Основы моделирования и базы данных

От базовых принципов проектирования до физической реализации: моделирование предметной области, теория реляционных БД и язык SQL.
Студентов 1 RU
Записаться
Объём
36 час.
Длительность
30 дней
Нагрузка
9 час.
Формат обучения
Дистанционно (самостоятельно)
Описание Учебный курс посвящен моделированию и проектированию баз данных от базовых принципов до физической реализации. Изучаются концептуальное моделирование предметной области, теоретические основы реляционной модели, нормализация и переход к физической схеме. Параллельно осваивается работа с SQL — построение запросов, использование триггеров и хранимых процедур. Материал адресован студентам, разработчикам и аналитикам, которые хотят выстроить целостный навык работы с базами данных.
Цели
  • Сформировать понимание этапов проектирования базы данных.
  • Развить умение строить концептуальную и логическую модели.
  • Подготовить к практической работе с SQL и серверными объектами.
Чему я научусь?
  • Моделировать предметную область с помощью диаграммных нотаций.
  • Проектировать нормализованные схемы реляционных баз данных.
  • Писать запросы на SQL и использовать триггеры и процедуры.
  • Обосновывать переход от логической модели к физической.
Чему я научусь?
  • Моделировать предметную область с помощью диаграммных нотаций.
  • Проектировать нормализованные схемы реляционных баз данных.
  • Писать запросы на SQL и использовать триггеры и процедуры.
  • Обосновывать переход от логической модели к физической.

Учебный план

№ Занятия
Экзамен экстерном Внимание! Экзамен экстерном не обязательный для сдачи. При желании вы можете его пройти, если хотите подтвердить свои знания по данному курсу без его изучения или поверить свои знания по нему. Экзамен экстерном можно сдать только один раз.
1 Введение В лекции изложены базовые представления о моделировании и проектировании баз данных для структурированной информации. Даётся обоснование... В лекции изложены базовые представления о моделировании и проектировании баз данных для структурированной информации. Даётся обоснование актуальности использования реляционных баз данных в современном бизнесе, раскрывается понятие структурированной информации и её отличие от неструктурированной. Последовательно описывается логика построения курса: от теоретических основ моделирования, включая нормализацию и организацию связей между таблицами, к практическому физическому проектированию в конкретных системах. Отмечается принципиальное разделение сфер применения реляционных и нереляционных решений и указывается, что классические табличные базы данных остаются незаменимым инструментом для быстрого доступа и надёжного хранения ценных данных. ещё 21 мин
2 Устаревший подход В лекции рассматривается, почему Excel как инструмент централизованного хранения данных приводит к критическим проблемам, и обосновывается... В лекции рассматривается, почему Excel как инструмент централизованного хранения данных приводит к критическим проблемам, и обосновывается необходимость использования баз данных. Изложение строится от практического примера: создаётся таблица для учёта автомобилей в Excel, после чего последовательно вскрываются недостатки такого подхода — комбинированные поля, несогласованность ввода, избыточность, противоречивость, аномалии обновления и удаления. Логика материала движется от демонстрации внешне удобной таблицы к выявлению её внутренних ограничений, подводя слушателя к выводу о потребности в ином, более надёжном способе организации информации. ещё 75 мин
3 Базовые принципы проектирования. Часть 1 В материале на примере простой таблицы с автомобилями последовательно раскрывается логика перехода от представления данных, удобного... В материале на примере простой таблицы с автомобилями последовательно раскрывается логика перехода от представления данных, удобного человеку, к структуре, эффективной для машинного хранения и обработки. Сначала обосновывается выгода от замены повторяющегося текста числовыми кодами: экономия памяти и ускорение поиска за счёт индексирования. Затем вводится понятие справочников как редко изменяемых списков, а завершающим шагом становится создание внешнего ключа. Этот ключ связывает модель автомобиля с маркой и позволяет одновременно устранить противоречивость и избыточность, демонстрируя базовый принцип проектирования реляционных баз данных. ещё 87 мин
4 Базовые принципы проектирования. Часть 2 В лекции изложена логика нормализации данных на примере создания базы данных автомобилей. Пошагово разбирается, как выявление... В лекции изложена логика нормализации данных на примере создания базы данных автомобилей. Пошагово разбирается, как выявление избыточности и функциональных зависимостей между атрибутами (марка, модель, привод) ведет к реструктуризации таблиц. Слушатель увидит, как решение об интерпретации сущности (например, считать ли автомобили с разным приводом разными моделями) влияет на схему данных, приводя к созданию ассоциативных таблиц. Кульминация — осознание циклической природы нормализации: устранение избыточности на одном уровне вскрывает ее на другом, что требует дальнейшей декомпозиции для обеспечения целостности. ещё 99 мин
5 Базовые принципы проектирования. Часть 3 В лекции изложена логика нормализации данных на примере автомобильной базы. Рассматривается, как преобразовать неструктурированные или комбинированные... В лекции изложена логика нормализации данных на примере автомобильной базы. Рассматривается, как преобразовать неструктурированные или комбинированные поля (цвет, коробка передач, комплектация) в связанные справочники. Ключевое внимание уделено проблеме моделирования зависимости от времени и разбору подхода к декомпозиции сложного поля «комплектация», которое имеет переменную длину и состав. Демонстрируется создание ассоциативных таблиц для связи справочников и раскрывается принцип, как уровень детализации сущности влияет на структуру данных, порождая «разные автомобили» в базе. ещё 81 мин
6 Базовые принципы проектирования. Часть 4 В лекции последовательно разбирается преобразование одной плоской таблицы с данными об автомобилях в хорошо структурированную реляционную... В лекции последовательно разбирается преобразование одной плоской таблицы с данными об автомобилях в хорошо структурированную реляционную модель. Логика построена от выявления проблем избыточности и жёсткости схемы до их разрешения: кодирование текстовых атрибутов справочниками, введение ассоциативных таблиц для связей «многие-ко-многим», разделение статических и динамических данных с выделением истории цен. Итогом становится набор из десяти таблиц, свободных от аномалий вставки и обновления, и вводится понятие нормализации как основы грамотного проектирования баз данных. ещё 93 мин
Тест 1 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
7 Теоретические основы проектирования. Часть 1 В лекции изложены базовые принципы моделирования данных с использованием нотации IDEF1X. Материал построен на последовательном введении... В лекции изложены базовые принципы моделирования данных с использованием нотации IDEF1X. Материал построен на последовательном введении трех ключевых понятий: сущность, атрибут и отношение. Сначала раскрывается абстрактная природа сущности и ее зависимость от предметной области, затем детально разбирается проблема уникальной идентификации объектов через естественные и суррогатные ключи. Далее описываются атрибуты как характеристики сущностей и отношений. Логика повествования ведет от общего определения концепции «сущность-связь» к конкретным правилам и примерам построения информационной модели. ещё 81 мин
8 Теоретические основы проектирования. Часть 2 В материале изложены правила, которым должна соответствовать сущность при проектировании базы данных: требования к имени, наличие... В материале изложены правила, которым должна соответствовать сущность при проектировании базы данных: требования к имени, наличие атрибутов и ключей, допустимое количество связей. Раскрывается различие между собственными и наследуемыми атрибутами, а также между идентифицирующей и неидентифицирующей связью на основе положения внешнего ключа. Демонстрируются три уровня представления модели — от диаграммы «сущность-связь» до полной атрибутивной модели, — и соответствующие им этапы проектирования: инфологический, даталогический и физический. ещё 72 мин
9 Теоретические основы проектирования. Часть 3 Рассматривается иерархия ключевых атрибутов сущностей на этапе даталогического проектирования баз данных. Показано, как из множества атрибутов... Рассматривается иерархия ключевых атрибутов сущностей на этапе даталогического проектирования баз данных. Показано, как из множества атрибутов выделяются потенциальные ключи, затем выбирается первичный, а оставшиеся становятся альтернативными. Объяснено формирование внешних ключей при наследовании. Далее вводится классификация сущностей по типу зависимости: независимые, характеристические, ассоциативные и именующие. Заключительная часть посвящена правилам отношений — идентифицирующим, неидентифицирующим и «многие ко многим». Логика изложения ведёт от элементарных понятий ключа к построению целостной картины связей между таблицами. ещё 81 мин
10 Теоретические основы проектирования. Часть 4 Рассматривается, как уточнить связи между сущностями в модели данных, переходя от общего типа связи к строгим... Рассматривается, как уточнить связи между сущностями в модели данных, переходя от общего типа связи к строгим количественным ограничениям. Раскрывается понятие мощности связи: варианты «ноль, один или много», «один или много», «ноль или один» и точное число, с пояснением их обозначений и смысла. Затем разбирается категоризация — разделение сущности на непересекающиеся подмножества по заданному признаку. Описываются полная и неполная категоризация, дискриминатор, наследование первичного ключа, а также правила, гарантирующие однозначность отнесения экземпляров к категориям. ещё 60 мин
11 Теоретические основы проектирования. Часть 5 Изложена логика перехода от функционального описания предметной области к модели данных в нотации IDEF1X. Показано, как... Изложена логика перехода от функционального описания предметной области к модели данных в нотации IDEF1X. Показано, как входы, выходы и управления становятся сущностями, а функции – отношениями. На примере строительства садового домика последовательно разбираются: выделение потенциальных сущностей, отсев компонентов, задание атрибутов и первичных ключей, использование дискриминатора для категоризации, различия идентифицирующих и неидентифицирующих связей, а также семантика обязательной кардинальности. Даётся обзор типов сущностей, атрибутов и отношений. ещё 51 мин
Тест 2 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
12 Моделирование предметной области. Часть 1 В материале поэтапно разбирается процесс создания схемы базы данных в ПО Erwin Data Modeler. Сначала дается... В материале поэтапно разбирается процесс создания схемы базы данных в ПО Erwin Data Modeler. Сначала дается обзор интерфейса и обосновывается выбор логико-физического режима проекта. Затем на практическом примере демонстрируется полный цикл моделирования: от создания сущностей «Студент», «Курс» и «Преподаватель» до настройки их атрибутов, первичных ключей и доменов. Особое внимание уделяется логике установки связей, включая категоризацию и отношение «многие ко многим». В финале показывается ключевое различие логического и физического уровней — автоматическая генерация ассоциативной таблицы, необходимой для реализации связи «многие ко многим» в реальной СУБД. ещё 54 мин
13 Моделирование предметной области. Часть 2 В лекции разбирается проектирование реляционной модели данных для сети кинотеатров. На примере последовательно создаются сущности: города,... В лекции разбирается проектирование реляционной модели данных для сети кинотеатров. На примере последовательно создаются сущности: города, кинотеатры, персонал, должности, фильмы, жанры, режиссёры и актёры. Подробно анализируется выбор первичных ключей, включая составные, и различие идентифицирующих и неидентифицирующих связей. Особый акцент сделан на логическом компромиссе между точностью предметной области и удобством физической реализации, а также на корректном моделировании связей «многие ко многим». Материал демонстрирует переход от справочных таблиц к сложным сущностям и обосновывает инженерные решения. ещё 156 мин
14 Моделирование предметной области. Часть 3 Рассматривается пошаговое проектирование даталогической модели базы данных кинотеатра: от справочников форматов, залов и посадочных мест до... Рассматривается пошаговое проектирование даталогической модели базы данных кинотеатра: от справочников форматов, залов и посадочных мест до расписания сеансов, заказов и динамического ценообразования. Логика изложения повторяет естественный ход моделирования — сначала вводятся независимые сущности, затем выстраиваются связи, последовательно усложняются первичные ключи. Особое внимание уделено идентифицирующим и неидентифицирующим связям, корректному использованию ассоциативных сущностей для связей «многие ко многим», приёмам работы с историческими данными (изменение цены во времени) и выделению подтипов сущностей с помощью дискриминатора. ещё 159 мин
15 Моделирование предметной области. Часть 4 Материал посвящён переходу от логического моделирования данных к физическому на примере схемы кинотеатра. Показано, как связи... Материал посвящён переходу от логического моделирования данных к физическому на примере схемы кинотеатра. Показано, как связи «многие ко многим» реализуются через промежуточные таблицы, а идентифицирующие связи мигрируют в первичный ключ. Анализируются скрытые коллизии целостности в таблицах расписания и деталей заказа, обсуждается их решение с помощью триггеров и хранимых процедур. Затем вводится концепция нормализации, описываются нормальные формы (от первой до шестой плюс две промежуточные) и обосновывается компромисс: достаточным стандартом считается третья нормальная форма, дальнейшие проблемы решаются на физическом уровне. ещё 63 мин
Тест 3 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
16 Физическая реализация. Часть 1 В материале изложена логика перехода от логического моделирования данных к физической реализации в конкретной системе управления... В материале изложена логика перехода от логического моделирования данных к физической реализации в конкретной системе управления базами данных. Рассматривается многообразие современных СУБД, критерии их выбора под специфику проекта и причины компромиссного выбора Microsoft SQL Server. Описывается архитектура «сервер – клиентское приложение», этапы установки бесплатной редакции SQL Server Express и среды Management Studio, настройка первого подключения и аутентификации. Финальная часть подводит к практическому созданию физической модели: использованию суррогатных ключей и подготовке к написанию скриптов таблиц. ещё 63 мин
17 Физическая реализация. Часть 2 Изложение построено вокруг практического освоения Microsoft SQL Server: от подключения к серверу и анализа интерфейса Management... Изложение построено вокруг практического освоения Microsoft SQL Server: от подключения к серверу и анализа интерфейса Management Studio до физического воплощения базы данных кинотеатра. Логика последовательно раскрывает настройку безопасности — учётные записи, роли и иерархию разрешений, затем создание самой базы с выбором модели восстановления и кодировки. Ключевой этап — проектирование таблиц: отказ от составных текстовых ключей в пользу суррогатных целочисленных, обоснованный выбор типа данных и реализация связей, включая ассоциативную таблицу для отношения «многие ко многим», через визуальную диаграмму. ещё 216 мин
18 Физическая реализация. Часть 3 В материале демонстрируется логика проектирования реляционной базы данных кинотеатра — от статических объектов инфраструктуры до гибкой... В материале демонстрируется логика проектирования реляционной базы данных кинотеатра — от статических объектов инфраструктуры до гибкой схемы продаж. Сначала создаются таблицы для залов, мест и их категорий, затем выстраивается многофакторное ценообразование с учётом типа дня, времени и формата. Далее моделируется контентная часть: фильмы, жанры, актёры и режиссёры. Ключевой акцент сделан на разрешении связей «многие ко многим» через ассоциативные таблицы и корректном назначении первичных и внешних ключей. Все сущности последовательно связываются в единую логическую схему, подготавливая основу для расписания и заказов. ещё 84 мин
19 Физическая реализация. Часть 4 В лекции детально разбирается практическое проектирование реляционной базы данных для кинотеатра. Изложение строится на последовательном создании... В лекции детально разбирается практическое проектирование реляционной базы данных для кинотеатра. Изложение строится на последовательном создании таблиц, начиная с сущности «Расписание» и её сложных связей. Далее моделируются сотрудники с применением категориального разделения (отношение «один к одному»). Логика завершается моделированием процесса продажи: созданием таблиц заказов и их детализации, анализом первичных ключей и обеспечением ссылочной целостности. В конце демонстрируется критически важная для любого проекта процедура резервного копирования и восстановления базы данных. ещё 90 мин
Тест 4 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
20 Теория реляционных БД. Часть 1 Рассматриваются основы информационных систем: определение, две области применения, классификация на классы (поисковые, обработки, аналитические) и виды... Рассматриваются основы информационных систем: определение, две области применения, классификация на классы (поисковые, обработки, аналитические) и виды (фактографические, документальные, аналитические). Вводятся понятия объекта, данных, KPI. Далее раскрывается структурирование данных, принцип атомарности и первая нормальная форма. Завершает материал описание файловой организации: операции с файлами, особенности последовательного и произвольного доступа. ещё 78 мин
21 Теория реляционных БД. Часть 2 В лекции рассматривается эволюция подходов к работе с данными: от традиционной файловой организации с её избыточностью,... В лекции рассматривается эволюция подходов к работе с данными: от традиционной файловой организации с её избыточностью, противоречивостью и слабой защищённостью к централизованному управлению на основе баз данных. Изложение строится последовательно: сначала перечисляются недостатки старого подхода, затем вводятся базовые понятия — данные, база данных, СУБД, банк данных — и демонстрируется, как новая архитектура с единым источником устраняет прежние проблемы. Далее раскрывается трёхуровневая модель ANSI (внешний, концептуальный, внутренний уровни), языковые средства DDL и DML, роли пользователей и детальный перечень функций администратора баз данных. ещё 72 мин
22 Теория реляционных БД. Часть 3 В материале последовательно раскрываются ключевые аспекты работы с базами данных: от преимуществ централизованного хранения (устранение избыточности,... В материале последовательно раскрываются ключевые аспекты работы с базами данных: от преимуществ централизованного хранения (устранение избыточности, согласованность, многопользовательский доступ) до присущих ему рисков в области безопасности и владения данными. Далее формулируются требования к современным СУБД — эффективность, контроль избыточности, гибкость реорганизации, управление доступом. Завершающая часть посвящена классификации систем по характеру использования и технологии обработки, а также сравнению архитектур «файл-сервер» и «клиент-сервер», включая особенности распределённых решений и баланс между масштабируемостью и надёжностью. ещё 48 мин
23 Теория реляционных БД. Часть 4 Изложение начинается с базового определения реляционной модели и представления данных в виде связанных таблиц. Последовательно разбираются... Изложение начинается с базового определения реляционной модели и представления данных в виде связанных таблиц. Последовательно разбираются фундаментальные свойства таблиц: атомарность, однородность столбцов, уникальность строк и произвольный порядок их хранения. Затем вводится различие между абстрактным математическим отношением и его физической реализацией – таблицей. Далее раскрывается роль первичных ключей, составных ключей и индексов (кластеризованных и некластеризованных) для идентификации записей и ускорения поиска. Описывается механизм связи таблиц через внешние ключи. Завершающая часть посвящена обзору типов данных – от общих до специализированных денежных, темпоральных и абстрактных типов, расширяющих возможности реляционных систем. ещё 51 мин
24 Теория реляционных БД. Часть 5 Изложение выстроено вокруг фундаментальных понятий реляционной модели: от элементарных ограничений на значения (домен) к структуре таблиц... Изложение выстроено вокруг фундаментальных понятий реляционной модели: от элементарных ограничений на значения (домен) к структуре таблиц (атрибут, степень отношения, схема), конкретным экземплярам данных (кортеж, отношение) и, наконец, к базовым свойствам отношений. Логика идёт от абстрактного определения к физической реализации, подводя к требованиям уникальности, неупорядоченности и атомарности. Завершающая часть фокусируется на первой нормальной форме, демонстрируя, как нарушение атомарности усложняет модификацию данных и почему приведение к 1НФ критически важно. ещё 51 мин
25 Теория реляционных БД. Часть 6 В материале последовательно раскрываются ключевые аспекты работы с базами данных: от преимуществ централизованного хранения (устранение избыточности,... В материале последовательно раскрываются ключевые аспекты работы с базами данных: от преимуществ централизованного хранения (устранение избыточности, согласованность, многопользовательский доступ) до присущих ему рисков в области безопасности и владения данными. Далее формулируются требования к современным СУБД — эффективность, контроль избыточности, гибкость реорганизации, управление доступом. Завершающая часть посвящена классификации систем по характеру использования и технологии обработки, а также сравнению архитектур «файл-сервер» и «клиент-сервер», включая особенности распределённых решений и баланс между масштабируемостью и надёжностью. ещё 48 мин
26 Теория реляционных БД. Часть 7 В лекции последовательно разбираются нормальные формы — ключевой инструмент проектирования реляционных баз данных, позволяющий устранять избыточность... В лекции последовательно разбираются нормальные формы — ключевой инструмент проектирования реляционных баз данных, позволяющий устранять избыточность и аномалии. Изложение начинается с повторения первой нормальной формы (атомарность значений), затем вводятся вторая форма (полная функциональная зависимость неключевых атрибутов от всего первичного ключа) и третья форма (отсутствие транзитивных зависимостей между неключевыми атрибутами). Далее рассматривается усиленная третья нормальная форма Бойса-Кодда, проявляющаяся при наличии нескольких потенциальных ключей. Каждый этап сопровождается примерами нарушений и пошаговой декомпозицией таблиц до требуемой формы. ещё 66 мин
Тест 5 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
27 Базовые операции SQL. Часть 1 В материале разбирается практика начального заполнения реляционной базы данных «Синема» в среде SQL Server Management Studio.... В материале разбирается практика начального заполнения реляционной базы данных «Синема» в среде SQL Server Management Studio. Изложение выстроено от простого к сложному: сначала демонстрируется правильная последовательность обработки таблиц по иерархии внешних ключей, затем ручной ввод через графический интерфейс. Обнаружив неудобство ручного присвоения первичных ключей, автор показывает настройку автоинкремента (identity). Далее переходит к написанию SQL-запросов INSERT: построчная вставка, вставка нескольких строк, указание конкретных столбцов при пропуске необязательных полей и корректное обрамление зарезервированных слов квадратными скобками. ещё 120 мин
28 Базовые операции SQL. Часть 2 141 мин
29 Базовые операции SQL. Часть 3 39 мин
30 Триггеры, хранимые процедуры, представления. Часть 1 99 мин
31 Триггеры, хранимые процедуры, представления. Часть 2 300 мин
Тест 6 для курса Основы моделирования и базы данных 40 мин
32 Литература. Основы моделирования и базы данных 3 мин
Тренировочный экзамен Внимание! Тренировочный экзамен экстерном не обязательный для сдачи. При желании вы можете его пройти, если хотите проверить свои знания курса перед сдачей экзамена. Тренировочный экзамен можно сдавать сколько угодно один раз.
Экзамен
^