Cơ sở dữ liệu _ Đại học Điện lực

1. 1. T Tạ ại i sao sao c cầ ần n ph phả ải i c có ó m mộ ột t CSDL? CSDL? H Hệ ệ th thố ống ng c cá ác c t tậ ập p tin tin c cổ ổ đi điể ển n : : • • Đư Đượ ợc c t tổ ổ ch chứ ức c riêng riêng r rẽ ẽ, , ph phụ ục c v vụ ụ m mộ ột t m mụ ục c đ đí ích ch hay hay m mộ ột t b bộ ộ ph phậ ận n n nà ào o đ đó ó c củ ủa a doanh doanh nghi nghiệ ệp p. . • • Như Nhượ ợc c đi điể ểm m: : T Tí ính nh ph phụ ụ thu thuộ ộc c gi giữ ữa a chương chương tr trì ình nh v và à d dữ ữ li liệ ệu u . . Lưu Lưu tr trữ ữ tr trù ùng ng l lặ ặp p d dữ ữ li liệ ệu u Vi Việ ệc c chia chia s sẻ ẻ d dữ ữ li liệ ệu u b bị ị h hạ ạn n ch chế ế T Tố ốn n th thờ ời i gian gian xây xây d dự ựng ng Chi Chi ph phí í cho cho b bả ảo o tr trì ì chương chương tr trì ình nh l lớ ớn n

B ài 1 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

1 Tại sao cần phải có một CSDL?

- Hệ thống các tập tin cổ điển :

• Được tổ chức riêng rẽ, phục vụ một mục đích hay một

bộ phận nào đó của doanh nghiệp.

• Nhược điểm:

- Tính phụ thuộc giữa chương trình và dữ liệu

- Lưu trữ trùng lặp dữ liệu

- Việc chia sẻ dữ liệu bị hạn chế

- Tốn thời gian xây dựng

- Chi phí cho bảo trì chương trình lớn

3 Cơ sở dữ liệu là gì?

 ĐN: CSDL là một tập hợp các dữ liệu có cấu trúc

về một tổ chức nào đó được lưu trữ trên các thiết

bị lưu trữ thông tin thứ cấp như băng từ, đĩa từ,

 Mục đích: Nhằm thoả mãn nhu cầu khai thác

thông tin của một hay nhiều người sử dụng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau

 Điểm khác nhau nổi bật giữa CSDL và hệ thống File là : Các dữ liệu trong CSDL được lưu trữ tại một vị trí Với cùng một CSDL có thể được nhiều người sử dụng và phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.

 Ưu điểm của CSDL:

Tối thiểu hoá dư thừa thông tin

Tính độc lập chương trình- ứng dụng

Nâng cao tính nhất quán dữ liệu

Nâng cao tính chia sẻ dữ liệu

Nâng cao chất lượng dữ liệu

Nâng cao khả năng truy cập và trả lại dữ liệu

Giảm chi phí bảo trì chương trình

 Tính bảo mật

Tính độc lập

 Tránh sự dư thừa thông tin

 Có khả năng lưu trữ, phục hồi khi gặp sự cố

 Hiệu suất sử dụng tốt, đảm bảo chế độ ưu tiên khitruy nhập dữ liệu

Tiêu chuẩn của một CSDL:

Gồm 3 mức :

Mức ngoài : là tập tất cả các dữ liệu mà người sử dụng

cụ thể có thể nhìn thấy và được phép truy cập, là mức củangười sử dụng và các chương trình ứng dụng

Mức quan niệm : giải quyết vấn đề lưu trữ dữ liệu loại

gì, lưu trữ bao nhiêu, mối quan hệ trong CSDL và mối quan

hệ giữa các loại dữ liệu này như thế nào?

Mức trong( mức vật lý): Đây là mức lưu trữ dữ liệu Mục đích của mức này giải quyết vấn đề dữ liệu là gì, dữliệu được lưu trữ như thế nào và nhằm mục đích gì

5 Các mức biểu diễn một CSDL.

CSDL mức khái niệm

View 1

View 2

View k

CSDL mức vật lý

User 1

User 2

User k

Mức ngoài Mức trung gian Mức vật lý

View ( khung nhìn) của một user là một tập hợp tất cảcác dữ liệu mà user đó nhìn thấy, được phép truy cập vào

Hình biểu diễn Sự phân mức một CSDL

6 Tính độc lập giữa dữ liệu và

 Một CSDL là độc lập dữ liệu nếu nó có hoặc có thể cókhả năng phát triển mà không ảnh hưởng tới các hệ ứngdụng

 Tính độc lập dữ liệu là " tính bất biến của các hệ ứngdụng đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiếnlược truy nhập"

 Có hai mức độc lập dữ liệu:

 Độc lập dữ liệu mức vật lý : Có thể tổchức lại CSDL vật lý (như thay đổi các tổchức, cấu trúc dữ liệu) để làm thay đổihiệu quả tính toán của các chương trìnhứng dụng nhưng không đòi hỏi phải viếtlại chương trình ứng dụng.

 Độc lập dữ liệu mức logic: Có thể

thay đổi lược đồ khái niệm như thêm, xoá , bớt thông tin của các thực thể

đang tồn tại trong CSDL nhưng không

làm ảnh hưởng tới các lược đồ con, do

đó không cần phải viết lại các chương

trình ứng dụng

II Hệ quản trị CSDL

1 Khái niệm

- Là một phần mềm điều khiển mọi truy

nhập đối với CSDL Nó giúp người sử dụng

có thể dùng được hệ thống mà không cầnquan tâm tới thuật toán chi tiết hoặc biểudiễn dữ liệu trong máy

- Mỗi hệ QT CSDL được cài đặt dựa trên

mô hình dữ liệu cụ thể và hỗ trợ tối đa chongười dùng thực hiện các thao tác trên

đó

- VD : FOXPRO, ACCESS, ORACLE, v.v

2.Tính năng của hệ QTCSDL:

 Tạo cấu trúc lưu trữ dữ liệu trên

Ngôn ngữ giao tiếp với người sử dụng: Gồm :ngôn ngữ

mô tả , thao tác , truy vấn và quản lý dữ liệu

- Từ điển dữ liệu : là một CSDL của hệ QT CSDL sử dụng

để lưu trữ cấu trúc CSDL, các thông tin bảo mật, bảo đảm

an toàn dữ liệu và các cấu trúc ngoài

- Các biện pháp bảo mật

- Cơ chế giải quyết tranh chấp dữ liệu Các biện pháp:

+ Cấp quyên ưu tiên cho NSD + Đánh dấu yêu cầu truy xuất, phân chia thời gian, người nào yêu cầu trước thì có quyền truy xuất trước

- Cơ chế phục hồi, sao lưu dữ liệu khi

Bài 2 NHỮNG CÁCH TIẾP CẬN MỘT CSDL

Mô hình dữ liệu là sự trừu tượng hoá

môi trường thực, nó là biểu diễn dữ liệu ởmức quan niệm

Mỗi loại mô hình dữ liệu đặc trưng chomột cách tiếp cận dữ liệu khác nhau của

những nhà phân tích thiết kế CSDL

Một số loại mô hình dữ liệu phổ biến :

1 Mô hình dữ liệu quan hệ

hệ, tức là tập các bộ giá trị

2 Cách tiếp cận theo mô hình dữ liệu

mạng

Mô hình dữ liệu mạng (lưới) là mô hìnhđược biểu diễn bởi một đồ thị có hướng

 Loại mẫu tin (Record Type): là mẫu đặc

trưng cho từng loại đối tượng riêng biệt, đượcbiểu diễn bởi một hình chữ nhật

 Loại liên hệ ( Set Type): là sự liên kết

giữa một loại mẫu tin chủ với một loại mẫu tin thành viên, được biểu diễn bởi một hình bầudục

 Sự liên kết giữa 2 loại mẫu tin được thểhiện bởi các cung có hướng đi từ loại mẫu tin chủ tới loại liên hệ và từ loại liên hệ tới loại

mẫu tin thành viên

 Trong loại liên kết, cần chỉ ra số

 1-1

 1-n

 n-1

 Đệ quy

1-1

Hình 3 Mô hình dữ liệu mạng ( Network Model)

3 Mô hình dữ liệu phân cấp

Mô hình dữ liệu phân cấp là một cây ( Tree) trong đó mỗi nút của cây biểu diễn một thực thể, giữa nút con và nút cha được liên hệ với nhau theo một mối quan hệ xác định.

 Loại mẫu tin : Giống trong mô hình mạng

 Loại liên hệ : Kiểu liên hệ là phân cấp, theo cách:

Mẫu tin thành viên chỉ đóng vai trò thành viên

của một mối liên hệ duy nhất, tức là thuộc mộtchủ duy nhất

- Như vậy, mối liên hệ từ mẫu tin chủ tới các mẫu tin thành viên là 1-n, và từ mẫu tin thành viên tới mẫu tin chủ là 1-1.

- Giữa hai loại mẫu tin chỉ tồn tại một mối liên hệ duy nhất

NK 1

HỘ2

…

HỘ 1

4 Mô hình dữ liệu hướng đối tượng

Bài 3 Mô hình quan hệ của E.F Codd

I Khái quát chung

Mô hình quan hệ :

• Biểu thị dữ liệu trong một CSDL như một tập các quan

hệ

• Một quan hệ là một bảng các giá trị gồm các dòng và các cột.

• Mỗi dòng trong bảng là một tập các giá trị có liên quan đến nhau, biểu thị một sự kiện tương ứng với một thực thể hay một mối quan hệ tương ứng với thế giới thực

VD: Quan hệ :

SINH_VIEN (Ma SV, Hoten, Nam sinh, DiaChi, Diem)

t3 8

Tây Hồ 1985

Hoàng Hà 003

t2 10

Ba Đình 1980

Minh Tuấn 002

t1 9

Hoàn Kiếm

1986 Ngọc Anh

001

Điem Diachi

Namsinh Hoten

Mã SV

II Các khái niệm của mô hình quan hệ

1 Thuộc tính :

• Mỗi đối tượng quản lý đều có các đặc tính riêng biệt, gọi

là các thuộc tính Kí hiệu các thuộc tính là A, B, C, A1, A2,

• VD: Mã sinh viên, họ tên, quê quán, ngày sinh,

• Các thuộc tính được đặc trưng bởi một tên gọi, kiểu giá trị, miền giá trị của chúng

2 Lược đồ quan hệ :

Một lược đồ quan hệ được đặc trưng bởi tên lược đồ và một tập hữu hạn các thuộc tính U={A1, A2, , An} Lược đồ R với tập thuộc tính là U= { A1, A2, An} được kí hiệu là R(U) hay R ( A1, A2, An).

3 Miền giá trị :

- Là tập hợp các giá trị nguyên tử mà thuộc tính có thểnhận

- Để đặc tả một miền, người ta dùng:

tên miền, một kiểu dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu

VD: Miền Mã SV là tập hợp các dãy kí tự có độ dài từ 5

ki tự Miền Điểm là tập các giá trị số thuộc [0 10]

4 Quan hệ :

 Một quan hệ trên một tập thuộc tính là một tậpcon của tích Desscartes cuả một hay nhiều miền

Cho một quan hệ r xác định trên tập thuộc

tính ={ A1, A2, ,An}

Khi đó r  Dom(A1) x Dom(A2) x x Dom(An), trong đó Dom(Ai ) là miền của thuộc

 Có thể quan niệm quan hệ là một bảng haichiều, mỗi cột là một thuộc tính thường gọi là

trường, mỗi dòng là một bộ n

VD: Quan hệ R= {(di1,di2, ,din ) / i=1 m}

An

A2

A1

dmn

d22

d21

d1n

d12

d11

 Một số chú ý :

- Các tập D1= Dom ( A1), , Dn=Dom ( An)

là tập các miền trị của R

- n được gọi là bậc của quan hệ r

- M được gọi là lực lượng của r

- Quan hệ bậc 1 là quan hệ nhất nguyên, quan hệ bậc hai là quan hệ nhị nguyên, quan hệbậc n là qua hệ n nguyên

 Các tính chất dặc trưng của một quan hệ.

• Một quan hệ có một tên phân biệt với các quan hệ khác

• Mỗi ô trong bảng quan hệ chứa một giá trị nguyên tố

• Mỗi thuộc tính trong một quan hệ có một tên phân biệt

• Các giá trị của một thuộc tính thuộc cùng một miền

• Thứ tự của các thuộc tính, các bộ là không quan trọng

• Các bộ trong quan hệ là phân biệt

VD: Quan hệ TKB( Ngày, tiết thứ, môn, phòng, GV}

là một quan hệ 5 ngôi

t3 Hoàng Hà

200 CSDL

3 26/3

t2 Minh Tuấn

102 NN

2 25/3

t1 Ngọc Anh

202 CSB2

1 24/3

GV Phòng

Môn Tiết thứ

Ngày

t1 (24/3, 1, CSB2, 202, Ngoc Anh)= t1(R)

 Chú ý : Các khái niệm tương đương

(Fox)(SQL-Access)

(NN ĐSQH)

Bản ghiDòng

Bộ

TrườngCột

Thuộc tính

TệpBảng

Quan hệ

4 Khoá và siêu khoá

a Siêu khoá

• Siêu khoá của một quan hệ R là một tập hợp gồmmột hay nhiều thuộc tính của lược đồ R có tính chất xác

định duy nhất một bộ trong mỗi thể hiện của R

• Nếu SK là siêu khoá của R=< ,F> thì SK   vàtrong một quan hệ bất kỳ của lược đồ R không thể có hai

bộ khác nhau nhưng có cùng một giá trị trên SK

• Mỗi quan hệ có ít nhất một siêu khoá, đó là - tập tất

cả các thuộc tính của quan hệ

• Mọi tập con của  chứa một siêu khoá cũng là siêukhoá

Khoá của một lược đồ quan hệ R là một siêu khoá

của lược đồ này sao cho mọi tập con thực sự của nó

không là siêu khoá

Như vậy, một khoá là một siêu khoá tối thiểu hiểutheo nghĩa, đó là một siêu khoá mà chúng ta không thể bỏbớt thuộc tính nào ra khỏi nó mà vẫn giữ được tính chấtxác định duy nhất cho mỗi bộ

VD: Xét quan hệ SINH_VIEN

- Các siêu khoá : {Mã SV, Họ tên} hay {Mã SV, ngày

sinh, điểm,},

- Khoá : {Mã SV}

•- Một lược đồ quan hệ có nhiều hơn một khoá, khi đómỗi khoá được gọi là một khoá dự tuyển.

• Thông thường có một khoá dự tuyển được chọn làm

khoá chính Ta nên chọn khoá dự tuyển có một thuộctính hoặc có ít thuộc tính nhất làm khoá chính

• Khoá chính là khóa được dùng để nhận diện một bộtrong quan hệ do đó các giá trị của các bộ ở các thuộctính trong khoá chính không được null

• Thuộc tính khoá : là các thuộc tính có tham gia vàomột khoá ( khoá dự tuyển hay khoá chính)

• Ngược lại, thuộc tính không tham gia vào một khoánào gọi là thuộc tính không khoá.

VD: Quan hệ KHOA

- Quan hệ trên có 3 khoá dự tuyển là { Mã khoa}, {

Tên khoa}, {Điện thoại } Người ta thường chọn Mã khoa làm khoá chính Như vậy, thuộc tính không khoá

chỉ còn là : Địa chỉ và Chủ nhiệm khoa

Nguyễn AnhA3

04.768343

CNTTSPCN

Hoài NamA4

04.768945

VănSPV

Nguyễn AnhA3

04.768459

ToánSPT

Chủ nhiệm

khoa

Địa chỉ

Điện thoại

Tên khoa Mã

khoa

c Khoá ngoài :

Một tập thuộc tính K là khoá ngoài của một quan hệ

r nếu K không là khoá chính của quan hệ r nhưng lại

là khoá chính của một quan hệ khác

VD: Có hai quan hệ:

SINHVIEN (Mã SV, Tên SV, , Mã lớp)LOP( Mã lớp, Tên lớp, )

Mã lớp là khoá ngoài của quan hệ SINHVIEN

Bài 4 Đại số quan hệ

I Đại số quan hệ

Đại số quan hệ là cơ sở của một ngôn ngữ bậccao để thao tác trên các quan hệ Đại số quan hệ gồm 8 phép toán cơ bản Bằng các phép toán này, ta có thể trích

dữ liệu từ một hay nhiều quan hệ để tạo ra các quan hệmới

II Các phép toán lý thuyết tập hợp

-Gọi r là quan hệ trên tập thuộc tính R={A1, ,An}.

Giả thiết rằng r là tập hữu hạn các bộ

- Khái niệm khả hợp : Hai lược đồ quan hệ R1 và

R2 được goị là khả hợp nếu có cùng bậc n và

DOM(Ai) = DOM(Bi) (1in)

- Cho hai quan hệ R1=(A1,A2, An) và

R2=(B1,B2, ,Bn) là hai quan hệ khả hợp, ta có địnhnghĩa:

1.Phép hợpHợp của hai quan hệ r và s khả hợp, kí hiệu là r  s là tập các bộ thuộc r hoặc s hoặc thuộc cả hai quan hệ.

a2 b2 c1

3 Phép trừ

Hiệu của hai quan hệ r và s khả hợp, kí hiệu là r - s

là tập các bộ thuộc r nhưng không thuộc s

Chú ý : phép giao của hai quan hệ có thể biểu diễn qua phép trừ:

r  s = r- ( r - s )

4 Tích Đề -Các

- Gọi r là quan hệ xác định trên tập thuộc tính { A1, A2, ,An} và s là quan hệ xác định trên tập thuộc tính { B1, B2, ,Bm} Tích Đề - Các

r x s của r và s là tập ( n + m ) - bộ với n thành phần đầu có dạng

một bộ thuộc r và m thành phần sau có dạng của một bộ thuộc s.

a2 b2 c2 d e f a2 b2 c2 d1 e1 f1

5 Phép chiếu

Phép chiếu trên một quan hệ thực chất là loại bỏ đi một số thuộc tính và giữ lại những thuộc tính còn lại của quan hệ đó Dạng tổng quát :  < ds_thuộc tính> (< tên quan hệ >)

  là kí hiệu phép chiếu

< ds_thuộc tính> : danh sách các thuộc tính được lấy ra

 Nếu < ds_thuộc tính > chỉ có những thuộc tính không khoá thì phép chiếu sẽ tự bỏ đi những bộ lặp.

 Phép chiếu không có tính giao hoán.

 Nếu <ds1 > < ds2> thì

<ds1>( <ds2>(R)) = <ds1>(R)

Ví dụ :

Cho quan hệ SV ( Mã SV, Họ tên, Ngày sinh, điểm) như sau :

10 004

7 003

9 002

8 001

Điểm

Mã SV

Thì phép chiếu Mã Sv, Điểm (SV) sẽ cho ta một quan hệ mới chỉ gồm hai thuộc tính là Mã SV và Điểm

10 21/6/85

Hồng Vân 004

7 25/3/87

Xuân Mai 003

9 13/4/85

Ngọc Bích 002

8 23/4/86

Trần Anh 001

Điểm Ngày sinh

Họ tên

Mã SV

DIEM( Mã SV, Điểm ) :

6 Phép chọn

Phép chọn dùng để trích chọn một tập con trong một quan hệ, các bộ được trích chọn phải thoả mãn điều kiện chọn ( Phép chọn trích ra các hàng trong quan hệ)

Dạng tổng quát :  < điều kiện > (< Tên quan hệ >)

  là kí hiệu phép chọn

 Kết quả thu được từ phép chọn là một quan hệ có danh sách thuộc tính được chỉ ra trong Tên quan hệ

Điều kiện : là các biểu thức điều kiện cần thoả mãn Các

biểu thức này được nối với nhau bằng các phép: ( phủ định ),

 (giao),  (hợp)

 Phép chọn có tính giao hoán.

7 Phép kết nối

 Phép kết nối : Dùng để kết hợp hai bộ có liên quan từ hai quan hệ thành một bộ.

Trước hết ta làm quen với khái niệm xếp cạnh nhau:

Cho bộ d =( d1, d2, ,dm) và bộ e= (e1, e2, ,

em) Phép xếp cạnh nhau được định nghĩa qua :

d  e = ( d1, d2, , dm,e1, e2, ,em).

Gọi  là một trong các phép so sánh Phép kết nội

được định nghĩa:

Phép kết nối của quan hệ r đối với thuộc tính A với quan hệ s đối với thuộc tính B được định nghĩaqua

r  s = { (t  u ) | t  r và u  s và t[A]  u[B] }

A  B

 Kết quả của phép kết nối là một quan hệ Q có ( n+m) thuộc tính, mỗi bộ trong Q thoả mãn điều kiện kết nối.

 Các bộ có giá trị rỗng tại thuộc tính kết nối

thì không xuất hiện trong kết quả của phép kết.

 Bản chất của phép kết nối là phép lấy tích

Đề - Các của hai quan hệ và chọn ra các bộ thoả mãn điều kiện kết.

Ví dụ :

r ( A B C ) s( C D E ) r  s = ( A B C C D E)

a1 1 1 1 d1 e1 a1 1 1 1 d1 e1 a2 2 1 2 d2 e2 a2 2 1 1 d1 e1 a1 2 2 3 d3 e3 a2 2 1 2 d2 e2

a1 2 2 1 d1 e1 a1 2 2 2 d2 e2

B≥ C

 Nếu điều kiện kết nối chứa phép so sánh (=) bằng thìphép kết nối được gọi là phép kết nối bằng.

 Trường hợp kết nối bằng tại thuộc tính cùng tên củahai quan hệ và một trong hai thuộc tính đó bị loại bỏ, thì phépkết nối được gọi là kết nối tự nhiên Kí hiệu là " * ".

 Biểu diễn của phép kết nối tự nhiên :

r(ABC) * s(CDE) = { t[ABCDE]/ t[ABC]  r và t[CDE ] s}

VD : với hai quan hệ r và s nêu trên thì :

r(ABC) * s(CDE) = ( A B C D E)

a1 1 1 d1 e1 a2 2 1 d1 e1 a1 2 2 d2 e2

Cơ sở dữ liệu minh hoạ

Cho một cơ sở dữ liệu Thực tập gồm 3 quan hệ sau đây:

SV( SV#, HT, NS, QUE, HL) DT(DT#, TDT, CN, KP)

SD(SV#, DT#, NTT, KM, KQ)

-Quan hệ SV chứa thông tin về các sinh viên trong một lớp của một trường đại học Trong đó:

SV# : mã số sinh viên

HT : Họ và tên sinh viên

NS : Năm sinh của sinh viên QUE: quê quán

HL : Học lực thể hiện qua điểm trung bình