Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 1: Các khái niệm cơ bản

CƠ SỞ DỮ LIỆU ( Databases ) Chương 1: Các khái niệm cơ bản Nội dung 1. Các hệ thống tập tin 2. Các hệ thống cơ sở dữ liệu 3. Định nghĩa cơ sở dữ liệu 4. Định nghĩa hệ quản trị Cơ sở dữ liệu 5. Kiến trúc của một Cơ sở dữ liệu 6. Tính chất độc lập dữ liệu 7. Các mô hình dữ liệu Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 2 1.1. Xử lý trên hệ thống tập tin Mỗi ứng dụng có 1 hệ thống tập tin riêng Sales files: – PropertyForRent – PrivateOwner – Client Contracts files – Lease – PropertyForRent – Client Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 3 Sales application Contracts Các hạn chế của hệ thống tập tin Dữ liệu tách biệt và không chia sẻ – Mỗi ứng dụng có 1 hệ thống tập tin riêng – Việc chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng vô cùng khó khăn do khác nhau về cấu trúc. Dữ liệu bị trùng lặp – Tốn không gian lưu trữ – Có thể dẫn tới tình trạng không nhất quán dữ liệu khi cập nhật trên các hệ thống khác nhau Phụ thuộc dữ liệu – Thuật toán xử lý phụ thuộc vào cấu trúc tập tin (đã được định nghĩa)  Khi thay đổi cấu trúc dữ liệu, khi nâng cấp dữ liệu thì phải thay đổi chương trình theo đó Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 4 Các hạn chế của hệ thống tập tin (tt) Định dạng không tương thích – Các tập tin được định nghĩa theo ngôn ngữ lập trình nào đó  khó chia sẻ Câu truy vấn bị cố định trước – Là hệ quả của việc phụ thuộc dữ liệu. – Mỗi chương trình truy xuất được phát triển cố định cho một cấu trúc dữ liệu bên dưới. Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 5 1.2. Cách tiếp cận cơ sở dữ liệu Dữ liệu độc lập với chương trình Dữ liệu được quản lý tập trung Dữ liệu được chia sẻ cho nhiều ứng dụng Dữ liệu được đảm bảo an toàn Dữ liệu ít dư thừa Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 6 Sales application DBMS Data entry and reports Data entry and reports Contracts application Sales Contracts Database 1.3. Định nghĩa Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là tập hợp dữ liệu được tổ chức theo một cấu trúc chặt chẽ nhằm phục vụ (chia sẻ) cho nhiều mục tiêu khác nhau một cách có chọn lọc Ví dụ: – Cơ sở dữ liệu nhân viên – Cơ sở dữ liệu hàng hóa – Cơ sở dữ liệu khách hàng – .v.v. Hệ cơ sở dữ liệu gồm 4 thành phần: CSDL, Người sử dụng, Phần mềm, Phần cứng Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 7 1.4. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Định nghĩa – Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS – Database Management System) là hệ thống phần mềm cung cấp công cụ để xây dựng CSDL, thao tác trên CSDL và kiểm soát việc truy xuất trên CSDL Ví dụ: – Microsoft Access – Microsoft SQL-Server – Oracle – DB2 Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 8 1.5. Kiến trúc 3 lớp của CSDL Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 9 1.5. Kiến trúc 3 lớp của CSDL (tt) Mức vật lý (Physical Level) – Dữ liệu gì và được lưu trữ như thế nào ? ở đâu (đĩa từ, băng từ, track, sector nào) ? Cần các chỉ mục gì ? – Việc truy xuất là tuần tự (Sequential Access) hay ngẫu nhiên (Random Access) đối với từng loại dữ liệu. – Những người hiểu và làm việc với CSDL tại mức này là người quản trị CSDL (Administrator), những người sử dụng (NSD) chuyên môn. Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 10 1.5. Kiến trúc 3 lớp của CSDL (tt) Mức quan niệm (Conceptual/Logical Level) – Giải quyết cho câu hỏi CSDL cần phải lưu giữ bao nhiêu loại dữ liệu ? Đó là những dữ liệu gì ? Mối quan hệ giữa các loại dữ liệu này như thế nào ? – CSDL mức quan niệm là sự biểu diễn trừu tượng CSDL mức vật lý. CSDL mức vật lý là sự cài đặt cụ thể của CSDL mức quan niệm Mức ngoài (External Level) – Là mức dành cho người sử dụng (cương trình ứng dụng) làm việc. – Cung cấp các "khung nhìn" (View) để tùy theo đó người sử dụng được "nhìn thấy" cái gì của CSDL Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 11 1.5. Kiến trúc 3 lớp của CSDL (tt) Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 12 Sno FName LName Age Salary Staff_no LName Bno Staff_No FName LName DOB Salary Branch_No struct STAFF { int Staff_No; int Branch_No; char FName [15]; char LName [15]; struct date Date_of_Birth; float Salary; struct STAFF *next; }; index Staff_No; index Branch_No External view 1 Conceptual level Internal level External view 2 Các mức nhìn (levels) Mức khung nhìn/ngoài: là các góc nhìn khác nhau của các nhóm người sử dụng về CSDL. Mỗi nhóm người dùng có một góc nhìn (view) khác nhau về CSDL Mức quan niệm (Conceptual level): là mức nhìn tổng thể về CSDL, đây là góc nhìn của người có trách nhiệm quản trị CSDL. Mức vật lý / trong (Physical / Internal level): là mức tổ chức vật lý của dữ liệu trong CSDL, đây là góc nhìn của những nhà phát triển (deverlopers) CSDL Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 13 1.6. Độc lập dữ liệu Độc lập logic: – Các thay đổi lược đồ quan niệm (thêm/xóa thực thể) thì không làm ảnh hưởng tới lược đồ ngoài hay phải viết lại chương trình ứng dụng Độc lập vật lý: – Các thay đổi của lược đồ vật lý (vd: thay đổi cách thức tổ chức dữ liệu) không làm thay đổi lược đồ quan niệm. Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 14 1.6. Độc lập dữ liệu (tt) Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 15 External Schemea External Schemea External Schemea Conceptual Schemea Internal Schemea External/Conceptual mapping Logical data independence Physical data independenceConceptual/Internal mapping 1.7. Mô hình dữ liệu Định nghĩa mô hình dữ liệu: – Là mô hình trừu tượng dùng để mô tả dữ liệu và phương thức (phép toán) truy xuất dữ liệu – Có nhiều loại mô hình dữ liệu khác nhau (để mô tả dữ liệu trong CSDL), mỗi loại đực trưng cho một cách tiếp cận khác nhau của các nhà phân tích Các loại mô hình dữ liệu – Mô hình phân cấp (Hierarchical model) – Mô hình mạng (network model) – Mô hình quan hệ (relation model) – Mô hình thực thể liên kết (entity–relatiship model) – Mô hình hướng đối tượng (object model) Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 16 Ví dụ mô hình phân cấp KQua DiemTH DiemLT Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 17 SVien TenSV Lop Nganh HPhan TenHP SLuong MHoc TenMH Khoa TinChi Mức 2: Mức 1: Mức 3: - Khi truy xuất: Đi từ gốc đến phần tử cần xét Ví dụ mô hình mạng Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 18 SVien MHoc HPhan KQua DKien SVIEN_DIEM MHOC_MO MHOC_SAU MHOC_TRUOC KQUA_HPHAN - Kiểu liên kết đi từ mẫu tin chủ (owner record) đến mẫu tin thành viên (member) Ví dụ mô hình quan hệ Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 19 SVien MaSV Ten Lop Nganh Hoc MaSV MaHP DiemLT DiemTH HPhan MaHP SLuong MaMH MHoc MaMH TenMH Khoa TinChi DKien MaMH MaMHTruoc Ví dụ mô hình hướng đối tượng Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 20 SVien Ten Lop Nganh LapTKB() InBangDiem() Diem DiemTH DiemLT DiemPrj SuaDiem() HPhan Ten SLuong 0..*1..* hoc MHoc Ten Khoa SoTinChi CapNhatSTC() 0..* 1 mo 0..* 0..* Dieu kien +MHoc truoc +MHoc sau VD mô hình Entity-Relationship (ER) Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 21 SVien hoc HPhan mo MHoc dieukien Nganh MaSV Lop Diem (1,n) (0,n) Ten (1,1) mhoctruoc mhocsau (0,n) (0,n) Tinchi MaMH Khoa TenMH (0,n) Hocky GvienNam MaHP Mô hình hóa nhiều cấp Thực tế Mô hình quan niệm - Độc lập với mô hình dữ liệu - Độc lập với DBMS Mô hình Lôgic - Phụ thuộc mô hình dữ liệu - Phụ thuộc DBMS Codasyl Relationnel Object XML Mô hình vật lý Phụ thuộc mô hình dữ liệu Phụ thuộc DBMS - Tổ chức vật lý của dữ liệu - Cấu trúc của dữ liệu - Các cấu trúc chỉ mục Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 22 Kiến trúc chung DBMS Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 23 Application programs Queries Database schema DML preprocessor Query preprocessor DDL Compiler Program Object code Database manager Dictionary manager Access methods File manager System buffers Database and system catalog Pgrogramers Users DBA DBMS Các chức năng của DBMS Lưu trữ, tìm kiếm, cập nhật Quản trị siêu cơ sở dữ liệu (Meta Databases/Catalog) Hỗ trợ giao tác Xử lý truy xuất đồng thời Đảm bảo an toàn dữ liệu Xử lý khôi phục sau sự cố Quản lý lưu trữ vật lý Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 24 Các vai trò trong CSDL Quản trị dữ liệu (DA) Quản trị Cơ sở dữ liệu (DBA) Thiết kế CSDL (Database design) Lập trình viên ứng dụng Người sử dụng Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 25 Ưu điểm của DBMS Kiểm soát sự dư thừa dữ liệu Dữ liệu nhất quán Có nhiều thông tin hơn từ cùng 1 khối lượng dữ liệu Chia sẻ dữ liệu Cải thiện tính nhất quán của dữ liệu Cải tiến độ an toàn Đạt được các yêu cầu về chuẩn hóa Kinh tế hơn Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 26 Ưu điểm của DBMS (tt) Cân bằng các yêu cầu có tranh chấp Khả năng truy xuất và đáp ứng được cải thiện Khả năng sản xuất được cải thiện Cải thiện việc bảo trì dữ liệu (do nó độc lập) Tăng khả năng truy xuất đồng thời Cải thiện dịch vụ sao lưu và khôi phục Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 27 Nhược điểm của DBMS Phức tạp Tốn không gian lưu trữ Tốn chi phí mua DBMS Tốn chi phí cho phần cứng bổ sung thêm Tốn chi phí chuyển đổi Hiệu năng đôi khi bị giảm sút Khả năng bị sự cố tăng Cơ sở dữ liệu(Database) - Chương 1 28