Bài giảng Hệ thống thông tin quản lý - Bài 3: Thiết kế cơ sở dữ liệu

1v0.1 1 BÀI 3: THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU Giảng viên: Ths. Trần Quang Diệu v0.1 2 TÌNH HUỐNG DẪN NHẬP • EBay có khoảng 6,5 petabytes dữ liệu, chạy trên Greenplum và một 2,5 petabytes dữ liệu kinh doanh trong một data warehouse chạy Teradata. Greenplum là một hệ thống CSDL song song khổng lồ (MPP-DBMS hay massively parallel processing DBMS) dựa trên nền PostgreSQL. Gần đây Greenplum còn thêm vào các mở rộng dựa trên MapReduce. Bài tới chúng ta sẽ tìm hiểu về MapReduce. Teradata là một MPP-DBMS khác. • Facebook có datawarehouse cỡ 2,5 petabytes chạy trên nền Hadoop/Hive. Hadoop là một implementation của MapReduce. • Wal-Mart, Bank of America, một công ty dịch vụ tài chính khác, và Dell cũng có các CSDL rất lớn chạy chạy trên Teradata. • CSDL chứa web/network events của Yahoo chạy trên hệ thống họ tự phát triển, có lẽ bằng khoảng 1/6 kích thước của hệ thống Greenplum của eBay.  Vậy database là gì? Ứng dụng của nó và làm thế nào để xây dựng và quản lý một hệ thống cơ sở dữ liệu? 2v0.1 3 MỤC TIÊU BÀI HỌC Học viên cần nắm rõ các vấn đề về: Tệp và cơ sở dữ liệu; Mô hình cơ sở dữ liệu; Thiết kế cơ sở dữ liệu; Kỹ thuật thiết kế; Các dạng cơ sở dữ liệu. v0.1 4 HƯỚNG DẪN HỌC • Học viên có thể tham khảo một số tài liệu về Hệ quản trị cơ sở dữ liệu, có thể là:  Các giáo trình về hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL, Oracle, Access;  Các giáo trình về phân tích thiết kế hệ thống thông tin. • Thảo luận với giảng viên. 3v0.1 5 NỘI DUNG Mô hình cơ sở dữ liệu;2 Tệp và cơ sở dữ liệu;1 Thiết kế cơ sở dữ liệu;3 Kỹ thuật thiết kế cơ sở dữ liệu.4 v0.1 6 1. TỆP VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU • Tệp và hệ thống tệp dữ liệu; • Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. 4v0.1 7 1.1. TỆP VÀ HỆ THỐNG TỆP DỮ LIỆU • Một số thuật ngữ cơ bản.  Dữ liệu: Là những sự kiện thực tế được tổ chức và lưu trong máy tính.  Trường: Là một hoặc một nhóm ký tự được sử dụng để làm tiêu đề cho một nhóm các dữ liệu được lưu lại.  Biểu ghi: Một tập các trường được liên kết lại với nhau liên quan tới một người, một nơi chốn, một vật hoặc một sự kiện nào đó.  Tệp: Một hoặc nhiều các biểu ghi được ghi theo cùng một tiêu chuẩn thống nhất nghĩa là được tổ chức theo cùng một số trường nhất định. • Thông tin được ghi lại trên các tệp tin của máy tính. Các phần mềm giúp cho việc lấy thông tin, tổng hợp và phân tích các thông tin chính xác, dễ dàng, nhanh và hiệu quả hơn. • Hệ thống tệp là một tập hợp các tệp dữ liệu có mối liên hệ với nhau. v0.1 8 1.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU Phòng nhân sự Phòng bán hàng Phòng kế toán Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu HỒ SƠ NHÂN SỰ HỒ SƠ KHÁCH HÀNG CSDL BÁN HÀNG HỆ THỐNG HÀNG TỒN KHO HỆ THỐNG TÀI KHOẢN Hệ thống cơ sở dữ liệu Hồ sơ khách hàng CSDL bán hàng Hệ thống hàng tồn kho Hồ sơ nhân sự Hệ thống tài khoản Phòng nhân sự Phòng bán hàng Phòng kế toán Hệ thống tệp 5v0.1 9 1.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU (TIẾP THEO) Thành phần của hệ thống quản lý dữ liệu: • Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu: Là ngôn ngữ chính thức mà lập trình viên sử dụng để chỉ định nội dung và cấu trúc dữ liệu. • Ngôn ngữ xử lý dữ liệu: Là ngôn ngữ chuyên dụng kết hợp với các ngôn ngữ lập trình ứng dụng thông thường khác để xử lý dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. • Từ điển dữ liệu: Là một tệp tin viết tay hoặc tự động chứa định nghĩa của các phần tử dữ liệu và đặc điểm dữ liệu như cách sử dụng, trình bày vật lý, quyền sở hữu, giấy phép và tính bảo mật. Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu Ngôn ngữ xử lý dữ liệu Từ điển dữ liệu v0.1 10 1.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU (TIẾP THEO) Chức năng của hệ quản lý cơ sở dữ liệu: • Thiết lập từ điển cơ sở dữ liệu; • Quản lý việc lưu trữ dữ liệu; • Chuyển đổi và hiển thị thông tin; • Bảo đảm độ an toàn của dữ liệu; • Khôi phục lại dữ liệu; • Tính toàn vẹn dữ liệu; • Giao diện trên cơ sở viễn thông của các cơ sở dữ liệu. 6v0.1 11 2. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU • Các loại mô hình cơ sở dữ liệu;  Mô hình khái niệm;  Mô hình thực hiện. • Mô hình cơ sở dữ liệu: Là một tập hợp các cấu trúc logic được sử dụng để diễn tả cấu trúc dữ liệu và các mối quan hệ dữ liệu được tìm thấy trong một cơ sở dữ liệu. v0.1 12 2.1. MÔ HÌNH KHÁI NIỆM • Mô hình khái niệm tập trung vào bản chất logic của việc biểu diễn dữ liệu. • Bao gồm 3 dạng quan hệ mô tả sự liên hệ giữa các dữ liệu:  Quan hệ một – một;  Quan hệ một – nhiều;  Quan hệ nhiều – nhiều. 7v0.1 13 2.1.1. MÔ HÌNH MỘT – MỘT Mô hình một – một: Là mối quan hệ duy nhất tồn tại giữa hai thực thể. Từ thực thể này chỉ có thể có duy nhất một đường dẫn tới thực thể kia và ngược lại. Một – một Ổ khóa Chìa khóa v0.1 14 2.1.2. MÔ HÌNH MỘT – NHIỀU Mô hình một – nhiều: Là mối quan hệ mà từ một gốc có thể chỉ tới nhiều điểm mới, nhưng mỗi điểm chỉ có một gốc duy nhất. Một – nhiều Khách hàng Đơn đặt hàng 8v0.1 15 2.1.3. MÔ HÌNH NHIỀU – NHIỀU Mô hình nhiều – nhiều: Là dạng quan hệ mà cả gốc và ngọn đều có quan hệ đa phương. Nhiều – nhiều Sinh viên Môn học v0.1 16 2.2. MÔ HÌNH THỰC HIỆN • Chỉ quan tâm tới vấn đề làm thế nào để biểu diễn dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu. • Các loại mô hình thực hiện:  Mô hình cơ sở dữ liệu thứ bậc;  Mô hình cơ sở dữ liệu mạng;  Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ. 9v0.1 17 2.2.1. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU THỨ BẬC Mô hình cơ sở dữ liệu thứ bậc: • Tạo lập nên cơ sở cho sự phát triển các mô hình cơ sở dữ liệu khác về sau. • Ra đời năm 1969 nhằm giải quyết vấn đề trùng lặp dữ liệu của hệ thống; • Được coi là mô hình đầu tiên có tính thương mại dành cho một cơ sở dữ liệu lớn; • Cấu trúc cơ bản: Tầng con thứ 3 Tầng con thứ 2 Tầng con thứ 1 Tầng gốc A B D I E F J K C G H v0.1 18 2.2.1. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU THỨ BẬC (TIẾP THEO) • Nhược điểm:  Việc thiết kế phức tạp;  Khó áp dụng cho các thực thể có mối quan hệ nhiều nhiều;  Phức tạp, khó quản lý và ít linh hoạt;  Đòi hỏi sự hiểu biết sâu về dữ liệu của người lập trình. • Ưu điểm:  Đảm bảo được độ an toàn về dữ liệu;  Đảm bảo được tính độc lập của các dữ liệu, làm tăng tính hiệu quả của chương trình xử lý;  Phù hợp với cơ sở dữ liệu chứa một số lượng lớn dữ liệu có quan hệ một – nhiều và cố định trong một thời gian dài;  Cơ sở dữ liệu được thiết lập từ đầu rất lớn giúp người lập trình thiết lập chương trình một cách có hiệu quả.  Tính ứng dụng trong doanh nghiệp cao. A B D E F C G 10 v0.1 19 2.2.2. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MẠNG Mô hình cơ sở dữ liệu mạng: • Được thiết lập để biểu thị những dữ liệu có mối quan hệ phức tạp; • Hỗ trợ cho việc thiết lập cơ sở dữ liệu cũng như lập trình và tạo các chương trình ứng dụng trên nền cơ sở dữ liệu; • Cấu trúc cơ bản như: Đơn đặt hàngSản phẩm Chi trả Chuỗi đơn đặt hàng Phòng bán hàng Khách hàng v0.1 20 2.2.2. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MẠNG (TIẾP THEO) • Ưu điểm:  Mối quan hệ nhiều – nhiều được biểu diễn dễ dàng hơn;  Việc truy cập và độ linh hoạt cao hơn cơ sở dữ liệu thứ bậc;  Nâng cao tính bảo toàn dữ liệu;  Đảm bảo tính độc lập của dữ liệu một cách cao nhất. • Nhược điểm:  Khó thiết kế và sử dụng;  Khó có thể thay đổi trong cơ sở dữ liệu;  Việc lập trình trở nên phức tạp hơn;  Việc truy cập cơ sở dữ liệu chỉ có thể thực hiện theo một dòng thống nhất; là mô hình tạo ra hệ thống không thân thiện với người sử dụng. Đơn đặt hàngSản phẩm Chi trả Chuỗi đơn đặt hàng Phòng bán hàng Khách hàng 11 v0.1 21 2.2.3. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ • Được phát minh bởi E.F.Codd vào năm 1970. • Được tạo ra nhờ một thuật toán tự động, là bước ngoặt cho cuộc cách mạng về cơ sở dữ liệu. • Cấu trúc cơ bản:  Được thực hiện thông qua một hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ;  Là tập hợp các bảng biểu lưu trữ dữ liệu;  Mỗi bảng là một ma trận gồm một chuỗi các hàng hoặc cột giao nhau;  Các bảng biểu có mối quan hệ, liên kết với nhau bởi một tính chất chung. TT khách hàng Tên khách hàng Số điện thoại TT đại lý 100123 Nguyễn Văn H 8615121 1435 100124 Hà Thị M 8903133 1121 100125 Lê Thị D 8615823 1258 100126 Nguyễn Đức T 8901889 1435 100127 Phạn Thị M 8901511 1435 TT đại lý Tên đại lý 1121 Phùng K 1258 Lê Quang 1435 Tạ Thu H Bảng: Khách hàng Bảng: Đại lýSố TT đại lý chung v0.1 22 2.2.3. MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ (TIẾP THEO) • Ưu điểm:  Là một kho dữ liệu riêng biệt;  Tính độc lập về cấu trúc cao;  Giải phóng mối bận tâm về mối quan hệ trên khía cạnh vật lý của cơ sở dữ liệu;  Khả năng linh hoạt cao, dễ đưa ra giao diện thích hợp với người sử dụng. • Nhược điểm: đòi hỏi hệ thống máy tính mạnh mẽ hỗ trợ do cơ sở dữ liệu che hết toàn bộ cấu trúc vật lý của cơ sở dữ liệu. 12 v0.1 23 3. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU • Chuyển đổi thông tin; • Chu kỳ phát triển cơ sở dữ liệu; • Các yêu cầu đối với nhà quản trị cơ sở dữ liệu. v0.1 24 3.1. CHUYỂN ĐỔI THÔNG TIN • Dữ liệu là tất cả những gì cơ bản nhất xuất hiện một cách tự nhiên trong cuộc sống của chúng ta. • Dữ liệu được thu thập và lưu trữ trong một hệ cơ sở dữ liệu. • Để có thể sử dụng được người ta cần chuyển đổi dữ liệu thành các thông tin cần thiết. 13 v0.1 25 3.2. CHU KỲ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ DỮ LIỆU Nghiên cứu ban đầu về cơ sở dữ liệu Thiết kế cơ sở dữ liệu Thực hiện Kiểm tra và đánh giá Vận hành cơ sở dữ liệu Duy trì và phát triển cơ sở dữ liệu v0.1 26 3.2.1. NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Phân tích tình trạng doanh nghiệp Cấu trúc tổ chức doanh nghiệp Quá trình điều hành doanh nghiệp Mục tiêu của doanh nghiệp 14 v0.1 27 3.2.2. QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU Quan điểm của doanh nghiệp:  Vấn đề tồn tại là gì?  Giải pháp.  Thông tin cần để thực hiện giải pháp.  Dữ liệu cần có để tạo ra thông tin. Doanh nghiệp Đơn vị kinh doanh Đơn vị kinh doanh Đơn vị kinh doanh Phân phối thông tin Cơ sở dữ liệu chung Quan điểm của người thiêt kế:  Dữ liệu cần phải tổ chức như thế nào?  Dữ liệu sẽ được truy cập như thế nào?  Làm thế nào để chuyển dữ liệu thành thông tin? Các quan điểm về tính chất cơ bản của dữ liệu: v0.1 28 3.2.2. QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU (TIẾP THEO) Quá trình thiết kế cơ sở dữ liệu: Phân tích dữ liệu và nhu cầu Mô hình hóa và chuẩn hóa các mối quan hệ giữa các thực thể Kiểm tra mô hình dữ liệu Lựa chọn phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu Thiết kế vật lý Thiết kế logic 15 v0.1 29 3.2.3. THỰC HIỆN • Là giai đoạn tiếp theo của giai đoạn thiết kế cơ sở dữ liệu chức năng: Đưa dữ liệu vào trong cơ sở dữ liệu. • Những điều cần lưu ý:  Thực hiện: Hệ quản trị không lưu hết tất cả thao tác và các công cụ điều khiển việc thực hiện trong chương trình.  Độ an toàn: Dữ liệu phải được ngăn chặn không bị sử dụng bởi những người không có quyền hạn.  Độ an toàn vật lý;  Bảo vệ bằng mã khóa;  Quyền truy nhập  Khôi phục dữ liệu v0.1 30 3.2.4. KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ • Dữ liệu sẽ được hệ quản trị kiểm tra khả năng thực hiện và tính toàn vẹn, khả năng truy cập đồng thời, độ an toàn. • Các cách khắc phục nếu dữ liệu bị lỗi hoặc không đạt tiêu chuẩn đánh giá:  Lỗi xảy ra trong quá trình thưc hiện:  Xác định hệ thống điều chỉnh đúng;  Các tham số cấu hình của hệ CSDL.  Sửa chữa thiết kế vật lý;  Sửa chữa thiết kế logic;  Cập nhật hoặc thay đổi phần mềm quản lý và hệ thống phần cứng. 16 v0.1 31 3.2.5. VẬN HÀNH CƠ SỞ DỮ LIỆU • Được thực hiện sau khi CSDL đã qua bước đánh giá. • Người sử dụng bắt đầu tham gia vào quá trình truy cập dữ liệu để kiểm tra các chương trình ứng dụng. • Những sai sót bộc lộ có ảnh hưởng nghiêm trọng sẽ được sửa chữa và nâng cấp trong giai đoạn duy trì và phát triển. v0.1 32 3.2.6. DUY TRÌ VÀ PHÁT TRIỂN CƠ SỞ DỮ LIỆU Hoạt động duy trì cơ sở dữ liệu bao gồm: • Bảo quản phòng ngừa; • Bảo quản để hiệu chỉnh; • Bảo quản để thích ứng; • Bảo quản việc cho phép truy cập dữ liệu cho người sử dụng cũ và mới; • Tạo báo cáo thống kê trên dữ liệu được truy cập để tăng tính hiệu quả và ứng dụng, điều khiển việc vận hành; • Lập tóm tắt sử dụng hệ thống trong từng giai đoạn. 17 v0.1 33 3.3. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHÀ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU • Quản trị cơ sở dữ liệu: Nguyên tắc quản trị cơ sở dữ liệu phải coi dữ liệu là tài sản của doanh nghiệp. Do vậy, cần đề ra chính sách về chia sẻ, phổ biến, tiếp nhận, chuẩn hóa, phân loại và lưu trữ thông tin xuyên suốt doanh nghiệp; • Hoạch định dữ liệu và phương pháp luận nhằm xác định các thực thể cốt yếu, thuộc tính và mối quan hệ cấu thành nên dữ liệu. v0.1 34 4. KỸ THUẬT THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU • Kỹ thuật khách chủ; • Kho dữ liệu và khai phá dữ liệu; • Liên kết công nghệ website với các siêu cơ sở dữ liệu; • Các dạng cơ sở dữ liệu thường gặp. 18 v0.1 35 4.1. KỸ THUẬT KHÁCH/CHỦ Yêu cầu của quá trình xử lý dữ liệu theo kỹ thuật khách/chủ: • Máy chủ và máy khách phải có khả năng truyền thông với nhau; • Máy khách chủ động tạo các thiết lập đường chuyền tới máy chủ; • Máy chủ phải có đủ các dữ liệu và dịch vụ nhằm đáp ứng được những yêu cầu của máy khách và có khả năng giao quyền tới cho máy khách. v0.1 36 4.1. KỸ THUẬT KHÁCH/CHỦ (TIẾP THEO) • Ưu điểm:  Chi phí thấp;  Giảm nhu cầu máy tính có bộ nhớ lớn;  Tăng bảo vệ cho việc kiểm tra tích hợp và cân đối dữ liệu;  Giảm thời gian và phí tổn sử dụng phần mềm;  Giảm thời gian đáp ứng yêu cầu, tối ưu hóa các nguồn lực mạng;  Nâng cao tính linh hoạt. • Nhược điểm:  Giải pháp mang tính phòng ban;  Các ứng dụng máy tính mất linh hoạt;  Công nghệ và ứng dụng khó hoán chuyển cho nhau. 19 v0.1 37 4.2. KHO DỮ LIỆU VÀ KHAI PHÁ DỮ LIỆU • Kho dữ liệu (data warehouse); • Khai phá dữ liệu (datamining). v0.1 38 4.2.1. KHO DỮ LIỆU (DATA WAREHOUSE) • Là một cơ sở dữ liệu, với các công cụ báo cáo, truy vấn, lưu trữ dữ liệu hiện thời và trước đó về một lĩnh vực của công ty mà các nhà quản lý quan tâm. • Dữ liệu được tập hợp, chuẩn hóa, hợp nhất để phục vụ phân tích và ra quyết định trong doanh nghiệp. 20 v0.1 39 4.2.2. KHAI PHÁ DỮ LIỆU (DATAMINING) Là một kho dữ liệu cung cấp một loạt công cụ truy vấn, phân tích. v0.1 40 4.3. LIÊN KẾT CÔNG NGHỆ WEBSITE VỚI CÁC SIÊU CSDL • Là một xu thế cho các hệ thống quản lý hiện đại. Dễ sử dụng không đòi hỏi cơ sở dữ liệu nội bộ thay đổi, có hiệu quả và ít tốn kém so với tái thiết lập hệ thống để tăng khả năng truy cập. • Phương thức làm việc: lấy nội dung từ CSDL và hiển thị lên trang web bằng trình duyệt. • Thành phần: máy chủ CSDL, máy chủ ứng dụng, máy trạm có thể truy cập vào máy chủ CSDL. 21 v0.1 41 4.4. CÁC DẠNG CƠ SỞ DỮ LIỆU THƯỜNG GẶP • Cơ sở dữ liệu dạng file: Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng các file có thể là text, ascii, *.dbf. Tiêu biểu cho cơ sở dữ liệu dạng file là *.mbd Foxpro; • Cơ sở dữ liệu quan hệ: Dữ liệu được lưu trữ trong các bảng dữ liệu gọi là các thực thể, giữa các thực thể này có mối liên hệ với nhau gọi là các quan hệ, mỗi quan hệ có các thuộc tính, trong đó có một thuộc tính là khóa chính. Các hệ quản trị hỗ trợ cơ sở dữ liệu quan hệ như: MS SQL server, Oracle, MySQL... • Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng: Dữ liệu cũng được lưu trữ trong các bảng dữ liệu nhưng các bảng có bổ sung thêm các tính năng hướng đối tượng như lưu trữ thêm các hành vi, nhằm thể hiện hành vi của đối tượng. Mỗi bảng xem như một lớp dữ liệu, một dòng dữ liệu trong bảng là một đối tượng. Các hệ quản trị có hỗ trợ cơ sở dữ liệu quan hệ như: MS SQL server, Oracle, Postgres. v0.1 42 4.4. CÁC DẠNG CƠ SỞ DỮ LIỆU THƯỜNG GẶP (TIẾP THEO) • Cơ sở dữ liệu bán cấu trúc: Dữ liệu được lưu dưới dạng XML, với định dạng này thông tin mô tả về đối tượng thể hiện trong các tag. Đây là cơ sở dữ liệu có nhiều ưu điểm do lưu trữ được hầu hết các loại dữ liệu khác nhau nên cơ sở dữ liệu bán cấu trúc là hướng mới trong nghiên cứu và ứng dụng; • Cơ sở dữ liệu tập trung; • Cơ sở dữ liệu phân tán: Hệ quản trị cần phải đảm bảo sự thống nhất và vẹn toàn dữ liệu, đảm bảo việc truy xuất dữ liệu như trên một CSDL duy nhất. 22 v0.1 43 TÓM LƯỢC CUỐI BÀI • Bài học này đã trình bày các nội dung về:  Các khái niệm về cơ sở dữ liệu;  Mô hình cơ sở dữ liệu;  Thiết kế cơ sở dữ liệu;  Kỹ thuật thiết kế cơ sở dữ liệu và các dạng cơ sở dữ liệu thông dụng. v0.1 44 CÂU HỎI THẢO LUẬN Câu 1: Cơ sở dữ liệu là gì? 23 v0.1 45 CÂU HỎI THẢO LUẬN Câu 2: Các mô hình cơ sở dữ liệu thường gặp?