Cơ sở dữ liệu

Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
5
1 Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Trong nhiều năm gần đây, thuật ngữ Cơ sở dữ liệu - Database đã trở nên quen
thuộc trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng tin học vào quản lý ngày càng nhiều và đa
dạng, hầu hết các lĩnh vực kinh tế, xã hội… đều đã ứng dụng các thành tựu mới của tin
học vào phục vụ công tác chuyên môn của mình. Chính vì lẽ đó mà ngày càng nhiều
người quan tâm đến thiết kế, xây dựng và ứng dụng cơ sở dữ liệu (CSDL).
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là cơ sở dữ liệu và các khái
niệm liên quan đến nó. Trước hết, chúng ta sẽ tìm hiểu lý do tại sao cần phải quản lý
dữ liệu bằng CSDL?
1.1 Tại sao phải có một cơ sở dữ liệu
Hệ thống các tệp tin cổ điển
Cho đến nay vẫn còn một số đơn vị kinh tế, hành chính sự nghiệp… sử dụng
mô hình hệ thống các tệp tin cổ điển: chúng được tổ chức riêng rẽ, phục vụ cho một
mục đích của một đơn vị hay một đơn vị con trực thuộc cụ thể.
- Ưu điểm:
Việc xây dựng hệ thống các tệp tin riêng tại từng đơn vị quản lý ít tốn thời gian
bởi khối lượng thông tin cần quản lý và khai thác là nhỏ, không đòi hỏi đầu tư vật chất
và chất xám nhiều, do đó triển khai ứng dụng nhanh.
Thông tin được khai thác chỉ phục vụ mục đích hẹp nên khả năng đáp ứng
nhanh chóng, kịp thời.
- Nhược điểm:
Thông tin được tổ chức riêng rẽ ở nhiều nơi nên việc cập nhật dễ làm mất tính
nhất quán dữ liệu.
Hệ thống thông tin được tổ chức thành các hệ thống file riêng lẻ nên thiếu sự
chia sẻ thông tin giữa các nơi.
Qua phân tích trên, chúng ta nhận thấy việc tổ chức dữ liệu theo hệ thống tệp
tin hoàn toàn không phù hợp với những hệ thống thông tin lớn. Việc xây dựng một hệ
thống thông tin đảm bảo được tính nhất quán dữ liệu, đáp ứng được nhu cầu khai thác
đồng thời của nhiều người là thực sự cần thiết.
1.2 Định nghĩa một cơ sở dữ liệu
1.2.1 Khái niệm
CSDL và công nghệ CSDL đã có những tác động to lớn trong việc phát triển sử
dụng máy tính. Có thể nói rằng CSDL ảnh hưởng đến tất cả các nơi có sử dụng máy
tính:
Kinh doanh (thông tin về sản phẩm, khách hàng, … )
Giáo dục (thông tin về sinh viên, điểm, )
Thư viện (thông tin về tài liệu, tác giả, độc giả…)
Y tế (thông tin về bệnh nhân, thuốc….)…
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
6
Như vậy, cơ sở dữ liệu là gì?
CSDL là tập hợp các dữ liệu có cấu trúc và liên quan với nhau được lưu trữ trên
máy tính, được nhiều người sử dụng và được tổ chức theo một mô hình.
Ví dụ:
Danh bạ điện thoại là một ví dụ về CSDL.
- Là các thông tin có ý nghĩa
- Là tập hợp các thông tin có cấu trúc.
- Các thông tin này có liên quan với nhau và có thể hệ thống được.
Trong khái niệm này, chúng ta cần nhấn mạnh, CSDL là tập hợp các thông tin
có tính chất hệ thống, không phải là các thông tin rời rạc, không có liên quan với nhau.
Các thông tin này phải có cấu trúc và tập hợp các thông tin này phải có khả năng đáp
ứng nhu cầu khai thác của nhiều người sử dụng một cách đồng thời. Đó cũng chính là
đặc trưng của CSDL.
1.2.2 Ưu điểm

Từ khái niệm trên, ta thấy rõ ưu điểm nổi bật của CSDL là:
Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất và do đó đảm bảo được tính
nhất quán và toàn vẹn dữ liệu (Cấu trúc của cơ sở dữ liệu được định nghĩa một lần.
Phần định nghĩa cấu trúc này gọi là meta-data, và được Catalog của HQTCSDL lưu
trữ).
Đảm bảo sự độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng (Insulation between
programs and data): Cho phép thay đổi cấu trúc, dữ liệu trong cơ sở dữ liệu mà không
cần thay đổi chương trình ứng dụng.
Trừu tượng hoá dữ liệu (Data Abstraction): Mô hình dữ liệu được sử dụng để
làm ẩn lưu trữ vật lý chi tiết của dữ liệu, chỉ biểu diễn cho người sử dụng mức khái
niệm của cơ sở dữ liệu.
Nhiều khung nhìn (multi-view) cho các đối người dùng khác nhau: Đảm bảo dữ
liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau. Vì yêu cầu của mỗi đối tượng sử
dụng CSDL là khác nhau nên tạo ra nhiều khung nhìn vào dữ liệu là cần thiết.
Đa người dùng (multi-user): Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều người sử
dụng và nhiều ứng dụng khác nhau.
1.2.3 Vấn đề cần giải quyết

Để đạt được các ưu điểm trên, CSDL đặt ra những vấn đề cần giải quyết. Đó là:
Tính chủ quyền của dữ liệu: Do tính chia sẻ của CSDL nên chủ quyền của
CSDL dễ bị xâm phạm.
Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng: Do có nhiều
người được phép khai thác CSDL nên cần thiết phải có một cơ chế bảo mật và phân
quyền hạn khai thác CSDL.
Tranh chấp dữ liệu: Nhiều người được phép cùng truy cập vào CSDL với
những mục đích khác nhau: Xem, thêm, xóa hoặc sửa dữ liệu. Cần phải có cơ chế ưu
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
7
tiên truy cập dữ liệu hoặc giải quyết tình trạng xung đột trong quá trình khai thác cạnh
tranh. Cơ chế ưu tiên có thể được thực hiện bằng việc cấp quyền (hay mức độ) ưu tiên
cho từng người khai thác.
Đảm bảo dữ liệu khi có sự cố: Việc quản lý dữ liệu tập trung có thể làm tăng
nguy cơ mất mát hoặc sai lệnh thông tin khi có sự cố mất điện đột xuất hoặc đĩa lưu
trữ bị hỏng. Một số hệ điều hành mạng có cung cấp dịch vụ sao lưu ảnh đĩa cứng (cơ
chế sử dụng đĩa cứng dự phòng - RAID), tự động kiểm tra và khắc phục lỗi khi có sự
cố. Tuy nhiên, bên cạnh dịch vụ của hệ điều hành, để đảm bảo an toàn cho CSDL, nhất
thiết phải có một cơ chế khôi phục dữ liệu khi có sự cố xảy ra.
1.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management
System_DBMS)
1.3.1 Ví dụ
Như chúng ta đã biết, kích thước và độ phức tạp của CSDL rất khác nhau.
Ví dụ:
Danh bạ điện thoại của một quốc gia, một thành phố chứa tới hàng triệu số và
những thông tin cần thiết về khách hàng.
Trong trường đại học có tới hàng ngàn sinh viên. Nhà trường phải quản lý tất cả
những thông tin liên quan đến sinh viên như: tên, ngày sinh, quê quán, địa chỉ, kết quả
học tập…
Xét một Ví dụ về CSDL quản lý tài liệu và độc giả trong thư viện quốc gia. Giả
sử rằng có 100 triệu cuốn sách, mỗi cuốn sách cần lưu 10 thông tin liên quan, mỗi
thông tin chứa tối đa 400 kí tự thì CSDL sẽ phải có tối thiểu 100 *10
6 *
400 *10 kí tự
(bytes). Như vậy, dung lượng bộ nhớ cần dùng là: 100 *10
6 *
400 *10= 400 GB.
Ta thấy, bộ nhớ cũng là vấn đề cần phải được giải quyết. Tuy nhiên, vấn đề
quan trọng hơn ở đây lại là cách thức tổ chức dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu để phục
vụ cho việc truy cập, tìm kiếm, cập nhật,….nhanh chóng và an toàn hơn.
Việc tổ chức dữ liệu như thế nào được thực hiện thông qua Hệ quản trị cơ sở dữ
liệu(HQTCSDL).
Vậy hệ quản trị cơ sở dữ liệu (HQTCSDL) là gì?
1.3.2 Khái niệm.

HQTCSDL là tập hợp các phần mềm cho phép định nghĩa các cấu trúc để lưu
trữ thông tin trên máy, nhập dữ liệu, thao tác trên các dữ liệu đảm bảo sự an toàn và bí
mật của dữ liệu.
Định nghĩa cấu trúc: Định nghĩa cấu trúc CSDL bao gồm việc xác định kiểu
dữ liệu, cấu trúc và những ràng buộc cho dữ liệu được lưu trữ trong CSDL.
Nhập dữ liệu: Là việc lưu trữ dữ liệu vào các thiết bị lưu trữ trung gian được
điều khiển bằng HQTCSDL.
Thao tác dữ liệu: thao tác trên CSDL bao gồm những chức năng như truy xuất
cơ sở dữ liệu để tìm kiếm thông tin cần thiết, cập nhật cơ sở dữ liệu và tổng hợp những
báo cáo từ dữ liệu.
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
8
1.4 Hệ thống cơ sở dữ liệu (Database System)
Là phần mềm HQTCSDL cùng với dữ liệu của bản thân cơ sở dữ liệu đó.

Hình 1.1. Môi trường hệ thống cơ sở dữ liệu đơn giản
1.5 Các đối tượng sử dụng CSDL
Đối với các cơ sở dữ liệu nhỏ, mang tính cá nhân như lịch làm việc, danh bạ
điện thoại cá nhân… thì chỉ cần một người để tạo ra và thao tác trên nó. Tuy nhiên,
đối với các CSDL lớn như: quản lý tài chính của ngân hàng nhà nước, điều hành các
chuyến bay cho các sân bay quốc tế… cần phải có rất nhiều người tham gia thiết kế,
xây dựng, bảo trì CSDL và hàng trăm người sử dụng. Trong phần này, chúng ta tìm
hiểu xem ai là người thao tác với CSDL hàng ngày. Và trong phần sau, chúng ta xem
xét những người không trực tiếp tham gia một CSDL cụ thể, họ là người duy trì môi
trường hệ thống CSDL.
1.5.1 Đối tượng trực tiếp

1.5.1.1 Quản trị cơ sở dữ liệu
Trong những tổ chức có nhiều người cùng sử dụng chung một nguồn dữ liệu thì
nhất thiết phải có một người đứng đầu quản lý, chịu trách nhiệm đối với nguồn dữ liệu
này. Đó chính là người quản trị cơ sở dữ liệu (Database Administrators _ DBA ).
DBA có nhiệm vụ tổ chức nội dung của cơ sở dữ liệu, tạo và phân quyền cho
người sử dụng, đưa ra yêu cầu về phần cứng và phần mềm… nếu cần thiết. DAB chịu
trách nhiệm bảo vệ an toàn, Backup thông tin…khi có sự cố.
1.5.1.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu
Người thiết kế CSDL chịu trách nhiệm:
- Xác định những dữ liệu nào cần lưu trữ trong CSDL
- Lựa chọn những cấu trúc thích hợp để biểu diễn và lưu trữ những dữ liệu
này.
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
9
- Phỏng vấn tất cả những người sử dụng CSDL sau này để hiểu được những
yêu cầu của họ đối với CSDL
- Tiến hành phân tích thiết kế hệ thống sau khi thống nhất được tất cả các
yêu cầu của người sử dụng
1.5.1.3 Người sử dụng cuối
Người sử dụng cuối là những người truy cập CSDL để:
- Truy vấn
- Cập nhật
- Thống kê, báo cáo
1.5.1.4 Phân tích hệ thống và Lập trình ứng dụng
Phân tích hệ thống để định rõ những yêu cầu của người sử dụng cuối cùng,
thống nhất để đưa ra khung nhìn cho từng đối tượng người sử dụng, quản lý các giao
tác (transactions)…
Lập trình ứng dụng:
- Thực hiện các yêu cầu thông qua lập trình bằng những ngôn ngữ phù hợp
- Chạy thử chương trình (test)
- Chữa lỗi và gỡ rối chương trình (debug)
- Viết tài liệu, hướng dẫn sử dụng.
- Bảo trì hệ thống
1.5.2 Đối tượng gián tiếp

Ngoài những đối tượng trực tiếp tham gia vào một CSDL cụ thể như đã nói ở
trên, còn có một đội ngũ những người phân tích, phát triển, và thực hiện tạo ra môi
trường hệ thống và phần mềm của hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Những người này không
trực tiếp thao tác trên một hệ quản trị CSDL nào cụ thể. Họ là:
- Người phân tích và thực hiện tạo ra hệ thống của HQTCSDL
- Những nhà phát triển hệ công cụ (Tool developers)
- Người kiểm thử và bảo trì hệ thống
1.6 Lợi ích của việc sử dụng HQTCSDL
- Hạn chế dư thừa dữ liệu.
- Ngăn cản truy cập dữ liệu bất hợp pháp (bảo mật và phân quyền sử dụng).
- Cung cấp khả năng lưu trữ lâu dài cho các đối tượng và cấu trúc dữ liệu.
- Cho phép suy dẫn dữ liệu (từ dữ liệu này suy ra dữ liệu khác) sử dụng
Rules.
- Cung cấp giao diện đa người dùng.
- Cho phép biểu diễn mối quan hệ phức tạp giữa các dữ liệu.
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
10
- Đảm bảo ràng buộc toàn vẹn dữ liệu (Enforcing Integrity Constraints).
- Cung cấp thủ tục sao lưu và phục hồi (backup và recovery)
Chương 2. NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
11
2
Chương 2. NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC CỦA
HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU

2.1
Mô hình dữ liệu, lược đồ và trường hợp (Data Models,
Schemas, Instances)

Một trong những đặc điểm cơ bản của cơ sở dữ liệu là cung cấp một số mức độ
trừu tượng hoá dữ liệu bằng cách làm ẩn đi cách thức tổ chức dữ liệu- cái mà hầu hết
người dùng không cần biết đến.
Mô hình dữ liệu (Data Model): Là một tập những khái niệm dùng để biểu diễn
cấu trúc của cơ sở dữ liệu-cung cấp những điều kiện cần thiết để đạt được mức độ trừu
tượng dữ liệu. Cấu trúc dữ liệu bao gồm kiểu dữ liệu (data types) và mối quan hệ giữa
các dữ liệu (relationships) và những ràng buộc (constraints) mà cơ sở dữ liệu phải tuân
theo.
Hầu hết mô hình dữ liệu đều có một tập hợp các thao tác cơ bản (basic
operations) để truy vấn và cập nhật dữ liệu.
- Thao tác chung (generic operations): Thêm (insert), Xoá (delete), Sửa
(modify), Truy cập (retrieve)
- Thao tác do người dùng định nghĩa (user-defined operations)
2.1.1 Phân loại mô hình dữ liệu

Có rất nhiều mô hình dữ liệu đã được đưa ra, chúng ta có thể phân loại chúng
theo những kiểu khái niệm mà họ đã dùng để biểu diễn cấu trúc cơ sở dữ liệu. Mô hình
dữ liệu được chia làm 3 loại sau:
a. Mô hình khái niệm (Conceptual (high-level, semantic) data models):
Cung cấp những khái niệm gần gũi với đa số người sử dụng, mô hình này chỉ ra
cái gì được đưa vào để quản lý. Mô hình này là phương tiện để những người phân tích
thiết kế giao tiếp với người sử dụng, nhằm thu thập thông tin, xác định đúng đắn và
đầy đủ yêu cầu của hệ thống.
Mô hình này sử dụng cấu trúc dữ liệu là: thực thể (entity), thuộc tính (attribute)
và mối liên kết (relationship)
b. Mô hình dữ liệu vật lý (Physical (low-level, internal) data models):
Cung cấp những khái niệm để biểu diễn chi tiết cách thức dữ liệu được lưu trữ
trong máy tính. Mô hình này chỉ ra định dạng bản ghi (record formats), thứ tự sắp xếp
các bản ghi (record ordering) và đường dẫn để truy cập dữ liệu (access paths).
c. Mô hình dữ liệu thể hiện (Implementation (record-oriented) data models):
Mô tả các dữ liệu bằng cách sử dụng những ký pháp tương ứng với mô hình dữ
liệu mà một hệ quản trị cơ sở dữ liệu sử dụng.
Các loại mô hình cơ sở dữ liệu thể hiện:
c1. Mô hình phân cấp

Chương 2. NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
12
Mô hình CSDL phân cấp được biểu diễn dưới dạng cây và các đỉnh của cây là
các bản ghi. Các bản ghi liên kết với nhau theo mối quan hệ cha-con.
- Một cha có nhiều con
- Một con chỉ có một cha
Ví dụ:







Hình 2.1. Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp
Ưu điểm:
- Thể hiện dễ dàng quan hệ 1-N.
- Việc phân chia dữ liệu dễ thể hiện, đảm bảo an toàn dữ liệu
- Tính độc lập của chương trình và các dữ liệu được đảm bảo
Nhược điểm:
- Không thể hiện được mối quan hệ M-N
- Trong một hệ thống phân cấp, dữ liệu được tổ chức như trên dẫ đến khó
sửa đổi dữ liệu.
c2. Mô hình mạng

Cấu trúc cơ bản trong mô hình mạng là những tập hợp và mỗi tập hợp có bản
ghi là bản ghi chủ và một số bản ghi thành viên. Mỗi thành viên có thể thuộc về nhiều
tập hợp.
Ví dụ:







Hình 2.2. Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu mạng
PHÒNG
DỰ ÁN NHÂN VIÊN
PHỤ VIỆC KỸ NĂNG
TRANGTHIẾT BỊ
PHÒNG
DỰ ÁN NHÂN VIÊN
PHỤ VIỆC KỸ NĂNG
TRANGTHIẾT BỊ
PHÒNG
DỰ ÁN NHÂN VIÊN
PHỤ VIỆC KỸ NĂNG
TRANGTHIẾT BỊ
Chương 2. NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
13

Ưu điểm:
- Dễ thể hiện mối liên kết M-N
- Kiểu truy cập dữ liệu mềm dẻo hơn kiểu phân cấp
Nhược điểm:
- Việc sửa đổi số liệu khó khăn.
- Với những lập trình viên, việc thiết kế CSDL khó.
c3. Mô hình quan hệ

Trong mô hình quan hệ, các dữ liệu được biểu diễn ở dạng các bảng với các
dòng và các cột.
Trong mô hình quan hệ không có một cấu trúc vật lý nào của dữ liệu mô tả sự
kết nối giữa các bảng. Thay vào đó, sự kết nối giữa các bảng được mô tả logic bằng
các giá trị được lưu trữ trong các dòng của bảng. Chẳng hạn trong hình dưới đây,
thuộc tính ProCode(Mã tỉnh) được lưu trong cả 2 bảng PROVINCE và bảng
STUDENT, giá trị chung này cho phép người dùng liên kết được 2 bảng.
PROVINCE
ProCode

ProName
04

Hà Nội

08

Tp Hồ Chí Minh

… …

STUDENT
StdNo

StdName

StdBird ProCode
TD001

AA

9/16/1979

04

TD002

BB

6/19/1979

08

… … … ….

Hình 2.3. Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ

c4. Mô hình hướng đối tượng

Trong mô hình hướng đối tượng, các thuộc tính dữ liệu và các thao tác trên các
dữ liệu này được bao gói trong một cấu trúc gọi là đối tượng.
Chương 2. NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
PHẦN I – CƠ SỞ DỮ LIỆU
14
Đối tượng có thể chứa các dữ liệu phức hợp như văn bản, hình ảnh, tiếng nói và
hình ảnh động. Một đối tượng có thể yêu cầu hoặc xử lý dữ liệu từ một đối tượng khác
bằng việc gửi đi một thông báo đến đối tượng đó. Mô hình hướng đối tượng biểu diễn
một sơ đồ mới để lưu trữ và thao tác dữ liệu. Từ một đối tượng có thể sinh ra một đối
tượng khác.

Hình 2.4. Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

2.1.2 Lược đồ(Schema) , minh hoạ (instances), và trạng thái (State)

Lược đồ cơ sở dữ liệu (Database Schema): là biểu diễn của cơ sở dữ liệu, bao
gồm cấu trúc cơ sở dữ liệu và những ràng buộc trên dữ liệu.
Sơ đồ của lược đồ cơ sở dữ liệu (Schema Diagram): Là lược đồ cơ sở dữ liệu
được biểu diễn thông qua sơ đồ.
Ví dụ:
















PHONG

NHANVIEN
TRANG BỊ
NHANVIE
N

PHONG
TRANGBI

PHONG
LUONGGI
O
LUONGTH
schema construct

Xem chi tiết: Cơ sở dữ liệu