Giáo trình cơ sở dữ liệu

Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp các dữ liệu có liên quan với nhau, được lưu trữ trên máy tính, có nhiều người sử dụng và được tổ chức theo một mô hình.. Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu dù

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI SỞ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG THÀNH PHỐ GIÁO TRÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU (Mã số giáo trình: 2CD3) HÀ NỘI 2005 Lời mở đầu Ngày nay, sở liệu có nhiều ứng dụng hoạt động xã hội Muốn thiết kế sử dụng sở liệu phải nắm kỹ thuật sở liệu Giáo trình nhằm trình bày kỹ thuật sở sở liệu truyền thống, mơ hình liên kết thực thể, mơ hình sở liệu quan hệ Giáo trình trình bày cách thiết kế sở liệu quan hệ, cách sử dụng phép toán đại số quan hệ để tạo, cập nhật truy vấn sở liệu khái niệm phụ thuộc hàm ứng dụng lí thuyết thiết kế chuẩn hóa sở liệu quan hệ Giáo trình cần thiết cho tất đối tượng muốn tìm hiểu thiết kế sở liệu quan hệ ứng dụng công tác quản lý - Tên môn học: Cơ sở liệu - Mã số môn học: 2CD3 - Thời gian: Lý thuyết + Bài tập 45 tiết - Mục tiêu: Trang bị kiến thức Cơ sở liệu truyền thống - Những kiến thức cần phải trang bị trước học: không - Nội dung: Chương I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Chương II: MÔ HÌNH LIÊN KẾT THỰC THỂ Chương III: MƠ HÌNH QUAN HỆ, CÁC RÀNG BUỘC QUAN HỆ VÀ ĐẠI SỐ QUAN HỆ Chương IV: PHỤ THUỘC HÀM VÀ CHUẨN HÓA CSDL QUAN HỆ, CÁC THUẬT TOÁN THIẾT KẾ CSDL QUAN HỆ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG I- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU I- Cơ sở liệu I.1- Định nghĩa sở liệu I.2- Các tính chất sở liệu II- Hệ quản trị sở liệu II.1Định nghĩa hệ quản trị sở liệu II.2Các chức hệ quản trị sở liệu II.3Các đặc trưng giải pháp sở liệu 11 II.4Ví dụ sở liệu 13 III- Mơ hình sở liệu 15 III.1- Các loại mơ hình sở liệu 15 III.2- Lược đồ trạng thái sở liệu 17 IV- Con người hệ sở liệu 18 IV.1- Người quản trị hệ sở liệu (Database Administrator – DBA) 18 IV.2- Người thiết kế sở liệu (Database Designer) 18 IV.3- Những người sử dụng (End User) 18 IV.4- Người phân tích hệ thống lập trình ứng dụng 19 IV.5- Người thiết kế cài đặt hệ quản trị liệu 19 IV.6- Những người phát triển công cụ 19 IV.7- Các thao tác viên người bảo trì 19 V- Ngôn ngữ sở liệu giao diện 20 V.1Các ngôn ngữ hệ quản trị sở liệu 20 V.2Các loại giao diện hệ quản trị sở liệu 21 VI- Câu hỏi ôn tập 21 CHƯƠNG IIIII- MƠ HÌNH THỰC THỂ - LIÊN KẾT 23 Sử dụng mơ hình quan niệm bậc cao cho việc thiết kế sở liệu 23 Các thành phần mơ hình ER 25 II.1Thực thể thuộc tính 25 II.2Kiểu thực thể, tập thực thể, khóa tập giá trị 27 II.3Kiểu liên kết, tập liên kết thể 30 II.4Cấp liên kết, tên vai trò kiểu liên kết đệ quy 31 II.5Các ràng buộc kiểu liên kết 32 II.6Thuộc tính kiểu liên kết 33 II.7Các kiểu thực thể yếu 34 III- Ví dụ thiết kế mơ hình ER 35 III.1- Xác định kiểu thực thể, thuộc tính kiểu liên kết 35 IV- Mơ hình thực thể liên kết mở rộng (mơ hình EER) 39 IV.1- Lớp cha, lớp thừa kế 39 IV.2- Chuyên biệt hóa, tổng quát hóa 40 IV.2.1- Chuyên biệt hóa 40 IV.2.2- Tổng quát hóa 42 IV.2.3- Phân cấp chuyên biệt lưới chuyên biệt 43 IV.2.4- Các ràng buộc đặc trung chuyên biệt hóa, tổng quát hóa 43 IV.3- Sơ đồ mơ hình EER 44 V- Tổng kết chương câu hỏi ôn tập 45 V.1Tổng kết chương 45 V.2Câu hỏi ôn tập 45 V.3Bài tập 46 CHƯƠNG III- MƠ HÌNH QUAN HỆ, CÁC RÀNG BUỘC QUAN HỆ VÀ ĐẠI SỐ QUAN HỆ 48 I- Các khái niệm mơ hình quan hệ 48 I.1- Miền, thuộc tính, quan hệ 48 I.2- Các đặc trưng quan hệ 50 I.2.1- Thứ tự quan hệ 50 I.2.2- Thứ tự giá trị bên 51 I.2.3- Các giá trị 51 I.2.4- Thể quan hệ 52 II- Các ràng buộc quan hệ, lược đồ sở liệu quan hệ 52 II.1Các ràng buộc miền 52 II.2Ràng buộc khoá ràng buộc giá trị không xác định (null) 53 II.3Cơ sở liệu quan hệ lược đồ sở liệu quan hệ 54 II.4Toàn vẹn thực thể, toàn vẹn tham chiếu khố ngồi 58 III- Các phép tốn mơ hình quan hệ 60 III.1- Các phép toán cập nhật 60 III.1.1- Phép chèn (Insert) 60 III.1.2- Phép xoá (Delete) 61 III.1.3- Phép sửa đổi (Update) 62 III.2- Các phép toán đại số quan hệ 62 III.2.1- Phép chọn (SELECT) 63 III.2.2- Phép chiếu (PROJECT) 65 III.2.3- Phép đặt lại tên (RENAME) 66 III.2.4- Các phép toán lý thuyết tập hợp 67 III.2.5- Phép nối (JOIN) 70 III.2.6- Tập hợp đầy đủ phép toán quan hệ 72 III.2.7- Phép chia 73 III.3- Các phép toán quan hệ bổ sung 74 III.3.1- Các hàm nhóm phép nhóm 74 III.3.2- Các phép tốn khép kín đệ quy 75 III.3.3- Các phép tốn nối ngồi (outer join), hợp ngồi (outer union) 75 III.4- Một số ví dụ truy vấn đại số quan hệ 76 IV- Chuyển đổi mơ hình ER thành mơ hình quan hệ 77 IV.1- Các quy tắc chuyển đổi 77 IV.2- Chuyển đổi mơ hình cụ thể 81 V- Tổng kết chương câu hỏi ôn tập 81 V.1Tổng kết chương 81 V.2Câu hỏi ôn tập 82 V.3Bài tập 83 CHƯƠNG IV- PHỤ THUỘC HÀM VÀ CHUẨN HÓA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ, CÁC THUẬT TOÁN THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ 86 I- Các nguyên tắc thiết kế lược đồ quan hệ 86 I.1- Ngữ nghĩa thuộc tính quan hệ 86 I.2- Thông tin dư thừa dị thường cập nhật 87 I.3- Các giá trị không xác định 89 I.4- Sinh giả 89 II- Các phụ thuộc hàm 90 II.1Định nghĩa phụ thuộc hàm 90 II.2Các quy tắc suy diễn phụ thuộc hàm 93 II.3Sự tương đương tập phụ thuộc hàm 97 II.4Các tập phụ thuộc hàm tối thiểu 98 III- Các dạng chuẩn dựa khóa 99 III.1- Nhập mơn chuẩn hố 99 III.2- Dạng chuẩn 101 III.3- Dạng chuẩn 102 III.4- Dạng chuẩn 104 III.5- Dạng chuẩn Boyce-Codd 104 IV- Các thuật toán thiết kế sở liệu quan hệ dạng chuẩn cao 106 IV.1- Định nghĩa tổng quát dạng chuẩn 107 IV.2- Các thuật toán thiết kế lược đồ sở liệu quan hệ 108 IV.2.1- Tách quan hệ tính không đầy đủ dạng chuẩn 108 IV.2.2- Phép tách bảo toàn phụ thuộc 109 IV.2.3- Phép tách kết nối không mát 111 IV.3- Các phụ thuộc hàm đa trị dạng chuẩn 118 IV.3.1- Định nghĩa phụ thuộc đa trị 118 IV.3.2- Các quy tắc suy diễn phụ thuộc hàm phụ thuộc đa trị 120 IV.3.3- Dạng chuẩn 121 IV.3.4- Tách có tính chất nối khơng mát thành quan hệ 4NF 121 IV.4- Các phụ thuộc nối dạng chuẩn 122 V- Tổng kết chương câu hỏi ôn tập 124 V.1Tổng kết chương 124 V.2Câu hỏi ôn tập 125 V.3Bài tập 126 Chương I- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU Các sở liệu hệ sở liệu trở thành thành phần chủ yếu sống hàng ngày xã hội đại Trong vịng ngày người có nhiều hoạt động cần có giao tiếp với sở liệu như: đến ngân hàng để rút tiền gửi tiền, đăng ký chỗ máy bay khách sạn, truy cập vào thư viện tin học hoá để tìm sách báo, đặt mua tạp chí nhà xuất bản… Tại ngân hàng, cửa hàng, người ta cập nhật tự động việc quản lý tiền bạc, hàng hoá Tất giao tiếp gọi ứng dụng sở liệu truyền thống Trong sở liệu truyền thống, hầu hết thông tin lưu giữ truy cập văn số Những năm gần đây, tiến kỹ thuật đưa đến ứng dụng sở liệu Các sở liệu đa phương tiện lưu trữ hình ảnh, phim tiếng nói Các hệ thống thơng tin địa lý lưu trữ phân tích đồ, liệu thời tiết ảnh vệ tinh Kho liệu hệ thống phân tích trực tuyến sử dụng nhiều công ty để lấy phân tích thơng tin có lợi từ sở liệu lớn nhằm đưa định Các kỹ thuật sở liệu động thời gian thực sử dụng việc kiểm tra tiến trình cơng nghiệp sản xuất Các kỹ thuật tìm kiếm sở liệu áp dụng cho World Wide Web để cung cấp việc tìm kiếm thông tin cần thiết cho người sử dụng cách duyệt qua Internet Để hiểu sở kỹ thuật sở liệu phải sở kỹ thuật sở liệu truyền thống Mục đích giáo trình nghiên cứu sở kỹ thuật Trong chương định nghĩa sở liệu, hệ quản trị sở liệu, mô hình sở liệu thuật ngữ khác I- Cơ sở liệu I.1- Định nghĩa sở liệu Cơ sở liệu kỹ thuật sở liệu có ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng máy tính Có thể nói sở liệu đóng vai trị quan trọng lĩnh vực có sử dụng máy tính giáo dục, thương mại, kỹ nghệ, khoa học, thư viện,… Thuật ngữ sở liệu trở thành thuật ngữ phổ dụng Một sở liệu tập hợp liệu có liên quan với nhau, lưu trữ máy tính, có nhiều người sử dụng tổ chức theo mơ hình Dữ liệu kiện ghi lại có ý nghĩa Ví dụ, để quản lý việc học tập môi trường đại học, liệu thông tin sinh viên, môn học, điểm thi….Chúng ta tổ chức liệu thành bảng lưu giữ chúng vào sổ sách sử dụng phần mềm máy tính để lưu giữ chúng máy tính Ta có tập liệu có liên quan đến mang nhiều ý nghĩa, sở liệu I.2- Các tính chất sở liệu Một sở liệu có tính chất sau: Một sở liệu biểu thị khía cạnh giới thực hoạt động công ty, nhà trường, ngân hàng… Những thay đổi giới thực phải phản ánh cách trung thực vào sở liệu Những thông tin đưa vào sở liệu tạo thành không gian sở liệu “thế giới nhỏ” (miniworld) Một sở liệu tập hợp liệu liên kết với cách logic mang ý nghĩa cố hữu Một sở liệu tập hợp tuỳ tiện Một sở liệu thiết kế phổ biến cho mục đích riêng Nó có nhóm người sử dụng có chủ định có số ứng dụng xác định phù hợp với mối quan tâm người sử dụng Nói cách khác, sở liệu có nguồn cung cấp liệu, mức độ tương tác với kiện giới thực nhóm người quan tâm tích cực đến nội dung Một sở liệu có cỡ tuỳ ý có độ phức tạp thay đổi Có sở liệu gồm vài trăm ghi (như sở liệu phục vụ việc quản lý lương quan nhỏ), có sở liệu có dung lượng lớn (như sở liệu phục vụ cho việc tính cước điện thoại, quản lý nhân phạm vi lớn) Các sở liệu phải tổ chức quản lý cho người sử dụng tìm kiếm liệu, cập nhật liệu lấy liệu cần thiết Một sở liệu tạo trì cách thủ cơng tin học hoá Một sở liệu tin học hoá tạo trì bằng nhóm chương trình ứng dụng hệ quản trị sở liệu II- Hệ quản trị sở liệu II.1- Định nghĩa hệ quản trị sở liệu Một hệ quản trị sở liệu tập hợp chương trình giúp cho người sử dụng tạo ra, trì khai thác sở liệu Nó hệ thống phần mềm phổ dụng, làm dễ trình định nghĩa, xây dựng thao tác sở liệu cho ứng dụng khác Định nghĩa sở liệu bao gồm việc đặc tả kiểu liệu, cấu trúc ràng buộc cho liệu lưu trữ sở Xây dựng sở liệu trình lưu trữ liệu phương tiện lưu trữ hệ quản trị sở liệu kiểm soát Thao tác sở liệu bao gồm chức truy vấn sở liệu để lấy liệu cụ thể, cập nhật sở liệu để phản ánh thay đổi giới nhỏ tạo báo cáo từ liệu Các hệ quản trị sở liệu dùng để thể sở liệu tin học hố phổ dụng (là phần mềm đóng gói) chuyên dụng (là tập phần mềm tạo với mục đích riêng) Người ta gọi sở liệu hệ quản trị sở liệu thuật ngữ chung hệ sở liệu Môi trường hệ sở liệu mô tả hình vẽ (hình I-1) II.2- Các chức hệ quản trị sở liệu Một hệ quản trị sở liệu có chức sau : Lưu trữ định nghĩa, mối liên kết liệu (gọi siêu liệu) vào từ điển liệu Các chương trình truy cập đến sở liệu làm việc thông qua hệ quản trị sở liệu Hệ quản trị sở liệu sử dụng liệu từ điển liệu để tìm kiếm cấu trúc thành phần liệu mối liên kết yêu cầu Mọi thay đổi tệp sở liệu tự động ghi lại vào từ điển liệu Như vậy, hệ quản trị sở liệu giải phóng người sử dụng khỏi việc lập trình cho mối liên kết phức tạp chương trình, việc sửa đổi