Modelli Entità/Relazioni (ER) e relazionale. Metodologie, tecniche e modelli per il progetto di una base di dati; costrutti di base del modello ER: tipi e istanze di entità e relazioni, attributi e chiavi (identificatori interni ed esterni, entità deboli), dominio di un attributo e utilizzo dei NULL, vincoli di partecipazione e rapporti di cardinalità, relazioni ricorsive e ruoli, relazioni di grado >= 2, diagrammi ER; documentazione di schemi ER: tecniche di documentazione, regole di gestione; costrutti avanzati: specializzazioni e categorie. Modellazione dei dati in UML (cenni). Modello relazionale: nozioni di base, relazioni, vincoli intra- e inter-relazionali, schemi e istanze, operazioni di aggiornamento delle relazioni, politiche di reazione alle violazioni dei vincoli.

Progettazione delle basi di dati. Progettazione concettuale: raccolta e analisi dei requisiti, criteri generali di rappresentazione, strategie di progetto, qualità di uno schema concettuale, strumenti. Progettazione logica: analisi delle prestazioni su schemi ER, ristrutturazione di schemi ER (analisi delle ridondanze, eliminazione delle gerarchie, partizionamento/accorpamento di entità e/o relazioni, scelta delle chiavi primarie), traduzione di schemi ER in schemi relazionali; teoria della progettazione delle basi di dati relazionali: dipendenze funzionali, scomposizione di relazioni (lossless-join e conservazione delle dipendenze), forme normali.

Algebra relazionale, calcolo relazionale e SQL. Algebra relazionale: operazioni di base, derivate e addizionali, interrogazioni, ottimizzazione algebrica, limiti dell’algebra relazionale; calcolo relazionale: nozioni di base, calcoli relazionali su domini e su tuple con dichiarazioni di range, confronto tra i 2 calcoli, legame tra calcolo relazionale e algebra relazionale. SQL: definizione dei dati; interrogazioni; istruzioni di aggiornamento; altre definizioni dei dati (vincoli di integrità generici, viste, specifica di vincoli di addizionali sotto forma di asserzioni); il DBMS PostgreSQL; cenni a SQL e linguaggi di programmazione (trigger, funzioni e procedure).

Organizzazione fisica dei dati. Memorizzazione dei record ed organizzazione dei file primari: introduzione, gestione della memoria secondaria, memorizzazione di file di record su disco, operazioni sui file, file di record non ordinati e ordinati, tecniche di hashing, altre organizzazioni dei file primari, uso della tecnologia RAID per parallelizzare l’accesso a disco. Strutture di indicizzazione dei file: indici ordinati di singolo livello, multilivello statici, multilivello dinamici (B-alberi e B+-alberi), altri tipi di indice (cenni).

Tecnologia delle basi di dati centralizzate. Transazioni: introduzione, proprietà, scheduling e recupero delle transazioni, tecniche di serializzazione, supporto alle transazioni in SQL. Gestore del buffer: architettura, primitive. politiche di gestione, gestore del buffer e file system. Controllo della concorrenza: problematiche, architettura, anomalie delle transazioni concorrenti, tecniche basate su viste, conflitti, locking a due fasi (2PL e 2PL stretto) e timestamp, tecniche multiversione, granularità dei dati. Controllo dell’affidabilità: concetti di base, architettura, memoria stabile, file di log, gestione delle transazioni, gestione dei guasti. Elaborazione e ottimizzazione delle interrogazioni: i cataloghi di sistema; ottimizzazione delle interrogazioni (rappresentazione interna, profili, ottimizzazione basata sui costi); progettazione fisica di una base di dati.