Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu

Tổng quan về cơ sở dữ liệu 
Chương 1 
Nội dung trình bày 
Giới thiệu 
Hệ thống xử lý tập tin 
Các đặc điểm của CSDL 
Người sử dụng CSDL 
Các ưu điểm của CSDL 
Mô hình dữ liệu, lược đồ và thể hiện 
Kiến trúc của hệ CSDL 
Ngôn ngữ HQT CSDL 
2 
Giới thiệu (1) 
Thông tin và Dữ liệu . 
Dữ liệu là những gì có thật và có thể l ư u lại và có ý nghĩa ngầm định . 
Thông tin là những gì mang lại sự hiểu biết cho con ng ười về các hiện t ượn g, sự vật. 
Thông tin được quản lý trên máy tính thông qua các dữ liệu. 
3 
Giới thiệu (2) 
CSDL – Database 
Tập hợp các dữ liệu có liên quan với nhau. 
Ví dụ 
Danh sách tên và địa chỉ của các nhân viên. 
Danh mục sách, tạp chí, tài liệu của một thư viện. 
Tính chất 
Biểu diễn một phần thế giới thực. 
Tập hợp dữ liệu chặt chẽ về logic. 
CSDL được thiết kế, xây dựng và lưu trữ với một mục đích xác định và phục vụ cho một nhóm người và một số ứng dụng nhất định. 
4 
Giới thiệu (3) 
HQT CSDL – Database Management System 
Tập hợp các chương trình cho phép tạo và duy trì cơ sở dữ liệu trên máy tính. 
Hệ thống phần mềm giúp: 
Định nghĩa: xác định các kiểu dữ liệu, cấu trúc, ràng buộc cho dữ liệu. 
Xây dựng: lưu trữ dữ liệu vào các phương tiện lưu trữ. 
Xử lý: truy vấn, cập nhật dữ liệu và sinh các báo cáo. 
Chia sẻ: cho phép nhiều người dùng và các ứng dụng truy xuất cơ sở dữ liệu cùng lúc. 
Bảo vệ: đảm bảo an toàn hệ thống và an toàn bảo mật. 
Duy trì: dễ dàng phát triển hệ thống khi các nhu cầu thay đổi. 
5 
Giới thiệu (4) 
Hệ CSDL – Database System 
Xử lý truy vấn 
Các chương trình 
Truy xuất dữ liệu 
Định nghĩa 
CSDL 
CSDL 
Các ứng dụng 
HQT CSDL 
6 
Ví dụ về một CSDL 
SINHVIEN 
VL 
2004 
14 
Binh 
TTH 
2002 
17 
An 
Khoa 
Nam 
MaSV 
TenSV 
MONHOC 
TTH 
4 
TN220 
Toán rời rạc 
CNTT 
4 
TH103 
Cấu trúc dữ liệu 
KhoaPT 
SoTC 
MaMH 
TenMH 
2002 
1998 
Nam 
LOPHOC 
Bao 
1 
TH103 
92 
Dung 
2 
TN220 
85 
Giangvien 
Hocky 
MaMH 
MaLH 
7 
Hệ thống xử lý tập tin (1) 
Hệ thống xử lý tập tin 
Ứng dụng 1 
Ứng dụng 2 
Ứng dụng 3 
Ứng dụng 4 
Tập tin 
dữ liệu 
1 
Tập tin 
dữ liệu 
2 
Tập tin 
dữ liệu 
3 
Tập tin 
dữ liệu 
4 
8 
Hệ thống xử lý tập tin (2) 
Đặc trưng 
Tập trung xử lý riêng lẻ. 
Mỗi ứng dụng được thiết kế với nhiều tập tin dữ liệu riêng. 
Nhược điểm 
Dư thừa và trùng lặp dữ liệu. 
Không nhất quán dữ liệu. 
Khó khăn trong truy xuất dữ liệu. 
Cô lập và hạn chế chia sẻ dữ liệu. 
Gây ra 
Các vấn đề về sự tin cậy. 
Các vấn đề về truy nhập đồng thời. 
Các vấn đề về an toàn dữ liệu. 
9 
Các đặc điểm của CSDL (1) 
Tính tự mô tả của hệ CSDL 
Không chỉ chứa CSDL mà còn chứa định nghĩa đầy đủ về cấu trúc CSDL và các ràng buộc. 
Định nghĩa được lưu trong catalog của HQT CSDL. 
Cấu trúc của tập tin, kiểu và định dạng của mục dữ liệu, các ràng buộc về dữ liệu. 
Thông tin lưu trữ trong catalog gọi là siêu dữ liệu (meta-data). 
Tính độc lập giữa chương trình và dữ liệu 
Cấu trúc của CSDL được lưu trong catalog. 
10 
Các đặc điểm của CSDL (2) 
Tính trừu tượng dữ liệu 
HQT CSDL chỉ cung cấp biểu diễn về dữ liệu ở mức khái niệm và che dấu nhiều chi tiết về cách thức lưu trữ dữ liệu. 
Sự trừu tượng hóa giúp đảm bảo tính độc lập chương trình và dữ liệu. 
Sự trừu tượng hóa được thể hiện qua mô hình dữ liệu. 
Hổ trợ nhiều cách nhìn dữ liệu 
Một CSDL có nhiều người sử dụng. 
Mỗi người đòi hỏi cách nhìn (view) khác nhau về CSDL. 
Một cách nhìn là một phần của CSDL hoặc các dữ liệu được dẫn xuất từ CSDL. 
11 
Người sử dụng CSDL (1) 
Người quản trị (Database Administrator – DBA) 
Cấp quyền truy nhập. 
Điều hành và giám sát việc sử dụng. 
Yêu cầu các tài nguyên phần mềm và phần cứng khi cần. 
Người thiết kế (Database Designer) 
Chịu trách nhiệm 
Xác định dữ liệu được lưu trữ. 
Chọn cấu trúc thích hợp để biểu diễn và lưu trữ. 
Liên hệ với người dùng để nắm bắt các yêu cầu và đưa ra các thiết kế phù hợp. 
Trở thành các thành viên quản trị sau khi việc thiết kế hoàn tất. 
12 
Người sử dụng CSDL (2) 
Người sử dụng 
Người ít sử dụng 
Truy nhập cơ sở dữ liệu khi cần thiết. 
Sử dụng thành thạo ngôn ngữ truy vấn. 
Người quản lý. 
Người sử dụng thường xuyên 
Truy vấn và cập nhật dữ liệu thường xuyên. 
Sử dụng các giao tác được đóng gói. 
Nhân viên. 
Người sử dụng đặc biệt 
Thông thạo các khả năng tiện ích của HQT CSDL. 
Tự cài đặt các ứng dụng cho các yêu cầu phức tạp. 
Kỹ sư, nhà khoa học. 
13 
Người sử dụng CSDL (3) 
Kỹ sư phần mềm 
Người phân tích hệ thống 
Xác định các yêu cầu của người dùng, đặc biệt là những người sử dụng thường xuyên. 
Phát triển các đặc tả cho các giao tác được đóng gói. 
Lập trình viên 
Cài đặt các đặc tả thành các chương trình. 
Kiểm tra, gỡ lỗi, viết tài liệu và bảo trì. 
Nhóm người hổ trợ 
Thiết kế và cài đặt HQT CSDL. 
Phát triển các công cụ hổ trợ thiết kế và tăng hiệu năng. 
Vận hành và duy trì môi trường cho hệ CSDL. 
14 
Các ưu điểm của CSDL 
Kiểm soát sự dư thừa dữ liệu. 
Chia sẻ dữ liệu giữa nhiều người dùng. 
Hạn chế truy nhập không được phép. 
Cung cấp các cấu trúc lưu trữ hiệu quả cho xử lý truy vấn. 
Cung cấp tiện ích sao lưu và phục hồi dữ liệu. 
Cung cấp nhiều giao diện. 
Đảm bảo các ràng buộc toàn vẹn. 
Các ưu điểm khác 
Khả năng chuẩn hóa. 
Rút ngắn thời gian phát triển ứng dụng. 
Dễ dàng thay đổi các cấu trúc dữ liệu. 
Tiện cho việc cập nhật thông tin. 
Lợi ích về kinh tế. 
15 
Mô hình dữ liệu (1) 
Tập hợp các khái niệm mô tả cấu trúc CSDL và các ràng buộc mà CSDL phải tuân theo. 
Các thao tác dữ liệu 
Thao tác cơ bản. 
Thao tác do người dùng định nghĩa. 
Phương tiện để trừu tượng hóa dữ liệu. 
Công cụ giao tiếp giữa những người sử dụng cơ sở dữ liệu. 
16 
Mô hình dữ liệu (2) 
Mô hình mức cao (mức khái niệm) 
Cung cấp các khái niệm gần gũi với người sử dụng. 
Mô hình thực thể liên kết, mô hình đối tượng. 
Mô hình mức thấp (mức vật lý) 
Cung cấp các khái niệm mô tả chi tiết cách thức lưu dữ liệu trong máy tính. 
Mô hình cài đặt 
Cung cấp các khái niệm mà người dùng có thể hiểu và gần với cách dữ liệu được tổ chức trên máy tính. 
Mô hình quan hệ, mô hình mạng 
17 
Mô hình mạng 
SINHVIEN 
KETQUA 
MONHOC 
LOPHOC 
DIEUKIEN 
SINHVIEN_DIEM 
MONHOC_MO 
MONHOC_SAU 
MONHOC_TRUOC 
LOPHOC_DIEM 
18 
Mô hình phân cấp 
SINHVIEN 
KETQUA 
MONHOC 
LOPHOC 
DIEUKIEN 
19 
Mô hình thực thể liên kết 
SINHVIEN 
MONHOC 
LOPHOC 
TenSV 
MaSV 
Nam 
Khoa 
TenMH 
MaMH 
SoTC 
KhoaPT 
Diem 
Giangvien 
Nam 
Hocky 
MaLH 
Hoc 
Mo 
Dieukien 
Monhoc_Truoc 
Monhoc_Sau 
(0,n) 
(1,n) 
(0,n) 
(1,1) 
(0,n) 
(0,n) 
20 
Mô hình quan hệ 
MaSV 
TenSV 
Nam 
Khoa 
SINHVIEN 
MaMH 
TenMH 
SoTC 
KhoaPT 
MONHOC 
MaLH 
MaMH 
Nam 
Hocky 
Giangvien 
LOPHOC 
MaSV 
MaLH 
Diem 
KETQUA 
MaMH 
MaMHTruoc 
DIEUKIEN 
21 
Lược đồ và thể hiện (1) 
Lược đồ CSDL (Database Schema) 
Các mô tả của CSDL. 
Được biểu diễn bằng sơ đồ lược đồ. 
Khoa 
Nam 
TenSV 
MaSV 
SINHVIEN 
KhoaPT 
SoTC 
TenMH 
MaMH 
MONHOC 
Hocky 
Giangvien 
Nam 
MaMH 
MaLH 
LOPHOC 
Diem 
MaLH 
MaSV 
KETQUA 
MaMHTruoc 
MaMH 
DIEUKIEN 
22 
Lược đồ và thể hiện (2) 
Thể hiện CSDL (Database Instance) 
Dữ liệu được lưu trong CSDL tại một thời điểm xác định. 
Còn gọi là trạng thái của CSDL. 
Trạng thái ban đầu. 
Trạng thái hợp lệ. 
SINHVIEN 
VL 
2004 
14 
Binh 
TTH 
2002 
17 
An 
Khoa 
Nam 
MaSV 
TenSV 
MONHOC 
TTH 
4 
TN220 
Toán rời rạc 
CNTT 
4 
TH103 
Cấu trúc dữ liệu 
KhoaPT 
SoTC 
MaMH 
TenMH 
2002 
1998 
Nam 
LOPHOC 
Bao 
1 
TH103 
92 
Dung 
2 
TN220 
85 
Giangvien 
Hocky 
MaMH 
MaLH 
23 
Kiến trúc của hệ CSDL (1) 
Kiến trúc 3 lược đồ 
Mục đích: 
Độc lập chương trình và dữ liệu. 
Hổ trợ nhiều mức nhìn dữ liệu của người sử dụng. 
Sử dụng catalog để lưu các mô tả CSDL. 
Gồm 3 mức 
Mức trong. 
Mô tả cấu trúc lưu trữ vật lý. 
Mức khái niệm. 
Mô tả cấu trúc về CSDL cho cộng đồng người dùng. 
Mức ngoài. 
Mô tả phần CSDL mà một nhóm người sử dụng quan tâm. 
24 
Kiến trúc của hệ CSDL (2) 
Lược đồ khái niệm 
Mức khái niệm 
Mức ngoài 
Lược đồ trong 
Mức trong 
Khung nh ìn 1 
Khung nh ìn 2 
Khung nh ìn n 
... 
ánh xạ ngoài 
ánh xạ trong 
25 
Kiến trúc hệ CSDL (3) 
Độc lập dữ liệu 
Khả năng thay đổi lược đồ ở một mức mà không phải thay đổi lược đồ ở mức cao hơn kế tiếp. 
Độc lập logic 
Khả năng thay đổi lược đồ khái niệm mà không phải thay đổi các lược đồ ngoài hoặc các chương trình ứng dụng. 
Độc lập vật lý 
Khả năng thay đổi lược đồ trong mà không phải thay đổi lược đồ khái niệm. 
26 
Ngôn ngữ HQT CSDL 
Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu (Data Definition Language – DDL) 
Định nghĩa lược đồ khái niệm. 
Ngôn ngữ định nghĩa lưu trữ (Storage Definition Language – SDL) 
Định nghĩa lược đồ trong. 
Ngôn ngữ định nghĩa khung nhìn (View Definition Language - VDL) 
Định nghĩa các lược đồ ngoài. 
Hầu hết HQT CSDL dùng DDL để định nghĩa cả lược đồ trong và các lược đồ ngoài. 
Được dùng bởi người quản trị và người thiết kế cơ sở dữ liệu. 
Ngôn ngữ thao tác dữ liệu (Data Manipulation Language - DML) 
Truy xuất và cập nhật dữ liệu. 
DML cấp cao (ngôn ngữ phi thủ tục). 
DML cấp thấp (ngôn ngữ thủ tục). 
Ngôn ngữ truy vấn. 
27