БАЗИ ДАНИХ - 1. Загальні положення теорії баз даних - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Опис дисципліни

При проходженні даної дисципліни, студенти познайомляться з поняттям «база даних», видами баз даних, та детальніше вивчатимуть реляційну модель даних. На лабораторних заняттях опанують етапи проектування реляційних баз даних. На рівні користувача з досвідом опанують систему управління базами даних Oracle Database 11g/18c. В курсі передбачений контроль якості отриманих знань у вигляді експрес-контрольних та модульних контрольних робіт. На лекціях проводитимуться практичні групові заняття по опануванню принципів побудови реляційної моделі даних.

Предмет навчальної дисципліни

Основні поняття реляційної теорії, введення в реляційні бази даних, інфологічна модель, даталогічна модель, реляційні системи управління базами даних SQL на основі Oracle Databases.

Міждисциплінарні зв’язки

Дисципліна Бази даних базується на дисциплінах:

• Операційні системи
• Програмування – 1. Основи програмування
• Програмування – 2. Структури даних та алгоритми
• Спеціальні розділи математики-1. Дискретна математика

Мета навчальної дисципліни

Підготовка висококваліфікованих фахівців, які володіють основними поняттями реляційної теорії, термінами реляційних баз даних, моделюванням предметної області для побудови реляційних бази даних, нормалізацією, алгоритмом побудови реляційних баз даних, фізичною реалізацією спроектованих схем баз даних на реляційних системах управління базами даних, адмініструванням реляційних систем управління базами даних на рівні користувача з досвідом, а саме Oracle Databases.

Основні завдання навчальної дисципліни

Знання

• ролі та місця реляційних баз даних в інформаційно-технологічному середовищі їх використання;
• реляційної моделі побудови реляційних баз даних;
• етапів проектування реляційних баз даних;
• нормальних форм;
• мови SQL (Structured Query Language) для створення схеми баз даних та роботи з даними (запити на вибірку, модифікацію, оновлення, видалення).

Уміння

• аналізувати предметну область, визначену рамками певного проекту;
• будувати концептуальну модель даних по результатам аналізу предметної області;
• перетворювати концептуальну модель даних в даталогічну модель фізичної структури бази даних;
• на основі даталогічної моделі здійснювати фізичну реалізацію бази даних – розроблювати скрипти та відпрацьовувати їх на вибраній системі управління базами даних (СУБД);
• володіти мовою SQL в її розділах DDL (Data Definition Language) та однотабличні запити конструкції SELECT;
• адмініструвати на рівні користувача з досвідом реляційну СУБД Oracle Server 11g XE.

Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Пререквізити

Вміти користуватися комп’ютером на рівні адміністратора, вміти працювати з віртуальними машинами (створювати, налаштовувати, модифікувати), базові знання в області теорії множин, вміти будувати Use-Case моделі для подальшої можливості аналізувати та прогнозувати майбутній функціонал застосування для якого, власне, і буде проектуватися будь-яка реляційна база даних.

Постреквізити

Проектування та реалізація реляційних БД на реляційних СУБД.

Після проходження дисципліни студенти зможуть відтворити базові етапи створення реляційних баз даних, а саме виконувати аналіз предметної області, будувати інфологічну або концептуальну модель предметної області, трансформувати концептуальну модель у фізичну модель бази даних, застосовувати нормалізації таблиць та формалізацію зв’язків. Писати скрипти (розділ DDL мови SQL) для фізичної моделі даних під реляційну СУБД Oracle Database 11g/18c. Виконувати прості SQL запити до створеної бази даних.

Зміст навчальної дисципліни

Лекційні заняття

• Розділ 1. Загальні положення
• Розділ 2. Реляційні бази даних. Введення
• Розділ 3. Моделювання реляційної бази даних
• Розділ 4. Введення в мову SQL.
• Розділ 5. Реляційна СУБД Oracle на прикладі серверу Oracle Database 11g XE.
• Розділ 6. Введення в механізми роботи реляційних баз даних.
• Розділ 7. Багато табличні запити мови SQL.

Лабораторні заняття

1. Аналіз предметної області.
2. Інфологічна модель даних.
3. Побудова даталогічної моделі даних.
4. Розгортання реляційної СУБД (Oracle Server 11g XE) на віртуальній машині.
5. Фізичне проектування бази даних на СУБД Oracle.
6. Фізична реалізація бази даних на СУБД Oracle.
7. Реалізація складних запитів в рамках SQL команд підмов DML та DQL.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

1. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных — 8-е изд. — М.: Вильямс, 2005. — 1328 с.
2. Кузнецов С. Д. Основы баз данных. — 2-е изд. — М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 484 с.
3. Ребекка Райордан - Основы реляционных баз данных, 2001
4. Гарсиа-Молина Г., Ульман Дж., Уидом Дж. Системы баз данных. Полный курс. — М.: Вильямс, 2003. — 1088 с.

Допоміжна література

1. Санжей Мишра, Алан Бьюли. Секреты Oracle SQL. – Символ Плюс. – 2006.
2. Стерн Д., Гринвальд Р., Стаковьяк Р. Oracle 11g. Основы, 4-е издание. – Символ Плюс. – 2009.
3. Ицик Бен-Ган - Microsoft SQL Server 2008. Основы T-SQL. – БХВ П.: - 2009.
4. Кайт Том. Oracle для профессионалов: архитектура и методики программирования. 3-е изд.: Пер. с англ. – М.: ООО «И.Д.Вильямс», 2016. – 960 с.
5. SQL. Сборник рецептов. – Пер. с англ. – Спб: Символ-Плюс, 2009. – 672 с.
6. Вьескас Джон - SQL-запросы для простых смертных, 2003.
7. Грабер Мартин - SQL для простых смертных, 2014.

Навчальний контент

Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекційні заняття

Лабораторні заняття

Самостійна робота студента/аспіранта

Політика та контроль

Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Система вимог, які ставляться перед студентом:

• відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;
• на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом; відпрацьовує практичну частину на віртуальній машині з встановленою відповідною РСУБД; використовує гугл-диск для викладання матеріалу поточної лекції, додаткових ресурсів, лабораторних робіт та інше; викладач відкриває доступ до певної директорії гугл-диска для скидання електронних лабораторних звітів та відповідей на МКР;
• на лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу, усі питання, уточнення та ін. студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час;
• лабораторні роботи захищаються у два етапи – перший етап: студенти виконують завдання на допуск до захисту лабораторної роботи; другий етап – захист лабораторної роботи. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;
• модульні контрольні роботи пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.); результат пересилається у файлі до відповідної директорії гугл-диску;
• заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць; презентацій по одній із тем СРС дисципліни тощо. Кількість заохочуваних балів не більше 10;
• штрафні бали виставляються за: невчасну здачу лабораторної роботи. Кількість штрафних балів не більше 10.

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

• виконання контрольних робіт (5 експрес-контрольних на лабораторних заняттях);
• виконання та захист 7 лабораторних робіт;
• виконання 2 модульних контрольних робіт (МКР);
• заохочувальні та штрафні бали.

Система рейтингових балів та критерії оцінювання

Експрес-контрольні роботи

• «відмінно» – повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 5 балів;
• «добре» – достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації) або повна відповідь з незначними недоліками – 4 балів;
• «задовільно» – неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 1-3 бали;
• «незадовільно» – відповідь не відповідає вимогам до «задовільно» – 0 балів.

Лабораторні роботи

• «відмінно», повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 90% потрібної інформації) та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 10/9 балів;
• «добре», достатньо повна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 75% потрібної інформації) та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 8/7 бали;
• «задовільно», неповна відповідь на питання під час захисту (не менш ніж 60% потрібної інформації), незначні помилки та оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 6/4 бал;
• «незадовільно», незадовільна відповідь та/або не оформлений належним чином електронний протокол до лабораторної роботи – 0/3 балів.

За кожне заняття запізнення з поданням лабораторної роботи до захисту від встановленого терміну оцінка знижується на 1 бал.

Модульні контрольні роботи

• «відмінно», повна відповідь (не менш ніж 90% потрібної інформації) – 9-10 балів;
• «добре», достатньо повна відповідь (не менш ніж 75% потрібної інформації), або повна відповідь з незначними помилками – 7-8 балів;
• «задовільно», неповна відповідь (але не менш ніж 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 5-6 бали;
• «незадовільно», незадовільна відповідь (неправильний розв’язок задачі), потребує обов’язкового повторного написання в кінці семестру – 0-4 балів.

Заохочувальні бали

• за виконання творчих робіт з кредитного модуля (наприклад, участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць тощо); за активну роботу на лекції (питання, доповнення, зауваження за темою лекції, коли лектор пропонує студентам задати свої питання) 1-2 бали, але в сумі не більше 10;
• презентації по СРС – від 1 до 5 балів.

Міжсесійна атестація

За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів максимально можлива кількість балів – 37 балів (2 лабораторні, МКР-1, 2 експрес-контрольні, 7 заохочувальних балів). На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 15 балів.

За результатами 13 тижнів навчання максимально можлива кількість балів – 53 балів (4 лабораторні, МКР-2, 2 експрес-контрольні, 13 заохочувальних балів). На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менший ніж 25 балів.

Максимальна сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:

RD = 7*r_лаб+2*r_мкр+5*r_ек + (r_з - r_ш)=7*10+2*10+2*5+ (r_з - r_ш)=100 + (r_з - r_ш), де r_лаб – бал за лабораторну роботу (0…10); r_мкр – бал за написання МКР (0…10); r_ек – бал за написання експрес-контрольної роботи (0…5); r_з – заохочувальні бали за активну участь на лекціях, презентації, участь в олімпіадах, конкурсі роботи, наукові роботи за тематикою дисципліни (0…10); r_зш – штрафні бали.

Залік

Студенти, які виконали всі умови допуску до семестрової атестації (не мають заборгованостей з лабораторних робіт, наявні усі електронні звіти) та набрали протягом семестру необхідну кількість балів (RD ≥ 60), отримують залікову оцінку (залік) так званим «автоматом» відповідно до набраного рейтингу (табл. 1, що наведена нижче). У такому разі до заліково-екзаменаційної відомості вносяться бали RD та відповідні оцінки.

Студенти, які набрали протягом семестру менше ніж 60 балів та не мають заборгованостей, зобов’язані виконувати залікову контрольну роботу.

На заліку студенти виконують письмову контрольну роботу. Кожне завдання містить три теоретичних питання і два практичних. Перелік питань наведений у методичних рекомендаціях до засвоєння кредитного модуля. Кожне питання оцінюється у 20 балів.

Студентам, які протягом семестру набрали більш ніж 60 балів та виконали всі умови допуску, надається можливість виконувати залікову контрольну роботу з метою підвищення оцінки. В такому разі, попередній рейтинг студента з кредитного модуля скасовується і він отримує оцінку з урахуванням результатів залікової контрольної роботи (табл. 1, що наведена нижче).

Система оцінювання питань

• «відмінно», повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 18-20 балів;
• «добре», достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації, або незначні неточності) – 13-17 балів;
• «задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки) – 7-12 балів;
• «незадовільно», незадовільна відповідь – 0-6 балів.

Сума набраних балів RD або балів за залікову роботу переводиться до залікової оцінки згідно з таблицею:

Таблиця 1. Переведення рейтингових балів до оцінок за університетською шкалою

Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

• перелік теоретичних питань, які виносяться на семестровий контроль наведено в Додатку 1;
• на початку семестру викладач аналізує існуючі курси по тематиці дисципліни та пропонує пройти відповідні безкоштовні курси студентам. Після отриманням студентом сертифікату проходження дистанційних чи онлайн курсів за відповідною тематикою, викладач закриває відповідну частину курсу (лабораторні чи лекції) за попередньою домовленістю з групою.

Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус): Складено доцент, к.т.н., Ульяницька Ксенія Олександрівна Ухвалено кафедрою АУТС (протокол № 1 від 27.08.2020 р.) Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 1 від 02.09.2020 р.)

Додаток 1 - Перелік теоретичних питань на залік

1. Інформація та дані. Визначення, приклади.
2. Дані, моделі даних. Види моделей даних, що розглядалися в курсі.
3. Предметна область. Визначення, приклад. Інфологічна модель.
4. Інфологічна модель предметної області. Варіанти побудови моделі. Один варіант описати з прикладом.
5. Даталогічна модель. Визначення, варіанти побудови. Один варіант описати з прикладом.
6. База даних. Визначення, опис, наповнення. Приклад бази даних.
7. База даних. Правило трьох «НЕ». Приклади.
8. База даних. Визначення, опис, наповнення. Правило «НЕнадлишковості».
9. База даних. Визначення, опис, наповнення. Правило «НЕсуперечності».
10. База даних. Визначення, опис, наповнення. Правило «НЕзалежності від застосувань». Засоби досягнення даної незалежності.
11. Метадані – визначення. Трирівнева схема представлення метаданих.
12. Загальна схема утворення бази даних. Інфологічне проектування – послідовність проектування, результати проектування.
13. Загальна схема утворення бази даних. Даталогічне проектування – послідовність проектування, результати проектування.
14. Загальна схема утворення бази даних. Фізичне проектування – послідовність проектування, результати проектування.
15. Фізичне проектування бази даних. Фізична реалізація. Приклад.
16. Інфологічне проектування. Концептуальне моделювання – визначення, модель, опис, приклад.
17. Інфологічне проектування. Моделі локальних представлень.
18. Інфологічне проектування. Обмеження цілісності в рамках інфологічного проектування.
19. Даталогічне проектування. Методи переходу від моделі предметної області до схеми бази даних.
20. Даталогічне проектування. Створення схем відношень. Поняття «відношення» та «зв'язки».
21. Даталогічне проектування. Нормалізація відношень. Три нормальні форми – визначення, приклади.
22. Нормалізація. Терміни нормалізації (атрибут, домен атрибуту, нормальна форма). 1НФ – визначення, приклад.
23. Нормалізація. Терміни нормалізації (кортеж, кардинальність, функціональна залежність). 2НФ – визначення, приклад.
24. Нормалізація. Терміни нормалізації (відношення, схема відношень). 3НФ – визначення, приклад.
25. Нормалізація. Терміни нормалізації (аномалія – перелічити, визначити). 4НФ – визначення, приклад.
26. Нормалізація. Терміни нормалізації (відношення, зв'язки – класифіація зв'язків). НФБК – визначення, приклад.
27. Системи управління базами даних. Визначення, схематичне представлення СУБД.
28. Типи баз даних. Реляційна база даних – принцип побудови.
29. Типи баз даних. Нереляційна база даних – принцип побудови.
30. Типи баз даних. BlockChain – загальні відомості, приклад.
31. Теорема САР. Визначення, пояснення виразу «лише 2». Належність різних типів БД до ребер «трикутника» теореми.
32. Нереляційні моделі даних. Види, визначення, приклади.
33. Реляційна СУБД – принцип побудови, визначення. ACID – визначення, приклади.
34. Нереляційні СУБД - принцип побудови, визначення. BASE – визначення, приклади.
35. Терміни реляційних база даних. Визначення, схема.
36. Реляційна модель даних. Реляційна база даних. (Визначення, зв'язок термінів, терміни реляційної теорії).
37. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Визначення етапів.
38. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Аналіз предметної області проектування. Приклад.
39. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Визначення вимог до проекту. Опис вимог.
40. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Інфологічне проектування БД (перелік етапів, класифікація зв’язків).
41. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Інфологічне проектування БД (перелік етапів, класифікація сутностей).
42. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Інфологічне проектування БД (перелік етапів, класифікація атрибутів).
43. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Інфологічне проектування БД (коментарі результатів проектування).
44. Нотація Чена. Визначення, застосування, опис позначень.
45. Повний цикл розробки реляційної бази даних. Перелік етапів. Даталогічне проектування БД (алгоритм перетворення інфологічної моделі в даталогічну).
46. Даталогічне проектування БД. Класифікація зв’язків відношень. Перетворення логічних зв’язків у фізичні зв’язки.
47. Даталогічне проектування БД. Визначення обмежень цілісності. Приклади відповідних зв’язків.
48. 1НФ. Визначення, приклад приведення до 1НФ, методи приведення до 1НФ.
49. 2НФ. Визначення, приклад приведення до 2НФ, методи приведення до 2НФ.
50. 3НФ. Визначення, приклад приведення до 3НФ, методи приведення до 3НФ.
51. Денормалізація. Визначення, застосування, обмеження.
52. Правила Кодда. Принцип, визначення, історичні відомості.
53. Сучасне трактування реляційної моделі даних.
54. Класифікації зв’язків реляційної моделі даних. Рекурсивний зв’язок – приклад логічної та фізичної реалізації.
55. SQL. Визначення, терміни реляційної теорії (зв’язки, атрибути, ключі).
56. SQL. Визначення, класифікація SQL команд (перелік, застосування).
57. Основні етапи проектування баз даних.
58. Які задачі вирішуютсья на етапі інфологічного проектування?
59. Які задачі вирішуютсья на етапі логічного проектування?
60. Які задачі вирішуютсья на етапі фізичного проектування?
61. Дайте визначення поняттю «сутність».
62. Розрізніть поняття «типу» сутності від «елементу» сутності.
63. Дайте визначення поняттям «атрибут» та «домен атрибуту».
64. Чи є поняття «сутності» та «атрибуту» абсолютними?
65. Дайте визначення безумовному зв’язку в реляційній моделі. Приклад.
66. Дайте визначення умовному зв’язку в реляційній моделі. Приклад.
67. Дайте визначення біумовному зв’язку в реляційній моделі. Приклад.
68. Дайте визначення рекурсивному зв’язку в реляційній моделі. Повний приклад можливостей виникнення даного зв’язку.
69. Формалізуйте зв’язок 1:1.
70. Формалізуйте зв’язок 1:М.
71. Формалізуйте зв’язок М:N.
72. Дайте визначення стержневій сутності.
73. Дайте визначення асоціативній сутності.
74. Дайте визначення характеристичній сутності.
75. Дайте визначення сутності позначення.
76. Дайте визначення первинному ключу відношення.
77. Дайте визначення вторинному ключу відношення.
78. Дайте визначення функціональної залежності (повної та часткової) неключового атрибуту від складеного первинного ключа.
79. Дайте визначення транзитивній залежності.

[1] Методичною радою університету – для загальноуніверситетських дисциплін.