Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL LỜI MỞ ĐẦU Mô hình dữ liệu quan hệ được E.Codd đề xuất năm 1970 đã đánh dấu một mốc phát triển quan trọng về cơ sở lý thuyết cũng như khả năng ứng dụng của các hệ cơ sở dữ liệu ( CSDL ). Cùng với sự bùng nổ của nhu cầu xây dựng các hệ thống thông tin, trước hết là các hệ thống thông tin quản lý, kéo theo sự tham gia vào của cỏc hóng máy tính lớn với sự xuất hiện của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu danh tiếng như: DB2, Sybase. Oracle trên thị trường công nghệ thông tin thế giới. Đặc biệt không thể không kể đến là sự phát triển như vũ bão của thế hệ máy tính cá nhân và các môi trường tính toán phân tán trong những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ trước, đã tạo một bước chuyển biến hết sức mạnh mẽ về cách tiếp cận cũng như về triết lý triển khai các hệ CSDL, với sự xuất hiện của các hệ quản trị CSDL mới, gọn nhẹ và thân thiện với người sử dụng hơn như : Foxbase. FoxPro. SQL server Thuật ngữ CSDL trở nên hết sức quen thuộc cả với các nhà quản lý, các nhân viên văn phòng và ở bất cứ doanh nghiệp, nào khi muốn tiến hành tin học hoá hoạt động quản lý của doanh nghiệp mình đều bắt đầu từ việc thiết kế hệ cơ sở dữ liệu khi các nguồn lực khỏc đó sẵn sàng. Và một trong những vấn đề quan trọng nhất của việc thiết kế hệ cơ sở dữ liệu là vấn đề chuẩn hoá cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu được ví như “ xương sống ” của “ cơ thể ” hệ thống thông tin quản lý trong doanh nghiệp, muốn có một “ cơ thể ” chắc chắn, bền vững thì chúng ta phải có một “ xương sống ” vững chắc, đầy đủ. Vấn đề chuẩn hoá dữ liệu trong thiết kế cơ sở dữ liệu là rất rộng lớn, nghiên cứu quá trình chuẩn hoỏ trờn một lược đồ quan hệ là một mặt của vấn đề này. Từ việc chuấn hoá dữ liệu chúng ta có thể đưa ra được một lược đồ quan hệ ngắn gọn, đây sẽ là cơ sở căn bản phục vụ cho việc thiết kế dữ liệu. 1 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Xuất phát từ tính cấp thiết của vấn đề này, em đã chọn đề tài : “ Vai trò của chuẩn hoá dữ liệu trong thiết kế cơ sở dữ liệu”. Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ của TS. Trần Thị Song Minh và các thầy cô giỏo khỏc trong khoa đó giỳp em hoàn thành đề tài này. Vì sự hiểu biết và kiến thức của em còn nhiều hạn chế, nên bài viết của em sẽ còn nhiều thiếu sót, em rất mong muốn nhận được sự góp ý của cô giáo để em hoàn thành bài viết này và có được sự hiểu biết đầy đủ hơn về vấn đề này. Em xin chân thành cám ơn! NỘI DUNG Trong nhiều năm, công nghệ tính toán và thông tin phát triển từ những hệ thống lớn, đắt tiền, độc quyền đến các hệ thống mở mạnh và không đắt tiền. Sự phát triển này mang lại lợi ích to lớn cho người dùng cuối cùng bởi sự phát triển của cỏc gúi ứng dụng số như xử lý văn bản, bảng tính điện tử, văn phòng xuất bản, hệ quản lý cơ sở dữ liệu, máy tính trợ giúp công nghệ phần mềm Trước khi máy tính hoá cơ sở dữ liệu được giới thiệu, dữ liệu được lưu trữ theo kiểu điện tử thành nhiều tập tin riêng biệt sử dụng hệ tập tin ( từ đây về sau ta gọi hệ tập tin theo lối cũ) cũ. Những tập tin này được xử lý bằng ngôn ngữ thế hệ thứ ba như : COBOL, FORTRAN, PASCAL và ngay cả BASIC để tạo ra các giải pháp cho các vấn đề của doanh nghiệp. Mỗi ứng dụng chẳng bạn như hệ tính lương, hệ kho, hay hệ thống kế toán sẽ có một tập hợp các tập tin riêng chứa dữ liệu riêng. Tuy nhiên, khi quy mô kinh doanh của các tổ chức và nhu cầu xử lý thao tác dữ liệu với các mục đích khác nhau theo các quy cách khác nhau tăng lên, một số vấn đề nghiêm trọng sẽ có thể nảy sinh. Các hệ thống trên cơ sở tệp được phát triển với các ứng 2 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL dụng đặc biệt, do vậy việc lưu trữ thông tin của các tổ chức trong các hệ thống tệp có một số bất lợi chính sau : - Có sự liên kết chặt chẽ giữa cấu trúc luận lý và cấu trúc vật lý của các tập tin và chương trình ứng dụng khai thác chúng. Điều này khiến việc tạo nên các ứng dụng này rất khó khăn, tốn nhiều thời gian và vì thế mà tốn kếm trong bảo trì hệ thống. - Có sự dư thừa dữ liệu rất lớn qua việc trùng lắp các tập tin trong các ứng dụng khác nhau. Điều này tạo ra những vấn đề như : dữ liệu thiếu nhất quán, không gian đĩa bị lãng phí, thời gian bảo trì và lưu phòng hệ các tập tin gia tăng, vấn đề về quản trị như không chú trọng bảo mật và tổ chức dữ liệu thiết thống nhất. Chúng ta thử xem xét một ví dụ thường gặp trong bất kỳ một tổ chức nào đó là hệ quản trị nguồn nhân lực, hệ này gồm ba hệ chính : + Hệ lương : hệ này duy trì ngày công và lương cho tất cả nhân viên trong tổ chức + Hệ nhân sự : hệ này duy trì lý lịch cá nhân, dữ liệu về tổ chức, công việc đào tạo và vị trí thăng tiến + Hệ hưu : hệ này quản trị các quy tắc liên quan đến nghỉ hưu, loại nghỉ hưu, chi tiết hưu của từng nhân viên. Vấn đề phức tạp là hệ lương thông thường được quản lý bởi phòng tài chính, hệ nhân sự và hệ hưu được quản lý bởi phòng tổ chức, có nhiều dữ liệu về nhân viên là chung cho cả ba hệ - những hệ này thường thực hiện và sử dụng riêng biệt và chúng tạo sự trùng dữ liệu nhân viên mà chỳng dựng. Người sử dụng ít có khả năng khai thác dữ liệu trực tiếp 3 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Cơ sở dữ liệu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu ra đời là nhằm giải quyết các vấn đề của dữ liệu lưu trữ theo lối cũ, tạo sự thống nhất các hệ dữ liệu vào một hệ cơ sở dữ liệu chính, khắc phục các nhược điểm của hệ thống thông tin cũ. A. Thiết kế cơ sở dữ liệu - Lược đồ quan hệ : I - Một số khái niệm chung: 1. Cơ sở dữ liệu (CSDL) là gì? Cơ sở dữ liệu ( Database ) là một lĩnh vực nghiên cứu các mô hình, nguyên lý, phương pháp tổ chức dữ liệu trờn cỏc vật mang tin. Nghiên cứu cơ sở dữ liệu giỳp cỏc chuyên gia lưu trữ, tìm kiếm, cập nhật thông tin nhanh, tiết kiệm bộ nhớ, thời gian. Một khía cạnh hết sức quan trọng khi nghiên cứu cơ sở dữ liệu là giúp chúng ta hiểu những ràng buộc mang tính chất nội tại của một mô hình CSDL, để từ đó giúp nắm nguyên lý của cơ sở dữ liệu, có thể vận dụng vận hành trên máy tính , ngoài ra nghiên cứu cơ sở dữ liệu còn giúp cho việc hiểu sâu về mặt lý thuyết của CSDL, mối quan hệ với các lĩnh vực khác, và những đặc thù riêng hết sức phong phú 4 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Cơ sở dữ liệu hợp nhất Theo sơ đồ trên chúng ta nhìn thấy thành phần cơ sở dữ liệu hợp nhất là một bộ sưu tập các dữ liệu chứa trờn cỏc phương tiện lưu trữ như: đĩa từ, băng từ…và người sử dụng trực tuyến có thể sử dụng hay chia sẻ cơ sở dữ liệu này. Các chương trình ứng dụng theo lô có thể thực hiện các thao tác trờn các dữ liệu được lấy ra từ cơ sở dữ liệu này như tìm kiếm, sửa đổi, bổ sung, loại bỏ…Người sử dụng trực tuyến thao tác với cơ sở dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối ở gần hoặc cách xa, họ cũng có thể thực hiện tất cả các thao tác: tìm kiếm, sửa đổi, bổ sung, loại bỏ… Như vậy, Cơ sở dữ liệu là một bộ sưu tập các dữ liệu tác nghiệp được lưu trữ lại và được các hệ ứng dụng của một tổ chức nào đó. 2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu và hệ cơ sở dữ liệu: 2.1. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: ( DataBase Management System - DBMS): là một tập các phần mềm quản lý CSDL và cung cấp các dịch vụ xử lý CSDL cho những người phát triển ứng dụng và người dung cuối, DBMS cung cấp 5 Các chương trình ứng dụng Người sử dụng trực tuyến Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL một giao diện giữa người sử dụng và dữ liệu, biến đổi CSDL vật lý thành CSDL logic - Dựa vào các tổ chức dữ liệu, DBMS được chia thành năm loại: + Loại phân cấp như hệ IMS của IBM + Loại mạng như IDMS của Cullinet Software + Loại tập tin đảo như ADABAS của Software AG + Loại quan hệ như ORACLE của Oracle, DB2 của IBM, Access của Microsoft Access + Loại đối tượng, là một tiếp cận khá mới trong thiết kế DBMS và việc sử dụng loại này sớm trở nên phổ biến - DBMS có vai trò quan trọng trong các hệ thống lập trình hiện đã có mặt trờn cỏc mỏy PC, Mainframe, cũng như các hệ thống phần mềm khác, chẳng hạn như trình biên dịch, hệ điều hành, các nguyên lý của DBMS cũng xuất hiện và được nghiên cứu nhằm giỳp chỳng ta nắm vững các nguyên lý về mặt lý thuyết để sử dụng và cài đặt DBMS một cách hiệu quả nhất. Hiện tại, loại DBMS chính được sử dụng trong công nghệ là loại DBMS quan hệ ( RDBMS), loại này đã chiếm lĩnh trong công nghệ trên 10-15 năm cuối cùng khi đánh bật loại DBMS phân cấp và gần đây là DBMS mạng 2.2.Hệ cơ sở dữ liệu: là một hệ thống gồm 4 thành phần: - Cơ sở dữ liệu hợp nhất: cơ sở dữ liệu của hệ có 2 tính chất là tối thiểu hoá dư thừa và được chia sẻ - Những người sử dụng: người sử dụng của hệ là bất kỳ một con người nào có nhu cầu truy nhập vào CSDL, có nghĩa là người sử dụng bao gồm tất 6 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL cả những người sử dụng cuối, những người viết các chương trình ứng dụng và những người điều khiển toàn bộ hệ thống hay còn gọi là người quản trị cơ sở dữ liệu - Phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu: - Phần cứng: bao gồm các thiết bị nhớ thứ cấp được sử dụng để lưu trữ dữ liệu * Theo nhóm nghiên cứu hệ quản trị cơ sở dữ liệu ANSI/SPARC, kiến trúc một CSDL được chia thành 3 mức khác nhau: - Mức ngoài ( Khung nhìn): + Mức ngoài lien quan đến cách nhìn, quan niệm của từng người sử dụng CSDL , vì vậy còn gọi là “ khung nhỡn” + Có nhiều cách nhìn ở mức ngoài khác nhau, mỗi cách nhìn bao gồm sự biểu diễn trừu tượng của một phần nào đó của CSDL + Mỗi người sử dụng cần một ngôn ngữ để giao tiếp với hệ thống cơ sở dữ liệu đó là ngôn ngữ con dữ liệu ( Data sub language – DSL) + Về nguyên tắc, DSL là kết hợp của ít nhất 2 ngôn ngữ: ~ Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu: ( Data Definition Language – DDL): dùng để định nghĩa hoặc khai báo các đối tượng của CSDL ~ Ngôn ngữ thao tác dữ liệu: ( Data Manipulation Language – DML):dựng để hỗ trợ việc thao tác hoặc xử lý các đối tượng của cơ sở dữ liệu - Mức khái niệm: 7 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL + Mức khái niệm cho phép ta định nghĩa một cách nhìn thống nhất cho người sử dụng, bao gồm sự biểu diễn trừu tượng của tổng thể toàn bộ CSDL. + Lược đồ khái niệm được thể hiện bằng một ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu khác. Đó là ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu khái niệm ( Conceptual DDL) - Mức trong ( còn gọi là mức vật lý): + Mức trong rất gần với cách lưu trữ trong bộ nhớ máy tính + CSDL vật lý là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên thiết bị nhớ ngoài + Lược đồ trong không chỉ định nghĩa các kiểu bản ghi được lưu trữ mà còn chỉ định các chỉ mục, cách biểu diễn trường được lưu trữ, trật tự vật lý của các bản ghi được lưu trữ + Lược đồ trong được thể hiện bằng một ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu khác – đó là ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu mức trong ( Internal DDL) 8 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Kiến trúc một hệ thống cơ sở dữ liệu Hệ quản trị CSDL ( Database Management system DBMS) Người sử dụng B3 * Lược đồ ngoài A (Exernal Scherma A) Người sử dụng A1 Người sử dụng A2 Người sử dụng B1 Người sử dụng B2 Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ Ngôn ngữ Không gian làm việc Không gian làm việc Không gian làm việc Không gian làm việc Không gian làm việc Mô hình ngoài A ( Khung nhìn ) (External Model A) Mô hình ngoài B ( Khung nhìn ) (External Model B) Mô hình dữ liệu ( Data Model ) (Conceptual Model ) Mô hình khái niệm Ánh xạ giữa mô hình ngoài A và mô hình khái niệm Ánh xạ giữa mô hình ngoài B và mô hình khái niệm Ánh xạ giữa mô hình khái niệm và mô hình trong Mô hình trong ( Internal model ) ( Cơ sở dữ liệu được lưu trữ) * Lược đồ ngoài B (Exernal Scherma B) * Lược đồ khái niệm * Lược đồ trong ( Internal schema) ( Storage structure definition) Người quản trị hệ thống ( Data base Admin istrator ) xây dựng và bảo trì các lược đồ và các ánh xạ 9 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL 3. Phân loại các hệ cơ sở dữ liệu: 3.1. Các hệ cơ sở dữ liệu tập trung: Với một hệ cơ sở dữ liệu tập trung, tập tất cả các dữ liệu được định vị tại một trạm đơn lẻ. Những người sử dụng tại các trạm từ xa, có thể truy nhập cơ sở dữ liệu thông qua các công cụ truyền thông dữ liệu. * Đặc điểm: - Các hệ cơ sở dữ liệu tập trung cung cấp một sự kiểm soát lớn hơn đối với việc truy nhập và cập nhật dữ liệu so với các hệ cơ sở dữ liệu phân tán. - Chúng có thể bị mắc lỗi nhiều hơn do chúng phụ thuộc vào tính sẵn sang của các tài nguyên 3.1.1. Hệ cơ sở dữ liệu cá nhân: là một kiểu hệ cơ sở dữ liệu rất quen thuộc. Hệ cơ sở dữ liệu cá nhân thường có một người sử dụng đơn lẻ : có thể vừa thiết kế , tạo lập cơ sở dữ liệu, vừa cập nhật dữ liệu và bảo trì, lập báo cáo và hiển thị báo cáo. Hệ cơ sở dữ liệu này thường hỗ trợ một ứng dụng hay một số giới hạn các ứng dụng đơn lẻ. Việc phát triển và sử dụng các hệ cơ sở dữ liệu cá nhân là khá đơn giản và dễ dàng. Hệ cơ sở dữ liệu cá nhân 10 [...]... nhập cơ sở dữ liệu này từ xa thông qua các thiết bị đầu cuối, các móc nối truyền thông dữ liệu Các hệ cơ sở dữ liệu trung tâm thường lưu trữ các cơ sở dữ liệu tích hợp rất lớn, được nhiều người sử dụng truy nhập - Ứng dụng: các hệ thống booking, các hệ thống thông tin của các cơ quan tài chính và các công ty phát triển nhanh… Hệ cơ sở dữ liệu trung tâm 11 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế. .. kế CSDL 3.2 Các hệ cơ sở dữ liệu phân tán : Là một cơ sở dữ liệu logic đơn lẻ mà được trải dài ra về mặt vật lý trên nhiều máy tính ở nhiều vị trí khác nhau Có hai kiểu trung chung nhất của các hệ cơ sở dữ liệu phân tán là : hệ cơ sở dữ liệu phân tán thuần nhất và hệ cơ sở dữ liệu phân tán không thuần nhất Các hệ cơ sở dữ liệu được thiết kế và xây dựng để lưu trữ tất cả các dữ liệu của một tổ chức cụ... Việc hợp nhất tất cả dữ liệu lại cho phép tổ chức có thể quản lý tập trung và quản lý một cách có hệ thống Mặt khác, cơ sở dữ liệu hợp nhất được tạo lập cho phép giảm dư thừa và trỏnh tớnh không nhất quán trong dữ liệu, đảm bảo sự tuân thủ các tiêu chuẩn thống nhất và cân bằng các yêu cầu đối lập trong tổ chức 13 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Các hệ cơ sở dữ liệu phân tán 4 Mô hình.. .Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL - Ứng dụng: quản lý thanh toán, kiểm kê hang hoá, quản lý khách hàng… - Nhược điểm: Người sử dụng có nguy cơ chịu nhiều rủi ro trong việc tổ chức dữ liệu một cách độc lập, khó có thể được chia sẻ cho nhiều ứng dụng khác nhau 3.1.2 Hệ cơ sở dữ liệu trung tâm: Dữ liệu mà hầu hết các ứng dụng có thể truy nhập... quy tắc toàn vẹn dữ liệu trong mô hình quan hệ: * Quy tắc toàn vẹn thực thể ( Entity Integrity – EI ): Thuộc tính nào dùng làm khoỏ chớnh trờn một bảng dữ liệu không bao giờ được rỗng ( null) 16 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL * Toàn vẹn quy chiếu ( Referential Integrity – RI ): Nếu một bảng dữ liệu bao gồm một khoá ngoại lai khớp với một khoỏ chớnh trên một bảng dữ liệu T nào đó, thì... đó, thì mỗi giá trị của khoá ngoại lai phải hoặc: - Bằng giá trị của khoỏ chính trên một hàng nào đó của bảng dữ liệu T - Hoàn toàn rỗng II Lược đồ quan hệ: Lược đồ quan hệ: Ngoài việc phân chia mức trừu tượng, chúng ta còn một các hiểu khác về cơ sở dữ liệu Khi thiết kế, chúng ta quan tâm đến những hoạch định (plan) trên cơ sở dữ liệu, nhưng khi sử dụng chúng, Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ là một... có mã là số 1 Việc thiết kế CSDL chia thành 2 bảng, một bảng nói về ‘ Trần Quang Huy’ trong bảng NHÂN_VIấN, cỏc thông tin về phòng số 2 vẫn còn trong bảng PHềNG 2.3 Dị thường sửa bộ ( Update Anomalies): 17 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL - Trong trường hợp muốn thay đổi giá trị của một thuộc tính của một phòng cụ thể nào đó ( chẳng hạn điện thoại của phòng số 5), trong quan hệ NHÂNVIấN_PHềNG,... tượng của dữ liệu quan hệ : 4.1.1 Khái niệm toán học của mô hình quan hệ : 14 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Quan hệ hiểu theo nghĩa lý thuyết tập hợp, đó là tập con của tích Đề - Các của các miền : + Miền ( Domain) : là một tập các giá trị + Tích Đề - Các của n miền :D1* D2* *Dn là tập tất cả n bộ ( v1,v2, ,vn) sao cho vi Di với i = 1,2,…,n - Quan hệ ( relation) là một tập con của. .. Hệ cơ sở dữ liệu khách chủ: Các hệ này thường được sử dụng để hỗ trợ các tính toán theo một nhóm công việc, có nghĩa là việc sử dụng các tài nguyên tính toán để hỗ trợ quyết định và các ứng dụng khác bởi một nhóm người sử dụng Một vài mạng có thể móc nối với nhau sao cho cỏc nhúm công việc khác nhau có thể chia sẻ công việc Hệ cơ sở dữ liệu khách / chủ 12 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế. .. quan hệ 4NF Các quan hệ 5NF 18 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Các mức của chuẩn hoá I Phụ thuộc hàm (Functional Dependency, FD) 1.Một số khái niệm: 1.1.Khái niệm về phụ thuộc hàm: Khái niệm về sự phụ thuộc hàm trong một quan hệ là rất quan trọng đối với việc thiết kế mô hình dữ liệu Năm 1970, E.F.Codd đã mô tả sự phụ thuộc hàm trong mô hình dữ liệu quan hệ, nhằm giải quyết việc phõn . ánh xạ 9 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL 3. Phân loại các hệ cơ sở dữ liệu: 3.1. Các hệ cơ sở dữ liệu tập trung: Với một hệ cơ sở dữ liệu tập trung, tập tất cả các dữ liệu được. là cơ sở căn bản phục vụ cho việc thiết kế dữ liệu. 1 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Xuất phát từ tính cấp thiết của vấn đề này, em đã chọn đề tài : “ Vai trò của chuẩn hoá dữ. trùng dữ liệu nhân viên mà chỳng dựng. Người sử dụng ít có khả năng khai thác dữ liệu trực tiếp 3 Vai trò của chuẩn hóa dữ liệu trong thiết kế CSDL Cơ sở dữ liệu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu ra