Giáo trình cơ sở dữ liệu chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu

1Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu I. Đại cương II. Khung nhìn III. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu IV. Các mô hình trong cơ sở dữ liệu V. Ngôn ngữ thao tác trên dữ liệu 2I. Đại cương 1. Giới thiệu 2. Định nghĩa một cơ sở dữ liệu 3. Định nghĩa môn học cơ sở dữ liệu 4. Đặc tính của môi trường cổ điển 5. Ưu điểm của CSDL 3I. Đại cương 1. Giới thiệu • Ví dụ 1: Hoạt động đào tạo trong một trường đại học • Ví dụ 2: Hoạt động trong một công ty kinh doanh • Nhận xét 4I. Đại cương 1. Giới thiệu – Ví dụ 1 • Thông tin cần thiết: – Danh sách các bộ môn – Lý lịch mỗi sinh viên – Lý lịch mỗi giáo viên và nhiệm vụ công tác của họ – Danh sách các môn/ bộ môn – Kết quả học tập của mỗi sinh viên – … 5I. Đại cương 1. Giới thiệu – Ví dụ 2 • Thông tin cần thiết : –Danh sách hàng hóa –Danh sách cửa hàng –Danh sách nhân viên –Danh sách đại lý –Danh sách nhà cung cấp –… 6I. Đại cương 1. Giới thiệu – Nhận xét • Các thông tin trên được lưu trong các bộ nhớ ngoài, như trong một nhà kho. • Chúng liên quan đến các hoạt động của cơ quan xí nghiệp và được khai thác bởi một hệ các chương trình ứng dụng. 7I. Đại cương 1. Giới thiệu – Nhận xét (2) • Trong mỗi lĩnh vực hoạt động, có một nhóm người sử dụng, và họ không quan tâm đến: – Cấu trúc bên trong của kho dữ liệu – Các dữ liệu khác ở các lĩnh vực khác. • Họ nhìn dữ liệu trong kho qua một khung nhìn và có cảm tưởng chúng chỉ dành riêng cho họ thôi. 8I. Đại cương 2. Định nghĩa cơ sở dữ liệu • Một cơ sở dữ liệu (CSDL) là một tập hợp các dữ liệu: – có cấu trúc, – được ghi trong các bộ nhớ ngoài của máy tính, – về các đối tượng và hoạt động của một cơ quan xí nghiệp trong thế giới thực – được dùng một cách có chọn lọc và đúng lúc bởi hệ các chương trình ứng dụng. 9I. Đại cương 3. Định nghĩa môn học “Cơ sở dữ liệu” • Môn “Cơ sở dữ liệu” là một lĩnh vực trong tin học - Chuyên nghiên cứu về: • các cơ chế, • các nguyên lý, • các phương pháp tổ chức của dữ liệu trên các bộ nhớ ngoài - Nhằm giúp khai thác dữ liệu trong các hệ tin học ứng dụng, chẳng hạn • các hệ thống lưu trữ và tra cứu thông tin, • các hệ thống quản lý cơ quan xí nghiệp, etc. 10 I. Đại cương 4. Đặc tính của môi trường cổ điển a. Dữ liệu rườm rà, thiếu nhất quán b. Phụ thuộc dữ liệu vì các chương trình ứng dụng điều khiển việc tổ chức dữ liệu c. Chi phí lập trình và bảo trì cao d. Số lượng dữ liệu tăng nhanh e. Chia sẻ dữ liệu bị hạn chế 11 I. Đại cương 4. Đặc tính của môi trường cổ điển (2) f. Cùng loại dữ liệu, nhưng các tập tin thường trực ≠ các tập tin biến động. g. Các mối quan hệ giữa các đối tượng không được coi trọng. 12 I. Đại cương 5. Các ưu điểm của CSDL a. Có thể giảm bớt sự rườm rà dữ liệu b. Có thể tránh được sự thiếu nhất quán của dữ liệu c. Dữ liệu lưu trữ có thể được sử dụng chung. d. Có thể tuân theo các tiêu chuẩn thống nhất 13 I. Đại cương 5. Các ưu điểm của CSDL (2) e. Có thể áp dụng các qui tắc an toàn dữ liệu. f. Có thể duy trì sự toàn vẹn dữ liệu. g. Có thể cân đối được các nhu cầu đối nghịch nhau. h. Ý nghĩa của từng mối quan hệ giữa các đối tượng được đề cao. i. Có thể bảo đảm sự độc lập dữ liệu. 14 II. Khung nhìn dữ liệu 1. Sự trừu tượng hóa dữ liệu 2. Thể hiện và sơ đồ của CSDL 3. Độc lập dữ liệu 15 II. Khung nhìn dữ liệu 1. Sự trừu tượng hóa dữ liệu a. Mức vật lý: – mức thấp nhất – mô tả cách thức lưu trữ dữ liệu. b. Mức luận lý: – mức trung gian – mô tả các dữ liệu cần lưu trữ và các mối liên quan giữa chúng. c. Mức quan niệm/ mức khung nhìn: – mức cao nhất – bao gồm các khung nhìn, mỗi khung nhìn chỉ mô tả một phần của kho dữ liệu. 16 II. Khung nhìn dữ liệu 1. Sự trừu tượng hóa dữ liệu (2) HQTC SDL CSDL quan niệm Mức luận lý CSDL vật lý Mức vật lý khung nhìn 1 nhóm 1 Mức quan niệm nhóm 2 khung nhìn 2 nhóm n khung nhìn n 17 II. Khung nhìn dữ liệu 2. Thể hiện và sơ đồ của CSDL a. Thể hiện của CSDL: – CSDL vật lý luôn thay đổi, mỗi khi có một thông tin được cập nhật (thêm/ xóa/ sửa). – Thể hiện của CSDL = tập các thông tin lưu trữ trong CSDL tại một thời điểm. b. Sơ đồ của CSDL: – Thiết kế tổng quát của CSDL. – Rất ít thay đổi. – Có một sơ đồ vật lý và nhiều sơ đồ con c. Liên quan giữa một khung nhìn và sơ đồ: – Một khung nhìn= một sơ đồ con 18 II. Khung nhìn dữ liệu 3. Độc lập dữ liệu a. Phụ thuộc dữ liệu trong các hệ thống cổ điển: – Không thể thay đổi: • cấu trúc lưu trữ, hoặc • chiến lược truy xuất – Các rắc rối nảy sinh: • do các mối kết nối giữa các chương trình quản lý tập tin, • không phải do các bài toán cần giải quyết. 19 II. Khung nhìn dữ liệu 3. Độc lập dữ liệu (2) b. Nhu cầu của các chương trình ứng dụng: – Các khung nhìn dữ liệu khác nhau cho cùng các dữ liệu – Người quản trị CSDL phải có khả năng: • thay đổi: – cấu trúc lưu trữ, hoặc – chiến lược truy xuất để đáp ứng các thay đổi, • nhưng không được thay đổi trình ứng dụng hiện hành. 20 II. Khung nhìn dữ liệu 3. Độc lập dữ liệu (3) c. Định nghĩa tính độc lập dữ liệu: – Tính bất biến của trình ứng dụng đối với: • cấu trúc lưu trữ, hoặc • chiến lược truy xuất 21 II. Khung nhìn dữ liệu 3. Độc lập dữ liệu (4) d. Phân loại độc lập dữ liệu: –Độc lập dữ liệu về vật lý: Các thay đổi về cách thức tổ chức CSDL : • có thể ảnh hưởng đến tính hiệu quả của các trình ứng dụng, • nhưng không bao giờ yêu cầu viết lại các trình ứng dụng này. 22 II. Khung nhìn dữ liệu 3. Độc lập dữ liệu (5) –Độc lập dữ liệu về luận lý : Các thay đổi trên sơ đồ quan niệm: • không ảnh hưởng đến các sơ đồ con hiện tại • có thể được thực hiện bằng cách định nghĩa lại các phép chiếu từ một sơ đồ con đến sơ đồ quan niệm • không thay đổi các trình ứng dụng 23 III. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (HQTCSDL) 1. Định nghĩa 2. Cách thức hoạt động tổng quát 24 III. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 1. Định nghĩa • HQTCSDL là một hệ thống phần mềm nhằm cung cấp cho người sử dụng một môi trường vừa thích hợp, vừa hiệu quả để truy xuất CSDL qua 3 chúc năng: –mô tả và lưu trữ, – tìm kiếm, và – cập nhật. 25 2. Cách thức hoạt động tổng quát Câu hỏi Q2 trong 1 trình ư.d Câu hỏi Q1 của người sử dụng Sơ đồ CSDL Trình xử lý câu hỏi Trình biên dịch của DDLCâu hỏi Q2’ đã biên dịch Nhà quản trị CSDL Mô tả CSDL Trình quản lý tập tin CSDL vật lý 26 IV. Các mô hìnhCSDL 1. Mô hình hóa trong tin học 2. Mô hình mạng 3. Mô hình phân cấp 4. Mô hình quan hệ 27 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 1. Khái niệm về ngôn ngữ 2. Ngôn ngữ tự nhiên và ngôn ngữ hình thức 3. Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu (DDL) 4. Ngôn ngữ sử dụng dữ liệu (DML) 5. Các dạng ngôn ngữ 28 V. Ngôn ngữ thao tác dữ liệu 1. Khái niệm về ngôn ngữ • Ngôn ngữ (NN) = một phương tiện để giao tiếp giữa: +Nguời- Nguời + Nguời - Máy + Máy - Máy 29 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 2. NN tự nhiên và NN hình thức • NN tự nhiên : – NN của các bộ tộc người, được phát triển và hoàn thiện từ thời kỳ người nguyên thủy • NN hình thức : – Tập hợp các ký hiệu và qui tắc được tạo ra bởi con người.. – Trong tin học: một phương tiện để truyền thông giữa nguời – máy hoặc máy - máy 30 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 3. NN định nghĩa dữ liệu (DDL) a. Định nghĩa b. Đặc tính c. Ví dụ 31 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 3. DDL - Định nghĩa • DDL giúp đặc tả các sơ đồ CSDL, giúp người sử dụng: – Khai báo các đối tượng, các cấu trúc của đối tượng và các mối quan hệ giữa các đối tượng. – Thay đổi tên, kiểu của các đối tượng đã khai báo. – Thêm, xóa, sửa một số phần tử trong cấu trúc hiện tại. 32 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 3. DDL – Đặc tính • Mỗi DDL thuộc về một HQTCSDL riêng biệt, và được diễn tả bởi ngôn ngữ của mô hình tương ứng. • DDL được dùng khi: – thiết kế một CSDL – thay đổi thiết kế đó. • DDL không được dùng để thêm, xóa hoặc sửa dữ liệu. • DDL bất biến. 33 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 3. DDL – Đặc tính (2) • Có một bộ phận của DDL định nghĩa cách thức chính xác để: – Lưu trữ dữ liệu trong các bộ nhớ ngoài – Truy xuất chúng • Kết quả của việc biên dịch DDL = một tập các siêu dữ liệu, được lưu trữ trong một tập tin từ điển dữ liệu. 34 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 3. DDL – Ví dụ • Create table TÀI_KHOẢN (SỐ_TK char(8) not null, SỐ_CMND char(9) not null, primary key (SỐ_TK )) 35 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 4. Ngôn ngữ sử dụng dữ liệu (DML) a. Định nghĩa b. Sử dụng c. Ví dụ 36 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 4. DML- Định nghĩa • Ngôn ngữ được dùng cho các chức năng sau (sau khi sơ đồ chung và các sơ đồ con đã được định nghĩa xong): –Tìm các dữ liệu thỏa mãn một điều kiện nào đó => ngôn ngữ hỏi –Cập nhật (thêm, xóa, sửa) dữ liệu 37 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 4. DML- Định nghĩa (2) – Thực hiện các phép toán đại số và luận lý – Kết hợp các chuỗi phép toán theo những nguyên tắc cơ bản của các giải thuật. – Nhận kết quả để in hoặc để xây dựng nên các đối tượng mới. • Cần phải có một DML hiệu quả và tiện dụng để cung cấp một sự tương tác hiệu qaủ giữa người và máy. 38 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 4. DML- Sử dụng • Sử dụng trực tiếp: • Sử dụng qua một ngôn ngữ tự chủ: • Sử dụng qua một trình ứng dụng: Các câu lệnh của DML: – được gọi bởi các lời gọi thủ tục của ngôn ngữ chủ (“host”), hoặc – là các mệnh đề thuộc ngôn ngữ mở rộng của ngôn ngữ chủ. 39 V. Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu 5. Các dạng ngôn ngữ a. NN đại số b. NN luận lý c. NN thủ tục d. NN phi thủ tục e. NN tự nhiên