Tổng quan về thiết kế cơ sở dữ liệu

2 LỜI MỞ ĐẦU Mô hình dữ liệu mối quan hệ thực thể ER cho phép chúng ta mô tả dữ liệu liên quan đến một doanh nghiệp trong thế giới thực dưới dạng các đối tượng và mối quan hệ của chúng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

BÀI TẬP LỚN

CƠ SỞ DỮ LIỆU

Đào Ngọc Thủy – B19DCVT400

Vũ Thị Hương Vi – B19DCVT428 Trần Ngọc Minh – B19DCVT259

Hà Nội - 2022

1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

2.1 Tổng quan về thiết kế cơ sở dữ liệu 3

2.1.1 Giới hạn mô hình 3

2.2: Các thực thể, thuộc tính và tập thực thể 5

2.3 Mối quan hệ và tập quan hệ 6

2.4 Các tính năng bổ sung của chế độ ER 9

2.4.1 Các khóa ràng buộc 9

2.4.2 Các ràng buộc khi tham gia 11

2.4.3 Thực thể yếu 12

2.4.4 Cấu trúc phân cấp lớp 14

2.4.5 Tổng hợp 16

LỜI CẢM ƠN 18

2

LỜI MỞ ĐẦU

Mô hình dữ liệu mối quan hệ thực thể (ER) cho phép chúng ta mô tả dữ liệu liên quan đến một doanh nghiệp trong thế giới thực dưới dạng các đối tượng và mối quan hệ của chúng và được sử dụng rộng rãi để phát triển thiết kế cơ sở dữ liệu ban đầu Trong chương này, chúng tôi giới thiệu mô hình ER và thảo luận về cách các tính năng của nó cho phép ta mô hình hóa nhiều loại dữ liệu một cách trung thực

Mô hình ER quan trọng chủ yếu đối với vai trò của nó trong thiết kế cơ sở dữ liệu Nó cung cấp các khái niệm hữu ích cho phép ta chuyển từ mô tả không chính thức về những

gì người dùng muốn từ cơ sở dữ liệu của họ sang mô tả chi tiết và chính xác hơn, có thể được triển khai trong DBMS Chúng tôi bắt đầu với tổng quan về thiết kế cơ sở dữ liệu trong Phần 2.1 để thức đẩy cuộc thảo luận của ta về mô hình ER Trong bối cảnh lớn hơn của quá trình thiết kế tổng thể, mô hình ER được sử dụng trong một giai đoạn được gọi là thiết kế cơ sở dữ liệu khái niệm Sau đó, chúng tôi giới thiệu mô hình ER trong các Phần 2.2, 2.3 và 2.4

Chúng tôi lưu ý rằng nhiều biến thể của sơ đồ ER đang được sử dụng và không có tiêu chuẩn nào được chấp nhận rộng rãi Phần trình bày trong chương này là đại diện cho ta các mô hình ER và bao gồm một loạt các tính năng phổ biến nhất

3

2.1 Tổng quan về thiết kế cơ sở dữ liệu

Quá trình thiết kế cơ sở dữ liệu có thể được chia thành sáu bước Mô hình ER phù hợp nhất với ba bước đầu tiên:

1 Phân tích nhu cầu: Bước đầu tiên trong việc thiết kế một ứng dụng cơ sở dữ liệu

là hiểu dữ liệu nào sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, những ứng dụng nào phải được xây dựng trên đó và những hoạt động nào thường xuyên nhất và tùy thuộc vào các yêu cầu về hiệu suất Nói cách khác, chúng ta phải tìm ra những gì người dùng muốn từ cơ sở dữ liệu

Công cụ thiết kế cơ sở dữ liệu: Các công cụ thiết kế có sẵn từ các nhà cung cấp RDBMS cũng như các nhà cung cấp bên thứ ba Đặc biệt, Sybase và Oracle có các bộ công cụ thiết kế và phân tích toàn diện Xem URL sau để biết chi tiết về các công cụ của Sybase: http://www.sybase.com/products/application_tools Phần tiếp theo cung cấp thông tin chi tiết về các công cụ của Oracle:

Đây thường là một quá trình thông thường bao gồm các cuộc thảo luận với các nhóm người dùng, nghiên cứu về môi trường hoạt động hiện tại và cách nó dự kiến sẽ thay đổi, phân tích bất kỳ tài liệu có sẵn nào về các ứng dụng hiện có mà

cơ sở dữ liệu dự kiến sẽ được thay thế hoặc bổ sung, v.v Một số phương pháp luận đã được đưa ra để tổ chức và trình bày thông tin thu thập được trong bước này và một số công cụ tự động đã được phát triển để hỗ trợ quá trình này

2 Thiết kế cơ sở dữ liệu khái niệm: Thông tin thu thập được trong bước phân tích

nhu cầu được sử dụng để phát triển mô tả cấp cao về dữ liệu được lưu trữ trong

cơ sở dữ liệu, cùng với các ràng buộc được biết để giữ dữ liệu này Bước này thường được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình ER, hoặc một mô hình dữ liệu mức cao tương tự và được thảo luận trong phần còn lại của chương này

3 Thiết kế cơ sở dữ liệu logic: Chúng ta phải chọn một DBMS để thực hiện thiết

kế cơ sở dữ liệu của mình và chuyển thiết kế cơ sở dữ liệu khái niệm thành một lược đồ cơ sở dữ liệu trong mô hình dữ liệu của DBMS đã chọn Chúng ta sẽ chỉ xem xét các quan hệ DBMS và do đó, nhiệm vụ trong bước thiết kế logic là chuyển đổi một lược đồ ER thành một lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ Chúng ta thảo luận chi tiết về bước này trong Chương 3; kết quả là một lược đồ khái niệm, đôi khi được gọi là lược đồ logic, trong mô hình dữ liệu quan hệ

2.1.1 Giới hạn mô hình

Mô hình ER đôi khi được coi là một cách tiếp cận hoàn chỉnh để thiết kế một lược đồ

cơ sở dữ liệu logic Điều này không chính xác vì biểu đồ ER chỉ là một mô tả gần đúng của dữ liệu, được xây dựng thông qua đánh giá rất chủ quan về thông tin thu thập được trong quá trình phân tích nhu cầu Một phân tích cẩn thận hơn thường có thể tinh chỉnh

4

lược đồ logic thu được ở cuối Bước 3 Khi chúng ta có một lược đồ logic tốt, chúng ta phải xem xét các tiêu chí hiệu suất và thiết kế lược đồ vật lý Cuối cùng, chúng tôi phải giải quyết các vấn đề bảo mật và đảm bảo rằng người dùng có thể truy cập vào dữ liệu

họ cần, nhưng không phải dữ liệu mà chúng ta muốn giấu họ Ba bước còn lại của thiết

kế cơ sở dữ liệu được mô tả ngắn gọn dưới đây:

4 Tinh chỉnh lược đồ: Bước thứ tư trong thiết kế cơ sở dữ liệu là phân tích tập hợp

các mối quan hệ trong lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ của chúng ta để xác định các vấn đề tiềm ẩn và tinh chỉnh nó Trái ngược với các bước phân tích yêu cầu

và thiết kế khái niệm, về cơ bản là chủ quan, việc tinh chỉnh giản đồ có thể được hướng dẫn bởi một số lý thuyết dễ hiểu và vững chắc Chúng ta thảo luận về lý thuyết bình thường hóa các mối quan hệ - tái cấu trúc chung để đảm bảo một số thuộc tính mong muốn - trong Chương 15

5 Thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý: Trong bước này, chúng ta phải xem xét khối lượng

công việc dự kiến điển hình mà cơ sở dữ liệu của chúng ta phải hỗ trợ và tinh chỉnh thêm thiết kế cơ sở dữ liệu để đảm bảo rằng nó đáp ứng các tiêu chí hiệu suất mong muốn Bước này có thể chỉ liên quan đến việc xây dựng các chỉ mục trên một số bảng và phân cụm một số bảng hoặc nó có thể liên quan đến việc thiết

kế lại đáng kể các phần của lược đồ cơ sở dữ liệu thu được từ các bước thiết kế trước đó Chúng ta thảo luận về thiết kế vật lý và điều chỉnh cơ sở dữ liệu trong Chương 16

6 Thiết kế bảo mật: Trong bước này, chúng ta xác định các nhóm người dùng khác

nhau và các vai trò khác nhau của nhiều người dùng khác nhau (ví dụ: nhóm phát triển cho một sản phẩm, đại diện hỗ trợ khách hàng, giám đốc sản phẩm) Đối với mỗi vai trò và nhóm người dùng, chúng ta phải xác định các phần của cơ sở

dữ liệu mà họ có thể truy cập và các phần của cơ sở dữ liệu mà họ không được phép truy cập, đồng thời thực hiện các bước để đảm bảo rằng họ chỉ có thể truy cập vào các phần cần thiết DBMS cung cấp một số cơ chế để hỗ trợ trong bước này và chúng ta sẽ thảo luận về vấn đề này trong Chương 17

Nói chung, việc phân chia quy trình thiết kế thành các bước của chúng ta nên được coi

là sự phân loại các loại bước liên quan đến thiết kế Thực tế, mặc dù chúng ta có thể bắt đầu với quy trình sáu bước được nêu ở đây, nhưng một thiết kế cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh

có thể sẽ yêu cầu một giai đoạn điều chỉnh tiếp theo, trong đó tất cả sáu loại bước thiết

kế được xen kẽ và lặp lại cho đến khi thiết kế đạt yêu cầu Hơn nữa, chúng tôi đã bỏ qua các bước quan trọng của việc thực hiện thiết kế cơ sở dữ liệu và thiết kế và triển khai các lớp ứng dụng chạy trên DBMS Tất nhiên, trong thực tế, các bước bổ sung này có thể dẫn đến việc suy nghĩ lại về thiết kế cơ sở dữ liệu cơ bản

Các khái niệm và kỹ thuật làm nền tảng cho một DBMS quan hệ rõ ràng là hữu ích cho những người muốn triển khai hoặc duy trì phần bên trong của một hệ thống cơ sở dữ

5

liệu Tuy nhiên, điều quan trọng là phải nhận ra rằng những người dùng nghiêm túc và DBA cũng phải biết cách hoạt động của DBMS Sự hiểu biết tốt về nội bộ của hệ thống

cơ sở dữ liệu là điều cần thiết đối với người dùng muốn tận dụng đầy đủ lợi thế của DBMS và thiết kế một cơ sở dữ liệu tốt; điều này đặc biệt đúng với thiết kế vật lý và điều chỉnh cơ sở dữ liệu

2.2: Các thực thể, thuộc tính và tập thực thể

Thực thể là một đối tượng trong thế giới thực có thể phân biệt được với các đối tượng khác, ví dụ như sau: đồ chơi Green Dragonzord, bộ phận đồ chơi, người quản lý bộ phận

đồ chơi, địa chỉ nhà của người quản lý bộ phận đồ chơi Nó thường hữu ích để xác định một tập hợp các thực thể tương tự Một tập hợp như vậy được gọi là một tập thực thể Lưu ý rằng các tập thực thể không cần phải rời rạc; tập hợp nhân viên bộ phận đồ chơi

và tập thể nhân viên bộ phận thiết bị đều có thể chứa nhân viên John Doe (người làm việc ở cả hai bộ phận) Chúng ta cũng có thể xác định một tập thực thể được gọi là nhân viên chứa cả nhóm nhân viên của bộ phận đồ chơi và thiết bị

Một thực thể được mô tả bằng cách sử dụng một tập hợp các thuộc tính Tất cả các thực thể trong một tập thực thể nhất định có các thuộc tính giống nhau Lựa chọn các thuộc tính phản ánh mức độ chi tiết đại diện cho thông tin về các thực thể Ví dụ: tập thực thể nhân viên có thể sử dụng tên, số an sinh xã hội (ssn) và bãi đậu xe (lot) làm thuộc tính Trong trường hợp này, chúng ta sẽ lưu trữ tên, số an sinh xã hội và số bãi đỗ xe cho mỗi nhân viên Tuy nhiên, chúng ta sẽ không lưu trữ, chẳng hạn như địa chỉ của người lao động (hoặc giới tính hoặc tuổi tác)

Đối với mỗi thuộc tính được liên kết với một tập thực thể, chúng ta phải xác định một miền các giá trị có thể có Ví dụ: miền được liên kết với tên thuộc tính của Nhân viên

có thể là tập hợp các chuỗi 20 ký tự Một ví dụ khác, nếu công ty xếp hạng nhân viên theo thang điểm từ 1 đến 10 và lưu trữ xếp hạng trong một trường được gọi là xếp hạng, miền bao gồm các số nguyên từ 1 đến 10 Hơn nữa, đối với mỗi tập thực thể, chúng ta chọn một khóa Khóa là một tập hợp tối thiểu các thuộc tính có giá trị nhận dạng duy nhất một thực thể trong tập hợp Có thể có nhiều hơn một khóa ứng viên, chúng ta chỉ định một trong số khóa là khóa chính Bây giờ, chúng ta sẽ giả định rằng mỗi tập thực thể chứa ít nhất một tập hợp các thuộc tính xác định duy nhất một thực thể trong tập thực thể; nghĩa là, tập hợp các thuộc tính chứa một khóa Chúng ta sẽ xem xét lại điểm này trong Phần 2.4.3

Tập thực thể nhân viên với các thuộc tính ssn, name và lot được thể hiện trong Hình 1 Tập hợp thực thể được biểu thị bằng hình chữ nhật và thuộc tính được biểu thị bằng hình bầu dục Mỗi thuộc tính trong khóa chính đều được gạch chân Thông tin miền có thể được liệt kê cùng với tên thuộc tính, nhưng ta bỏ qua điều này để giữ cho các số liệu gọn gàng Chìa khóa là ssn

6

Hình 1: Tập thực thể nhân viên

2.3 Mối quan hệ và tập quan hệ

Mối quan hệ là sự liên kết giữa hai hoặc nhiều thực thể Ví dụ, chúng ta có thể có mối quan hệ là Atishoo làm việc trong khoa dược Giống như các thực thể, chúng ta có thể muốn thu thập một tập hợp các mối quan hệ tương tự thành một tập quan hệ

(Để tránh nhầm lẫn, chúng tôi sẽ giả định rằng tên thuộc tính không lặp lại trên các tập thực thể Đây không phải là một hạn chế thực sự vì chúng ta luôn có thể sử dụng tên tập hợp thực thể để giải quyết những điều không rõ ràng nếu giống nhau tên thuộc tính được

sử dụng trong nhiều tập thực thể.)

Hình 2.1 Tập thực thể Nhân viên

Một tập quan hệ có thể được coi là một tập hợp n-bộ:

e1,…,en|e1E1,…,enEn Mỗi n-bộ biểu thị một mối quan hệ liên quan đến n thực thể từ e1 đến en, trong đó thực thể ei nằm trong tập thực thể Ei Trong Hình 2.2, chúng ta chỉ ra tập quan hệ Làm_việc,

7

trong đó mỗi mối quan hệ chỉ ra một bộ phận mà nhân viên làm việc Lưu ý rằng một số tập quan hệ có thể liên quan đến các tập thực thể giống nhau Ví dụ, chúng ta có một tập quan hệ Quản Lí liên quan đến Nhân Viên và Phòng Ban

Hình 2.2 Tập quan hệ Làm_việc Một mối quan hệ cũng có thể có các thuộc tính mô tả Các thuộc tính mô tả được sử dụng để ghi lại thông tin về mối quan hệ, chứ không phải về bất kỳ một thực thể tham gia nào; ví dụ, chúng ta có thể muốn ghi lại rằng Atishoo làm việc trong khoa dược kể

từ tháng 1 năm 1991 Thông tin này được ghi lại trong Hình 2.2 bằng cách thêm một

thuộc tính, kể_từ_khi, vào Làm Việc Một mối quan hệ phải được xác định duy nhất bởi

các thực thể tham gia, không tham chiếu đến các thuộc tính mô tả Ví dụ, trong tập quan

hệ Làm Việc, mỗi mối quan hệ Làm việc phải được xác định duy nhất bằng sự kết hợp của Nhân viên ssn và Phòng bandid Do đó, đối với một cặp nhân viên-bộ phận nhất định, chúng ta không thể có nhiều hơn một giá trị kể từ được liên kết

Sự thể hiện của tập quan hệ là một tập hợp các mối quan hệ Một cách trực quan, một

sự thể hiện có thể được coi như là "ảnh chụp nhanh" mối quan hệ tại một thời điểm nào

đó Một thể hiện của tập hợp quan hệ Làm Việc được thể hiện trong Hình 2.3 Mỗi thực thể Nhân viên được ký hiệu bằng ssn, và mỗi thực thể Phòng ban được ký hiệu bằng did

Mô hình Mối quan hệ-Thực thể

Giá trị kể_từ_khi được hiển thị bên cạnh mỗi mối quan hệ (Các nhận xét ‘nhiều - nhiều’

và ‘tổng số tham gia’ trong hình sẽ được thảo luận sau, khi chúng ta thảo luận về các ràng buộc toàn vẹn.)

8

Hình 2.3 Một ví dụ về các hoạt động trong mối quan hệ Một ví dụ khác về sơ đồ ER, giả sử rằng mỗi bộ phận có văn phòng ở một số địa điểm

và chúng ta muốn ghi lại các vị trí mà mỗi nhân viên làm việc Mối quan hệ này là bậc

ba vì chúng ta phải ghi lại mối liên kết giữa một nhân viên, một bộ phận và một vị trí Biểu đồ ER cho biến thể này của Làm Việc, mà chúng tôi gọi là Làm Việc 2, được thể hiện trong Hình 2.4

Hình 2.4 Tập hợp mối quan hệ bậc ba Các tập thực thể tham gia vào một tập quan hệ không cần phải khác biệt; đôi khi một mối quan hệ có thể liên quan đến hai thực thể trong cùng một tập thực thể Ví dụ, hãy xem xét tập quan hệ Báo Cáo được trình bày trong Hình 2.5 Vì nhân viên báo cáo cho các nhân viên khác nên mọi mối quan hệ trong Báo Cáo đều có dạng (emp1, emp2), trong đó cả emp1 và emp2 đều là các thực thể trong Nhân viên Tuy nhiên, chúng đóng các vai trò khác nhau: emp1 báo cáo cho nhân viên quản lý emp2, được phản ánh trong các chỉ số vai trò người giám sát và cấp dưới trong Hình 2.5 Nếu một tập thực thể đóng nhiều hơn một vai trò, chỉ báo vai trò được nối với một tên thuộc tính từ tập thực thể sẽ cung cấp cho chúng ta một tên duy nhất cho mỗi thuộc tính trong tập hợp quan hệ Ví

9

dụ: tập hợp quan hệ Báo Cáo có các thuộc tính tương ứng với ssn của người giám sát và ssn của cấp dưới, và tên của các thuộc tính này là Người giám sát ssn và Cấp dưới ssn

Hình 2.5 Tập quan hệ Báo Cáo

2.4 Các tính năng bổ sung của chế độ ER

Bây giờ chúng ta xem xét một số cấu trúc trong mô hình ER cho phép chúng ta mô tả một số thuộc tính tinh tế của dữ liệu Biểu hiện của mô hình ER là một lý do lớn cho việc sử dụng rộng rãi của nó

2.4.1 Các khóa ràng buộc

Xem xét mối quan hệ “Việc Làm” được thể hiện trong hình 2.2 Một nhân viên có thể làm việc trong nhiều phòng ban, và một phòng ban có thể có nhiều nhân viên, như được minh họa trong ví dụ “Việc Làm” trong hình 2.3 Nhân viên 231-31-5368 đã làm việc trong Cục 51 từ ngày 3/3/93 và Cục 56 từ ngày 2/2/92 Cục 51 có hai nhân viên

Bây giờ hãy xem xét mối quan hệ khác được thiết lập gọi là “Người quản lý giữa Nhân viên và Phòng Ban” tổ chức thực thế sao cho mỗi phòng ban có nhiều nhất một người quản lý, mặc dù một nhân viên được phép quản lý nhiều hơn một bộ phận Hạn chế mà

mỗi phòng ban có nhiều nhất một người quản lý là một ví dụ về khóa ràng buộc, và nó

ngụ ý rằng mỗi thực thể Phòng ban xuất hiện trong nhiều nhất một mối quan hệ Người quản lý trong bất kỳ trường hợp Người quản lý nào được phép Hạn chế này được chỉ ra trong sơ đồ ER của Hình 2.6 bằng cách sử dụng một mũi tên từ Bộ phận đến Người quản

lý Một cách trực quan, mũi tên cho biết rằng đối với một thực thể Phòng ban, chúng ta

có thể xác định duy nhất mối quan hệ Người quản lý mà nó xuất hiện