Cơ sở dữ liệu                 PHẦN A: KIẾN THỨC CƠ BẢN                                    CHƢƠNG I:          CÁC KHÁI NIỆM...
Cơ sở dữ liệu       c. Mức quan niệm (conceptual level) hay con gọi là mức khung nhìn (viewlevel):           Đây là mức ca...
Cơ sở dữ liệu          c. Chi phí chuyển đổi hệ thống: Trƣớc khi áp dụng CSDL, tổ chức đã xử lý dữliệu theo phƣơng pháp th...
Cơ sở dữ liệu    3. Các thành phần của hệ thống CSDL       Nhìn tổng quát, hệ thống CSDL gồm những thành phần sau:        ...
Cơ sở dữ liệu      b.Từ năm 1970-1980: Các hệ thống theo thế hệ thứ nhất vẫn đƣợc phát huy và cónhiều sản phẩm thƣơng mại....
Cơ sở dữ liệu      - Tuy nhiên, mô hình chỉ thể hiện đƣợc quan hệ 1-n, tức là mô tả đƣợc trƣờng hợpnút cha có nhiều nút co...
Cơ sở dữ liệu      - Cơ sở dữ liệu quan hệ dùng các thuộc tính để liên kết dữ liệu giữa các bảng khácnhau thay vì dùng con...
Cơ sở dữ liệu                                    CHƢƠNG II:                  TỔ CHỨC DỮ LIỆU Ở MỨC VẬT LÝI. QUẢN TRỊ TỆP V...
Cơ sở dữ liệuII. TỔ CHỨC DỮ LIỆU Ở MỨC VẬT LÝ    1. Chỉ số          Định nghĩa chỉ số (index):             Chỉ số là bảng ...
Cơ sở dữ liệucần phải có chỉ số cho các bảng chỉ số. Một kỹ thuật hay đƣợc dùng là cây cân bằng, B-cây, hay cây B (balance...
Cơ sở dữ liệu         Định nghĩa thuật toán băm (hashed algorithm):            Thuật toán băm là chương trình chuyển giá t...
Cơ sở dữ liệu                Lúc đó các bản ghi đƣợc lƣu trữ nhƣ hình sau:  Titi, 30, 11 Hàng Đồng                        ...
Cơ sở dữ liệu      c. Tính chất:         Giao tác phải đảm bảo 4 tính chất:            - Tính nguyên tố (atomicity): Giao ...
Cơ sở dữ liệu            5. TA ghi giá trị trung gian vào CSDL, tức cập nhật bản ghi với số dƣ là250.           6. TB ghi ...
Cơ sở dữ liệu             8. TB cập nhật tài khoản 10001, nâng số dƣ thành 200.         Đúng ra số dƣ phải 400 vì giao tác...
Cơ sở dữ liệu                                   CHƢƠNG III:                             MÔ HÌNH QUAN HỆI. KHÁI NIỆM CƠ BẢN...
Cơ sở dữ liệu    6. Khoá của quan hệ       a. Khoá (khoá chính – primary key)          Khoá của quan hệ là một tập nhỏ nhấ...
Cơ sở dữ liệu                                 DONVI                 maDV           tenDV                                  ...
Cơ sở dữ liệu          Ví dụ: Cho hai sơ đồ quan hệ:             SV(maSV, htenSV, NS, maL)             LOP(maL, tenL)     ...
Cơ sở dữ liệu               *ab                     VD: Một nhân viên chỉ đƣợc phân công làm đồ án do phòng mình         ...
Cơ sở dữ liệu      c. Ví dụ:         Với ví dụ trên, cho biết mã và tên của các môn học:                              KQ =...
Cơ sở dữ liệu  4. Phép trừ     a. Định nghĩa:        Phép trừ hai quan hệ tƣơng thích R(U) và S(U), ký hiệu R-S, cho ta qu...
Cơ sở dữ liệukết quả:                  NH_KS            ten               diachi             phuong     quan              ...
Cơ sở dữ liệu      b. Ví dụ:         Cho 2 quan hệ sau:                    DM            ngay        maNV        maH      ...
Cơ sở dữ liệu   9. Một vài ký hiệu khác cho các phép toán quan hệ              Phép toán         Ký hiệu        Ký hiệu kh...
Cơ sở dữ liệu         f. Chúng ta có thể sử dụng các dấu ngoặc để bao các công thức lại khi cần. Nếukhông có dấu ngoặc thì...
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Cosodulieu
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Cosodulieu

348 views
311 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
348
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
16
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Cosodulieu

  1. 1. Cơ sở dữ liệu PHẦN A: KIẾN THỨC CƠ BẢN CHƢƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆUI. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Thí dụ trong một thƣ viện có quá nhiều sách, để biết chúng hiện đang nằm ở đâu,trên giá nào và có thể tìm kiếm dễ dàng thì các tên sách cần đƣợc sắp xếp lại theo thứtự. Đối với mỗi cuốn sách ngƣời ta không chỉ ghi tên của chúng, mà còn ghi nhớ cả têntác giả, năm xuất bản, nhà xuất bản, số trang,… Nếu nhƣ chỉ có một số lƣợng nhỏnhững cuốn sách thì ngƣời ta có thể tìm kiếm ngay và lƣu thông tin của chúng bằng thủcông. Nhƣng nếu có quá nhiều sách thì việc làm thủ công không còn thích hợp, phải sửdụng một cơ sở dữ liệu để lƣu trữ thông tin của chúng. Đối với danh bạ điện thoại cũngvậy, thông tin về từng con ngƣời đƣợc lƣu trữ để tra cứu thuận tiện. Các cơ sở dữ liệu (CSDL) dùng để lƣu trữ các thuộc tính và các đối tƣợng của thếgiới thực, xử lý và tìm kiếm dữ liệu trong hầu hết các tổ chức, từ kinh doanh, bảo hiểm,giáo dục, đến thƣ viện,… Công nghệ CSDL có thể sử dụng trên máy tính đơn hoặcnhiều máy tính nối nhau (mạng), trong quy mô rộng lớn. 1. Định nghĩa cơ sở dữ liệu (CSDL) Cơ sở dữ liệu là tập hợp có tổ chức của các dữ liệu về thế giới thực trong một lĩnhvực nào đó có liên quan với nhau về mặt logic. Chúng đƣợc lƣu trữ ở bộ nhớ ngoài. 2. Định nghĩa môn cơ sở dữ liệu Môn CSDL là lĩnh vực của tin học chuyên nghiên cứu các cơ chế, nguyên lý,phƣơng pháp tổ chức các nhóm dữ liệu trên các bộ nhớ ngoài nhằm phục vụ cho việckhai thác dữ liệu đƣợc tốt hơn. 3. Định nghĩa dữ liệu Khi nói đến dữ liệu là nói để những sự kiện đã biết; Chẳng hạn trong CSDL vềcác cuốn sách, dữ liệu bao gồm các sự kiện nhƣ tên sách, năm xuất bản, nhà xuất bản,…hay trong CSDL về số điện thoại, gồm tên ngƣời quen, số điện thoại, địa chỉ của họ.Các dữ liệu tuân theo loại dữ liệu đƣợc mô tả trƣớc và đƣợc thể hiện dƣới dạng văn bản,hình ảnh, âm thanh thậm chí cả những đoạn video. Chẳng hạn CSDL về thƣ viện có thểlƣu ảnh của bạn đọc. Dữ liệu là các sự kiện, văn bản, đồ họa, hình ảnh và đoạn phim video có ý nghĩatrong môi trường của người dùng.II. KHUNG NHÌN DỮ LIỆU (VIEW OF DATA) 1. Sự trừu tƣợng hoá dữ liệu Những ngƣời sử dụng không phải luôn thành thạo về máy tính, vì vậy các nhà tinhọc phải che dấu sự phức tạp về biểu diễn bên trong của dữ liệu máy tính thông quanhiều mức trừu tƣợng hoá dữ liệu để làm đơn giản hoá sự tƣơng tác giữa ngƣời sử dụngvà hệ thống. a. Mức vật lý (physical level): Mức thấp nhất của sự trừu tƣợng hoá, mô tả cách thức dữ liệu đƣợc lƣu trữthực sự. Ví dụ: Các mẫu tin đƣợc lƣu thành những khối liên tiếp nhau (bye, từ nhớ,…).Trình biên dịch che dấu các chi tiết này không cho ngƣời lập trình thông thƣờng biết,trừ những ngƣời quản trị CSDL. b. Mức luận lý (logical level): Mức trung gian, mô tả những dữ liệu nào đƣợc lƣu trữ trong CSDL và mối liênkết giữa chúng. Ngƣời quản trị CSDL (database administrator) và các nhà lập trìnhthƣờng xuyên làm việc ở mức này. Trang: 1
  2. 2. Cơ sở dữ liệu c. Mức quan niệm (conceptual level) hay con gọi là mức khung nhìn (viewlevel): Đây là mức cao nhất của sự trừu tƣợng hoá. Mặc dù mức luận lý đã đơn giảnhoá đi nhiều nhƣng do CSDL có kích thƣớc quá lớn, nó vẫn còn phức tạp. Nhiều ngƣờisử dụng chỉ cần truy xuất một phần CSDL trong toàn bộ CSDL. Vì vậy khung nhìnđƣợc đặt ra để mô tả chỉ một phần của toàn bộ CSDL cho một nhóm ngƣời sử dụng nàođó. Ngoài ra, khung nhìn còn cung cấp cơ chế an toàn để ngăn ngừa ngƣời sử dụng truyxuất trái phép các phần thẩm quyền. 2. Tính độc lập dữ liệu Tính độc lập dữ liệu là tính bất biến của các chƣơng trình ứng dụng đối với cácthay đổi trong cấu trúc lƣu trữ và chiến lƣợc truy xuất dữ liệu. Hay nói cách khác, độclập dữ liệu là việc tách các mô tả dữ liệu ra khỏi các chƣơng trình ứng dụng sử dụng dữliệu đó.III. ƢU VÀ KHUYẾT ĐIỂM KHI TIẾP CẬN CƠ SỞ DỮ LIỆU 1. Những ƣu điểm khi tiếp cận CSDL a. Giảm bớt dư thừa dữ liệu: Khi có hai hệ ứng dụng khác nhau cùng đòi hỏi những tập dữ liệu nhƣ nhau thìchỉ lƣu trữ một lần và dùng chung cho cả hai hệ nói trên. Tuy nhiên việc dƣ thừa dữ liệukhông thể hết đƣợc; chẳng hạn nhƣ các dữ liệu liên kết các tập tin dữ liệu khác nhau vẫnđƣợc lƣu trữ trên nhiều tập tin. b. Có thể tránh được sự không nhất quán trong dữ liệu lưu trữ: Nếu dữ liệu lƣu trữ ở nhiều nơi khác nhau thì có thể không nhất quán do nhữngthao tác cập nhật. Ở đây CSDL đã giảm đƣợc dƣ thừa thì khả năng rủi ro do thay đổi giátrị cũng giảm đi. c. Tăng tính dùng chung dữ liệu: Một CSDL đƣợc thiết kế để phục vụ chung cho tất cả các ứng dụng. Mỗi nhómngƣời dùng nhìn nhận CSDL nhƣ chỉ có một mình họ sử dụng dữ liệu. d. Tính chuẩn hoá cao: Khi dữ liệu đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực thì chúng càng ngày càng đƣợcchuẩn hoá cho phù hợp với nhiều nhu cầu; việc theo chuẩn chung cho phép tăng hiệuquả sử dụng dữ liệu. e. Tăng tính an toàn dữ liệu: Ngƣời quản trị CSDL có thể cho phép một nhóm ngƣời sử dụng nào đó sửdụng chỉ một nhóm dữ liệu thuộc thẩm quyền, bằng một mật mã đã đƣợc định trƣớc.Đồng thời cũng có thể kiểm tra các ý đồ truy xuất đến dữ liệu mật. f. Có thể giữ được sự toàn vẹn dữ liệu: CSDL chỉ đƣợc chứa các dữ liệu đúng. Nhờ sự quản lý tập trung, nó cho phépngƣời quản trị định ra các thủ tục kiểm tra cần thiết khi thực hiện các thao tác cập nhật. Ví dụ: Số lƣợng hàng bán không thể vƣợt quá số lƣợng hàng đang tồn. g. Có thể đảm bảo tính độc lập dữ liệu cao. f. Giảm bớt việc bảo trì các chương trình. 2. Giá phải trả cho ứng dụng CSDL Nhƣ với bất kỳ quyết định kinh doanh nào, ứng dụng theo hƣớng CSDL cần trảgiá và chịu một vài rủi ro nhƣ cần đến nhân sự mới và chuyên sâu, chi phí quản lý vàthực hiện, giải quyết va chạm tâm lý… a. Nhu cầu về nhân sự mới, chuyên môn: Cần phải thuê hay tự đào tạo cácchuyên gia công nghệ thông tin để phân tích, thiết kế, thực hiện CSDL trong tổ chức.Mặc khác công nghệ ngày càng phát triển nhanh đã khiến các hệ thống CSDL thƣờngxuyên cập nhật tri thức cho các cán bộ. b. Chi phí về quản lý, thực hiện: Hệ thống quản trị CSDL nhiều ngƣời dùngthƣờng lớn và phức tạp, đòi hỏi nhiều ngƣời tham gia và bảo trì. Ngƣời ta cần tính đếnchi phí thiết bị máy tính, chi phí phần mềm, chi phí truyền thông. Trang: 2
  3. 3. Cơ sở dữ liệu c. Chi phí chuyển đổi hệ thống: Trƣớc khi áp dụng CSDL, tổ chức đã xử lý dữliệu theo phƣơng pháp thủ công, hay sử dụng hệ thống xử lý tệp. Để chuyển công nghệxử lý dữ liệu sang cách tiếp cận mới, tổ chức cần có kinh phí chuyển các mô hình cũsang mô hình mới, chuyển đổi dữ liệu cho phù hợp với môi trƣờng mới. d. Nhu cầu sao chép và khôi phục dữ liệu: Tuy không mong muốn, nhƣng đôikhi vẫn xẩy ra rủi ro với CSDL nhƣ mất dữ liệu, hỏng phần mềm, hƣ phần cứng,…Hệthống CSDL có các công cụ cho phép sao chép dữ liệu phòng khi hỏng hóc và khôiphục lại dữ liệu khi xảy ra sự cố. e. Va chạm về quan điểm sử dụng CSDL: Trƣớc khi CSDL đƣợc áp dụng trongtổ chức, ngƣời ta cần thống nhất về mô tả dữ liệu, các khuôn dạng thể hiện dữ liệu,…Sau khi hình thành CSDL, việc sử dụng dữ liệu của CSDL cần đạt hiệu quả. Cầnkhuyến khích các bộ phận phát huy tốt hệ thống CSDL vì rất có thể một số bộ phận nàođó muốn độc quyền thông tin hay e ngại dùng hệ thống tự động hoá, cho nên có xuhƣớng giảm hiệu quả của CSDL.IV. HỆ THỐNG CSDL 1. Hệ thống xử lý tệp cổ điển Trong hệ thống xử lý tệp trƣớc đây thì các bộ phận của công ty đƣợc tổ chức lƣutrữ dữ liệu theo từng tập tin độc lập, không có liên quan với nhau. Các ứng dụng củamỗi bộ phận đƣợc phát triển riêng lẽ và chỉ truy cập đến dữ liệu của riêng bộ phận đó,không có một mô hình tổng thể cho toàn công ty. Hệ thống này nhanh hơn thao tác thủcông nhƣng còn nhiều hạn chế: - Dễ xẩy ra tình trạng dữ liệu bị trùng lắp, phán tán, thiếu nhất quán. Ví dụ: Trong một trƣờng đại học, kết quả học tập của sinh viên đƣợc lƣu ở phòngĐào tạo, đồng thời cũng đƣợc lƣu ở Phòng tài vụ để căn cứ vào đó mà phát học bổngcho sinh viên (gây dư thừa dữ liệu). Nhƣng nếu kết quả học tập của một sinh viên đã bịsút giảm, em này đáng lý không còn đƣợc nhận học bổng nhƣ trƣớc nữa. Nhƣng dophòng tài vụ không cập nhật kịp thời thông tin này nên vẫn tiếp tục duy trì học bổng choem (gây dữ liệu không nhất quán). - Số lƣợng dữ liệu tăng nhanh. - Sự chia sẽ dữ liệu bị hạn chế. - Chƣơng trình ứng dụng làm chủ những cách tổ chức số liệu nên nó bị phụthuộc dữ liệu. Hơn nữa, phí tổn viết và bảo trì chƣơng trình cao. - Các mối liên hệ giữa các thông tin không đƣợc chú trọng. 2. Hệ thống CSDL Hệ thống CSDL là hệ thống thông tin, cho phép ngƣời sử dụng dùng chung các dữliệu có trong hệ thống. Khái niệm dùng chung, chia sẽ dữ liệu đƣợc dùng rộng rãi trongnhiều ứng dụng với nghĩa nhiều ngƣời dùng cùng truy cập một dữ liệu tại cùng một thờiđiểm. Vì vậy, hệ quản trị CSDL cần điều khiển sự tƣơng tranh giữa các thao tác củanhiều ứng dụng. Có thể thao tác này cần cập nhật dữ liệu trong khi thao tác khác chỉ đọcdữ liệu này. Chẳng hạn trong hệ thống quản lý sách, nơi này cho độc giả mƣợn mộtcuốn sách, đang thể hiện trạng thái đánh dấu “đã cho mƣợn” vào thông tin của cuốnsách trong CSDL thì nơi khác cũng đang cho độc giả khác mƣợn cuốn sách đó. Hệ thống CSDL còn đảm bảo tính an toàn và toàn vẹn của dữ liệu. Dữ liệu an toàncó nghĩa giữ đƣợc bí mật. Máy tính ngăn cản các truy cập không hợp lệ và khôi phụccác sai sót trên dữ liệu nếu chẳng may sự an toàn không đảm bảo đƣợc. Ngƣời ta hay đềcập tính toàn vẹn của dữ liệu khi nói về tính an toàn. Tính toàn vẹn liên quan đến cácđiều kiện mà dữ liệu cần thỏa mãn. Các điều kiện, hay các ràng buộc trên dữ liệu cũngquan trọng đối với dữ liệu. Chẳng hạn số sách đã đăng ký trong hệ thống quản lý sáchphải luôn bằng tổng số sách trong kho và số sách độc giả mƣợn. Quản lý các sai sót dữliệu và điều khiển tính toàn vẹn dữ liệu đòi hỏi qui trình phức tạp trong hệ quản trịCSDL. Trang: 3
  4. 4. Cơ sở dữ liệu 3. Các thành phần của hệ thống CSDL Nhìn tổng quát, hệ thống CSDL gồm những thành phần sau: - Ngƣời dùng: Ngƣời dùng là ngƣời tiếp xúc với dữ liệu thông qua các ứngdụng, tức là thực hiện các phép nhƣ thêm, xoá, thay đổi dữ liệu hay yêu cầu nhận các dữliệu từ CSDL. - Ứng dụng: Các chƣơng trình, phần mềm cho phép ngƣời dùng truy cập dữliệu đều đƣợc coi nhƣ ứng dụng của hệ thống CSDL. - Hệ quản trị CSDL: Hệ quản trị CSDL là phần mềm ứng dụng dùng để tạomới, bảo trì và đảm bảo truy cập có điều khiển đến các CSDL của ngƣời dùng. - Dữ liệu: Là thông tin liên quan đến ứng dụng, đƣợc lƣu trữ trong các tập tinCSDL. - Hệ thống chủ: Hệ thống chủ là hệ thống máy tính quản lý các tập tin. Nó thựchiện việc truy cập tập tin dữ liệu. Vai trò của hệ quản trị CSDL là yêu cầu các phƣơngtiện lƣu trữ tập tin phục vụ các ứng dụng. Do vậy, hệ quản trị CSDL là phần mềm nằmtrong phần mềm của hệ thống chủ. - Cơ sở dữ liệu: CSDL là tập các dữ liệu liên quan logic với nhau, đƣợc thiết kếđể phục vụ các nhu cầu về thông tin của nhiều ngƣời dùng trong tổ chức. - Giao diện ngƣời dùng: Giao diện ngƣời dùng hay giao diện ngƣời sử dụng làcác phƣơng tiện cho phép ngƣời dùng thao tác với các thành phần của hệ thống CSDL. - Ngƣời quản trị CSDL: Ngƣời quản trị CSDL là ngƣời có quyền điều khiểntập trung trên toàn bộ hệ thống, về cả dữ liệu lẫn các chƣơng trình truy xuất các dữ liệuđó. Họ chuyên về công nghệ thông tin, có nhiệm vụ tạo mới CSDL và cài đặt các điềukhiển kỹ thuật. - Ngƣời phát triển hệ thống: Những ngƣời nhƣ phân tích viên hệ thống, lậptrình viên đƣợc gọi là ngƣời phát triển hệ thống.V. HỆ QUẢN TRỊ CSDL Hệ quản trị CSDL là một hệ thống phần mềm nhằm cung cấp cho ngƣời sử dụng mộtmôi trƣờng vừa thích hợp, vừa hiệu quả để khai thác CSDL theo 3 chức năng mô tả, lƣutrữ, tìm kiếm, và cập nhật dữ liệu. Nhƣ vậy, HQTCSDL phải đƣợc thiết kế sao cho quản trị đƣợc một khối lƣợng lớn dữliệu. Công việc quản trị này bao gồm: - Định nghĩa các cấu trúc để lƣu trữ thông tin. - Cung cấp cơ chế để sử dụng thông tin. - Tạo sự an toàn cho dữ liệu cho dù có bất trắc của hệ thống.VI. TIẾN HÓA CỦA CÁC HỆ THỐNG CSDL 1. Lịch sử của các hệ thống CSDL Các hệ thống CSDL đƣợc giới thiệu vào những năm 60 của thế kỉ XX và đã pháttriển liên tục trong hàng chục năm qua. Một số công nghệ về CSDL đã phát triển lâu dàinhƣ mô hình quan hệ có từ năm 1970 nhƣng các hệ thống CSDL theo mô hình quan hệcó ý nghĩa thƣơng mại chỉ vào những năm 80. Các hệ thống CSDL đã khắc phục đƣợcnhiều hạn chế của hệ thống xử lý tệp truyền thống. Để đánh giá những gì đã đạt đƣợctrong thời gian qua của các hệ thống CSDL, ngƣời ta luôn nhìn nhận việc phát triển, tiếnhoá theo các mục đích: - Cần thiết đảm bảo độc lập giữa chƣơng trình và dữ liệu, giảm chi phí bảo trì. - Mong muốn quản lý nhiều loại dữ lịêu và cấu trúc dữ liệu phức tạp. - Yêu cầu truy cập dễ dàng đến dữ liệu, cho dù ngƣời dùng là chuyên viên côngnghệ thông tin hay không. a. Từ năm 1960-1970: Các hệ thống xử lý tệp vẫn còn thông dụng trong giai đoạnnày. Tuy nhiên, các hệ thống CSDL đầu tiên đã đƣợc giới thiệu, dù còn cồng kềnh.Thực ra, mô hình phân cấp và mô hình mạng đã tạo nên thế hệ thứ nhất cho hệ thốngCSDL. Trang: 4
  5. 5. Cơ sở dữ liệu b.Từ năm 1970-1980: Các hệ thống theo thế hệ thứ nhất vẫn đƣợc phát huy và cónhiều sản phẩm thƣơng mại. Tuy nhiên, hai mô hình phân cấp và mạng vẫn đƣợc dùngrộng rãi mặc dù chúng vẫn có các nhƣợc điểm nhƣ: Các thủ tục tìm kiếm bản ghi, ngƣờita khó truy cập dữ liệu; tính độc lập giữa chƣơng trình và dữ liệu chƣa thật tốt; chƣa cócơ sở lý thuyết hoàn thiện. c. Từ năm 1980-1990: Mô hình quan hệ của E.F.Codd đã khắc phục nhƣợc điểmcủa hai mô hình CSDL trên. Mô hình CSDL quan hệ tạo nên các hệ thống CSDL thế hệthứ hai. Các hệ thống quan hệ đƣợc bán nhiều trên thị trƣờng và chiếm ƣu thế so với cáchệ thống CSDL khác. Ngƣời ta dùng ngôn ngữ SQL và các ngôn ngữ khác để truy cậpdữ liệu. d. Từ năm 1990-2000: Những năm này, ngƣời ta vẫn sử dụng các CSDL trongnhững năm 80 của thế kỷ XX để quản trị dữ liệu với cấu trúc phức tạp nhƣ dữ liệu kếtoán tài chính, dữ liệu đa phƣơng tiện (âm thanh, đồ hoạ, hình ảnh). Trong những năm90, vấn đề hƣớng đối tƣợng không những đƣợc đề cập trong ngành CSDL mà còn trongnhiều ngành tin học khác. Tuy nhiên cho đến nay chẳng có mấy hệ thống CSDL hƣớngđối tƣợng xuất hiện trên thị trƣờng. e. Từ năm 2000 trở đi: Trong chục năm tới, công nghệ về CSDL có thể có nhữngđột phá đáng ngạc nhiên. Tuy nhiên ngƣời ta vẫn vạch ra các hƣớng vững chắc: - Các kiểu dữ liệu phức tạp đƣợc quản lý tốt hơn. Chúng gồm dữ liệu đa chiều,phù hợp với các ứng dụng của kho dữ liệu. - Phát triển tiếp tục các máy chủ cực lớn. Ngƣời ta dựa vào hệ quản trị CSDLquan hệ hƣớng đối tƣợng để thiết lập các CSDL có khả năng quản lý nhiều loại dữ liệuđa dạng, thuận tiện cho các ứng dụng CSDL trên mạng Internet. - Các CSDL phân tán sẽ trở thành hiện thực. Do vậy các tổ chức có thể phân bốcác dữ liệu tại nhiều địa điểm xa nhau về không gian. - Việc lƣu trữ dữ liệu theo địa chỉ và nội dung sẽ thông dụng hơn. Điều này chophép ngƣời dùng truy cập dữ liệu theo nội dung của dữ liệu, mà không cần biết cáchthức truy cập các dữ liệu này. - Các công nghệ về CSDL, trí tuệ nhân tạo và các dịch vụ thông tin sẽ tạo nênmôi trƣờng truy cập dữ liệu dễ dàng hơn, chẳng hạn giao tiếp bằng ngôn ngữ tự nhiên. Mô hình phân cấp và mô hình mạng đƣợc coi là đại diện cho các hệ thống CSDL thếhệ thứ nhất. Mô hình quan hệ đại diện cho hệ thống CSDL thế hệ thứ hai. Các mô hìnhCSDL thế hệ sau đƣợc kể ra gồm mô hình hƣớng đối tƣợng, mô hình phân tán, mô hìnhsuy diễn. 2. Mô hình phân cấp (Hierarchical model) - Mô hình phân cấp hay mô hình CSDL dạng cây đƣợc tổ chức theo cấu trúc từtrên xuống dƣới giống nhƣ cây lộn ngƣợc. Mỗi nút tƣơng ứng với một kiểu dữ liệu, cóthể có một hoặc nhiều trƣờng, mô tả thực thể và một nhánh cây tạo nên một liên kếtgiữa kiểu dữ liệu này với kiểu dữ liệu khác. Mỗi nút đều có một nút cha và nhiều nútcon, trừ nút gốc là không có cha. - Ví dụ: PHÒNG NHÂN VIÊN DỰ ÁN CHUYÊN MÔN CẤP DƢỚI THIẾT BỊ Trang: 5
  6. 6. Cơ sở dữ liệu - Tuy nhiên, mô hình chỉ thể hiện đƣợc quan hệ 1-n, tức là mô tả đƣợc trƣờng hợpnút cha có nhiều nút con nhƣ một phòng thì có thể có nhiều nhân viên hay một phòng cóthể có nhiều dự án, còn trƣờng hợp ngƣợc lại thì không. Chẳng hạn nếu một dự án màthuộc về nhiều phòng thì dự án phải đƣợc lƣu ở nhiều nơi khác nhau. Điều này gây dƣthừa dữ liệu và lãng phí không gian lƣu trữ. - Điểm nổi bật trong các thủ tục truy xuất đến một đối tƣợng trong mô hình phâncấp là đƣờng dẫn đi từ gốc đến phần tử cần xét trong cây phân cấp. 3. Mô hình mạng - Mô hình mạng đƣợc biểu diễn nhƣ một đồ thị có hƣớng. Mỗi nút có thể nối vớimột nút bất kỳ để biểu diễn một liên kết 1-n thông qua con trỏ liên kết. Sự khác nhauchính giữa hệ thống mạng và hệ thống phân cấp là mô hình mạng không ràng buộc vềsố và hƣớng của các liên kết thiết lặp giữa các nút. - Ví dụ: ngƣời quản lý Công chức quản lý nơi làm Ngân hàng tài khoản-ngân hàng Tài khoản Khách hàng chủ tài khoản tài khoản-khách hàng Đăng ký 4. Mô hình quan hệ - Cơ sở dữ liệu quan hệ đƣợc xây dựng theo lý thuyết do E.F.Codd giới thiệu năm1970. Thuật ngữ “quan hệ” là do bảng dữ liệu hai chiều đƣợc Codd gọi là bảng quan hệ.Mô hình quan hệ khác hẳn với các mô hình trƣớc nó và từ năm 1980 đã trở thành môhình đƣợc dùng rộng rãi để phát triển hệ quản trị CSDL. - Theo mô hình quan hệ, dữ liệu đƣợc thể hiện trong bảng hai chiều, gồm cácdòng và cột. Các bảng gọi là các “quan hệ”, các dòng gọi là các “bộ” và cột là “thuộctính”. Theo cách nhìn của các mô hình trƣớc thì mỗi dòng là một bản ghi, các thuộc tínhcho biết ý nghĩa của các giá trị trong bản ghi. - Ví dụ: KHÁCH HÀNG Mã Tên Tuổi Địa chỉ Khách hàng 1 Mơ 16 Láng Khách hàng 2 Mận 18 Bƣởi Khách hàng 3 Đào 21 Vọng ĐƠN HÀNG Khách hàng Đơn hàng Khách hàng 1 Đơn hàng 1 Khách hàng 1 Đơn hàng 2 Khách hàng 2 Đơn hàng 3 Khách hàng 2 Đơn hàng 4 Khách hàng 3 Đơn hàng 5 Trang: 6
  7. 7. Cơ sở dữ liệu - Cơ sở dữ liệu quan hệ dùng các thuộc tính để liên kết dữ liệu giữa các bảng khácnhau thay vì dùng con trỏ để liên kết tập bản ghi nhƣ trong mô hình mạng. Chẳng hạnthuộc tính mã của bảng KHÁCH HÀNG và thuộc tính khách hàng của bảng ĐƠNHÀNG là hai thuộc tính dùng để liên kết hai bảng quan hệ này. Đi sâu vào chi tiết củamô hình quan hệ sẽ đƣợc giới thiệu trong Chƣơng III. 5. Mô hình hƣớng đối tƣợng - Mô hình phân cấp và mô hình mạng đƣợc xếp vào thế hệ đầu của CSDL. Thế hệthứ hai của các hệ quản trị CSDL có mô hình quan hệ. Các mô hình này đƣợc xem làmô hình cổ điển. Mô hình mới nhất đƣợc xếp vào thế hệ thứ ba của CSDL là mô hìnhhƣớng đối tƣợng. Công nghệ CSDL hƣớng đối tƣợng dùng lƣợc đồ gồm tập các “lớp”.Mỗi lớp đƣợc mô tả gồm tập các “thuộc tính” và “phƣơng thức”. Mỗi đối tƣợng thuộclớp đều mang đầy đủ các thuộc tính và phƣơng thức của lớp đó. - Thế hệ thứ ba của hệ quản trị nhằm đáp ứng các yêu cầu về: + Các ứng dụng mới của công nghệ thông tin. + Khai thác trong môi trƣờng phức tạp nhƣ phân tán, không đồng nhất,… + Xử lý các dữ liệu hƣớng đối tƣợng và thực hiện suy diễn trên các dữ liệu. - Theo cách tổ chức CSDL truyền thống, ngƣời ta có thể viết đoạn chƣơng trìnhriêng để mô tả các phƣơng thức và dùng một giao diện để liên kết với hệ quản trị. Tuynhiên điều quan trọng cần lƣu ý là: trong CSDL truyền thống phần chƣơng trình này làđộc lập, còn trong CSDL hƣớng đối tƣợng thì chƣơng trình này đƣợc mô tả nhƣ mộtđối tƣợng của CSDL. Vậy bằng công cụ đối tƣợng và phƣơng thức, ngƣời ta có thể lƣutrữ và chia sẻ không những cấu trúc của đối tƣợng CSDL, mà còn cả các hành vi củacác đối tƣợng. - Tuy tiếp cận hƣớng đối tƣợng đƣợc phổ biến vào đầu những năm 90 của thế kỷXX nhƣng đến nay vẫn chƣa có nhiều CSDL thuộc loại này do nó còn nhiều khuyếtđiểm: + Chƣa thống nhất rõ ràng các lĩnh vực của lý thuyết. + Chƣa có phƣơng pháp luận thiết kế CSDL hƣớng đối tƣợng theo cách hìnhthức nhƣ việc chuẩn hoá trong CSDL quan hệ. Rất ít hƣớng dẫn thiết kế CSDL hƣớngđối tƣợng cho phép tối ƣu hoá. Điều này khiến hệ thống không hiệu quả. + Các hệ thống chƣa có khả năng cho phép ngƣời dùng hỏi các câu hỏi tùy ý. + Hệ thống thiếu các luật về tính toàn vẹn tổng quát. Trang: 7
  8. 8. Cơ sở dữ liệu CHƢƠNG II: TỔ CHỨC DỮ LIỆU Ở MỨC VẬT LÝI. QUẢN TRỊ TỆP VÀ QUẢN TRỊ CSDL Định nghĩa tệp (file-tập tin): Tệp là đơn vị nhỏ nhất do phần mềm hệ thống quản lý, dùng để chứa các dữ liệu về ứng dụng, được đặt tên. Các tệp trên máy tính đƣợc lƣu trên các phƣơng tiện nhớ ngoài nhƣ băng, đĩa từ,…Đĩa từ đƣợc coi nhƣ đại diện cho phƣơng tiện nhớ, cho phép truy cập trực tiếp. Điều nàycó nghĩa hệ thống tới ngay bản ghi trên tệp mà không cần xét lần lƣợt một số bản ghikhác. Băng từ thƣờng đƣợc lấy làm ví dụ về phƣơng tiện nhớ tuần tự, có nghĩa ngƣời tacần xét lần lƣợt các bản ghi trên tệp trƣớc khi thấy bản ghi cần thiết. Trƣớc khi xâydựng CSDL với qui mô khoa học, ngƣời ta đã từng sử dụng hệ quản trị tệp, gồm các tệptrên băng từ, đĩa từ, và truy cập nhờ các ngôn ngữ lập trình trong hệ thống điều hành.Còn CSDL về bản chất cần bộ nhớ truy cập trực tiếp và có hệ thống quản trị độc lập vớihệ thống điều hành máy tính. Ngƣời dùng hệ thống tệp Ngƣời dùng CSDL Chƣơng trình ứng dụng Hệ quản trị CSDL Hệ thống điều hành máy tính Tệp dữ liệu CSDL Hình 1: Hệ thống quản trị tệp và hệ quản trị CSDL Hệ thống điều hành máy tính đảm bảo việc vào/ra của dữ liệu. Nó là tập các chƣơngtrình nửa cố định, đảm bảo giao diện giữa chƣơng trình ứng dụng và phần cứng máytính. Hệ thống điều hành cho phép chƣơng trình ứng dụng dùng các dịch vụ nhƣ quản lýbộ nhớ, thao tác vào/ra. Còn hệ quản trị CSDL thì tự đảm bảo các dịch vụ này. Dịch vụchính trong hệ quản trị CSDL là quản lý các tệp vật lý. Định nghĩa tệp vật lý: Tệp vật lý là một phần trên bộ nhớ ngoài dùng để lưu trữ các bản ghi dữ liệu. Phần lộ ra của hệ thống điều hành là việc quản lý tệp và quản lý bộ nhớ. Khi máytính đọc/ghi dữ liệu, không phải một xâu các byte đƣợc xử lý mà là một đoạn dữ liệu cókích thƣớc cố định. Đoạn này thƣờng đƣợc gọi là trang nhớ, hay khối,… Nhƣ vậy mộttrang là đơn vị vào ra. Khi ghi dữ liệu, dữ liệu đƣợc ghi lên trang, khi trang đầy sẽ đƣợcchuyển đến bộ nhớ ngoài. Tƣơng tự, nếu cần đọc vào, máy đọc lên trang rồi sau đó đƣavào bộ nhớ trong để xử lý. Mỗi trang trên đĩa có số trang, cho biết vị trí tƣơng đối trên đĩa. Qui ƣớc này chophép thông tin cập nhật của một trang đƣợc ghi đúng chỗ. Ngƣời quản lý đĩa có tráchnhiệm quản lý các số trang và dùng mã chuyên dụng đối với thiết bị để đọc/ghi trangđặc biệt của đĩa. Trang: 8
  9. 9. Cơ sở dữ liệuII. TỔ CHỨC DỮ LIỆU Ở MỨC VẬT LÝ 1. Chỉ số Định nghĩa chỉ số (index): Chỉ số là bảng dữ liệu hay cấu trúc dữ liệu dùng để xác định vị trí của các bản ghi trong tệp theo điều kiện nào đó. Định nghĩa tổ chức tệp theo chỉ số (indexed file organization): Tổ chức tệp theo chỉ số là kỹ thuật lưu trữ các bản ghi của tệp theo cơ chế tuần tự hay không tuần tự, sử dụng bảng chỉ số cho phép phần mềm truy cập nhanh đến bản ghi cần thiết. Ví dụ: Ngƣời ta có tập các dòng trong bảng sau: NHÂN VIÊN Mã nhân viên Tên Tên chi nhánh 17 Đào Thanh Xuân 63 Mơ Bình Minh 44 Mận Thanh Xuân 32 Quít Thanh Xuân 71 Cam Bình Minh 12 Bƣởi Sao Sáng 81 Xoài Bình Minh Giả sử cần tìm nhân viên ở chi nhánh “Sao Sáng” và mỗi bản ghi cần đến mộtphép đọc, để tìm thấy dòng tin đầu tiên thỏa điều kiện chúng ta phải mất 6 phép đọc.Nhƣng nếu cần liệt kê tất cả các nhân viên làm ở chi nhánh “Sao Sáng” thì chúng taphải rà soát tất cả các dòng tin; dòng nào cũng kiểm tra xem tên chi nhánh là “SaoSáng” không. Việc tìm kiếm này sẽ nhanh hơn nếu chúng ta dùng chỉ số theo tên chinhánh. Chỉ số là tập giá trị đƣợc sắp xếp. Chúng ta có thể hình dung bảng chỉ số nhƣmục lục của cuốn sách, đƣợc xếp theo thứ tự từ vựng, Căn cứ vào thông tin cần tra cứu,chúng ta đến đƣợc trang sách cần thiết.Nếu mỗi dòng trong CSDL sử dụng một trang nhớ thì chỉ số đối với chi nhánh có dạngsau: Trang 6 Sao Sáng 6  Thanh Xuân 1,3,4  Bình Minh 2,5,7  Trang 1 Trang 3 Trang 4 Trang 2 Trang 5 Trang 7 Hình 2: Bảng chỉ số trỏ đến bộ nhớ. Trong thí dụ trên, thay vì duyệt nhiều dòng để trả lời câu hỏi, với bảng chỉ sốchúng ta chỉ cần đọc dòng chỉ số, rồi theo con trỏ nhảy đến vị trí cần tìm. Nhƣng thí dụnày còn quá xa thực tế. Với số lƣợng bản tin nhƣ vậy thì thƣờng chỉ chiếm tối đa mộttrang nhớ và việc có lập bảng chỉ số hay không có thì thời gian dò tìm cũng chẳng khácbiệt nhau là bao. Tuy nhiên những quan hệ lớn sẽ chiếm nhiều trang đĩa, việc quét toànbộ quan hệ để tìm một số dòng sẽ dẫn đến việc tìm trên tất cả các trang, trừ khi chúng tadùng bảng chỉ số. Bảng chỉ số có kích thƣớc nhỏ hơn bảng dữ liệu thực, vậy nên đọc vàtải bảng chỉ số sẽ nhanh hơn rất nhiều. Sau khi đọc bảng chỉ số, hệ thống chỉ tìm trongcác trang liên quan đến chỉ số, tức các trang có thể có các bản tin cần tìm. Bảng quan hệcàng lớn, số các bản tin yêu cầu càng ít thì việc dùng chỉ số càng hiệu quả. Mọi việc sẽ đơn giản nếu bảng chỉ số của chúng ta chỉ chiếm một trang nhớ. Tuynhiên, với các bài toán lớn, bản thân bảng chỉ số đã chiếm nhiều trang. Khi đó thậm chí Trang: 9
  10. 10. Cơ sở dữ liệucần phải có chỉ số cho các bảng chỉ số. Một kỹ thuật hay đƣợc dùng là cây cân bằng, B-cây, hay cây B (balanced tree). 18 8 10 21 23 chỉ số 6 8 9 10 17 18 19 21 33 37 Trang nhớ Hình 3: Bảng chỉ số theo cây cân bằng. Tổ chức dữ liệu dạng cây đã đƣợc giới thiệu nhƣ một cấu trúc dữ liệu. Cây chỉ sốsẽ dùng các trang nhớ. Mỗi trang sẽ ghi một số nhất định các chỉ số, chẳng hạn trong thídụ mỗi trang ghi đƣợc hai chỉ số. Tùy theo thiết kế để tìm kiếm sau này, cây cân bằngcó thể lấy giá trị chỉ số tại gốc là chỉ số đầu tiên; các chỉ số lớn hơn sẽ đƣợc lƣu trongcác nút phải của cây; chỉ số nhỏ hơn chỉ số tại gốc sẽ đƣợc lƣu trong nút trái của cây.Riêng nút gốc cây có một giá trị chỉ số. Tại mỗi nút số con trỏ tùy thuộc vào số chỉ sốcó trong từng nút. Nút có một chỉ số sẽ có hai con trỏ, con trỏ trái trỏ đến những nút cógiá trị nhỏ hơn; con trỏ phải trỏ đến những nút có giá trị lớn hơn. Nếu nút có 2 chỉ số thìsẽ có 3 con trỏ cho nút đó. Con trỏ trái trỏ đến những nút có giá trị nhỏ hơn chỉ số trái;con trỏ phải trỏ đến những nút có giá trị nhỏ hơn chỉ số phải; con trỏ giữa trỏ đến nhữngnút có giá trị nằm trong khoảng hai giá trị chỉ số. Việc tìm kiếm trên cây tùy thuộc theo thủ tục duyệt cây, căn cứ vào thiết kế câylúc đầu. Chẳng hạn để tìm dòng có chỉ số 17, từ gốc ngƣời ta sang trái do 17<18, rồithấy 17>10, ngƣời ta sang phải. Khi thấy trang với chỉ số 17, ngƣời ta theo con trỏ đếnđƣợc nơi có dữ liệu cần tìm. Sở dĩ cây có tên cân bằng là vì độ sâu của nhánh trái và phải là nhƣ nhau. Tốc độtìm kiếm một phần tử tùy thuộc vào độ sâu của nó. Trong trƣờng hợp chúng ta có thêmvào hoặc xoá bớt những bản tin thì cây có thể không duy trì đƣợc sự cân bằng, dẫn đếntốc độ tìm kiếm không còn tối ƣu nhƣ trƣớc. Để khắc phục tình trạng này chúng ta cầnsử dụng thuật toán để sắp xếp lại các chỉ số sau cho cây cân bằng. * Ưu và khuyết điểm của việc dùng bảng chỉ số: a. Ƣu điểm: - Tìm kiếm nhanh. - Có thể kiểm tra sự có mặt của dữ liệu dựa vào bảng chỉ số. b. Khuyết điểm: - Chi phí công sức và bộ nhớ cho việc tạo và bảo quản chỉ số. - Khi cập nhật dữ liệu nhất thiết phải cập nhật cả bảng chỉ số. - Khi bổ sung giá trị mới, cây chỉ số mất tính cân đối, gây tình tạng phảinhiều lần tổ chức lại cây. 2. Hàm băm Định nghĩa tổ chức tệp băm: Tổ chức tệp băm là cách tổ chức cho phép xác định địa chỉ của mỗi bản ghi dữ liệu theo thuật toán băm. Trang: 10
  11. 11. Cơ sở dữ liệu Định nghĩa thuật toán băm (hashed algorithm): Thuật toán băm là chương trình chuyển giá trị khoá chính thành số thứ tự tương đối của bản ghi, tức là địa chỉ tương đối trong tệp. Vấn đề đầu tiên là chúng ta phải tính toán hàm băm để chuyển đổi các khoá củabản ghi (các khoá có thể là những số nguyên hay các ký tự ngắn) thành các địa chỉtƣơng đối trong tệp. Đây là một tính toán số học có các tính chất tƣơng tự nhƣ các bộphát sinh số ngẫu nhiên. Chúng ta cần một hàm chuyển đổi các khoá thành các sốnguyên trong khoảng [0..M-1] trong đó M là số mẫu tin có thể chứa vừa đủ trong sốlƣợng không gian nhớ có sẵn. Vậy nên phƣơng pháp này có đặc trƣng là phải biết toànbộ không gian nhớ trƣớc khi phân bố cho bất kỳ bản ghi nào. Ví dụ: Chúng ta dự định lƣu trữ 1000 bản ghi vào trong vùng nhớ có khả năng lƣu trữ1400 bản ghi. Giả sử khoá của các bản ghi có giá trị trong khoảng từ 0 đến 99999, vàkhông gian nhớ đƣợc đánh địa chỉ tƣơng đối từ 0 đến 1399. Hàm băm của chúng ta sửdụng là: địa chỉ = phần dư (giá trị khoá / kích thước không gian nhớ) 1523 123 … … 92513 113 … … … … 5600 2800 0 Hình 4: Phân bố địa chỉ các bản ghi vào trong không gian nhớ dựa vào hàm băm đã cho. Yêu cầu đặt ra đối với hàm phân bố địa chỉ (hàm băm) là không quá phức tạp,nhƣng đảm bảo các bản ghi đƣợc phân bố rải khắp không gian nhớ. Một hàm băm lýtƣởng làm một hàm mà dễ dàng tính và gần giống nhƣ một hàm “ngẫu nhiên”. Do khả năng của hàm địa chỉ mà đôi khi hai hay nhiều bản ghi đƣợc phân bố cùngmột địa chỉ. Các bản ghi trùng địa chỉ đƣợc gọi là “bản ghi tràn”. Vấn đề tiếp theo làchúng ta cần phải giải quyết tình trạng xung đột địa chỉ, có thể thực hiện theo cácphƣơng pháp sau: a. Sử dụng vùng nhớ riêng cho các bản ghi tràn: Khi lƣu trữ, nếu chúng ta truy cập đến một vị trí trong không gian nhớ mà ởđó đã có bản ghi khác thì dùng con trỏ để đi sang vùng nhớ tràn cho các bản ghi, lƣu trữbản ghi này vào đó. Khi muốn tìm bản ghi tràn vừa mới đƣợc lƣu trữ, chúng ta cũng đitheo con trỏ vật lý đó. Ví dụ: Cần lƣu trữ thông tin của 3 ngƣời vào các ngăn chứa 15 bản ghi. Khoábản ghi là tuổi của những ngƣời này. Giả sử hàm băm có dạng:địa chỉ = phần dƣ (tuổi / 15) Trang: 11
  12. 12. Cơ sở dữ liệu Lúc đó các bản ghi đƣợc lƣu trữ nhƣ hình sau: Titi, 30, 11 Hàng Đồng Không gian Không gian nhớ chính nhớ bổ sung Tutu, 32, 15 Hàng Quạt 0. Titi 0. Titi Hàm băm 1. 1. 2. Tutu 2. Toto Toto, 47, 12 Hàng chuối Hình 5: Sử dụng vùng nhớ tràn để xử lý các bản ghi tràn trong tổ chức ngẫu nhiên dùng hàm băm b. Lưu trữ các bản ghi tràn trên cùng không gian nhớ: Khi xảy ra xung đột các bản ghi, ngƣời ta không trỏ tới vùng nhớ tràn riêngmà tiếp tục dò tìm trong không gian nhớ để tìm một chỗ cho bản ghi tràn. Có thể tìmxuống dƣới hay lên trên để tìm vị trí khác cho bản ghi tràn. Giữa bản ghi thứ nhất vàbản ghi sau có cùng địa chỉ đƣợc nối với nhau bằng con trỏ để truy cập dễ dàng. Ví dụ: Titi, 30, 11 Hàng Đồng Không gian nhớ chính Tutu, 32, 15 Hàng Quạt Hàm băm 0. Titi 1. Toto, 47, 12 Hàng chuối 2. Tutu 3. Toto Tata, 33, 12 Hàng mía Hình 6: Lưu trữ trên không gian nhớ.III. ĐIỀU KHIỂN TƢƠNG TRANH 1. Giao tác (transaction) a. Định nghĩa: Giao tác là đơn vị hoạt động cụ thể (tập các thao tác) cần đƣợc thực hiện trọnvẹn hoặc không đƣợc thực hiện gì cả trong hệ thống tính toán. b. Ví dụ: Giả thiết có hai tài khoản ngân hàng trong CSDL và ngƣời ta muốn chuyển tiềntừ tài khoản này sang tài khoản kia. Yêu cầu này có nghĩa giảm số dƣ của một tài khoảnvới số lƣợng bằng lƣợng tăng số dƣ cho tài khoản thứ hai. Hai phép toán đƣợc thực hiệntách rời. Trong CSDL trên SQL, câu lệnh nhƣ sau: UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ – 100 WHERE số tài khoản = 10002; UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ + 100 WHERE số tài khoản = 20002; Hai đoạn lệnh thực hiện việc chuyển 100 từ tài khoản 10002 sang tài khoản20002. Hai đoạn này thực hiện hai giao tác đơn. Trang: 12
  13. 13. Cơ sở dữ liệu c. Tính chất: Giao tác phải đảm bảo 4 tính chất: - Tính nguyên tố (atomicity): Giao tác phải đƣợc thực hiện hoàn toàn hoặckhông đƣợc thực hiện gì cả. - Tính nhất quán (consistency): Giao tác phải đảm bảo tính nhất quán củaCSDL. Nếu CSDL đã nhất quán khi giao tác bắt đầu, nó vẫn phải nhất quán sau khi giaotác chấm dứt. - Tính riêng biệt (isolation): Mặc dù nhiều giao tác có thể đƣợc khai tháccạnh tranh nhau nhƣng phải bảo đảm đối với mỗi cặp giao tác Ti và Tj, hoặc Tj kết thúctrƣớc khi Ti bắt đầu, hoặc Tj phải bắt đầu sau khi Ti đã kết thúc. Phần này sẽ đƣợc bànnhiều trong phần 2 (điều khiển tƣơng tranh). - Tính bền vững (durability): Kết quả của một giao tác đã hoàn tất phải luônđƣợc bảo lƣu, cho dù hệ thống có thể bị trục trặc nào đó. d. Trạng thái của giao tác: Giao tác có 3 trạng thái sau: - Hoàn tất (commit): Sau khi thực hiện giao tác xong, HQTCSDL kiểm trathấy thỏa các ràng buộc toàn vẹn và các ràng buộc khác, giao tác đƣợc xác nhận làđúng. CSDL sẽ ở trạng thái mới, nhận những kết quả do giao tác đem lại. - Thoái bộ (roll back/rollback): Các ràng buộc không thỏa, hoặc do ngƣời sửdụng không muốn chấp nhận giao tác nên mặc dù giao tác đã thực hiện, CSDL phải trởvề trạng thái ban đầu. - Thất bại (fail): Giao tác không thực hiện đƣợc trọn vẹn. 2. Điều khiển tƣơng tranh - Vấn đề tƣơng tranh thƣờng xẩy ra trong hệ thống nhiều ngƣời dùng. Nhiềungƣời cùng truy cập đồng thời một số đối tƣợng nhƣ các dòng quan hệ, các bảng, cácthuộc tính hay khung nhìn,… Chúng ta cần điều khiển tƣơng tranh để các giao tác cóthể thực hiện một cách song hành nhằm tăng hiệu xuất sử dụng tài nguyên máy tính,tăng hiệu xuất của CSDL. Nếu không có điều khiển tƣơng tranh, việc truy cập đồng thờicủa nhiều ngƣời dùng sẽ đe dọa tính toàn vẹn dữ liệu. Để minh họa ý này, dƣới đâychúng ta xem xét một số nguy cơ khi khai thác các giao tác theo cách tƣơng tranh. a. Mất dữ liệu: Giả sử chúng ta có hai giao tác đƣợc đặt tên là TA và TB gồm các lệnh: TA: UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ + 100 WHERE số tài khoản = 10002; TB: UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ + 200 WHERE số tài khoản = 10002; Thi hành đúng thì tài khoản 10002 sẽ tăng lên 300. Tuy nhiên khi hai giao tácthực hiện đồng thời, có thể xảy ra sự cố. Xét thao tác cập nhật trong ngôn ngữ SQLngƣời ta thấy chúng gồm các phép toán sau: 1. Tới bản ghi cần thiết. 2. Thay đối giá trị trong bộ nhớ trong. 3. Ghi lại vào bản ghi ban đầu. Cả hai giao tác trên đều truy cập bản ghi ứng với tài khoản 10002, cùng thayđổi và cùng ghi lại vào bản ghi đó. Nhƣ vậy có thể xẩy ra các sự kiện theo thời gian nhƣsau: 1. TA đọc bản ghi tài khoản 10002, giá trị số dƣ trên đó là 150. 2. TB đọc bản ghi tài khoản 10002, có số dƣ là 150. 3. TA tăng số dƣ thành 250 = 150 + 100. Việc này thực hiện trong bộ nhớtrong với biến trung gian ứng với số dƣ. 4. TB tăng số dƣ thành 350 = 150 + 200. Trang: 13
  14. 14. Cơ sở dữ liệu 5. TA ghi giá trị trung gian vào CSDL, tức cập nhật bản ghi với số dƣ là250. 6. TB ghi lại số dƣ là 350. Thực tế số dƣ tài khoản phải là 450. Điều này có nghĩa cập nhật của TA đã bịmất. b. Không khẳng định sự phụ thuộc: Khi việc cập nhật CSDL chƣa đƣợc khẳng định thì vấn đề đảm bảo sự phụthuộc vốn có giữa các dữ liệu có thể bị vi phạm. Giao tác khác có thể sử dụng dữ liệuchƣa đƣợc khẳng định. Khi có sự cố, quá trình khôi phục quay lui bằng ROLLBACK(trạng thái thoái bộ) đƣợc thực hiện thì khi giao tác làm lại lần hai sẽ thao tác trên cácthông tin không đúng. Chẳng hạn có hai giao tác TA, cập nhật dữ liệu và TB, xóa dữliệu. TA: UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ – 100 WHERE số tài khoản = 10002; IF số dƣ < 0 THEN rollback ELSE commit; TB: DELETE FROM tài khoản WHERE số dƣ < 0; Giao tác thứ nhất TA khấu trừ số dƣ 100 và sẽ khôi phục nếu số dƣ âm. Giaotác thứ hai TB, kiểm tra để xóa các tài khoản có số dƣ âm. Có thể xảy ra quá trình sau: 1. TA đọc bản ghi tài khoản 10002, giá trị số dƣ trên đó là 50. 2. TA giảm số dƣ, thu đƣợc kết quả trong bộ nhớ trong là –50. 3. TA ghi vào CSDL, số dƣ là –50. 4. TB tìm thấy tài khoản 10002 có số dƣ âm. 5. TB xóa tài khoản 10002 theo điều kiện đã định. 6. TA khôi phục cập nhật, nhƣng tài khoản đã bị hủy. Chúng ta gọi đây là hiện tƣợng không khẳng định phụ thuộc. Giao tác TB đãtruy cập dữ liệu mà dữ liệu này chƣa đƣợc khẳng định. Trƣờng hợp này còn nguy hiểmhơn cả trƣờng hợp mất dữ liệu. c. Phân tích không bền vững: Tính không bền vững của dữ liệu thƣờng xẩy ra trong trƣờng hợp truy cập tậpcác bản ghi mà một số bản ghi này đang đƣợc giao tác khác cập nhật. Giả sử có hai giaotác TA và TB với các lệnh sau: TA: SELECT sum(số dƣ) FROM tài khoản; TB: UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ - 100 WHERE số tài khoản = 10003; UPDATE tài khoản SET số dƣ = số dƣ + 100 WHERE số tài khoản = 10001; Giao tác thứ hai có nhiệm chuyển tiền từ tài khoản 10003 sang tài khoản10001, không tác động đển tổng dƣ các tài khoản mà giao tác thứ nhất cần tính. Tuy vậyhai giao tác thực hiện đồng thời vẫn xảy ra vấn đề, chẳng hạn ban đầu số dƣ của cả bốntài khoản đều là 100: 1. TA tìm tài khoản 10001, số dƣ là 100. Tổng là 100. 2. TB tìm tài khoản 10003, số dƣ là 100. 3. TA tìm tài khoản 10002, số dƣ là 100. Tổng cộng dồn là 200. 4. TB cập nhật tài khoản 10003, gán số dƣ là 0. 5. TA tìm tài khoản 10003, do số dƣ 0 nên tổng dƣ cộng dồn vẫn là 200. 6. TB tìm tài khoản 10001, số dƣ là 100. 7. TA tìm tài khoản 10004, số dƣ 100. Tổng cộng dồn là 300. Trang: 14
  15. 15. Cơ sở dữ liệu 8. TB cập nhật tài khoản 10001, nâng số dƣ thành 200. Đúng ra số dƣ phải 400 vì giao tác thứ hai không ảnh hƣởng đến tổng chung.Do giao tác TB xen vào các phép toán của giao tác TA nên kết quả không theo ý muốn.Chúng ta gọi hiện tƣợng này là phân tích không bền, tức thời điểm này phân tích thấy400, thời điểm khác lại là 300. - Để tránh các hiện tƣợng nhƣ trên ngƣời ta dùng kỹ thuật khoá. Việc khoá quiđịnh bất kỳ dữ liệu nào đƣợc ngƣời dùng tìm kiếm để cập nhật cần đƣợc khoá lại, hay từchối mọi truy cập của ngƣời dùng khác, cho đến khi việc cập nhật hoàn tất hay bị hủybỏ. - Trong cùng một thời điểm, nếu hai giao tác cùng truy cập một đối tƣợng thì mộttrong hai giao tác phải đợi giao tác kia giải phóng khoá. Theo giao thức này, sẽ hìnhthành một hàng đợi các giao tác có cùng yêu cầu. - Tuy nhiên không phải lúc nào cũng cần khoá, khi cả hai giao tác chỉ cần đọc dữliệu. Thực chất việc khoá chỉ thích hợp cho nhu cầu cập nhật dữ liệu. Vì vậy ngƣời tatạo ra hai loại khoá: khoá S (shared) dùng cho các giao tác có nhu cầu đọc dữ liệu; khoáX (exclusive) dùng cho các giao tác có nhu cầu cập nhật dữ liệu. Ngƣời ta có giao thứckhoá sau: + Khi một đối tƣợng có khoá S, các yêu cầu khoá S khác có thể truy cập đốitƣợng này. Giao tác cần đối tƣợng này theo khoá X cần đợi tất cả các khoá S giải phóngđối tƣợng này. + Khi đối tƣợng có khoá X, ngƣời ta không tiến hành khoá nào khác trên đốitƣợng này. Tất cả các giao tác yêu cầu khoá, cả X lần S đều phải đợi cho đến khi khoáX đƣợc giải phóng. - Tuy nhiên, hệ thống cần lƣu ý thời gian các khoá đƣợc giải phóng. Chẳng hạn cóhai giao tác TA và TB: 1. TA khoá S đối tƣợng 1, khoá S đối tƣợng 2, rồi khoá X đối tƣợng 1. 2. TB khoá S đối tƣợng 1, khoá X đối tƣợng 1, rồi khoá S đối tƣợng 2. Giả sử chúng ta cho giải phóng đối tƣợng ngay sau khi đã kết thúc công việc liênquan đến nó và giao tác TA yêu cầu khoá trƣớc, có thể xảy ra các dãy sự kiện sau nếuhai giao tác thực hiện đồng thời: 1. TA khoá S đối tƣợng 1. 2. TB khoá S đối tƣợng 1. 3. TA giải phóng khoá S trên đối tƣợng 1. Nó khoá S đối tƣợng 2. 4. TB giải phóng khoá S trên đối tƣợng 1. 5. TB khoá X đối tƣợng 1. Việc này đƣợc phép do TA và TB đã giải phóng đối tƣợng 1. 6. TA giải phóng khoá S trên đối tƣợng 2. TA ở trạng thái đợi khoá X đối tƣợng 1. 7. TB giải phóng khoá X trên đối tƣợng 1. Đặt khoá S lên đối tƣợng 2. 8. TA khoá X đối tƣợng 1. 9. TB giải phóng khoá S trên đối tƣợng 2. 10. TA giải phóng khoá X trên đối tƣợng 1. Nhƣ vậy TB đã cập nhật đối tƣợng 1 trƣớc TA. Điều này trái với giả thuyết TAlà giao tác trƣớc về logic phải đƣợc thực hiện trƣớc. Để đảm bảo đƣợc lịch tuần tựngƣời ta dùng giao thức khoá hai pha. Giao thức này qui định một giao tác không đƣợckhoá một đối tƣợng khi nó đã giải phóng đối tƣợng này. Định nghĩa Giao thức khóa hai pha: Giao thức khoá hai pha là thủ tục yêu cầu khoá các giao tác cần khoá trước khi mở khoá bất kỳ giao tác nào. Trang: 15
  16. 16. Cơ sở dữ liệu CHƢƠNG III: MÔ HÌNH QUAN HỆI. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Bảng quan hệ - Bảng quan hệ là hình ảnh trực quan của quan hệ. Nó gồm các dòng và các cột:các cột ứng với các thuộc tính, các dòng ứng với các bộ; dùng để lƣu trữ thông tin củaquan hệ. - Ví dụ: NHANVIEN Manv Tennv TenCN 17 Đào Thanh Xuân 63 Mơ Bình Minh 44 Mận Thanh Xuân 32 Quít Thanh Xuân 71 Cam Bình Minh 12 Bƣởi Sao Sáng 81 Xoài Bình Minh - Không đƣợc có hai dòng giống nhau trên cùng một bảng. 2. Bộ Là một dòng của bảng quan hệ. Nó gồm tập tất cả các thuộc tính trong bảng quanhệ. Ví dụ: (17, Đào, Thanh Xuân) là một bộ của quan hệ NHANVIEN. 3. Sơ đồ quan hệ Tập hợp gồm tên các thuộc tính R(A1, A2,…, An)đƣợc gọi là sơ đồ quan hệ hay lƣợc đồ quan hệ. Ví dụ: NHANVIEN(Manv,Tennv,TenCN) là sơ đồ quan hệ của Nhân Viên. 4. Miền giá trị và thuộc tính Miền là phạm vi giá trị có thể dùng cho một thuộc tính. Nó phải nhận giá trị đơn.Miền tƣơng tự về mặt khái niệm với kiểu dữ liệu trong lập trình. Cũng nhƣ kiểu dữ liệu,miền không chỉ xác định tập các giá trị gán cho thuộc tính, mà còn xác định các thao tácđƣợc phép sử dụng trên các dữ liệu. Chẳng hạn đối với dữ liệu số chúng ta mới có thểáp dụng các phép toán số học, cộng, trừ, nhân, chia,… Nếu nhìn khía cạnh khác, miềncòn có ý nghĩa ngữ nghĩa. Chẳng hạn cân nặng và chiều cao của một ngƣời đều nhận giátrị số, nhƣng hai số này không thể so sánh với nhau đƣợc. Khi xác định một thuộc tính ngƣời ta cần tính đến tên và miền của thuộc tính. Cácgiá trị gán cho thuộc tính cần thỏa mãn các ràng buộc về miền. Chẳng hạn tuổi của mộtngƣời đƣợc thể hiện bằng số, và nhận giá trị từ 1 đến 300. Giả sử Di là miền giá trị của thuộc tính Ai, ta viết: Di = dom(Ai) i = 1..n Các Di (i=1..n) không nhất thiết phải khác nhau, có nghĩa là các thuộc tính khácnhau có thể lấy trị trên cùng một miền giá trị. Miền giá trị không đƣợc chứa giá trị rỗng. 5. Giá trị rỗng Giá trị rỗng là giá trị có thể gán cho một thuộc tính khi không dùng giá trị khácđƣợc, hay khi ngƣời ta chƣa biết giá trị cần gán. NULL là giá trị đặc biệt, với nghĩa “không giống bất kỳ giá trị nào”, thậm chíkhông giống cả giá trị rỗng khác. Hai nhân viên tại đơn vị có giá trị rỗng có thể khôngcùng đơn vị. Trang: 16
  17. 17. Cơ sở dữ liệu 6. Khoá của quan hệ a. Khoá (khoá chính – primary key) Khoá của quan hệ là một tập nhỏ nhất các thuộc tính mà các giá trị của cácthuộc tính này dùng để phân biệt các bộ với nhau. b. Siêu khoá Là một tập thuộc tính có chứa khoá. Nhƣ vậy, khoá là một trƣờng hợp có chứakhóa. c. Khoá ngoại Là một tập thuộc tính không phải là khoá (primary key) của quan hệ R, nhƣnglà khoá của quan hệ S khác (R≠S). Lúc này quan hệ S gọi là quan hệ cha, R gọi là quanhệ con.II. RÀNG BUỘC TOÀN VẸN TRÊN CSDL QUAN HỆ 1. Khái niệm chung Ràng buộc toàn vẹn trên CSDL quan hệ giúp cho ứng dụng trở nên thực tế hơn,hợp lý hơn và nhất quán hơn. Chẳng hạn ngày sinh không thể lớn hơn ngày tháng hiệntại, điểm không thể vƣợt quá 10. Các ràng buộc này kiểm tra một bộ trƣớc khi thuộc vềmột quan hệ, kiểm tra các thao tác cập nhật trên quan hệ. 2. Ràng buộc trên một quan hệ a. Ràng buộc về miền giá trị Đây là loại ràng buộc xác định các giá trị dữ liệu nhập vào có hợp với kiểu dữliệu và phạm vi giá trị của thuộc tính qui định hay không. Ví dụ: Cho sơ đồ quan hệ: KQMH(maSV, mhoc, diem) RB: diem >= 0 và <=10 b. Ràng buộc về thuộc tính Ràng buộc về thuộc tính là ràng buộc về dữ liệu giữa các thuộc tính với nhautrong một quan hệ. Ví dụ: Cho sơ đồ quan hệ: DATHANG(SoĐH, ngayĐ, Hang, SLĐ, ngayG) RB: ngayĐ <= ngayG c. Ràng buộc liên bộ Ràng buộc liên bộ là ràng buộc về dữ liệu giữa các dòng (bản tin) trên mộtquan hệ. Ví dụ: Cho sơ đồ quan hệ: RUTTIEN(SoRT, ngayR, Sotien, TK) RB: Một ngày không đƣợc rút quá một lần cho một tài khoản. d. Ràng buộc về khoá Khoá chính không đƣợc mang trị rỗng (NULL), do đó một bộ có khoá mang trịrỗng sẽ không đƣợc thêm vào quan hệ. 3. Ràng buộc trên nhiều quan hệ a. Ràng buộc tham chiếu (Ràng buộc về khoá ngoại) - Ràng buộc tham chiếu là qui định cho biết hoặc là giá trị của khoá ngoại cầnkhớp với một trong những giá trị khoá chính của quan hệ cha, hoặc là giá trị khoá ngoạilà rỗng. Ví dụ: Cho hai quan hệ: NHANVIEN maNV tenNV maDV 001 Đào BH 002 Quít KT 003 Mận NC Trang: 17
  18. 18. Cơ sở dữ liệu DONVI maDV tenDV BH Bán hàng KT Kế toán NC Nghiên cứu Theo hai bảng quan hệ trên thì maDV là khoá ngoại của bảng NHANVIENvà là khoá chính của bảng DONVI. Giả sử chúng ta thêm bộ (004, Bƣởi, QL) vào bảngNHANVIEN thì sẽ vi phạm ràng buộc toàn vẹn tham chiếu vì trong bảng DONVIkhông có đơn vị với mã số QL. Nếu chúng ta thêm bộ (QL, Quản lý) vào bảng DONVItrƣớc việc thêm bộ (004, Bƣởi, QL) vào bảng NHANVIEN thì việc này không xâmphạm ràng buộc toàn vẹn. - Tính toàn vẹn tham chiếu liên quan đến vấn đề đặc biệt về sự nhất quán, đảmbảo tính toàn vẹn khi cập nhật thông tin, tức thêm, xoá hay sửa các dòng của bảng quanhệ. Chẳng hạn khi chúng ta sửa mã đơn vị trong bảng đơn vị thì không thể không cậpnhật giá trị này trong bảng nhân viên. Do vậy khi cập nhật thông tin, chúng ta thực hiệntheo ba chiến lƣợc sau: * Hạn chế (Restriction): Với chiến lƣợc hạn chế, ngƣời ta cấm bất kỳ thay đổi nào đối với khoáchính nếu có khoá ngoại tham chiếu đến nó. Do vậy yêu cầu xoá mã số NC hay thay NCbằng một mã khác là không đƣợc phép. * Thông tầng (Cascade): Theo nguyên tắc thông tầng, khi cần cập nhật tại một dòng của bảng quanhệ cha, chúng ta cần lần lƣợt thực hiện cùng phép cập nhật ấy tại các dòng của các bảngcon liên quan. Chẳng hạn thay đối dòng có mã đơn vị là NC thì không những thay đổitại bảng DONVI mà còn thay đổi tại bảng NHANVIEN. * Thiết lặp giá trị rỗng: Theo nguyên tắc thiết lặp giá trị rỗng, khi cập nhật một dòng của bảngquan hệ cha, chúng ta cần gán giá trị NULL cho tất cả các khoá ngoại của các bảng liênquan. Chú ý: Khi có sự thay đổi các giá trị trong một bảng gây ảnh hƣởng đến khoángoại của bảng khác thì hệ thống cần đề xuất các lựa chọn để ngƣời dùng quyết địnhcập nhật khoá ngoại hay chuyển về giá trị rỗng. Tác động ảnh hƣởng này đƣợc nhìntheo một chiều; chỉ các khoá ngoại của bảng NHANVIEN thay đổi theo các khoá chínhcủa bảng DONVI. Tuy nhiên chúng ta có thể đề cập các trƣờng hợp mà việc thay đổicủa khoá ngoại gây ảnh hƣởng đến bảng dữ liệu kia (bảng quan hệ cha). Ngoài ra, việcxoá các dòng trong bảng NHANVIEN có gây ảnh hƣởng ngƣợc đến bảng DONVIkhông? Nhìn chung tính toàn vẹn tham chiếu yêu cầu các khoá ngoại cần cậpnhật theo các phép toán thực hiện trên khoá chính của bảng liên quan. Nếu không đảmbảo đƣợc việc cập nhật hợp lý thì cần gán giá trị rỗng cho khoá ngoài. b. Ràng buộc liên thuộc tính - liên quan hệ Ràng buộc liên thuộc tính – liên quan hệ là ràng buộc về dữ liệu giữa các thuộctính trên nhiều quan hệ khác nhau. Ví dụ: Cho hai sơ đồ quan hệ:ĐH(SoĐH, ngayĐ, hang, SLĐ)GH(SoGH, ngayG, SoĐH, SLG)RB: ngayĐ <= ngayG c. Ràng buộc liên bộ - liên quan hệ Ràng buộc liên bộ – liên quan hệ là ràng buộc về dữ liệu giữa các dòng (bộ)trên nhiều quan hệ khác nhau. Trang: 18
  19. 19. Cơ sở dữ liệu Ví dụ: Cho hai sơ đồ quan hệ: SV(maSV, htenSV, NS, maL) LOP(maL, tenL) RB: Một lớp phải có ít nhất 10 sinh viên d. Ràng buộc thuộc tính tổng hợp Ràng buộc này đƣợc xác định trong trƣờng hợp một thuộc tính A của quan hệR đƣợc tính toán từ các thuộc tính của các quan hệ khác. Ví dụ 1: Cho hai sơ đồ quan hệ: ĐH(SoĐH, ngayĐ, SLĐ, SLcon) GH(SoGH, ngayG, SoĐH, SLG) RB: Slcon = SLĐ - tổng SLG. Ví dụ 2: Với hai sơ đồ: HĐ(SoHĐ, ngayHĐ, ngayxuat, tongTG) CTHĐ(SoCT, ngay, SoHĐ, SL, ĐG) RB: Tổng trị giá của một hoá đơn = tổng (SL x ĐG). e. Ràng buộc do chu trình Một CSDL có thể đƣợc biểu diễn bằng một đồ thị vô hƣớng. Trong đồ thị này,ta có 2 loại nút: nút thuộc tính và nút quan hệ. Một cung vô hƣớng trong đồ thị nối mộtnút thuộc tính A với một nút quan hệ R khi A thuộc R. Ví dụ: Đồ thị biễu diễn 4 sơ đồ quan hệ sau: ĐEAN(soĐA, tenĐA, phongPT) NV(maNV, tenNV, maP) PCONG(maNV, soĐA) PHONG(maP, tenP) soĐA PCONG (a) ĐEAN maNV (b) NV phongPT maP PHONG Trong hình vẽ trên, chúng ta nhận thấy đồ thị có chứa một chu trình. Nhƣvậy, CSDL sẽ phải có một ràng buộc toàn vẹn thuộc 1 trong 3 trƣờng hợp sau: *a≠b VD: Nhân viên có thể đƣợc phân công đề án không thuộc phòng nào phụ trách. *a≡b VD: Nhân viên thuộc phòng nào thì phải tham gia tất cả các đồ án do phòng phụ trách. a ≡ PCONG[soĐA, maNV] b ≡ (NV ⋈ ĐEAN)[soĐA, maNV]  Dẫn đến trùng lắp thông tin. Trang: 19
  20. 20. Cơ sở dữ liệu *ab VD: Một nhân viên chỉ đƣợc phân công làm đồ án do phòng mình phụ trách.III. ĐẠI SỐ QUAN HỆ 1. Phép chọn a. Mục đích: Phép chọn là phép tính lọc ra một tập con các bộ của quan hệ R đã cho, thỏabiểu thức điều kiện cho trƣớc. b. Định nghĩa: Cho quan hệ R trên tập thuộc tính U – ký hiệu R(U) và biểu thức điều kiện e(còn gọi là biểu thức lọc hay biểu thức chọn). Phép chọn trên quan hệ R theo điều kiệne, ký hiệu R(e) cho ta quan hệ P(U) nhƣ sau: P(U) = R(e) = {t  R | Sat(t,e)}trong đó hàm logic Sat(t,e) kiểm tra bộ t thỏa điều kiện e đƣợc xác định nhƣ sau: + Thay mọi xuất hiện của thuộc tính A trong biểu thức chọn e bằng trị tƣơngứng của A trong bộ t, t.A, ta thu đƣợc một mệnh đề logic A. + Tính trị của b. Nếu là đúng (True) thì bộ t thỏa điều kiện e; ngƣợc lại, nếutrị b là sai (False) thì bộ t không thỏa điều kiện e. c. Các phép toán: - Các toán hạng là hằng hoặc số hiệu thành phần. - Các phép toán so sánh: <, =, >, , ≤,  - Các phép toán logic: &, , AND (và), , |, OR (hoặc), , !, NOT (phủ định). d. Ví dụ: Cho quan hệ: MONHOC maM tenM soĐVHT coĐA 01 Cơ sở dữ liệu 5 .f. 02 Cấu trúc dữ liệu 4 .f. 03 Phân tích hệ thống 6 .f. 04 Cấu trúc máy tính 4 .t. Chọn ra các môn có 4 đơn vị học trình và có đề án cho sinh viên thực hiện: MON_ĐA = MONHOC(soĐVHT = 4  coĐA) kết quả: MON_ĐA maM tenM soĐVHT coĐA 04 Cấu trúc máy tính 4 .t. 2. Phép chiếu a. Mục đích: Phép chiếu trên một quan hệ thực chất là loại bỏ đi một số thuộc tính của quanhệ đó. b. Định nghĩa: Phép chiếu quan hệ R(U) trên tập con thuộc tính X  U, ký hiệu R[X], cho taquan hệ P(X) nhƣ sau: P(X) = R[X] = {t.X | t  R} R[X] đƣợc tính theo 2 bƣớc sau: + Xoá các cột không thuộc X của bảng R. + Xoá bớt các dòng không giống nhau trong bảng kết quả P(X): chỉ giữ lạimột dòng trong số các dòng giống nhau. Trang: 20
  21. 21. Cơ sở dữ liệu c. Ví dụ: Với ví dụ trên, cho biết mã và tên của các môn học: KQ = MONHOC[maM, tenM] kết quả:KQ maM tenM 01 Cơ sở dữ liệu 02 Cấu trúc dữ liệƣ 03 Phân tích hệ thống 04 Cấu trúc máy tính 3. Phép cộng (hợp) a. Mục đích: Phép hợp của hai quan hệ thực chất là phép nối dữ liệu của hai quan hệ; điềukiện là hai quan hệ này phải có cùng số thuộc tính. b. Định nghĩa: Phép cộng hai quan hệ tƣơng thích R(U) và S(U), ký hiệu R+S, cho ta quan hệchứa các bộ của mỗi quan hệ thành phần. P(U) = R+S = {t | t  R  t  S} c. Ví dụ: Cho 2 quan hệ sau: BIENCHE maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 001 Lê Văn Sỹ GĐ BGĐ 550 002 Nguyễn Chí Thanh PGĐ BGĐ 500 003 Châu Văn Liêm TP HCTH 480 004 Nguyễn An Ninh PP HCTH 475 005 Phan Đình Phùng HCTH 333 006 Ngô Gia Tự TV 290 HOPĐONG maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 011 Lê Văn Tám BV 290 012 Phạm Văn Đồng BV 255 013 Nguyễn Văn Linh ĐTTH 310 014 Kim Đồng ĐTTH 310 Trong cơ quan, có hai loại nhân viên: biên chế và hợp đồng. Danh sách chungtoàn bộ của cơ quan là: NHANVIEN = BIENCHE + HOPĐONGkết quả: NHANVIEN maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 001 Lê Văn Sỹ GĐ BGĐ 550 002 Nguyễn Chí Thanh PGĐ BGĐ 500 003 Châu Văn Liêm TP HCTH 480 004 Nguyễn An Ninh PP HCTH 475 005 Phan Đình Phùng HCTH 333 006 Ngô Gia Tự TV 290 011 Lê Văn Tám BV 290 012 Phạm Văn Đồng BV 255 013 Nguyễn Văn Linh ĐTTH 310 014 Kim Đồng ĐTTH 310 Trang: 21
  22. 22. Cơ sở dữ liệu 4. Phép trừ a. Định nghĩa: Phép trừ hai quan hệ tƣơng thích R(U) và S(U), ký hiệu R-S, cho ta quan hệchứa các bộ của quan hệ R nhƣng không có trong S. P(U) = R-S - {t | t  R, t  S} b. Ví dụ: NHANVIEN maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 001 Lê Văn Sỹ GĐ BGĐ 550 002 Nguyễn Chí Thanh PGĐ BGĐ 500 003 Châu Văn Liêm TP HCTH 480 004 Nguyễn An Ninh PP HCTH 475 005 Phan Đình Phùng HCTH 333 006 Ngô Gia Tự TV 290 LANHĐAO maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 001 Lê Văn Sỹ GĐ BGĐ 550 002 Nguyễn Chí Thanh PGĐ BGĐ 500 003 Châu Văn Liêm TP HCTH 480 004 Nguyễn An Ninh PP HCTH 475 NHANVIEN là quan hệ chứa các bộ về tất cả các nhân viên trong cơ quan, cònLANHĐAO chỉ liên quan đến những ngƣời lãnh đạo. Tìm những nhân viên không làlãnh đạo trong cơ quan. KQ = NHANVIEN – LANHĐAOkết quả: KQ maNV hotenNV chucvu donvi mucLG 005 Phan Đình Phùng HCTH 333 006 Ngô Gia Tự TV 290 5. Phép giao a. Định nghĩa: Phép giao hai quan hệ tƣơng thích R(U) và S(U), ký hiệu R&S, cho ta quan hệchứa các bộ xuất hiện đồng thời trong cả hai quan hệ thành phần.P(U) = R&S = {t | t  R, t  S} b. Ví dụ: Cho 2 quan hệ: NHAHANG ten diachi phuong quan Huy Hoàng 504 Điện Biên Phủ 14 3 Tƣơng Lai 229 Ngô Chí Thanh 6 5 Sinh Đôi 300 Lý Thái Tổ 6 10 Đông Nam Á 230 Ngô Gia Tự 10 1 KHACHSAN ten diachi phuong quan Viễn Đông 2 Lê Lợi 5 1 Huy Hoàng 504 Điện Biên Phủ 14 3 Ánh Hồng 151 Đặng Dung 2 PN Tƣơng Lai 229 Ngô Chí Thanh 6 5 Tìm các nơi vừa là khách sạn, vừa là nhà hàng. NH_KS = NHAHANG & KHACHSAN Trang: 22
  23. 23. Cơ sở dữ liệukết quả: NH_KS ten diachi phuong quan Huy Hoàng 504 Điện Biên Phủ 14 3 Tƣơng Lai 229 Ngô Chí Thanh 6 5 6. Phép kết nối tự nhiên a. Định nghĩa: Phép kết nối tự nhiên hai quan hệ R(U) và S(V), ký hiếu RS, cho ta quan hệchứa các bộ là sự phối hợp của bộ u trong quan hệ R với tất cả các bộ v trong quan hệ Ssao cho các trị trên miền thuộc tính chung của hai bộ này là nhƣ nhau. P(UV) = RS = {uv | u  R, v  S, u.M = v.M, M = U  V} Nếu M = U  V = , RS sẽ là phép tích Descartes trong đó mỗi bộ của quanhệ R sẽ đƣợc ghép với mọi bộ của quan hệ S. b. Ví dụ: Có bảng lịch thi và bảng môn học, hãy tổng hợp để in ra bảng lịch thi gồm mãmôn, tên môn thi, ngày, phòng. LICHTHI maM ngay phong 01 12/07/1994 B 02 14/07/1994 B 03 16/07/1994 C 04 17/07/1994 D MONHOC maM tenM 01 Phân tích hệ thống 02 Cơ sở dữ liệu 03 Lập trình C 04 Lập trình Webkết quả: KQ maM tenM ngay phong 01 Phân tích hệ thống 12/07/1994 B 02 Cơ sở dữ liệu 14/07/1994 B 03 Lập trình C 16/07/1994 C 04 Lập trình Web 17/07/1994 D 7. Phép chia a. Định nghĩa: Cho hai quan hệ R(U) và S(V), phép chia quan hệ R cho S là một quan hệ gồmcác bộ t có M=U-V thuộc tính sao cho:P(M) = R : S = {t.M | t  R, (t.M)*S  R, M = U-V} Trang: 23
  24. 24. Cơ sở dữ liệu b. Ví dụ: Cho 2 quan hệ sau: DM ngay maNV maH TenH DVT 20/09/1994 013 A01 Dầu lửa lít 20/09/1994 013 A02 Xăng lít 20/09/1994 013 B01 Đƣờng trắng kg 20/09/1994 013 B02 Đƣờng vàng kg 21/09/1994 014 A01 Dầu lửa lít 21/09/1994 014 A02 Xăng lít 21/09/1994 014 B01 Đƣờng trắng kg 21/09/1994 014 B02 Đƣờng vàng kg 22/09/1994 015 B01 Đƣờng trắng kg 22/09/1994 015 B02 Đƣờng vàng kg HANG maH tenH DVT A01 Dầu lửa lít A02 Xăng lít B01 Đƣờng trắng kg B02 Đƣờng vàng kg Liệt kê những ngày cùng mã nhân viên mà cả 4 mặt hàng đều có bán: KQ = DM : HANG kết quả: KQ ngay maNV 20/09/1994 013 21/09/1994 014 8. Một số hàm tiện ích a. Hàm Sum(R, A) Trả về tổng các giá trị số trong thuộc tính A của quan hệ R: Sum(R,A) = ∑ (t.A | t є R) b. Hàm Avg(R, A) Trả về trung bình cộng các giá trị trong thuộc tính A của quan hệ R: Avg(R,A) = Sum(R,A) / Card(R) nếu Card(R) ≠ 0. c. Hàm Max(R, A) Trả về giá trị lớn nhất trong thuộc tính A của quan hệ R. d. Hàm Min(R, A) Trả về giá trị nhỏ nhất trong thuộc tính A của quan hệ R. e. Attr(R) Trả về tập thuộc tính của quan hệ R. f. Hàm Card(R) Trả về số record có trong R. g. Hàm Sat(t,e) Kiểm tra bộ t thoả điều kiện e. Trang: 24
  25. 25. Cơ sở dữ liệu 9. Một vài ký hiệu khác cho các phép toán quan hệ Phép toán Ký hiệu Ký hiệu khác chọn R(e) e(R) chiếu R[X] x(R) kết nối tự nhiên R*S R⋈S cộng R+S RS giao R&S RS trừ R–S RS chia R:S RSIV. PHÉP TÍNH QUAN HỆ Trong phần này, chúng ta sẽ đi sâu vào hai khai niệm của phép tính quan hệ đó là“phép tính quan hệ trên miền” và “phép tính quan hệ trên bộ”. 1. Công thức của phép tính quan hệ (Formulas of Relational Calculus) Công thức là những biểu thức mà nó biểu diễn những quan hệ, có thể là nhữngquan hệ không xác định. Mỗi công thức có tập hợp những biến “tự do” (free) tƣơng ứngvới những biến đƣợc khai báo là toàn cục trong thủ tục gần ngay. Những biến khác xuấthiện trong công thức là những biến “giới hạn” (bound) tƣơng tự biến cục bộ trong thủtục. Lƣợc đồ quan hệ cho một công thức là một tập hợp những thuộc tính tƣơng ứng vớinhững biến tự do của công thức. Tƣơng tự biến toàn cục và biến cục bộ của thủ tục, có thể có hai biến thể cùng tênX đề cập hai lần khai báo X khác nhau. Một có thể là giới hạn trong khi cái kia là tự do.Nghĩa là chúng ta phải phân biệt giữa biến thể của những biến giới hạn và biến thể củanhững biến tự do. a. p(X1,…,Xn) là một công thức, trong đó p là biểu tƣợng vị từ, X1,…,Xn làbiến hoặc hằng. Vị từ p miêu tả một quan hệ; tất cả những biến thể của những biến giữaX1,…,Xn là tự do. b. Mỗi phép so sánh toán học X  Y là một công thức, trong đó X, Y là biếnhoặc hằng;  là 1 trong 6 toán tử so sánh số học nhƣ =, >,… Chúng ta quan tâm đếnbiến thể của X và Y (nếu chúng là biến) bởi vì nó tự do trong công thức X  Y. Trongnhiều trƣờng hợp, X  Y miêu tả một quan hệ không xác định, tập hợp tất cả những cặp(X,Y) mà tham gia trong quan hệ . Những công thức mà nối với nhau bằng logicalAND định nghĩa một quan hệ xác định thì công thức X  Y có thể đƣợc xem nhƣ toántử “chọn”. c. Nếu F1 và F2 là những công thức thì F1  F2 là một công thức với nghĩa “cảhai F1 và F2 đều đúng”. Tƣơng tự, F1  F2 cũng là một công thức với nghĩa “ít nhất 1trong 2 F1 hoặc F2 là đúng”.  F1 cũng là một công thức với nghĩa “F1 không đúng”.Lƣu ý: Một thể hiện của biến s có thể giới hạn trong F1, nhƣng một thể hiện khác của slà tự do trong F2. d. Nếu F là một công thức thì (X) F là một công thức với nghĩa “có ít nhấtmột giá trị của X mà khi thay thế nó cho tất cả những thể hiện của X trong F thì làm chocông thức trở nên đúng”. Chúng ta đọc (X) là “Tồn tại X”. (X) và (X) (đƣợc giớithiệu sau) đƣợc gọi là lƣợng từ. Tất cả những thể hiện của X trong F là bị giới hạn bởilƣợng từ (X) và đƣợc xem là giới hạn trong công thức (X) F. e. Nếu F là một công thức thì (X) F cũng là một công thức với nghĩa “bất kỳgiá trị nào chúng ta chọn, nếu chúng ta thay thế giá trị đó cho tất cả những thể hiện tựdo của X trong F thì công thức trở nên đúng”. Chúng ta đọc (X) là “Với mọi X”.Giống nhƣ (X), lƣợng từ (X) ràng buộc tất cả những thể hiện tự do của X trong F, vìvậy những thể hiện này là bị chặn trong (X)F. Trang: 25
  26. 26. Cơ sở dữ liệu f. Chúng ta có thể sử dụng các dấu ngoặc để bao các công thức lại khi cần. Nếukhông có dấu ngoặc thì trật tự ƣớc tính là:, (X), (X) có độ ƣu tiên cao nhất và đƣợc nhóm từ bên phải nhất khi chúng xuấthiện liên tiếp.  có độ ƣu tiên kế tiếp và nhóm từ bên trái.  có độ ƣu tiên thấp nhất và nhóm từ bên trái. Ví dụ: Công thức: (X)p(X,Y)  q(Y)  r(X)nếu đƣợc đặt trong dấu ngoặc đơn thì: ((X)(p(X,Y)))  (q(Y)  r(X)) g. Ví dụ: Công thức đại số quan hệ: cust (INAME = „Brie‟ (INCLUDES ⋈ ORDERS)liên quan đến những quan hệ: INCLUDES(O#, INAME, QUANTITY) ORDERS(O#, DATE, CUST) Trong phép tính quan hệ, toán tử kết nối đƣợc phản ánh bằng logical ANDcùng những biến đƣợc chọn tƣơng ứng với những thuộc tính của những quan hệ thamgia vào quá trình kết nối. Chúng ta có thể bắt đầu với những công thức includes(N, I, Q)và orders(N, D, C) tƣơng ứng với những quan hệ INCLUDES và ORDERS với biến Nđƣợc sử dụng trong cả hai biến thể của thuộc tính O#. Khi đó: INCLUDES ⋈ ORDERSđƣợc mô tả bằng công thức sau: includes(N, I, Q)  orders(N, D, C) Phép chọn ITEM = „Brie‟ đƣợc quản lý bởi logical AND của công thức bêntrên với công thức nhân, I = „Brie‟. Kế đến là phép chiếu trên thuộc tính CUST cho thấyrằng chúng ta chỉ quan tâm đến sự tồn tại của một vài giá trị cho mỗi biến N, I, Q, và Dđể tạo thành công thức: includes(N, I, Q)  orders(N, D, C)  I = „Brie‟là đúng. Chúng ta có thể sử dụng lƣợng từ  áp dụng cho công thức trên để nó trở thànhcông thức: (N)(I)(Q)(D) (includes(N, I, Q)  orders(N, D, C)  I = „Brie‟) Công thức trên chỉ đúng khi và chỉ khi I = „Brie‟. Chúng ta có thể bỏ lƣợngtừ (I) nếu chúng ta thay thế thể hiện của I bằng hằng „Brie‟. Với nổi lực nhỏ, chúng tacó thể chứng minh 2 công thức là tƣơng đƣơng: (N)(Q)(D) (includes(N, „Brie‟, Q)  orders(N, D, C)) 2. Phép tính quan hệ trên miền a. Biểu thức của phép tính quan hệ trên miền: Những công thức có thể đƣợc sử dụng để diễn tả những truy vấn một cách đơngiản. Mỗi công thức có một hoặc nhiều biến tự do định nghĩa một quan hệ mà nhữngthuộc tính của nó tƣơng ứng với những biến tự do này. Biểu thức biễu diễn phép tínhtrên miền có dạng: {X1…X2 | F(X1…X2)} (1)nghĩa là tập hợp những bộ a1…an mà khi chúng ta thay thế ai cho Xi, 1  i  n, công thứcF(a1…an) là đúng. Ngôn ngữ truy vấn chứa những biểu thức dạng (1) đựơc gọi là phép tính quanhệ trên miền (DRC). Các biến là những bộ phận của bộ trong khi phép tính quan hệ trênbộ (giới thiệu sau) thì các biến là đại diện cho tất cả các bộ. Những quan hệ định nghĩa bởi biểu thức DRC thì không cần phải xác định. Vídụ: {XY | p(X,Y)} Trang: 26

×