KỸ THUẬT PHẦN MỀM ỨNG DỤNG CHƯƠNG 3: CƠ SỞ DỮ LIỆU

Đặc điểm của CSDL Là tập hợp dữ liệu liên quan được lưu trên các bộ nhớ ngoài Có một tập các chương trình ứng dụng được chạy với các dữ liệu này và thậm chí dùng để truyền đi xa.y

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Viện điện tử viễn thông

Bộ môn Điện tử và kỹ thuật máy tính

3.1.1 Khái niệm cơ bản về cơ sở dữ liệu

3.1.2 Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu

là tập hợp những dữ liệu lưu trữ có liên quan với nhau, cùng phục

vụ các nhu cầu của nhiều người sử dụng của một hay nhiều tổ

ềchức, nghĩa là tập hợp nhiều bảng khác nhau và có liên quan với nhau

Đặc điểm của CSDL

Là tập hợp dữ liệu liên quan được lưu trên các bộ nhớ ngoài

Có một tập các chương trình ứng dụng được chạy với các dữ liệu này và thậm chí dùng để truyền đi xa.y ậ g y

CSDL là một tổ hợp

Hệ quản trị CSDL (DBMS-DataBase Management System)

HQTCSDL là một hệ thống phần mềm cho phép tạo lập cơ sở dữ

HQTCSDL là một hệ thống phần mềm cho phép tạo lập cơ sở dữ liệu và điều khiển mọi thao tác trên các cơ sở dữ liệu đó dựa trên một tập các quy luật dàng buộc và điều khiển dữ liệu

Trang 2

b Các phần tử trong hệ thống CSDL

2010-2011

c Ưu điểm của CSDL

Giảm sự dư thừa dữ liệu cần lưu trữ

Có thể tránh được những xung đột về dữ liệu được lưu trữ

Có thể dùng chung dữ liệu đã được lưu trữ

Có thể chuẩn hoá dữ liệu giúp đơn giản hoá các vấn đề về bảo hành và trao đổi dữ liệu giữa các lần cài đặt

hành và trao đổi dữ liệu giữa các lần cài đặt

Có thể áp dụng các phương pháp bảo mật với dữ liệu

Duy trì được sự thống nhất dữ liệu để đảm bảo CSDL chỉ chứa dữ liệu chính xác

liệu chính xác

Có thể cân đối được các đòi hỏi xung đột nhau

Dữ liệu là độc lập, độc lập với cấu trúc bộ nhớ, với phương pháp

l t ữ à tiế ậ thô tilưu trữ và tiếp cận thông tin

Đảm bảo quy tắc toàn vẹn dữ liệu

2010-2011

Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ

Theo mặt cắt dọc

Không gian làm việc

Không gian làm việc Không gian

làm việc

* Lược đồ ngoài (External Schema) Mô hình ngoài B

(Khung nhìn B)

Mô hình ngoài A (Khung nhìn A)

Mô hình khái niệm (Conceptual model)

Lược đồ khái niệm Hệ quản trị

Cơ sở dữ liệu (DBMS)

Mức ngoài liên quan đến cách nhìn, quan niệm của từng

người sử dụng CSDL vì vậy còn gọi là "khung nhìn"

Có nhiều "cách nhìn ở mức ngoài" khác nhau Mỗi cách nhìn g

(mỗi khung nhìn) bao gồm sự biểu diễn trừu tượng của một phần nào đó của CSDL.

Hầu hết những người sử dụng không quan tâm đến tổng thể toàn bộ CSDL mà chỉ quan tâm đến một phần riêng biệt nào

đó của CSDL

Trang 3

a) Các mức của kiến trúc (tiếp)

Mức khái niệm

ố

Mức khái niệm cho phép ta định nghĩa một cách nhìn thống

nhất cho người sử dụng

"Cách nhìn ở mức khái niệm" bao gồm sự biểu diễn trừu ệ g ự

tượng của tổng thể toàn bộ CSDL.

Thực chất đây là mức logic của toàn bộ CSDL

Mức trong (còn gọi là mức vật lý)

Mức trong rất gần với cách lưu trữ trong bộ nhớ máy tính.

CSDL vật lý (CSDL ở mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một ậ ý ( ậ ý) ệp ệ ộ

cấu trúc nào đó được lưu trên các thiết bị nhớ ngoài

Liên hệ với cấu trúc lưu trữ ngoài

Dữ liệu hiện có trong CSDL gọi là "thể hiện" của CSDL ệ ệ g gọ ệ

Mặc dù dữ liệu có thể thay đổi trong một chu kỳ thời gian nào đó nhưng "bộ khung" của CSDL vẫn không thay đổi

Khái niệm "lược đồ" (schema)

Lược đồ cơ sở dữ liệu nó đơn giản chỉ là cấu trúc hoặc thiết kế của CSDL – hay nói cách khác nó chỉ là bộ y ộ khung của của CSDL mà chưa có bất kỳ dữ liệu nào.

(Query) (Data operations)

Một số khái niệm: Phần xử lý truy vấn

(Query Processor)

Phần quản lý lưu trữ

Phần quản lý giao dịch (Transaction Management)

Trang 4

3.1.3 Các loại mô hình dữ liệu cơ bản

Các khái niệm

Mô hình dữ liệu

Sự hình thức hóa toán học với tập hợp các ký hiệu để mô tả và tập ự ọ ập ợp ý ệ ập

các phép toán được dùng để thao tác đối với các dữ liệu

Một số mô hình dữ liệu cơ bản sẽ giới thiệu

Mô hình quan hệ (Relational Model): q ệ ( )

Mô hình này dựa trên cơ sở khái niệm lý thuyết tập hợp của các quan

hệ, tức là tập các k-bộ với k cố định.

Mô hình phân cấp (Hierarchical Model):

Mô hình dữ liệu là một cây, trong đó các nút biểu diễn biểu diễn các

tập thực thể, các nút con và nút cha được liên hệ theo một mối quan

hệ xác định.

Mô hình mạng (Network Model):

Mô hình được biểu diễn là một đồ thị có hướng.

Ngôn ngữ con dữ liệu

Tập các phép toán được cung cấp để thao tác dữ liệu

2010-2011

Tập các phép toán được cung cấp để thao tác dữ liệu

a Mô hình quan hệ (Relational Data Model) Hình 3.2 Dữ liệu mẫu trong dạng quan hệ

Part Mặt hàng

P P# PNAME COLOR WEIGHT CITY

S1 P3 400 S2 P1 300 S2 P2 400

Part - Mặt hàng

P2 Bolt Green 17 Paris P3 Screw Blue 17 Rome

S2 P2 400 S3 P2 200

2010-2011

P4 Screw Red 14 London

a Mô hình quan hệ (Relational Data Model)

Nhận xét qua ví dụ:

1. Tóm tắt sự tương ứng giữa các khái niệm

Quan hệ (Relation) Bộ (Tuple) Thuộc tính (Attribute)

Tệp (File) Bản ghi (Record) Trường (Field)

Bảng (Table) Hàng (Row) Cột (Column)

Mỗi bảng trong ba bảng trên giống như một tệp tuần tự

truyền thống (Sequential File)

Tuy nhiên có các sự khác biệt đáng kể giữa các bảng này và

các tệp tuần tự truyền thống

Mỗi bảng là một trường hợp riêng của cấu trúc được biết

đến trong toán học - đó là "quan hệ" g ọ q ệ

a Mô hình quan hệ (Relational Data Model)

Miền là một tập các giá trị mà từ đó các giá trị thực sự sẽ xuất hiện trên các cột của bảng

xuất hiện trên các cột của bảng

Bản thân miền có thể không được ghi nhận một cách tường minh như là một tập các giá trị thực sự trong cơ sở dữ liệu nhưng nó được định nghĩa trong lược đồ khái niệm và có tênnhưng nó được định nghĩa trong lược đồ khái niệm và có tên riêng của mình

Một đặc điểm nổi bật của cấu trúc dữ liệu quan hệ là các mối

kết nối giữa các bộ (các hàng) được biểu thị chặt chẽ bởi các giá trị dữ liệu trong các cột được rút ra từ một miền chung

Trang 5

a.Mô hình quan hệ (Relational Data Model)

3. Bảng là dạng thống nhất

Thực tế, tất cả các thông tin trong cơ sở dữ liệu - các thực

thể (entities) và các mối kết nối (associations) - được biểu

thể (entities) và các mối kết nối (associations) được biểu

diễn trong một dạng thống nhất được gọi là bảng

Như sẽ thấy sau này, đặc tính này không có trong cấu trúc

4. Mô hình quan hệ có sự thống nhất trong tập các phép toán

Theo quan điểm của người sử dụng ngôn ngữ con dữ liệu

- Theo quan điểm của người sử dụng, ngôn ngữ con dữ liệu tập các phép toán được cung cấp để thao tác dữ liệu trong dạng quan hệ - là rất quan trọng

sự thống nhất trong cách biểu diễn dữ liệu dẫn đến sự thống nhất tương ứng trong tập các phép toán

Điều này đối nghịch với các cấu trúc phức tạp khác (như cấu trúc phân cấp, cấu trúc mạng) mà ở đó thông tin có thể được biểu diễn trong một vài cách khác nhau và do đó cần đến một số tập các phép toán p p p

Để hiểu hơn về vấn đề này, sau đây chúng ta sẽ xét giải

thuật cho hai câu hỏi đối xứng nhau (Hình 3.1.3 tiếp theo)

2010-2011

4. Mô hình quan hệ có sự thống nhất trong tập các phép

toán (tiếp)

Hình 3 1 3 : Hai giải thuật đối xứng nhau cho hai câu hỏi đối

Hình 3.1.3 : Hai giải thuật đối xứng nhau cho hai câu hỏi đối

có số hiệu S2.

5. Không có dị thường xảy ra đối với thao tác lưu trữ cơ bản

Trang 6

b Mô hình phân cấp (Hierarchical Data Model)

Hình 3.4 Mô hình dữ liệu mẫu trong dạng phân cấp

P1 Nut Red 12 London P2 Bolt Gree 17 Paris

S

2 Jones 10 Paris 400S3 Blake 30 Paris 200

P3 Screw Blue 17 Rome

P4 Screw Red 14 London P4 Screw Red 14 London S

Kiểu dữ liệu của thực thể đóng vai trò như một gốc (root)

Để xác định chính xác các cây (gốc, chiều đi ) thi cần phải

có một bản thiết kế tổng thể về dữ liệu của các thực thể, các mối liên kết

2010-2011

b Mô hình phân cấp (Hierarchical Data Model)

2. Trong mô hình phân cấp, các thực thể và các mối kết

nối không được biểu diễn trong một dạng thống nhất

Trong mô hình quan hệ tương ứng đã xét ở trên chúng ta có

Trong mô hình quan hệ tương ứng đã xét ở trên, chúng ta có

ba tệp dữ liệu đơn giản

Tương tự như vậy, ta có thể đặt mô hình phân cấp của Hình

3.1.4 tương ứng với một tệp dữ liệu chứa các bản ghi được

sắp xếp thành bốn cây riêng biệt

Tuy nhiên cần lưu ý là tệp như vậy có cấu trúc phức tạp các

bảng ở mô hình quan hệ rất nhiều

3. Ngôn ngữ con dữ liệu phức tạp hơn so với ngôn ngữ con dữ liệu của mô hình quan hệ

Trong cách nhìn phân cấp của dữ liệu bất kỳ bản ghi phụ

Trong cách nhìn phân cấp của dữ liệu, bất kỳ bản ghi phụ thuộc đã cho nào cũng chỉ mang ý nghĩa đầy đủ khi nó được xét trong một ngữ nghĩa nào đó

quan hệ (Hình 3.1.5).

Trang 7

Hình 3.5 Hai câu hỏi mẫu đối với mô hình phân cấp.

Hai giải thuật khác nhau cho hai câu hỏi đối xứng

Q1: Tìm các số hiệu hãng cung cấp hiện

Q2: Tìm các số hiệu mặt hàng đang được cung

Mặc dù hai câu hỏi gốc là đối xứng nhưng hai giải thuật

tương ứng trên Hình 3.1.5 thì không đối xứng (ngược lại với

mô hình quan hệ) )

Đây là nhược điểm chủ yếu của cách tiếp cận phân cấp vì

nó dẫn đến sự phức tạp không cần thiết cho người sử dụng

Điều này có nghĩa là các chương trình sẽ trở nên phức tạp

Điều này có nghĩa là các chương trình sẽ trở nên phức tạp hơn sự thực cần thiết và hậu quả là việc viết chương trình,

gỡ rối và bảo trì sẽ đòi hỏi ở người lập trình nhiều thời gian hơn cần thiết

hơn cần thiết

2010-2011

4. Tồn tại các dị thường đối với các thao tác lưu

Hình 3.6 Dữ liệu mẫu trong mô hình mạng

S1 Smith 20 London 300

P1 Nut Red 12 London

P2 B lt G 17 P i

200

P2 Bolt Green 17 Paris

P3 Screw Blue 17 Rome

Trang 8

Nhậ é í d

Nhận xét qua ví dụ:

1. Cũng như trong mô hình phân cấp, dữ liệu được biểu hiện thông

qua các bản ghi (record) và các mối kết nối (link)

Ngoài các kiểu bản ghi biểu diễn nhà cung cấp và các mặt hàng,

còn có kiểu bản ghi thứ ba: các kết nối (link or connector)

Tất cả các thể hiện kết hợp đối với một hãng cung cấp đều đặt

trong một chuỗi mà điểm bắt đầu và kết thúc chuỗi đều ở tại đó

Tương tự, tất cả các thể hiện kết hợp đối với một mặt hàng đã cho

đều đặt trong một chuỗi được bắt đầu và kết thúc tại chính nó

Như vậy, mỗi mối kết hợp được xuất hiện trên đúng hai chuỗi:

một chuỗi hãng cung cấp và

một chuỗi mặt hàng

Cấu trúc bên trong của tệp cho mô hình mạng phức tạp hơn cho

mô hình phân cấp

2010-2011

2. Mô hình mạng (Hình 3.6) đối xứng hơn mô hình phân cấp (Hình 3.4), tuy nhiên, các thủ tục này phức tạp hơn

so với cả 2 mô hình quan hệ và mô hình phân cấp

Q1: Tìm các số hiệu hãng cung cấp hiện đang cung cấp mặt Q2: Tìm các số hiệu mặt hàngđang được cung cấp bởi hãng cấp hiện đang cung cấp mặt

hàng có số hiệu P2.

đang được cung cấp bởi hãng cung cấp có số hiệu S2.

2010-2011

3. Không có các dị thường xảy ra đối với các thao tác

lưu trữ cơ bản:

Phép Chèn (Insert):

Phép xoá (Delete):

Phép thay đổi (Update)

4. Nhược điểm chính của mô hình mạng là sự phức tạp, phức tạp từ cấu trúc của chính mô hình đến ngôn ngữ

con dữ liệu có liên quan đến nó

Nguồn gốc của sự phức tạp này nằm ở khối lượng thông tin

về cấu trúc của mô hình dữ liệu này y

Thông tin phải bao gồm hai phần:

• bản ghi

• mối liên kết mối liên kết

Các cấu trúc dữ liệu này rất gần với cấu trúc bộ nhớ

Trang 9

Tính độc lập dữ liệu là "tính bất biến của các hệ ứng dụng

đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiến lược truy

cập"

Phân loại mức độ độc lập

Theo sơ đồ kiến trúc của hệ thống CSDL

(Hình 3.1.1) cho thấy có hai mức "độc lập dữ liệu":

Có thể ầ thiết hải th đổi l đồ khái iệ h thê

• Có thể cần thiết phải thay đổi lược đồ khái niệm như thêm thông tin các loại khác nhau của các thực thể hoặc bớt, xoá các thông tin về các thực thể đang tồn tại trong CSDL

Độ lậ dữ liệ ở ứ l i

Độc lập dữ liệu ở mức logic

• Việc thay đổi lược đồ khái niệm không làm ảnh hưởng tới các lược đồ con đang tồn tại, do đó không cần thiết phải ổ

thay đổi các chương trình ứng dụng => độc lập dữ liệu mức logic

• Lược đồ vật lý có thể thay đổi do người quản trị CSDL mà

không cần thay đổi lược đồ con

Độc lập dữ liệu ở mức vật lý

• Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu trúc

dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính toán của các chương trình ứng dụng nhưng

Trang 10

3.1.6 Kết luận

Sự khác nhau giữa ba loại mô hình đã xét (mô hình

quan hệ, mô hình phân cấp, mô hình mạng):

Thể hiện ở cách thức cho phép người sử dụng quan sát và

thao tác các kết nối

Mô hình quan hệ có nhiều ưu điểm và được nhiều

ả người quan tâm hơn cả vì:

Mô hình dữ liệu quan hệ có tính độc lập dữ liệu cao

Mô hình dữ liệu quan hệ dễ sử dụng

Điều quan trọng hơn cả, mô hình quan hệ được hình thức hoá

toán học tốt, do đó được nghiên cứu phát triển và cho được

Lược đồ (Schema): Lược đồ cơ sở dữ liệu đơn giản chỉ là cấu trúc hoặc thiết

kế của CSDL hay nói cách khác nó chỉ là bộ khung của của CSDL mà chưa có

kế của CSDL – hay nói cách khác nó chỉ là bộ khung của của CSDL mà chưa có bất kỳ dữ liệu nào Ví dụ: DMSV(MASV,Ho_ten,Ngay_Sinh,Diach_chi,Qu_quan).

Phụ thuộc hàm (Functional dependency - FD): Cho một lược đồ quan hệ

R(A1 A2 A3 An) và hai tập X Y khác rỗng là tập con của tập các thuộc của R R(A1,A2,A3, ,An) và hai tập X,Y khác rỗng là tập con của tập các thuộc của R, nghia là X,Y là tập con của tập các thuộc tính A= {A1,A2,A3, ,An} Khi đó ta nói tập các thuộc tính Y phụ thuộc vào tập các thuộc tính X khi va chỉ khi ứng với mỗi bộ giá trị của X trong R luôn xác định được rõ ràng bộ giá trị của Y tại mọi mỗi bộ giá trị của X trong R luôn xác định được rõ ràng bộ giá trị của Y tại mọi thời điểm

Ví dụ:

NHANVIEN PHONGBAN

TrPhong TenPB

MaPB Diachi

NgSinh MaNV

TenNV NHANVIEN_PHONGBAN

2010-2011

MaPB → {TenPB, TrPhong} MaNV → MaPB

MaNV → TenNV

3.2.1 Các khái niệm (tiếp)

Phụ thuộc hàm đầy đủ (Full FD): X -> Y là phụ thuộc hầm đầy đủ củaY vào X

nếu không có tập con Z nào của X mà Z -> Y

Ph th ộ hà iê hầ h bộ hậ ( ti l FD)

Phụ thuộc hàm riêng phần hay bộ phận (partial FD):

Là phụ thuộc hàm không đầy đủ.

Y là phụ thuộc hàm riêng phần vào X (trong pth X->Y) nếu có tập con của X mà p ụ ộ g p ( g p ) ập

TenNV SoGio MaDA MaNV

NVIEN_DUAN PTH đầy đủ

FD2 FD3 PTH bộ phận

Bao đóng của tập phụ thuộc hàm: F là tập phụ thuộc hàm trên R

F = {MaNV → TenNV, MaPB → {TenPB, TrPhong}, MaNV → MaPB}.

∀r ∈ R thỏa mãn F và MaNV → {TenPB, TrPhong} cũng đúng với r thì MaNV → {TenPB, TrPhong} gọi là được suy diễn từ F.

Bao đóng của F, ký hiệu F + , gồm

F và

Tất cả các PTH được suy diễn từ F.

F gọi là đầy đủ nếu F = F +

Luật suy diễn: Luật suy diễn dùng để suy diễn một PTH mới từ một tập PTH

cho trước.

Trang 11

Hệ luật suy diễn Armstrong

Có một số loại khóa như sau:

Siêu khóa (Super Keys).

Khóa ứng viên (Candidate Kyes).

Khóa chính (Primary Kyes).

Khóa nói chung (Keys).

Khóa ngoại.

3.2.2 Khóa (tiếp)Siêu khóa

Là một hay một tập các cột xác định duy nhất một hàng trong bảng

SK là siêu khóa của R khi với mọi t1, t2 thuộc bất kỳ thể hiện r của R ta luôn có t1[SK] ≠ t2[SK]

SK là siêu khóa củaR <=> SK xác định hàm mọi thuộc tính của

R (SK > R)

R (SK -> R).

Ví dụ: Ta có lược đồ DMDV(MaSV, SoCMTND, Ho_ten_sv,

Ngay_Sinh, Dia_chi, Que_quan) Ta có thể có siêu khóa sau

(DMDV(MaSV, SoCMTND, Ho_ten_sv), khi đó một khóa nói

chung là thành phần tối thiểu của siêu khóa.

Tiêu đề	Cơ sở dữ liệu
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện Tử và Kỹ Thuật Máy Tính
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2010-2011
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	729,49 KB