Chương 1: Mô hình quan hệ
Mô hình quan hệ là kiến thức nền tảng trong môn Cơ sở dữ liệu. Bài học giúp người học hiểu khái niệm thông tin, dữ liệu, cơ sở dữ liệu, hệ quản trị cơ sở dữ liệu và cách tổ chức dữ liệu theo mô hình quan hệ.
Sau bài học, bạn có thể nhận biết các khái niệm lược đồ quan hệ, quan hệ, bộ, thuộc tính và khóa; đồng thời hiểu vì sao cần tổ chức dữ liệu thành nhiều bảng có liên kết với nhau.
 |
Mục lục bài học
1. Thông tin và dữ liệu
1.1. Thông tin là gì?
Thông tin là những gì mang lại sự hiểu biết cho con người về các hiện tượng và sự vật.
Ví dụ: Khi biết một sinh viên đạt 9 điểm trong bài kiểm tra, chúng ta có thêm thông tin về kết quả học tập của sinh viên đó.
1.2. Dữ liệu là gì?
Dữ liệu là những gì có thật, có thể lưu lại và mang ý nghĩa nhất định. Trên máy tính, dữ liệu có thể được lưu dưới dạng số, văn bản, hình ảnh hoặc các dạng biểu diễn khác.
Ví dụ: Mã sinh viên, họ tên, ngày sinh, điểm thi và mã lớp là những dữ liệu có thể được lưu trữ trong hệ thống quản lý sinh viên.
1.3. Mối quan hệ giữa thông tin và dữ liệu
Thông tin được quản lý trên máy tính thông qua dữ liệu. Dữ liệu được tổ chức và xử lý phù hợp sẽ giúp người dùng khai thác thông tin cần thiết.
Ví dụ: Dữ liệu điểm thi của nhiều sinh viên có thể được sử dụng để lập bảng điểm, tính điểm trung bình hoặc tra cứu kết quả học tập.
2. Cơ sở dữ liệu và nguyên nhân ra đời mô hình quan hệ
2.1. Cơ sở dữ liệu là gì?
Cơ sở dữ liệu (Database – CSDL) là tập hợp có cấu trúc của những dữ liệu có liên quan với nhau, được lưu trữ trong máy tính nhằm phục vụ một mục đích xác định và đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Một cơ sở dữ liệu có thể biểu diễn một phần của thế giới thực, chẳng hạn như thông tin sinh viên, danh mục hàng hóa hoặc danh sách các đề án.
Cơ sở dữ liệu được sử dụng trong nhiều ứng dụng như:
- Hệ thống quản lý kho và kiểm kê hàng hóa.
- Hệ thống đặt chỗ máy bay.
- Hệ thống quản lý nguồn nhân lực.
- Hệ thống quản lý dịch vụ công cộng như điện, nước và khí đốt.
- Hệ thống điều khiển quá trình chế tạo và sản xuất.
2.2. Hạn chế của cách quản lý dữ liệu riêng lẻ
Trong cách tổ chức truyền thống, mỗi ứng dụng có thể được thiết kế để xử lý riêng lẻ và sử dụng các tập tin dữ liệu riêng. Cách làm này có một số hạn chế:
- Dư thừa và trùng lặp dữ liệu: Một thông tin có thể được lưu lại nhiều lần ở các tập tin khác nhau.
- Không nhất quán dữ liệu: Khi dữ liệu được cập nhật ở một nơi nhưng không được cập nhật ở nơi khác, thông tin có thể bị mâu thuẫn.
- Khó khăn trong truy xuất dữ liệu: Việc tổng hợp thông tin từ nhiều tập tin riêng biệt có thể phức tạp.
- Cô lập và hạn chế chia sẻ dữ liệu: Các ứng dụng khác nhau khó khai thác dữ liệu một cách thống nhất.
2.3. Vì sao cần tổ chức dữ liệu theo mô hình quan hệ?
Mô hình quan hệ giúp tổ chức dữ liệu thành các bảng có cấu trúc, trong đó các bảng có thể liên kết với nhau thông qua những thuộc tính phù hợp.
Việc tách dữ liệu thành các bảng hợp lý giúp giảm sự trùng lặp, hỗ trợ cập nhật dữ liệu nhất quán và thuận tiện hơn trong việc truy vấn thông tin.
2.4. Ví dụ về trùng lặp dữ liệu
Giả sử cần quản lý điểm thi của sinh viên. Nếu lưu tất cả thông tin trong một bảng lớn gồm các cột MASV, HOTEN, MONHOC, TENKHOA và DIEMTHI, tên sinh viên, tên môn học hoặc tên khoa có thể xuất hiện nhiều lần.
| MASV | HOTEN | MONHOC | TENKHOA | DIEMTHI |
|---|---|---|---|---|
| SV01 | Nguyễn An | Cơ sở dữ liệu | Công nghệ thông tin | 8 |
| SV01 | Nguyễn An | Tin học đại cương | Công nghệ thông tin | 9 |
| SV02 | Trần Bình | Cơ sở dữ liệu | Công nghệ thông tin | 7 |
Bảng trên minh họa tình trạng một số thông tin bị lặp lại. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề:
- Khi đổi họ tên sinh viên, cần sửa tất cả các dòng liên quan. Nếu bỏ sót một dòng, dữ liệu sẽ không nhất quán.
- Khi xóa một dòng điểm thi, có thể vô tình làm mất thông tin duy nhất về sinh viên nếu dữ liệu không được tổ chức hợp lý.
Để tổ chức dữ liệu phù hợp hơn, có thể thay tên môn học bằng mã môn học (MAMH), thay tên khoa bằng mã khoa (MAKHOA) và tách bảng dữ liệu lớn thành nhiều bảng có liên kết.
3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
3.1. Khái niệm hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System – DBMS, viết tắt tiếng Việt là HQTCSDL) là tập hợp các phần mềm dùng để quản lý cơ sở dữ liệu và cung cấp dịch vụ xử lý dữ liệu cho người phát triển ứng dụng và người dùng cuối.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp giao diện giữa người sử dụng và dữ liệu, giúp người dùng thực hiện các thao tác khai thác và quản lý cơ sở dữ liệu.
3.2. Các nhóm người dùng cơ sở dữ liệu
Người khai thác cơ sở dữ liệu thông qua hệ quản trị cơ sở dữ liệu có thể được chia thành ba nhóm chính:
a) Người quản trị cơ sở dữ liệu
Người quản trị cơ sở dữ liệu chịu trách nhiệm quản lý và bảo trì hệ thống. Công việc chính bao gồm:
- Đảm bảo tính chính xác và toàn vẹn của dữ liệu.
- Quản lý bảo mật cơ sở dữ liệu.
- Sao lưu và phục hồi cơ sở dữ liệu.
- Phối hợp với người phát triển ứng dụng, lập trình viên và người dùng cuối.
- Đảm bảo cơ sở dữ liệu và hệ quản trị hoạt động ổn định, hiệu quả.
b) Người phát triển và lập trình ứng dụng
Đây là những người có chuyên môn về máy tính, chịu trách nhiệm thiết kế, xây dựng và bảo trì các hệ thống thông tin phục vụ người dùng cuối.
c) Người dùng cuối
Người dùng cuối là những người sử dụng hệ thống để thực hiện các công việc chuyên môn. Họ có thể không chuyên về máy tính nhưng có kiến thức nghiệp vụ trong lĩnh vực đang làm việc.
Người dùng cuối khai thác cơ sở dữ liệu thông qua các ứng dụng đã được phát triển hoặc thông qua những công cụ truy vấn do hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp.
4. Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ
4.1. Khái niệm
Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ, gọi tắt là mô hình quan hệ, do E. F. Codd đề xuất vào năm 1971 theo tài liệu học tập.
Mô hình quan hệ tổ chức dữ liệu theo dạng bảng, gồm các dòng và cột, đồng thời quy định cách mô tả, thao tác và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
4.2. Các thành phần của mô hình quan hệ
Mô hình quan hệ bao gồm ba thành phần chính:
- Hệ thống ký hiệu mô tả dữ liệu: Bao gồm quan hệ, bộ, thuộc tính, khóa chính, khóa ngoại và các khái niệm liên quan.
- Tập hợp các phép toán: Bao gồm các phép toán tập hợp và các phép toán quan hệ để thao tác trên dữ liệu.
- Ràng buộc toàn vẹn quan hệ: Các quy tắc nhằm đảm bảo dữ liệu tuân thủ những điều kiện nhất định.
Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hiện nay được xây dựng dựa trên lý thuyết của mô hình quan hệ.
4.3. Ví dụ về tổ chức các bảng trong cơ sở dữ liệu sinh viên
Thay vì lưu tất cả thông tin trong một bảng lớn, có thể tổ chức dữ liệu thành các bảng riêng biệt như sau:
Sv(MASV, HOSV, TENSV, NU, NGAYSINH, MALOP, TINH, HOCBONG)
Lop(MALOP, TENLOP, SISO, MAKHOA)
Kh(MAKHOA, TENKHOA, SOCBGD)
Mh(MAMH, TENMH, SOTIET)
Kq(MASV, MAMH, DIEMTHI)- Sv: Bảng lưu thông tin sinh viên.
- Lop: Bảng lưu thông tin lớp học.
- Kh: Bảng lưu thông tin khoa.
- Mh: Bảng lưu thông tin môn học.
- Kq: Bảng lưu kết quả thi của sinh viên theo môn học.
Các mã như MASV, MALOP, MAKHOA và MAMH giúp nhận diện đối tượng và tạo mối liên hệ giữa các bảng.
5. Các khái niệm cơ bản của mô hình quan hệ
5.1. Thuộc tính
Thuộc tính là đặc trưng dùng để mô tả một đối tượng được quản lý trong cơ sở dữ liệu. Trong bảng dữ liệu, thuộc tính thường tương ứng với một cột.
Ví dụ, bảng sinh viên có các thuộc tính MASV, HOSV, TENSV, NGAYSINH và MALOP.
5.2. Lược đồ quan hệ (Relation Schema)
Lược đồ quan hệ là tập hợp các thuộc tính cần quản lý của một đối tượng cùng với mối liên hệ giữa chúng.
Ví dụ:
Sv(MASV, HOSV, TENSV, NU, NGAYSINH, MALOP, TINH, HOCBONG)Lược đồ quan hệ mô tả cấu trúc của bảng, cho biết bảng có những thuộc tính nào.
Tập hợp các thuộc tính của lược đồ quan hệ Q được ký hiệu là Q+ trong tài liệu học tập.
Khi thiết kế lược đồ quan hệ, người thiết kế cần xác định ý nghĩa của lược đồ. Ý nghĩa đó được gọi là tân từ của lược đồ quan hệ. Tân từ cần mô tả đầy đủ nội dung để tránh hiểu nhầm và hỗ trợ xác định các thuộc tính khóa.
5.3. Quan hệ (Relation)
Quan hệ là sự thể hiện của một lược đồ quan hệ tại một thời điểm cụ thể.
Lược đồ quan hệ mô tả cấu trúc, còn quan hệ thể hiện dữ liệu thực tế đang có theo cấu trúc đó.
5.4. Bộ (Tuple)
Bộ là tập hợp các giá trị tương ứng với tất cả thuộc tính của một lược đồ quan hệ. Trong bảng dữ liệu, một bộ thường tương ứng với một dòng.
Tài liệu sử dụng các chữ cái thường như t, p, q để biểu diễn bộ. Nếu bộ t thuộc quan hệ r, có thể viết:
t ∈ r5.5. Khóa và siêu khóa
Tập thuộc tính S được gọi là siêu khóa (superkey) của lược đồ quan hệ R nếu giá trị của các thuộc tính trong S khác nhau đối với hai bộ bất kỳ trong quan hệ R.
Nói cách khác, siêu khóa có khả năng phân biệt các bộ dữ liệu trong quan hệ.
Các thuộc tính tham gia vào một khóa được gọi là thuộc tính khóa; những thuộc tính còn lại được gọi là thuộc tính không khóa theo cách gọi trong tài liệu.
5.6. Khóa chính và khóa ngoại
- Khóa chính (Primary Key): Thuộc tính hoặc nhóm thuộc tính được chọn để xác định duy nhất mỗi bộ trong bảng.
- Khóa ngoại (Foreign Key): Thuộc tính hoặc nhóm thuộc tính dùng để tham chiếu đến khóa của một bảng khác, qua đó tạo liên kết giữa các bảng.
Ví dụ, MASV có thể được chọn làm khóa chính của bảng Sv. Trong bảng Kq, MASV có thể được sử dụng làm khóa ngoại tham chiếu đến bảng Sv.
6. Các phép toán tập hợp và phép toán quan hệ
Mô hình quan hệ sử dụng các phép toán để thao tác, kết hợp và truy xuất dữ liệu.
6.1. Các phép toán tập hợp
- Phép hợp: Kết hợp các phần tử thuộc một trong hai tập hợp.
- Phép giao: Xác định các phần tử chung của hai tập hợp.
- Phép hiệu: Xác định các phần tử thuộc tập hợp thứ nhất nhưng không thuộc tập hợp thứ hai.
- Phép tích Descartes: Tạo các cặp kết hợp từ phần tử của hai tập hợp.
Khi áp dụng phép hợp, giao hoặc hiệu cho các quan hệ, cần chú ý điều kiện tương thích giữa các quan hệ theo quy tắc của phép toán.
6.2. Các phép toán quan hệ
- Phép chọn: Lọc ra những bộ thỏa mãn một điều kiện.
- Phép chiếu: Lấy ra những thuộc tính cần thiết của một quan hệ.
- Phép kết: Kết hợp dữ liệu từ các quan hệ theo điều kiện liên kết.
- Phép chia: Hỗ trợ truy vấn những đối tượng thỏa mãn điều kiện liên quan đến tất cả phần tử của một tập hợp khác.
7. Câu hỏi ôn tập chương 1
- Trình bày khái niệm thông tin, dữ liệu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
- Trình bày các khái niệm cơ bản của mô hình quan hệ. Phân biệt lược đồ quan hệ, quan hệ và bộ.
- Nêu những hạn chế của cách lưu trữ dữ liệu riêng lẻ.
- Trình bày vai trò của người quản trị cơ sở dữ liệu, người phát triển ứng dụng và người dùng cuối.
- Trình bày khái niệm siêu khóa và vai trò của khóa chính, khóa ngoại.
- Trình bày các phép toán tập hợp và phép toán quan hệ đã học.
8. Bài kiểm tra trắc nghiệm: Mô hình quan hệ
Kiểm tra kiến thức sau bài học!
Đề gồm 25 câu hỏi, mỗi câu chỉ có một đáp án đúng. Tổng điểm là 10 điểm, mỗi câu đúng được 0,4 điểm.
Học sinh chọn đáp án cho tất cả câu hỏi rồi nhấn Nộp bài và xem điểm. Hệ thống sẽ tự chấm điểm và hiển thị đáp án để đối chiếu.
Đã trả lời: 0/25 câu
9. Tổng kết bài học
Qua Chương 1 – Mô hình quan hệ, chúng ta đã tìm hiểu các kiến thức nền tảng về thông tin, dữ liệu, cơ sở dữ liệu và hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Đồng thời, bài học giới thiệu cách tổ chức dữ liệu theo mô hình quan hệ, các khái niệm thuộc tính, lược đồ quan hệ, quan hệ, bộ và khóa; cũng như vai trò của các phép toán trong việc xử lý dữ liệu.
Hãy hoàn thành bài kiểm tra trắc nghiệm phía trên để tự đánh giá mức độ hiểu bài của mình.
Nội dung được biên soạn phục vụ mục đích học tập và ôn tập môn Cơ sở dữ liệu.
0 comments:
Post a Comment