиц. Создание форм. Создание запросов. Создание отчетов.

СУБД Microsoft Visual FoxPro. Общая характеристика. Элементы проекта. Создание баз данных. Создание форм. Создание отчета. Создание запроса. Создание приложения.

Самостоятельное изучение:

Создание и модификация базы данных по различным предметным областям. Доработка лабораторных работ.

Тема 7. Языки баз данных.

Аудиторное изучение:

Язык запросов по образцу QBE. Определение QBE. Характеристика языка. Структурированный язык запросов SQL. Основные понятия и компоненты языка. Структура и типы данных языка. Функции языка SQL. Основные операторы языка. Классификация запросов. Управляющие запросы и выборка данных. Вычисление в запросах. Операции вставки, удаления и модификации. Оператор выбора Select. Операторы манипулирования данными: Insert, Update, delete. Операторы определения данных: Create table, create index, drop table.

Самостоятельное изучение:

Исторические аспекты развития языка SQL. Доработка лабораторных работ.

ДЕ 3 Проблема создания и сжатия больших информационных массивов, информационных хранилищ и складов данных

Тема 8. Использование баз данных.

Аудиторное изучение:

Создание и удаление баз данных. Проблема интеграции данных. Концепция склада данных. Проблемы реализации складов данных: неоднородность программной среды; распределенный характер организации; повышенные требования к безопасности данных; необходимость наличия многоуровневых справочников метаданных; потребность в эффективном хранении и обработке очень больших объемов информации.

Резервное копирование и восстановление баз данных. Архивация данных. Применение сжатия для: хранения данных в архивных файлах; передачи данных по сетям ЭВМ; хранения массивов БД во внешней памяти с прямым доступом.

Методы сжатия данных. Алгоритмы архивации данных. Факторы оценки различных методов сжатия данных: коэффициент сжатия, который определяется отношением разности длин исходного и выходного сообщений к длине исходного сообщения; время необходимое для кодирования/декодирования сообщения; устойчивость коэффициента сжатия. Перечень программ сжатия с кратким указанием алгоритмов их работы. Фрактальная математика. Фрактальные методы в архивации.

Самостоятельное изучение:

Методы сжатия без потери информации. Сжатие способом кодирования серий (RLE). Алгоритм Хаффмана. Арифметическое кодирование. Алгоритм Лемпеля-Зива-Велча (Lempel-Ziv-Welch - LZW). Двухступенчатое кодирование. Алгоритм Лемпеля-Зива. Перечень программ сжатия с кратким указанием алгоритмов их работы.

Управление складами данных. Информационные приложения, основанные на использовании "складов данных" (DataWarehousing). Решение компании IBM - A Data Warehouse Plus. Семейство СУБД DB2. Решение компании Oracle в рамках программы Warehouse Technology Initiative. СУБД Oracle 7. Hewlett Packard - программный продукт Intelligent Warehouse для управления складами данных. Компания Sybase. СУБД Sybase System 11. Компания Informix Software - продукт On-Line Dinamic Parallel Server.

Содержание лабораторных занятий

Лабораторная работа №1. СУБД ACCESS. Создание базы данных учебного примера. Создание структуры таблиц: СТУДЕНТ, ПРЕДМЕТЫ, ПРЕПОДАВАТЕЛИ, СЕССИЯ. Установление связей между таблицами. Схема базы данных. Наполнение данными таблиц.

Лабораторная работа №2. СУБД ACCESS. Создание форм различного дизайна для ввода информации в режиме Мастера форм, в режиме Конструктора. Работа с формой: добавление записей, изменение данных, удаление записей. Использование элементов управления панели инструментов. Добавление поля со списком, надписей, кнопок для вызова справочников. Использование макросов для кнопок.

Лабораторная работа №3. СУБД ACCESS. Создание составных форм (основная и подчиненная). Создание отчетов.

Лабораторная работа №4. СУБД ACCESS. Создание форм для БД «Борей».

Лабораторная работа №5. СУБД ACCESS. Создание пользовательского меню. Создание кнопочных форм.

Лабораторная работа №6,7. СУБД ACCESS. Типы запросов. Способы их создания. Создание QBE-запросов (Query By Example) в различных режимах: простой запрос; многотабличный запрос; запрос с параметром; запрос с групповыми операциями; итоговый запрос; перекрестный запрос; выполнение вычислений; запрос на поиск повторяющихся записей; запрос на поиск записей, не имеющих подчиненных.

Лабораторная работа №8. СУБД ACCESS. Типы запросов. Способы их создания. Преобразование QBE-запроса в SQL-запрос.

Лабораторная работа №9. СУБД ACCESS. Типы запросов. Способы их создания. Создание таблиц БД с помощью языка SQL. Создание SQL-запросов к таблицам на выборку информации.

Лабораторная работа №10. СУБД ACCESS. Создание кнопочных форм.

Лабораторная работа №11. Создание базы данных с помощью дизайнера в СУБД Visual FoxPro. Создание формы с помощью мастера. Создание отчета. Создание запроса. Создание приложения.

Лабораторная работа №12, 13. Разработка приложения базы данных для обработки и представления информации по конкретной предметной области (работа по вариантам). Составление пояснительной записки к проекту.

2.  МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «Базы данных»

С развитием вычислительной техники и применением ее в различных сферах деятельности человека возникают проблемы удобного и правильного представления информации для последующей ее обработки. В связи с тем, что объемы информации, подлежащей хранению, растут высокими темпами, производители программного обеспечения вынуждены разрабатывать новые гибкие подходы к управлению большими объемами данных. Эффективность деятельности любой организации связана с наличием в ней развитой информационной системы, которая состоит из комплекса вычислительной техники и обрабатывает большие объемы информации, представленные в виде баз данных. Информационные системы базируются на концепции баз данных, поэтому навыки работы с ними являются насущной потребностью различных категорий пользователей.

Цель изучения дисциплины «Базы данных» – рассмотреть основные понятия, относящиеся к базам и банкам данных; типологию баз данных; основные идеи и методы, которые используются в современных реляционных системах управления базами данных; классификацию компонент систем управления данными; рассмотреть вопрос семантики баз данных в контексте информационных систем и определить соотношение понятий информация и данные.

Задачей изучения дисциплины является приобретение студентами теоретических знаний о процессах обработки данных в БД, приобретение практических навыков моделирования баз данных, навыков работы с различными СУБД.

Курс общим объемом 90 часов изучается в течение одного семестра, завершается – экзаменом.

Вся дисциплина разбита на три дидактические единицы, по итогам которой имеется обязательная промежуточная аттестация.

Промежуточный контроль знаний – теоретических и практических – производится в процессе защиты студентами лабораторных работ, по результатам тестирования, выполнения контрольных работ. Для тестирования используются тесты на бумажных носителях и тесты, размещенные в банке тестовой системы учебно-методического портала «Tesa», которые доступны как в локальной сети института, так и в удаленном режиме. Каждый тест состоит из нескольких разнотипных вопросов, назначается преподавателем для всей группы или индивидуально для студента. По завершению тестирования студент сразу видит результат в баллах и количество успешно пройденных заданий. Преподаватель может получить протокол результатов тестирования, который дополнен рейтингом студента и рейтингом группы. Этот тестовый банк используется для проведения ежегодного самообследования студентов для проверки остаточных знаний по дисциплине.

Критериями для оценки контрольной работы служит точность ответа на поставленные вопросы, формулировка целей и задач, раскрытие рассматриваемых понятий, четкость структуры работы, логичность изложения, наличие выводов.

Окончательный контроль знаний производится в форме экзамена (с учетом набранных баллов).

Условием допуска студента к экзамену является выполнение всех лабораторных работ и их своевременная защита, а также своевременная сдача промежуточного контроля в виде тестирования, выполнение контрольной работы, выступление с докладами по определенным темам.

Экзамен проводится в устной форме. Экзаменационные билеты содержат теоретическую и практическую части.

Критерии оценки знаний студентов в целом по дисциплине:

«отлично» - выставляется студенту, показавшему всесторонние, систематизированные, глубокие знания учебной программы дисциплины и умение уверенно применять их на практике при решении конкретных задач, свободное и правильное обоснование принятых решений; ответ на экзамене характеризуется научной терминологией, четкостью, логичностью, умением самостоятельно мыслить и делать выводы.

«хорошо» - выставляется студенту, если он твердо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике, но допускает в ответе или в решении задач некоторые неточности;

«удовлетворительно» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный, разрозненный характер знаний, недостаточно правильные формулировки базовых понятий, нарушения логической последовательности в изложении программного материала, но при этом он владеет основными разделами учебной программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять полученные знания по образцу в стандартной ситуации;

«неудовлетворительно» - выставляется студенту, который не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в формулировках основных понятий дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.

Промежуточный контроль позволяет оценить знания студента по балльно-рейтинговой системе (максимальный рейтинг 100 баллов). Оценке «отлично» соответствует рейтинг более 90 баллов, оценке «хорошо» соответствует рейтинг в диапазоне от 76 до 90 баллов, оценке «удовлетворительно» соответствует рейтинг в диапазоне от 61 до 75 баллов, оценке «неудовлетворительно» соответствует рейтинг не более 60 баллов.

Дополнительно баллы можно получить за творческие успехи и индивидуальный подход при выполнении лабораторных работ. Баллы могут быть сняты за пропуски занятий без уважительной причины.

В учебно-методическом комплексе приведены образцы контролирующих материалов для оценки знаний студентов, которые содержат вопросы теоретического и практического характера. Вопросы теоретического характера могут быть либо в форме тестов, либо в форме письменных заданий. Вопросы практического характера обязательно демонстрируются студентом на компьютере.