Bài giảng Đại cương về các cơ sở dữ liệu cung cấp các kiến thức giúp sinh viên có thể giải đáp được các câu hỏi: Cơ sở dữ liệu là gì, tại sao phải sử dụng cơ sở dữ liệu, tại sao phải tìm hiểu các hệ cơ sở dữ liệu. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học các môn học Cơ sở dữ liệu dùng làm tài liệu tham khảo và nghiên cứu.
Nhập môn sở liệu Đại cương hệ CSDL Vũ Tuyết Trinh trinhvt@it-hut.edu.vn Bộ môn Các hệ thống thông tin, Khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặt vấn đề { { { CSDL gì? Tại phải sử dụng CSDL? Tại phải tìm hiểu hệ CSDL? Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập mơn sở liệu Ví dụ: quản lý đào tạo { Thông tin cần quan tâm z z z z ¾ Khố học, lớp học, sinh viên, môn học, giáo viên, Thông tin sinh viên: thông tin cá nhân, thông tin học tập Thông tin môn học: khối lượng học tập, giáo viên, lịch học Cần lưu trữ thông tin đa dạng ¾ Cơ sở liệu Ví dụ: khai thác thông tin { Sinh viên z z { Giáo viên z z { Danh sách sinh viên lớp Tin 1? Thời khoá biểu lớp Tin 1? Giáo vụ z z ¾ Các mơn học khoa CNTT? Điểm thi mơn « Nhập mơn CSDL »? Danh sách sinh viên khoá K47? Tỷ lệ sinh viên thi đạt môn học? Cần xây dựng phần mềm cho phép khai thác CSDL ¾ Phần mềm ứng dụng Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu «Hình dung» xây dựng CSDL { Yêu cầu: z z { Thực z z z ¾ Lưu trữ thơng tin cần thiết cách xác Truy xuất thông tin hiệu Xác định yêu cầu nghiệp vụ Xác định thông tin cần lưu trữ Xác định cách thức lưu trữ Cần công cụ trợ giúp xây dựng CSDL ¾ Phần mềm quản trị CSDL (QTCSDL) Các khái niệm ứng dụng hệ CSDL CSDL Hệ QTCSDL Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Cơ sở liệu { Một tập hợp liệu z z z Biểu diễn vài khía cạnh giới thực Có liên hệ logic thống Được thiết kế bao gồm liệu phục vụ mục đích Ví dụ: CSDL quản lý đào tạo gồm thơng tin - giáo viên - sinh viên - môn học - lớp học - điểm thi - Hệ quản trị sở liệu { Một phần mềm cho phép z Định nghĩa xác định kiểu, cấu trúc, ràng buộc liệu z Tạo lập z Thao tác lưu trữ liệu thiết bị nhớ truy vấn, cập nhật, kết xuất, CSDL cho ứng dụng khác Ví dụ: MS Access, MS SQL Server, ORACLE, IBM DB2, Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Hệ sở liệu { Một hệ thống gồm thành phần : z z z z Hệ QTCSDL Phần cứng CSDL phần mềm ứng dụng Những người sử dụng Ví dụ: hệ quản lý đào tạo, quản lý nhân sự, Môi trường hệ CSDL Hệ CSDL Ứng dụng Hệ QTCSDL CSDL CSDL 10 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Chức hệ QTCSDL { Quản lý liệu tồn lâu dài z z { Định nghĩa liệu Quản lý lưu trữ Truy xuất liệu cách hiệu z z z Biểu diễn thao tác liệu Xử lý câu hỏi Quản trị giao dịch 11 Các ngôn ngữ { Ngôn ngữ định nghĩa liệu (Data Definition Language DLL) Cấu trúc liệu Mối liên hệ liệu quy tắc, ràng buộc áp đặt lên liệu Ngôn ngữ thao tác liệu (Data Manipulation Language z z { DML) z { Tìm kiếm, thêm, xố, sửa liệu CSDL Ngôn ngữ điều khiển liệu (Data Control Language DCL) z z z Thay đổi cấu trúc bảng liệu Khai báo bảo mật thông tin Quyền hạn người dùng khai thác CSDL 12 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Sự trừu tượng hoá liệu Khung nhìn n Khung nhìn Mức khung nhìn (ngồi) mơ tả cách mà người sử dụng nhìn thấy liệu Sơ đồ khái niệm (logic) định nghĩa cấu trúc logic liệu, liệu lưu trữ mối quan hệ liệu Mức quan niệm (logic) Mức lưu trữ (trong) định nghĩa cấu trúc tệp dẫn sử dụng sở liệu (cách lưu trữ liệu nào) Sơ đồ (vật lý) 13 Ví dụ { Mức quan niệm type lop = record Tin1 = { end; } type sinh_vien = record NVA = { maSV=« SV001 » ten=« Nguyễn Văn A » nam=1; ngay_sinh=« 1/4/1983 » dia_chi=«1 Tạ Quang Bửu» ma_lop=1 } ma_lop : string; ten: string; heDT: string; dia_diem: string; maSV : string; ten: string; nam: boolean; ngay_sinh: date; dia_chi: string ; ma_lop: string; end; ma_lop=1 ten=« CNTT1_K47 » heDT=« chinh quy » dia_diem=« DHBKHN » 14 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Ví dụ (2) { Mức khung nhìn type ds_sinhvien = record ten: string; nam: boolean; ngay_sinh: date; end; CN_NVA = { ten=« Nguyễn Văn A » nam=1; ngay_sinh=« 1/4/1983 » } 15 Sơ đồ thể (schema vs instance) Sơ đồ Thể -cấu trúc/kiểu liệu - giá trị/đối tượng liệu -ít -thường thay đổi -thay đổi phức tạp xuyên thay đổi -dễ dàng thay đổi 16 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Các module hệ QTCSDL Ứng dụng Hệ QTCSDL Bộ xử lý câu hỏi Bộ quản lý Giao dịch Bộ quản lý lưu trữ DL DL 17 Bộ xử lý câu hỏi Quản lý lưu trữ { Bộ quản lý lưu trữ Yêu cầu lưu trữ truy xuất liệu thiết bị nhớ (ngoài) { Bộ quản lý Giao dịch Thực z z Tổ chức tối ưu liệu thiết bị nhớ (ngoài) Tương tác hiệu với quản lý tệp Bộ quản lý lưu trữ Quản lý buffer Quản lý tệp Metadata & Data dictionary Quản lý giao dịch Data & index 18 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Bộ xử lý câu hỏi Xử lý câu hỏi { Bộ quản lý lưu trữ Bộ xử lý câu hỏi Yêu cầu: Bộ biên dịch Tìm kiếm liệu trả lời cho yêu cầu truy vấn { Bộ tối ưu Thực z z Biến đổi truy vấn biểu diễn mức cao thành yêu cầu hiểu hệ CSDL Lựa chọn kế hoạch tốt để trả lời truy vấn Bộ quản lý Giao dịch Bộ đánh giá Bộ quản lý lưu trữ Metadata & Data dictionary Data & index 19 Bộ xử lý câu hỏi Quản lý giao dịch { Bộ quản lý lưu trữ Yêu cầu z z { Bộ quản lý Giao dịch Đ/n giao dịch: tập thao tác xử lý đơn vị khơng chia cắt Đảm bảo tính quán tính đắn liệu Thực z z Quản lý điều khiển tương tranh Phát lỗi phục hồi sở liệu 20 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 10 Nhập môn sở liệu Hệ CSDL Người dùng Ứng dụng Hệ QTCSDL CSDL CSDL { Người thiết kế cài đặt hệ QTCSDL: chịu trách nhiệm thiết kế cài đặt module hệ QTCSDL giao diện hình thức gói phần mềm { Người phát triển công cụ: chịu trách nhiệm thiết kế cài đặt gói phần mềm hỗ trợ cho việc thiét kê, sử dụng tăng cường hiệu hệ CSDL 21 Hệ CSDL Người dùng Ứng dụng Hệ QTCSDL CSDL CSDL { Người phân tích hệ thống phát triển ứng dụng: chịu trách nhiệm xác định yêu cầu người dung cuối, xác định giao dịch cần thiết để đáp ứng yêu cầu người dùng Người lập trình ứng dụng cài đặt yêu cầi chương trình, kiêm thử, gỡ rối, lập tài liệu cho chương trình { Người thiết kế CSDL: chịu trách nhiệm xác định liệu lưu trữ CSDL cấu trúc biểu diễn lưu trữ liệu 22 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 11 Nhập môn sở liệu Hệ CSDL Người dùng Ứng dụng Hệ QTCSDL CSDL CSDL { Người sử dụng cuối: người khai thác hệ CSDL { Người quản trị CSDL: chịu trách nhiệm cho phép truy nhập CSDL, điều phối kiểm tra sử dụng CSDL, quản lý tài nguyên phần cứng phân mềm cần thiết { Người bảo trì hệ thống: người quản trị hệ thống chịu trách nhiệm việc hoạt động bảo trì mơi trường (phần cứng phần mềm) cho hệ CSDL 23 Hệ thống xử lý tệp Sinh viên Giáo viên Học tập Sinh viên Giáo viên Lớp học Điểm thi Môn học 24 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 12 Nhập môn sở liệu Hạn chế { { { Mức độ diễn tả ngữ nghĩa hạn chế Dữ liệu riêng lẻ, rời rạc Quản lý, khai thác mức thấp 25 Hệ sở liệu Giáo viên CSDL hệ hệ QTCSDL QTCSDL Học tập Sinh viên Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Giáo viên Sinh viên Lớp học Môn học Điểm thi 26 13 Nhập môn sở liệu Ưu điểm cách tiếp cận CSDL { { { Tính trừu tượng hoá liệu Hỗ trợ nhiều khung nhìn liệu Chia sẻ liệu nhiều người dùng hỗ trợ quản lý giao dịch 27 Đặc điểm cách tiếp cận CSDL { { { Biểu diễn ngữ nghĩa phong phú quan hệ phức tạp liệu Kiểm sốt tính dư thừa đảm bảo ràng buộc toàn vẹn liệu Hỗ trợ lưu trữ truy vấn liệu cách hiệu { Chia sẻ liệu nhiều người dùng Phân quyền người dùng kiểm sốt tính hợp lệ truy xuất liệu { Hỗ trợ dịch vụ lưu phục hồi liệu { 28 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 14 Nhập môn sở liệu Phân loại hệ CSDL { Mơ hình liệu z { Số người sử dụng z { Tập trung vs Phân tán Tính thống liệu z { Một người dùng vs nhiều người dùng Tính phân tán CSDL z { Mạng vs phân cấp vs quan hệ vs hướng đối tượng vs Đồng vs Không đồng 29 Kết luận { { { CSDL cho phép lưu trữ khai thác liệu cách thống hiệu (đặc biệt trường hợp khối lượng liệu lớn) Sự trừu tượng liệu tính độc lập liệu cho phép phát triển ứng dụng « dễ dàng » Hệ QTCSDL cung cấp công cụ hữu hiệu trợ giúp việc tạo lập CSDL phát triển ứng dụng ‘‘More than 80 % of real world computer applications are associated with databases’’* * Korth & Silberschatz Database System Concepts Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 30 15 Nhập môn sở liệu Trọng tâm môn học Hệ CSDL Ứng dụng Hệ QTCSDL CSDL CSDL 31 Sử dụng kiến thức môn học tương lai { Phát triển ứng dụng { Nghiên cứu phát triển (R&D) { Nghiên cứu 32 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 16 Nhập môn sở liệu Các điểm cần lưu ý { Cách tiếp cận tệp vs cách tiếp cận CSDL { CSDL vs hệ QTCSDL vs hệ CSDL { Kiến trúc ANSI/SPARC (hay mức) hệ CSDL { Sơ đồ vs thể { Các chức hệ QTCSDL { Người sử dụng hệ CSDL { Đặc điểm hệ CSDL 33 34 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN 17 ... (schema vs instance) Sơ đồ Thể -cấu trúc/kiểu liệu - giá trị/đối tượng liệu -? ?t -thường thay đổi -thay đổi phức tạp xuyên thay đổi -dễ dàng thay đổi 16 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa... CSDL 10 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Chức hệ QTCSDL { Quản lý liệu tồn lâu dài z z { Định nghĩa liệu Quản lý lưu trữ Truy xuất liệu cách hiệu... 12 Vũ Tuyết Trinh, b/m Các hệ thống thông tin, khoa CNTT, ĐHBKHN Nhập môn sở liệu Sự trừu tượng hố liệu Khung nhìn n Khung nhìn Mức khung nhìn (ngồi) mơ tả cách mà người sử dụng nhìn thấy liệu