Cơ sở dữ liệu

PHM QUANG TRèNH Cơ sở liệu NH XUT BN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LêI NãI §ÇU Cơ sở liệu ngày quan tâm nhiều lĩnh vực công nghệ thông tin truyền thông Môn học Cơ sở liệu thiếu chương trình đào tạo Cao đẳng, Đại học, Cao học Hiện có nhiều tài liệu Cơ sở liệu xuất lưu hành rộng rãi, tài liệu Cơ sở liệu có nội dung sát với chương trình đào tạo trường đại học, phù hợp với trình độ sinh viên để làm tư liệu giảng dạy cho giáo viên học tập cho sinh viên chưa nhiều Với hy vọng có giáo trình phù hợp với chương trình đào tạo sinh viên chun ngành Cơng nghệ Thông tin của trường đại học nay, tác giả biên soạn giáo trình Để hồn thành tập giáo trình này, tác giả cố gắng tích luỹ kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm, tham khảo nhiều tài liệu ý kiến góp ý đồng nghiệp Tác giả hy vọng tài liệu học tập tốt sinh viên tham khảo cho giảng viên Nhân dịp tác giả xin cảm ơn đồng nghiệp giúp đỡ đóng góp ý kiến quý báu q trình hồn thành giáo trình Mặc dù cố gắng công tác biên soạn chắn giáo trình vài thiêú sót Tác giả mong nhận góp ý độc giả bạn bè đồng nghiệp để giáo trình ngày hoàn thiện hơn, phục vụ tốt nhu cầu dạy học môn học Tác giả Chng TổNG QUAN Về CƠ Sở Dữ LIệU C sở liệu môn học nghiên cứu cách tổ chức, lưu trữ khai thác liệu Khơng có ứng dụng tin học khơng bao gồm vấn đề tổ chức, lưu trữ khai tác liệu Vì vậy, Cơ sở liệu đóng vai trò quan trọng Cơng nghệ Thơng tin môn học Cơ sở liệu thiếu chương trình đào tạo bậc đại học ngành Công nghệ Thông tin 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 Tổ chức liệu theo tệp tin truyền thống Trước đây, tin học chưa phát triển, việc tin học hoá quản lý quan, xí nghiệp thực phần riêng lẻ, độc lập với Chẳng hạn, trường đại học, để phục vụ cho công tác đào tạo quản lý khoa học, phòng Đào tạo tổ chức lưu trữ thông tin cán giảng dạy, nghiên cứu, trường với thông tin: Họ tên, ngày sinh, học hàm, học vị, chuyên môn, khoa, Do yêu cầu tổ chức, quản lý giảng dạy nghiên cứu riêng khoa, khoa tổ chức lưu trữ hồ sơ cán khoa Hồ sơ cán khoa trích từ phòng Đào tạo phần bổ sung thêm số thông tin cần thiết khác Tương tự vậy, phận khác Phòng Kế tốn, Phòng Quản lý khoa học, quản lý cán theo cách riêng Việc quản lý riêng rẽ có ưu điểm thời gian triển khai ngắn, khơng đòi hỏi đầu tư lớn vật chất, thiết bị nhân Tuy nhiên có nhược điểm trùng lặp thông tin gây lãng phí Hơn nữa, trùng lặp dễ dẫn đến việc thiếu quán liệu Chẳng hạn, thời điểm thông tin cán khác hai hệ thống phòng đào tạo khoa Một hạn chế khác cách quản lý riêng rẽ thiếu chia sẻ thơng tin hệ thống, khó mở rộng hệ thống kết nối hệ thống thành hệ thống chung Để khắc phục nhược điểm cách tổ chức liệu theo hệ thống tệp cổ điển, phương pháp tổ chức liệu đưa phương pháp tổ chức liệu thành Cơ sở liệu 1.1.2 Cơ sở liệu (Data Base) a) Khái niệm Cơ sở liệu (CSDL) tập liệu đối tượng cần quản lý, tổ chức theo chế thống nhất, lưu trữ đồng thời vật mang tin máy tính điện tử, cho phép đồng thời nhiều người khai thác, sử dụng Một cách khác ta hiểu Cơ sở liệu sưu tập liệu tác nghiệp lưu trữ lại hệ ứng dụng “xí nghiệp” cụ thể khai thác, sử dụng Chương trình ứng dụng NSD Chương trình ứng dụng n NSD n Các chương trình ứng dụng khai thác CSDL Những người sử dụng khai thác CSDL Hình -1: Mơ hình sở liệu Tuy nhiên ta phải hiểu sở liệu hợp đơn hệ thống tập tin riêng lẻ mà phải xây dựng cách có cấu trúc, quản lý theo chế thống b) Các mức sở liệu + Cơ sở liệu mức vật lý: Bao gồm tệp liệu nhớ thứ cấp (các thiết bị lưu trữ ngoài) Các cấu trúc liệu mô tả chi tiết + Cơ sở liệu mức khái niệm: Là biểu diễn trừu tượng sở liệu vật lý + Khung nhìn (View) : Đây mức trừu tượng sở liệu Nó mơ tả phần CSDL Thực chất cách nhìn, quan niệm người sử dụng sở liệu khái niệm Sơ đồ sau mô tả mức sở liệu: Người dùng Khung nhìn Người dùng Khung nhìn Người dùng n Khung nhìn n CSDL khái niệm CSDL vật lý Thể (Instance): Là liệu mô tả đối tượng có sở liệu Lược đồ (Scheme): Lược đồ sở liệu “bộ khung” sở liệu Chẳng hạn, xét sở liệu vật lý cài đặt Hệ quản trị sở liệu FOXPRO, lược đồ bao gồm tập cấu trúc tệp DBF với mối quan hệ chúng Trong hệ sở liệu MS ACCESS tệp liệu đóng gói têp MDB Các mức lược đồ sở liệu: Lược đồ khái niệm khung sở liệu mức khái niệm Lược đồ vật lý khung sở liệu mức vật lý Khung nhìn gọi lược đồ (Subscheme) 1.1.3 Vai trò sở liệu Cơ sở liệu phận thiếu hệ lưu trữ tìm kiếm thơng tin, hệ thống quản lý kinh tế, quản lý kho tàng, tư liệu, hệ thống phục vụ công cộng, ngân hàng, bán vé, thiết kế tự động, Chẳng hạn vai trò sở liệu việc: + Tổ chức thông tin toán khoa học kỹ thuật + Làm kho liệu hệ thống thông tin quản lý + Tổ chức liệu có cấu trúc phức tạp liệu địa lý, thủy văn, môi trường, đòi hỏi khả lưu trữ lớn tốc độ xử lý nhanh + Ứng dụng hệ thống hỗ trợ công nghiệp, giảng dạy, đặc biệt lĩnh vực hệ chuyên gia, người máy + Ứng dụng hệ thống đa phương tiện, xử lý tri thức (mối quan hệ kiện, hệ thống câu hỏi) Việc tổ chức sở liệu nhằm hạn chế trùng lặp thông tin, đảm bảo tính qn, tính tồn vẹn liệu Cho phép nhiều người chia thông tin cho ứng dụng khác nhờ tiết kiệm tài nguyên tăng hiệu khai thác Tuy nhiên việc tổ chức liệu thành sở liệu làm nảy sinh số vấn đề cần quan tâm: + Việc đảm bảo an toàn liệu + Tính xác liệu + Phải có chế bảo mật phân quyền + Vấn đề xử lý cạnh tranh + Khả phục hồi liệu cần thiết + Phải có hệ quản trị sở liệu để tổ chức khai thác sở liệu 1.1.4 Hệ quản trị sở liệu Hệ quản trị sở liệu hệ thống phần mềm giúp người sử dụng tổ chức khai thác sở liệu cách có hiệu Một số hệ quản trị CSDL sử dụng rộng rãi FOXPRO, ACCESS, Oracle, SQL, Một hệ quản trị sở liệu có chức năng: Mơ tả liệu, tìm kiếm liệu, cập nhật liệu, chuyển hoá liệu, điều khiển tính tồn vẹn liệu, quản lý giao tác an toàn liệu Trong chức đó, ba chức sau nhất: Mơ tả liệu, cập nhật liệu, tìm kiếm liệu Để thực chức trên, hệ quản trị CSDL trang bị ngôn ngữ tương ứng: Ngôn ngữ mô tả liệu: Cho phép khai báo cấu trúc liệu, mô tả mối liên kết, cung cấp quy tắc áp đặt lên liệu Ngôn ngữ thao tác liệu: Cho phép cập nhật liệu, khai thác liệu theo nhiều mục đích khác Ngơn ngữ truy vấn liệu: Nhằm hỗ trợ cho việc tìm kiếm, truy vấn Để hiểu rõ hệ QTCSDL, ta xem sở liệu kho liệu Người quản trị sở liệu người quản trị kho, có trách nhiệm quản lý theo dõi toàn hoạt động kho: (1) Nhập kho (Nạp liệu vào) (2) Loại bỏ hàng hỏng (Xoá liệu) (3) Sửa chữa hàng kho (Sửa liệu) (4) Xây kho (Tạo lập sở liệu) (5) Xuất kho (Tìm kiếm kết xuất liệu) (6) Bảo trì kho (Bảo trì liệu) Khi tồn hệ thống máy móc thiết bị, kho tàng, quy định, hướng dẫn phục vụ thao tác tạo nên hệ quản lý kho Tương tự, chương trình máy tính, sở liệu quy tắc tạo nên hệ QTCSDL Hệ sở liệu Một hệ CSDL gồm phần: (1) CSDL hợp nhất: Bao gồm tất liệu "Doanh nghiệp" (Enterprise) hợp lại cho tính dư thừa liệu tối thiểu Những người sử dụng chương trình ứng dụng sử dụng chung CSDL (2) Người sử dụng (USER): Là người có nhu cầu truy nhập vào CSDL để thực thao tác Có lớp người sử dụng: Người dùng cuối (End_User): Những người làm việc trạm cuối (Teminal) Người Programer) viết chương trình ứng dụng (Application Người quản trị CSDL (DBA): Đây lớp người quan trọng, có nhiệm vụ: + Quyết định nội dung thông tin CSDL + Quyết định cấu trúc lưu trữ chiến lược truy cập + Kiểm soát thẩm quyền kiểm tra tính đắn liệu + Xác định chiến lược chép, phục hồi Lớp người thường cung cấp số chương trình hỗ trợ để phục vụ cho công việc quản trị (3) Phần mềm hệ (DBMS: Data Base Management System): Hệ QT CSDL (4) Phần cứng: Bao gồm thiết bị nhớ thứ cấp sử dụng để lưu trữ CSDL Phân loại hệ sở liệu: + Các hệ CSDL tập trung: Trong hệ CSDL tập trung, liệu tập trung trạm Người sử dụng truy nhập liệu từ trạm khác thông qua phương tiện truyền thông Các hệ CSDL tập trung có dạng sau: Hệ CSDL cá nhân (1) Hệ CSDL trung tâm (2) Hệ CSDL khách chủ (3) 10 Personal computer CSDL Center computer CSDL Server CSDL Client Client Client/Server Client + Các hệ CSDL phân tán: Trong hệ CSDL phân tán, liệu trải nhiều trạm khác liệu địa phương có quan hệ với 11 CSDL CSDL Trạm Trạm Mạng truyền thông CSDL Trạm CSDL Trạm 1.2 CÁC MƠ HÌNH DỮ LIỆU 1.2.1 Mơ hình hố tin học Mơ hình hố tin học xác lập tương quan đặc trưng, thuộc tính đối tượng (trong giới thực) với phần tử tập cho trước cho thông tin phần tử q trình “vận động” ln phù hợp với vận động đối tượng mô hình hố 12 1.2.2 Các mơ hình liệu Mơ hình liệu hình thức hố tập ký hiệu để mô tả liệu tập phép toán sử dụng để thao tác liệu Mỗi mơ hình liệu đặc trưng cho phương pháp tiếp cận liệu người phân tích-thiết kế Sau số mơ hình liệu sử dụng phổ biến nay: + Mơ hình thực thể liên kết + Mơ hình quan hệ + Mơ hình hướng đối tượng 1.2.2.1 Mơ hình thực thể liên kết (E-R) Mơ hình thực thể liên kết xây dựng dựa sở nhận thức giới thực, bao gồm tập đối tượng sở gọi thực thể tập liên kết đối tượng (thực thể) Mơ hình E-R cho phép ta thiết kế lược đồ liệu khái niệm, chưa quan tâm đến yếu tố vật lý CSDL Để hiểu mơ hình E-R, ta tìm hiểu số khái niệm sau: a) Thực thể kiểu thực thể Thực thể: Là đối tượng cụ thể hay trừu tượng mà ta muốn mô tả để đưa vào CSDL Ví dụ Khi quản lý sinh viên nhà trường, ta có thực thể: Lê Anh, Trần Trung Khoa CNTT, Khoa Kinh tế Kiểu thực thể: Bao gồm tập thực thể mô tả theo cấu trúc Nói cách khác kiểu thực thể tập hợp thực thể có tính chất Ví dụ Khi quản lý sinh viên nhà trường, ta có kiểu thực thể: Sinh viên Khoa 13 Các kiểu thực thể biểu diễn hình chữ nhật, bên ghi tên kiểu thục thể b)Thuộc tính khóa tập thuộc tính Thuộc tính: Thơng thường mô tả đối tượng, ta mô tả số đặc trưng đối tượng Chẳng hạn, mô tả Sinh viên Nguyễn An, ta mô tả: Mã SV: Họ tên: Nguyễn An Ngày sinh: 10-10-1992 Quê quán: Đống đa, Hà nội Mỗi đặc tính kiểu thực thể gọi thuộc tính Ví dụ: Kiểu thực thể Sinh viên có thuộc tính: Mã SV, Họ tên, Ngày sinh, Q qn Thơng thường, mô tả đối tượng ta lựa chọn thuộc tính cho việc quản lý đối tượng đáp ứng yêu cầu việc quản lý giúp ta phân biệt đối tượng với thơng qua tập thuộc tính Các thuộc tính kiểu thực thể liệt kê với kiểu thực thể Sinh viên MaSV Hoten Ngaysinh Quequan Khóa tập thuộc tính: Tập tối thiểu tập thuộc tính mà giá trị giúp ta xác định đối tượng gọi khóa tập thuộc tính Trong sơ sồ liên kết thực thể, thuộc tính khóa thường gạch chân 14 c) Liên kết thực thể Liên kết thực thể: Là mối liên kết có ý nghĩa quản lý thực thể kiểu thực thể Các liên kết giống tạo thành kiểu liên kết Giữa kiểu thực thể có kiểu liên kết sau: Liên kết một-một (1-1) Hai kiểu thực thể A B có liên kết 1-1 với thực thể thuộc kiểu A liên kết với nhiều thực thể thuộc kiểu B ngược lại Biểu diễn: A B Để kiểu thực thể A kiểu thực thể B liên kết 1-1 với nhau, khóa A phải có B ngược lại Ví dụ: THISINH SBD Hoten Ngaysinh Quequan Sophach DIEMTHI Sophach Diem Liên kết một-nhiều (1-N) Kiểu thực thể A có liên kết 1-N với kiểu thực thể B thực thể thuộc kiểu A liên kết với nhiều thực thể thuộc kiểu B, thực thể thuộc kiểu B liên kết với nhiều thực thể thuộc kiểu A Biểu diễn: A B Để kiểu thực thể A liên kết 1-N với kiểu thực thể B, khóa A phải có B Ví dụ: 15 SINHVIEN KHOA Makh Tenkh Vitri Truongkh SoDT MaSV Hoten Ngaysinh Quequan Makh (3) Liên kết nhiều-nhiều (N-N) Hai kiểu thực thể A B có liên kết N-N với thực thể thuộc kiểu A liên kết với nhiều thực thể thuộc kiểu B ngược lại Biểu diễn: A B Đối với liên kết N-N thường chuyển thành liên kết 1-N để thuận lợi việc quản lý việc đưa vào kiểu thực thể trung gian Kiểu thực thể trung gian chứa kháo hai kiểu thực thể A AB Ví dụ: MATHANG MaMH TenMH DVTinh Dongia NHACC MaNCC MaMH … B NHACC MaNCC TenNCC DiachiNCC TaikhoanNCC DienthoaiNCC Sơ đồ liên kết thực thể: Sơ đồ liên kết thực thể gồm phần: Kiểu thực thể, Các thuộc tính, Các liờn kt thc th Vớ d 16 Đhàng CT-Đhàng SH-n SH-NCC Ngày_ĐH NCC SH-Đơn Mã_MH SLượng M-hµng SH-NCC, Tên-NCC ĐC-NCC Mã-MH Tên_MH ĐVT Đơngiá 1.2.2.2 Mơ hình liệu quan hệ Mơ hình quan hệ lần E F Codd - nhân viên hãng IBM đề xuất vào năm 1970 Mơ hình quan hệ có sở lý thuyết vững sử dụng rộng rãi việc phân tích thiết kế sở liệu Một số khái niệm sử dụng mơ hình quan hệ: Quan hệ, thuộc tính, bộ, khóa, Chúng ta xem xét kỹ mơ hình chương sau Một số đặc điểm mơ hình quan hệ: - Có sở Tốn học chặt chẽ, cho phép áp dụng rộng rãi công cụ đại số logic, đặc biệt đại số quan hệ - Khá tự nhiên, gần với quan niệm thông thường người sử dụng - Ngôn ngữ rõ ràng, dễ học, dễ hiểu - Đảm bảo tính an tồn liệu, đặt mật truy cập nhiều mức: Mức quan hệ, mức thuộc tính, mức - Dễ cập nhật tới đơn vị liệu - Dễ đảm bảo tính độc lập liệu 1.2.2.3 Mơ hình liệu hướng đối tượng Mơ hình hướng đối tượng dựa cách tiếp cận hướng đối tượng bao gồm khái niệm: Đối tượng, lớp, phương thức, tính 17 kế thừa, Đặc tính bật phương pháp pháp tiếp cận tính đóng gói liệu, tính đa hình, tái sử dụng, Hiện nay, chưa có nhiều hệ quản trị sở liệu cài đặt theo mơ hình nên chưa ứng dụng rộng rãi Trên số mơ hình liệu Mỗi mơ hình có ưu điểm, nhược điểm khác Tuy nhiên giáo trình này, sâu tìm hiểu mơ hình quan hệ Để hiểu thêm mối quan hệ mơ hình, độc giả tìm hiểu thêm cách biến đổi sơ đồ E-R sang sơ đồ khác tài liệu tham khảo 1.2.3 Tính độc lập liệu Tính độc lập liệu tính bất biến hệ ứng dụng thay đổi cấu trúc lưu trữ chiến lược truy cập liệu 1.3 NGƠN NGỮ DỮ LIỆU Ngơn ngữ phương tiện để giao tiếp Người - Người, Người - Máy Máy - Máy Ngôn ngữ tự nhiên ngôn ngữ tộc người phát triển hoàn thiện kể từ xuất người nguyên thủy Nó thể qua tiếng nói, chữ viết cử chỉ, động tác tuân theo quy tắc định gọi ngữ pháp Ngôn ngữ hình thức tập hợp ký hiệu quy định người đặt Trong tin học ngơn ngữ giao tiếp người với máy, máy với máy Các hệ sở liệu cung cấp ngơn ngữ hình thức làm công cụ giao tiếp người sử dụng với hệ thống gọi ngôn ngữ liệu Các ngôn ngữ liệu thường bao gồm lớp ngôn ngữ sau đây, ứng với chức hệ quản trị sở liệu là: Mô tả, cập nhật tìm kiếm liệu 18 - Ngôn ngữ mô tả liệu (Data definition language DDL): Ngôn ngữ mô tả liệu nhằm đáp ứng chức mô tả liệu hệ quản trị sở liệu - Ngôn ngữ cập nhật liệu (Data update language DUL): Ngôn ngữ cập nhật liệu nhằm đáp ứng chức cập nhật liệu hệ quản trị sở liệu - Ngôn ngữ truy truy vấn (Query language - QL): Ngôn ngữ truy vấn nhằm đáp ứng chức tìm kiếm liệu hệ quản trị sở liệu CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Trình bày khái niệm: Cơ sở liệu, hệ quản trị sở liệu Nêu mô hình liệu Khái niệm tính độc lập liệu 19 20 ... cách tổ chức liệu theo hệ thống tệp cổ điển, phương pháp tổ chức liệu đưa phương pháp tổ chức liệu thành Cơ sở liệu 1.1.2 Cơ sở liệu (Data Base) a) Khái niệm Cơ sở liệu (CSDL) tập liệu đối tượng... truyền thông Môn học Cơ sở liệu khơng thể thiếu chương trình đào tạo Cao đẳng, Đại học, Cao học Hiện có nhiều tài liệu Cơ sở liệu xuất lưu hành rộng rãi, tài liệu Cơ sở liệu có nội dung sát với... Lược đồ sở liệu “bộ khung” sở liệu Chẳng hạn, xét sở liệu vật lý cài đặt Hệ quản trị sở liệu FOXPRO, lược đồ bao gồm tập cấu trúc tệp DBF với mối quan hệ chúng Trong hệ sở liệu MS ACCESS tệp liệu