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Fundamentals of Database Systems

Discover the fundamentals of database systems, their applications, and the related technology. Get hands-on training from expert instructors.

(DATABASE-SYS.AB1) / ISBN : 978-1-64459-578-7
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Über diesen Kurs

From basic to advanced topics, this Fundamentals of Database Systems course covers everything you need to know about database systems and their applications. Start with a comprehensive introduction of the fundamentals including architecture, components, models, schemas, and more. Gradually, learn how to interact with the Database using programming languages like SQL, DML, and DDL. By the end of this database fundamentals course, you’ll be a pro at designing, implementing, and managing efficient database schemas. 

Fähigkeiten, die Sie erwerben werden

  • Apply data models like ER, and EER to represent real-world entities and relationships
  • Optimize performance with normalized database schemas
  • Expertise in SQL query language for data manipulation, retrieval, and analysis
  • Understand the components and architecture for storage, indexing, and query processing
  •  Awareness of transaction concepts, ACID properties, and concurrency control techniques
  • Knowledge of data security principles, techniques, and best practices
  • Write database applications using programming languages like Java, Python, or PHP
  • Ability to work with modern NoSQL databases like MongoDB
  • Process large datasets with big data technologies like Hadoop and Spark 
  • Identify patterns and trends with data mining and machine learning concepts 
  • Problem-solving and critical-thinking capabilities

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Kursübersicht herunterladen

1

Vorwort

2

Datenbanken und Datenbankbenutzer

  • Einführung
  • Ein Beispiel
  • Merkmale des Datenbankansatzes
  • Schauspieler vor Ort
  • Arbeiter hinter der Szene
  • Vorteile der Verwendung des DBMS-Ansatzes
  • Eine kurze Geschichte der Datenbankanwendungen
  • Wann Sie kein DBMS verwenden sollten
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
3

Konzepte und Architektur von Datenbanksystemen

  • Datenmodelle, Schemata und Instanzen
  • Drei-Schema-Architektur und Datenunabhängigkeit
  • Datenbanksprachen und Schnittstellen
  • Die Datenbanksystemumgebung
  • Zentralisierte und Client/Server-Architekturen für DBMS
  • Klassifizierung von Datenbankverwaltungssystemen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
4

Datenmodellierung mit dem Entity-Relationship (ER)-Modell

  • Verwendung konzeptioneller Datenmodelle auf hoher Ebene für das Datenbankdesign
  • Eine Beispieldatenbankanwendung
  • Entitätstypen, Entitätssätze, Attribute und Schlüssel
  • Beziehungstypen, Beziehungssätze, Rollen und strukturelle Einschränkungen
  • Schwache Entitätstypen
  • Verfeinerung des ER-Designs für die UNTERNEHMENS-Datenbank
  • ER-Diagramme, Namenskonventionen und Designprobleme
  • Beispiel einer anderen Notation: UML-Klassendiagramme
  • Beziehungsarten mit höherem Abschluss als zwei
  • Ein weiteres Beispiel: Eine UNIVERSITÄTS-Datenbank
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
5

Das Enhanced Entity-Relationship (EER)-Modell

  • Unterklassen, Oberklassen und Vererbung
  • Spezialisierung und Generalisierung
  • Einschränkungen und Merkmale von Spezialisierungs- und Generalisierungshierarchien
  • Modellierung von UNION-Typen mithilfe von Kategorien
  • Ein Beispiel für ein UNIVERSITÄTS-EER-Schema, Designoptionen und formale Definitionen
  • Beispiel einer anderen Notation: Darstellung von Spezialisierung und Generalisierung in UML-Klassend
  • Datenabstraktion, Wissensrepräsentation und Ontologiekonzepte
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
6

Das relationale Datenmodell und relationale Datenbankbeschränkungen

  • Relationale Modellkonzepte
  • Einschränkungen relationaler Modelle und relationale Datenbankschemata
  • Aktualisierungsvorgänge, Transaktionen und Umgang mit Einschränkungsverstößen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
7

SQL-Datendefinition und Datentypen

  • SQL-Datendefinition und Datentypen
  • Angeben von Einschränkungen in SQL
  • Grundlegende Abfrageabfragen in SQL
  • INSERT-, DELETE- und UPDATE-Anweisungen in SQL
  • Zusätzliche Funktionen von SQL
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
8

Mehr SQL: Komplexe Abfragen, Trigger, Ansichten und Schemaänderungen

  • Komplexere SQL-Abrufabfragen
  • Angeben von Einschränkungen als Behauptungen und Aktionen als Auslöser
  • Ansichten (virtuelle Tabellen) in SQL
  • Schemaänderungsanweisungen in SQL
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
9

Die relationale Algebra und die relationale Analysis

  • Unäre relationale Operationen: SELECT und PROJECT
  • Relationale Algebraoperationen aus der Mengenlehre
  • Binäre relationale Operationen: JOIN und DIVISION
  • Zusätzliche relationale Operationen
  • Beispiele für Abfragen in der relationalen Algebra
  • Die Tupel-Relationsrechnung
  • Der domänenrelationale Kalkül
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
10

Relationales Datenbankdesign durch ER- und EER-zu-relationales Mapping

  • Relationales Datenbankdesign mit ER-zu-Relational-Mapping
  • Zuordnung von EER-Modellkonstrukten zu Beziehungen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
11

Einführung in SQL-Programmiertechniken

  • Überblick über Techniken und Probleme der Datenbankprogrammierung
  • Embedded SQL, Dynamic SQL und SQL J
  • Datenbankprogrammierung mit Funktionsaufrufen und Klassenbibliotheken: SQL/CLI und JDBC
  • Gespeicherte Datenbankprozeduren und SQL/PSM
  • Vergleich der drei Ansätze
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
12

Webdatenbankprogrammierung mit PHP

  • Ein einfaches PHP-Beispiel
  • Überblick über die Grundfunktionen von PHP
  • Überblick über die PHP-Datenbankprogrammierung
  • Kurzer Überblick über Java-Technologien für die Datenbank-Webprogrammierung
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
13

Objekt und objektrelationale Datenbanken

  • Überblick über Objektdatenbankkonzepte
  • Objektdatenbankerweiterungen für SQL
  • Das ODMG-Objektmodell und die Objektdefinitionssprache ODL
  • Konzeptionelles Design einer Objektdatenbank
  • Die Objektabfragesprache OQL
  • Überblick über die C++-Sprachbindung im ODMG-Standard
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
14

XML: Extensible Markup Language

  • Strukturierte, halbstrukturierte und unstrukturierte Daten
  • XML Hierarchisches (Baum-)Datenmodell
  • XML-Dokumente, DTD und XML-Schema
  • Speichern und Extrahieren von XML-Dokumenten aus Datenbanken
  • XML-Sprachen
  • Extrahieren von XML-Dokumenten aus relationalen Datenbanken
  • XML/SQL: SQL-Funktionen zum Erstellen von XML-Daten
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
15

Grundlagen funktionaler Abhängigkeiten und Normalisierung für relationale Datenbanken

  • Informelle Designrichtlinien für Beziehungsschemata
  • Funktionale Abhängigkeiten
  • Normalformen basierend auf Primärschlüsseln
  • Allgemeine Definitionen der zweiten und dritten Normalform
  • Boyce-Codd-Normalform
  • Mehrwertige Abhängigkeit und vierte Normalform
  • Verknüpfen Sie Abhängigkeiten und die fünfte Normalform
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
16

Relationale Datenbankentwurfsalgorithmen und weitere Abhängigkeiten

  • Weitere Themen zu funktionalen Abhängigkeiten: Inferenzregeln, Äquivalenz und minimale Abdeckung
  • Eigenschaften relationaler Zerlegungen
  • Algorithmen für den Entwurf relationaler Datenbankschemata
  • Über Nullen, baumelnde Tupel und alternative relationale Designs
  • Weitere Diskussion mehrwertiger Abhängigkeiten und 4NF
  • Andere Abhängigkeiten und Normalformen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Laborübungen
  • Ausgewählte Bibliographie
17

Festplattenspeicher, grundlegende Dateistrukturen, Hashing und moderne Speicherarchitekturen

  • Einführung
  • Sekundäre Speichergeräte
  • Pufferung von Blöcken
  • Dateidatensätze auf der Festplatte ablegen
  • Operationen an Dateien
  • Dateien mit ungeordneten Datensätzen (Heap-Dateien)
  • Dateien mit geordneten Datensätzen (sortierte Dateien)
  • Hashing-Techniken
  • Andere primäre Dateiorganisationen
  • Parallelisierung des Festplattenzugriffs mithilfe der RAID-Technologie
  • Moderne Speicherarchitekturen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
18

Indizierungsstrukturen für Dateien und physisches Datenbankdesign

  • Arten von einstufig geordneten Indizes
  • Mehrstufige Indizes
  • Dynamische mehrstufige Indizes mit B-Bäumen und B+-Bäumen
  • Indizes für mehrere Schlüssel
  • Andere Arten von Indizes
  • Einige allgemeine Fragen zur Indexierung
  • Physischer Datenbankentwurf in relationalen Datenbanken
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
19

Strategien zur Abfrageverarbeitung

  • Übersetzen von SQL-Abfragen in relationale Algebra und andere Operatoren
  • Algorithmen für die externe Sortierung
  • Algorithmen für die SELECT-Operation
  • Implementierung der JOIN-Operation
  • Algorithmen für PROJEKT- und Mengenoperationen
  • Implementieren von Aggregatoperationen und verschiedenen Arten von JOINs
  • Kombinieren von Vorgängen mithilfe von Pipelining
  • Parallele Algorithmen zur Abfrageverarbeitung
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
20

Abfrageoptimierung

  • Abfragebäume und Heuristiken zur Abfrageoptimierung
  • Auswahl an Abfrageausführungsplänen
  • Verwendung von Selektivitäten in der kostenbasierten Optimierung
  • Kostenfunktionen für den SELECT-Vorgang
  • Kostenfunktionen für die JOIN-Operation
  • Beispiel zur Veranschaulichung der kostenbasierten Abfrageoptimierung
  • Zusätzliche Probleme im Zusammenhang mit der Abfrageoptimierung
  • Ein Beispiel für die Abfrageoptimierung in Data Warehouses
  • Überblick über die Abfrageoptimierung in Oracle
  • Semantische Abfrageoptimierung
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
21

Einführung in die Konzepte und Theorie der Transaktionsverarbeitung

  • Einführung in die Transaktionsverarbeitung
  • Transaktions- und Systemkonzepte
  • Wünschenswerte Eigenschaften von Transaktionen
  • Charakterisieren von Zeitplänen basierend auf der Wiederherstellbarkeit
  • Charakterisierung von Zeitplänen basierend auf Serialisierbarkeit
  • Transaktionsunterstützung in SQL
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
22

Techniken zur Parallelitätskontrolle

  • Zweiphasen-Sperrtechniken zur Parallelitätskontrolle
  • Parallelitätskontrolle basierend auf der Reihenfolge der Zeitstempel
  • Techniken zur Steuerung der Parallelität mehrerer Versionen
  • Validierungstechniken (optimistisch) und Snapshot-Isolation-Parallelitätskontrolle
  • Granularität von Datenelementen und Sperrung mehrerer Granularitäten
  • Verwenden von Sperren zur Parallelitätskontrolle in Indizes
  • Andere Probleme mit der Parallelitätskontrolle
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
23

Techniken zur Datenbankwiederherstellung

  • Wiederherstellungskonzepte
  • NO-UNDO/REDO-Wiederherstellung basierend auf verzögerter Aktualisierung
  • Wiederherstellungstechniken basierend auf sofortiger Aktualisierung
  • Schatten-Paging
  • Der ARIES-Wiederherstellungsalgorithmus
  • Wiederherstellung in Multidatenbanksystemen
  • Datenbanksicherung und Wiederherstellung nach katastrophalen Ausfällen
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
24

Verteilte Datenbankkonzepte

  • Verteilte Datenbankkonzepte
  • Datenfragmentierungs-, Replikations- und Zuordnungstechniken für den verteilten Datenbankentwurf
  • Überblick über Parallelitätskontrolle und Wiederherstellung in verteilten Datenbanken
  • Überblick über das Transaktionsmanagement in verteilten Datenbanken
  • Abfrageverarbeitung und -optimierung in verteilten Datenbanken
  • Arten verteilter Datenbanksysteme
  • Verteilte Datenbankarchitekturen
  • Verteiltes Katalogmanagement
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
25

NOSQL-Datenbanken und Big Data-Speichersysteme

  • Einführung in NOSQL-Systeme
  • Das CAP-Theorem
  • Dokumentbasierte NOSQL-Systeme und MongoDB
  • NOSQL-Schlüsselwertspeicher
  • Spaltenbasierte oder Wide Column NOSQL-Systeme
  • NOSQL-Graphdatenbanken und Neo4j
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Ausgewählte Bibliographie
26

Big-Data-Technologien basierend auf MapReduce und Hadoop

  • Was ist Big Data?
  • Einführung in MapReduce und Hadoop
  • Hadoop Distributed File System (HDFS)
  • MapReduce: Zusätzliche Details
  • Hadoop v2 alias YARN
  • Allgemeine Diskussion
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Ausgewählte Bibliographie
27

Erweiterte Datenmodelle: Einführung in aktive, zeitliche, räumliche, multimediale und deduktive Date

  • Aktive Datenbankkonzepte und Trigger
  • Temporale Datenbankkonzepte
  • Räumliche Datenbankkonzepte
  • Multimedia-Datenbankkonzepte
  • Einführung in deduktive Datenbanken
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
28

Einführung in den Informationsabruf und die Websuche

  • Information Retrieval (IR)-Konzepte
  • Retrieval-Modelle
  • Arten von Abfragen in IR-Systemen
  • Textvorverarbeitung
  • Invertierte Indizierung
  • Bewertungsmaße der Suchrelevanz
  • Websuche und -analyse
  • Trends beim Informationsabruf
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Ausgewählte Bibliographie
29

Data-Mining-Konzepte

  • Überblick über die Data-Mining-Technologie
  • Vereinsregeln
  • Einstufung
  • Clustering
  • Ansätze für andere Data-Mining-Probleme
  • Anwendungen des Data Mining
  • Kommerzielle Data-Mining-Tools
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
30

Überblick über Data Warehousing und OLAP

  • Einführung, Definitionen und Terminologie
  • Eigenschaften von Data Warehouses
  • Datenmodellierung für Data Warehouses
  • Aufbau eines Data Warehouse
  • Typische Funktionalität eines Data Warehouse
  • Data Warehouse versus Ansichten
  • Schwierigkeiten bei der Implementierung von Data Warehouses
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Ausgewählte Bibliographie
31

Datenbanksicherheit

  • Einführung in Datenbanksicherheitsprobleme
  • Diskretionäre Zugriffskontrolle basierend auf der Gewährung und dem Widerruf von Berechtigungen
  • Obligatorische Zugriffskontrolle und rollenbasierte Zugriffskontrolle für mehrstufige Sicherheit
  • SQL-Injektion
  • Einführung in die statistische Datenbanksicherheit
  • Einführung in die Flusskontrolle
  • Verschlüsselung und Public-Key-Infrastrukturen
  • Datenschutzfragen und -bewahrung
  • Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung der Datenbanksicherheit
  • Oracle-Label-basierte Sicherheit
  • Zusammenfassung
  • Rezensionsfragen
  • Exercises
  • Ausgewählte Bibliographie
32

Anhang A: Alternative schematische Notationen für ER-Modelle

33

Anhang B: Parameter von Festplatten

34

Anhang C: Überblick über die QBE-Sprache

  • C.1 Grundlegende Abfragen in QBE
  • C.2 Gruppierung, Aggregation und Datenbankänderung in QBE

1

Datenbanken und Datenbankbenutzer

  • Understanding the Basic Database System Environment
  • Using the Exist and Not Exist Operators
2

Konzepte und Architektur von Datenbanksystemen

  • Understanding the Schema Architecture
3

Datenmodellierung mit dem Entity-Relationship (ER)-Modell

  • Understanding Physical Schema - ER Model
4

SQL-Datendefinition und Datentypen

  • Inserting Data into a Table
  • Updating Data in a Table
  • Creating and Updating a View
  • Creating a Table in SQL
  • Using the CHECK Constraint
  • Using Attribute Constraints
  • Using Arithmetic Operations
  • Using Asterisk in SQL
  • Using the ORDER BY Clause
  • Using Aliases
  • Using the DISTINCT Keyword
  • Using the Substring Pattern Matching
  • Enforcing Referential Integrity Constraints
  • Deleting a Record from a Table
5

Mehr SQL: Komplexe Abfragen, Trigger, Ansichten und Schemaänderungen

  • Using Aggregate Functions
  • Retrieving Data Using WITH and CASE Clauses
  • Retrieving Data Using a Nested Query
  • Using the EXISTS and NOT EXISTS Operators
  • Using GROUP BY and HAVING Clauses
  • Using Triggers in SQL
  • Modifying a Table
  • Using the UNION, INTERSECTION, and EXCEPT Operations
6

Die relationale Algebra und die relationale Analysis

  • Using Unary Relational Operations
  • Using the CROSS JOIN Operation
  • Using the JOIN Operation
  • Using the DIVISION Operation
7

Einführung in SQL-Programmiertechniken

  • Using Embedded SQL in C
  • Embedding SQL Commands in Java
  • Connecting to a Database Using Visual Studio Code
8

Objekt und objektrelationale Datenbanken

  • Creating UDTs
9

XML: Extensible Markup Language

  • Generating XML Data Using SQL Functions
10

Grundlagen funktionaler Abhängigkeiten und Normalisierung für relationale Datenbanken

  • Normalizing the Unnormalized Model to 1st Normal Form I
  • Normalizing the Unnormalized Model to 1st Normal Form II
  • Normalizing the 1st Normal Form to 2nd Normal Form
  • Normalizing the 2nd Normal Form to 3rd Normal Form
  • Normalizing the 3rd Normal Form to BCNF
11

Relationale Datenbankentwurfsalgorithmen und weitere Abhängigkeiten

  • Solving the Problems with Dangling Tuples
12

Indizierungsstrukturen für Dateien und physisches Datenbankdesign

  • Creating Function-Based Indexes
13

Strategien zur Abfrageverarbeitung

  • Retrieving Data Using Semi-join and Anti-join
14

Abfrageoptimierung

  • Using the View-Merging Operation
  • Unnesting a Query
15

Einführung in die Konzepte und Theorie der Transaktionsverarbeitung

  • Understanding Transaction States and Additional Operations
16

Techniken zur Datenbankwiederherstellung

  • Creating a Backup and Restoring Data
17

NOSQL-Datenbanken und Big Data-Speichersysteme

  • Performing CRUD Operations in MongoDB
  • Building the Sample Data in MongoDB
  • Using Basic Cypher Queries
18

Erweiterte Datenmodelle: Einführung in aktive, zeitliche, räumliche, multimediale und deduktive Date

  • Using Triggers in Oracle Notation
  • Performing Basic Operations in Oracle
19

Data-Mining-Konzepte

  • Creating a Decision-Tree Model
  • Performing k-Means Clustering
  • Using the Apriori Algorithm
20

Überblick über Data Warehousing und OLAP

  • Understanding the Hive System Architecture
  • Understanding the General Architecture of a Data Warehouse
21

Datenbanksicherheit

  • Solving the Problems with NULL Values
  • Granting and Revoking Privileges

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Fundamentals of Database Systems course is designed for all those data enthusiasts wanting to gain insight into how data is stored and managed within organizations. Students and academicians with computer science and data science backgrounds can use this course to solidify their knowledge. Tech professionals involved in software development, data analysis, database administration, and web development will also benefit greatly from this course.

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