Một số khái niệm đầu tiên về các hệ thống cơ sở dữ liệu

Nội dung text: Một số khái niệm đầu tiên về các hệ thống cơ sở dữ liệu

1. Một số khái niệm đầu tiên về các hệ thống cơ sở dữ liệu 1
2. Cơ sở dữ liệu ◼ Định nghĩa ◼ Là tập các dữ liệu bền vững, có thể chia sẻ. ◼ Lí do cần thiết dùng cơ sở dữ liệu ◼ Công việc xử lí dữ liệu hàng ngày, thông tin về sách, về ngân hàng, đặt hàng ◼ Dữ liệu thể hiện các sự kiện thường ngày ◼ Cần thiết tổ chức dữ liệu để truy cập dễ dàng 2/ 53
3. Đặc tính của cơ sở dữ liệu ◼ Bền vững – tức dữ liệu được đặt trên thiết bị lưu trữ ổn định, cho phép sử dụng nhiều lần ◼ Chia sẻ – tức cơ sở dữ liệu cho phép nhiều người dùng, nhiều công việc. ◼ Cơ sở dữ liệu cá nhân ◼ Cơ sở dữ liệu nhóm ◼ Cơ sở dữ liệu xí nghiệp ◼ Liên kết – tức dữ liệu được lưu tại nhiều nơi, có liên kết, như bức tranh tổng thể 3/ 53
4. Thí dụ cơ sở dữ liệu về đại học Gắn với khoa Đăng kí Entities: Students, faculty, courses Offerings, enrollments Ghi lại bậc học Relationships: Faculty teach offerings, Thời khóa biểu Students enroll in Offerings, offerings made Of courses Cho phép biết người đứng lớp Cho biết tên sinh viên, với lớp học Biết được khoa, bậc học 4/ 53
5. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ◼ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (database management system - DBMS) là tập các phần mềm cho phép tạo, sử dụng, bảo trì cơ sở dữ liệu ◼ Trước tiên, DBMSs đảm bảo lưu trữ và tìm kiếm hiệu quả ◼ Hệ quản trị là phần mềm thương mại ◼ Theo thị trường, hệ quản trị có các khía cạnh : thu thập dữ liệu, lưu trữ, bảo trì, lập báo cáo 5/ 53
6. Môi trường cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu tích hợp về nhân sự Nhân viên Chương trình ứng Name dụng nhân sự Phòng nhân Address sự Social security number Position Marital Status Lương Hệ quản trị cơ sở dữ Hours worked liệu Chương trình lương Pay rate Phòng tài vụ Gross pay Fed tax State tax Net pay Bảo hiểm Chương trình ứng dụng bảo hiểm xã Life insurance hội Phòng bảo Pension plan hiểm xã hội Health care benefit Retirement benefit 6/ 53
7. Khía cạnh thương mại của hệ quản trị cơ sở dữ liệu ◼ Xác định cơ sở dữ liệu – các công cụ ngôn ngữ và đồ họa cho phép xác định thực thể, mối quan hệ, điều kiện ràng buộc, quyền truy cập ◼ Truy cập phi thủ tục – các công cụ ngôn ngữ và đồ họa cho phép truy cập dữ liệu mà không phải viết chương trình phức tạp ◼ Phát triển ứng dụng – công cụ đồ họa để phát triển thực đơn, khuôn dạng nhập dữ liệu, báo cáo ◼ Giao diện ngôn ngữ phi thủ tục – ngôn ngữ kết hợp truy cập phi thủ tục với các khả năng của ngôn ngữ lập trình đầy đủ ◼ Xử lí giao tác – cơ chế điều khiển để tránh xung đột dữ liệu và khôi phục sai sót ◼ Tinh chỉnh dữ liệu – công cụ giám sát và nâng cao hiệu năng hệ thống 7/ 53
8. Hai khung nhìn cơ sở dữ liệu ◼ Khung nhìn vật lí : mô tả nơi lưu dữ liệu ◼ Thiết bị, đĩa, rãnh, bề mặt, từ quạt, bản ghi ◼ Băng từ, khối dữ liệu, số các bản ghi ◼ Khung nhìn logic: mô tả ứng dụng cần đến dữ liệu ◼ Sự kiện cần thiết của xí nghiệp ◼ Tên, độ dài bản ghi, kiểu dữ liệu ◼ DBMS cho phép người dùng hay người lập trình không phải quan tâm đến nơi, cách thức lưu trữ dữ liệu 8/ 53
9. Tiến hóa của công nghệ cơ sở dữ liệu Kỉ nguyên Thế hệ Định hướng Nét chính 1960s thế hệ 1 File cấu trúc file và giao diện chương trình 1970s thế hệ 2 mạng mạng, phân cấp các bản ghi chương trình chuẩn 1980s quan hệ quan hệ tối ưu, xử lí giao tác 1990s đối tượng đa phương tiện cơ sở dữ liệu động, xử lí phân tán 9/ 53
10. Chia sẻ thị trường về hệ quản trị cơ sở dữ liệu xí nghiệp Sản phẩm Chiếm thị trường Bình luận IBM DB2 33% Dominates the MVS and AS/400 environments Oracle 29% Dominates the Unix environment (61%), leader in NT environment (46%) Microsoft SQL 10% 30% market share in NT environment; no presence server in other environments Informix 4% 13% share of Unix market Sybase SQL 4% server Khác 20% Includes CA, NCR, Progress Software, NEC etc. 10/ 53
11. Xác định cơ sở dữ liệu ◼ Để xác định cơ sở dữ liệu, cần xác định thực thể và mối quan hệ ◼ DBMS dùng các bảng để lưu tập các thực thể. Mối quan hệ nhằm vào các liên kết giữa các bảng ◼ Ngôn ngữ mô tả dữ liệu (DDL) xác định mỗi phần tử dữ liệu như là bản ghi trong bảng, trước khi phần tử dữ liệu được chuyển sang dạng dùng cho người lập trình ◼ Ngôn ngữ xử lí dữ liệu (DML) thông dụng là SQL 11/ 53
12. ◼ Người dùng hay dùng SQL, Structured Query Language ◼ Cho phép tìm kiếm phức tạp, với điều kiện SELECT tên FROM sinh viên WHERE toán > 7 and tuổi < 30 Ngôn ngữ khác : QUEL, QBE (Query by Example, QBE) Ngôn ngữ SQL 12/ 53
13. Tổ chức dữ liệu ◼ 4 tiếp cận ◼ Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ ◼ Mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp ◼ Mô hình cơ sở dữ liệu mạng ◼ Mô hình cơ sở dữ liệu đa chiều 13/ 53
14. Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ ◼ Sử dụng bảng 2 chiều ◼ Bảng được gọi là quan hệ ◼ Dựa trên lí thuyết tập ◼ Dòng dữ liệu = bản ghi = bộ (tuple) ◼ Cột dữ liệu = trường = thuộc tính ◼ Dùng tập các bảng thay vì một bảng, để tạo nên cơ sở dữ liệu 14/ 53
15. Thí dụ mô hình quan hệ 15/ 53
16. Thực thể, thuộc tính, giá trị ◼ Thực thể : là người, đối tượng hay sự kiện mà người ta đang quản lí thông tin về chúng ◼ Thuộc tính : tính chất, chất lượng, mô tả thực thể cụ thể ◼ Trường khóa : thông tin xác định duy nhất bản ghi, để có thể tìm kiếm, lưu trữ và sắp xếp 16/ 53
17. Các bước thiết kế cơ sở dữ liệu Yêu cầu của người dùng Thiết kế khái niệm (có thể là mô hình thực thể quan hệ) Thiết kế logic (có thể mô hình quan hệ) thiết kế vật lí (tối ưu về hiệu năng) 17/ 53
18. Yêu cầu của người dùng • yêu cầu cơ sở dữ liệu từ phía người dùng •Khung nhìn người dùng : là phần cơ sở dữ liệu, là quan trọng đối với người dùng •Một số khó khăn 18/ 53
19. Thiết kế khái niệm Mô hình thực thể quan hệ ◼ Thực thể ◼ Là cái đang quan tâm ◼ Có thể là trực tiếp, hay gián tiếp. ◼ Thuộc tính – tính chất, điều vốn có của thực thể ◼ Khóa ◼ Mỗi thực thể cần được xác định duy nhất bằng thuộc tính, hay nhóm các thuộc tính, gọi là khóa 19/ 53
20. Thực thể Đặt hàng Thuộc tính Số đặt Ngày đặt Mã số Số lượng Tiền hàng hàng hàng 4340 02/08/94 1583 2 1740 Trường khóa Bản ghi này mô tả thực thể ORDER và các thuộc tính. Các giá trị riêng đối với yêu cầu đặt hàng là các giá trị thuộc tính. Trường khóa là Order number do mỗi đặt hàng gắn với con số duy nhất. Order : [Order number , order date, item number, quantity, amount] 20/ 53
21. Mối quan hệ ◼ Là liên kết giữa các thực thể. ◼ Có dạng 1 ngôi (quản lí), 2 ngôi, nhiều ngôi ◼ Bậc quan hệ chỉ số của mỗi thực thể tham gia trong mối quan hệ : ◼ Một một (1:1) ◼ Một nhiều (1:N) ◼ Nhiều nhiều (N:M) ◼ Mối quan hệ M:N có thể có thuộc tính 21/ 53
22. Kiểu quan hệ ONE-TO-ONE: STUDENT ID CLASS ONE-TO-MANY: STUDENT STUDENT STUDENT A B C CLASS MANY-TO-MANY: CLASS 1 2 STUDENT STUDENT STUDENT A B C 22/ 53
23. Sơ đồ thực thể quan hệ ◼ Mỗi thực thể được thể hiện bằng hình chữ nhật. ◼ Mối quan hệ được thể hiện qua hình thoi. ◼ Các thuộc tính được thể hiện qua hình elip. ◼ Các bậc viết kề bên thực thể 23/ 53
24. Sơ đồ E-R (diagram) SSN name grade Course# N M Student takes Course address description 24/ 53
25. Chuyển mô hình ER sang mô hình quan hệ Dùng quan hệ để thể hiện thực thể Quan hệ N:M được thể hiện bằng quan hệ tách biệt Khóa là nối kết các khóa thực thể. Các thuộc tính của mối quan hệ không là khóa. Khóa ngoài được xác định “thuộc tính của một bảng quan hệ, là khóa chính của quan hệ khác” 25/ 53
26. Thí dụ Student-Course Thiết kế cơ sở dữ liệu để theo dõi sinh viên với bài giảng, và kết quả học nhận được Thực thể : Student: [SSN, name, address] Course: [Course-Id, description] Mối quan hệ Student takes Course: [grade] N : M 26/ 53
27. Thí dụ về SQL ◼ Tìm tên và số bảo hiểm của sinh viên. SELECT Name, SSN SELECT cột FROM Student; FROM bảng WHERE điều kiện Name SSN M. Tomkins 111-22-3333 L. Richardo 444-71-2222 H. McEnroe 795-44-1111 27/ 53
28. Điều kiện và nối trong SQL ◼ Tìm SSN của sinh viên đạt kết quả B. SELECT SSN FROM Takes WHERE Grade = B; ◼ Có thể nối hai bảng và rút ra thông tin. Thí dụ tìm tên các sinh viên kết quả A. SELECT Student.Name FROM Student, Takes WHERE Takes.grade = A AND Takes.SSN = Student.SSN 28/ 53
29. MS Access cho phép thể hiện thực thể như các bảng. Trong bảng có thuộc tính. Người ta có thể tạo bảng theo nhiều cách, như trong hình, theo Wizard 29/ 53
30. Lí do cần mô hình hóa dữ liệu ◼ Một cơ sở dữ liệu cần thể hiện thế giới thực ◼ Chỉ mô hình hóa mới thể hiện được thế giới thực ◼ Mô hình hóa nhấn mạnh thể hiện thực tế, sự phức tạp của kinh doanh ◼ Thể hiện đồ họa tốt cho thực tế và cả dữ liệu trong cơ sở dữ liệu ◼ Đích của công việc là định tên sự kiện trong cơ sở dữ liệu 30/ 53
31. Phát triển hệ thống thông tin dựa trên dữ liệu Thiết kế khái niệm Lĩnh vực bài toán Conceptual Schema, e.g., ER Model thiết kế logic Logical Schema, e.g., Relational Model thiết kế vật lí Physical Schema, e.g., Access implementation 31/ 53
32. Ba kiến trúc lược đồ Mức ngoài Khung nhìn 1 Khung nhìn 2 Khung nhìn 3 Khớp mức ngoài với mức khái niệm Mức khái niệm Lược đồ khái niệm Khớp mức khái niệm với mức trong Mức trong Lược đồ trong Lược đồ tức là mô tả Độc lập dữ liệu có nghĩa cơ sở dữ liệu cần được xác định độc lập với chương trình ứng dụng mà nó sử dụng, như báo cáo, khuôn dạng 32/ 53
33. Quản lí dữ liệu vấn đề kinh doanh thế giới thực ◼ Một số khó khăn ◼ Khối lượng dữ liệu tăng nhanh, mà cần giữ dữ liệu ◼ Nhiều truy cập, sử dụng các nguồn, thiết bị khác nhau ◼ Chỉ phần nhỏ dữ liệu trong tổ chức được dùng trong trợ giúp quyết định ◼ Dữ liệu ngoài cũng cần thiết cho quyết định 33/ 53
34. Quản lí dữ liệu ◼ Dữ liệu thô có trong nhiều hệ thống hợp pháp ◼ Yêu cầu mang tính pháp luật đối với dữ liệu khác nhau ở các nước ◼ Có nhiều công cụ quản trị dữ liệu ◼ Cần có an toàn, toàn vẹn dữ liệu ◼ Nhận xét chung, dữ liệu cần : ◼ Có tính thời sự ◼ Chính xác 34/ 53
35. Quản lí dữ liệu ◼ Về lịch sử, dữ liệu được tổ chức phân cấp để quản lí các giao tác ◼ Phân cấp là hiệu quả đối với xử lí tác nghiệp, số lượng lớn các dữ liệu ◼ Mô hình trước (mạng, phân cấp) không tiện cho quản trị, cho hỏi dữ liệu ◼ Cơ sở dữ liệu quan hệ có nhiều chức năng 35/ 53
36. Quản lí dữ liệu ◼ Cơ sở dữ liệu quan hệ ◼ Tiện lợi cho tính toán người dùng qua định nghĩa đơn giản, các câu hỏi, khuôn dạng, báo cáo ◼ Có trợ giúp quyết định ◼ Đối với kiến trúc khách/ chủ, cơ sở dữ liệu trở nên phân tán ◼ Cơ sở dữ liệu nhiều chiều và nhiều khối dữ liệu cần đến kiến thức về kho dữ liệu 36/ 53
37. Chu kì vòng đời dữ liệu và phát hiện tri thức ◼ Y tưởng chính: ◼ Chuyển hóa dữ liệu, thông tin và tri thức ◼ Quá trình : ◼ Thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn ◼ Lưu trong cơ sở dữ liệu ◼ Làm sạch dữ liệu và lưu trong kho dữ liệu ◼ Thực hiện khai phá dữ liệu, thu được tri thức ◼ Lưu kết quả trong cơ sở tri thức 37/ 53
38. Chuyển dữ liệu sang tri thức 38/ 53
39. Nguồn dữ liệu và thu thập dữ liệu ◼ Dữ liệu gồm ◼ Tư liệu ◼ Hình ảnh ◼ Bản đồ ◼ Âm thanh ◼ Hoạt hình ◼ Khái niệm, ý nghĩ, ý kiến ◼ Dữ liệu có thể là thô, hay đã được tổng hợp ◼ Dữ liệu có thể là từ trong, bên ngoài hay của cá nhân 39/ 53
40. Kiểu dữ liệu ◼ Dữ liệu trong ◼ Con người, sản phẩm, quá trình, ◼ Cá nhân ◼ Các đánh giá chủ đề, ý kiến, qui tắc. Một số dữ liệu là “ẩn”, số khác là hiện. ◼ Dữ liệu ngoài ◼ Các báo cáo, cơ sở dữ liệu ngoài, hình ảnh 40/ 53
41. Thu thập dữ liệu ◼ Vấn đề : ◼ Chất lượng dữ liệu ◼ Toàn vẹn dữ liệu, tức thay đổi dữ liệu tại một nơi sẽ truyền khắp các nơi ◼ Phương pháp thu thập ◼ Thủ công ◼ Có công cụ, đầu dò, thu ◼ Quét hay tải tự động 41/ 53
42. ◼ Quản lí luồng dữ liệu (Data flow manager DFM) ◼ Trợ giúp thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn ◼ Có hệ thống DSS, bộ xử lí dữ liệu trung tâm, bộ toàn vẹn dữ liệu, nối với nguồn ngoài 42/ 53
43. Chất lượng dữ liệu ◼ Chất lượng dữ liệu quyết định tính sử dụng được ◼ Các sai sót tiềm năng ◼ Dữ liệu không chính xác ◼ Dữ liệu mơ hồ, mờ ◼ Dữ liệu không được chỉ số hóa đúng ◼ Không có dữ liệu đang cần 43/ 53
44. ◼ Tham số về chất lượng dữ liệu : Về tính chất Chính xác, đối tượng, tin cậy, uy tín Về truy cập Truy cập được, an toàn truy cập Về ngữ cảnh Thể hiện, có giá trị, đầy đủ Về thể hiện Dễ hiểu, diễn tả, chi tiết 44/ 53
45. Rào cản truy cập dữ liệu 45/ 53
46. Xử lí phân tích so với xử lí giao tác ◼ Xử lí phân tích yêu cầu xử lí hàng ngày các giao tác về tổ chức như thanh taón, đặt hàng ◼ Các cơ sở dữ liệu và hệ thống xử lí cần thiết được gọi là hệ thống tác nghiệp ◼ Nhu cầu thị trường đòi hỏi có xử lí phân tích 46/ 53
47. ◼ Xử lí phân tích trực tuyến (OLAP) cho phép người dùng ◼ Truy cập dữ liệu dễ dàng ◼ Ra quyết định nhanh ◼ Thao tác chính xác và hiệu quả ◼ Mềm dẻo ◼ OLAP thường đi với DSS, EIS và các hoạt động hướng người dùng khác. 47/ 53
48. Xử lí phân tích ◼ OLAP cần đến ba khái niệm: ◼ Thể hiện kinh doanh về dữ liệu người dùng ◼ Môi trường khách/ chủ cho phép người dùng hỏi về dữ liệu và ra báo cáo ◼ Thư mục trên máy tính chủ, kho dữ liệu Cho phép an toàn dữ liệu và điều khiển tập trung dữ liệu 48/ 53
49. Kho dữ liệu ◼ Định nghĩa: ◼ Tập dữ liệu hướng chủ đề, tích hợp, thay đổi theo thời gian, không mất đi, để ra quyết định ◼ Xử lí phân tích trực tuyến (OLAP) ◼ Khai phá dữ liệu ◼ Tiếp thị cơ sở dữ liệu ◼ Khớp nhu cầu về dữ liệu và nhu cầu hệ thống thông tin điều hành 49/ 53
50. Kho dữ liệu 50/ 53
51. Các tính chất ◼ Cơ sở dữ liệu tách biệt ◼ Dữ liệu sạch ◼ Thông tin tổng hợp để quản lí ◼ Dữ liệu meta ◼ Dữ liệu từ hệ thống hợp pháp ◼ Thời gian là yếu tố dữ liệu 51/ 53
52. Khai phá dữ liệu ◼ Kiểu dữ liệu ◼ Liên kết ◼ Xâu, chuỗi ◼ Phân loại, tức các luật ◼ Phân cụm, tức tạo nhóm ◼ Dự báo, theo chuỗi thời gian ◼ Phát hiện giả thuyết, thay vì thử giả thuyết 52/ 53
53. 53/ 53