\(a)\,\,3x\left( {x - 2} \right) + x\left( {6 - 3x} \right) + 5 = 3{x^2} - 6x + 6x - 3{x^2} + 5 = 5\) Vậy biểu thức đã cho không phụ thuộc vào x. \(b)\,\,2xy\left( {x - y} \right) + xy\left( {2y - x} \right) - {x^2}y = 2{x^2}y - 2x{y^2} + 2x{y^2} - {x^2}y - {x^2}y = 0\) Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình \(\left\{ \begin{array}{l}.................\\.................\end{array} \right.\) Sử dụng phương pháp thế hoặc cộng đại số để giải hệ phương trình. Kết luận:………….. Lời giải chi tiết Gọi số lớn là x và số nhỏ là y \(\left( {x > y} \right)\) Vì tổng bằng hai lần hiệu của chúng nên ta có phương trình \(x + y = 2\left( {x - y} \right) \) \(\Leftrightarrow x + y = 2x - 2y \) \(\Leftrightarrow x - 3y = 0\) (1) Vì số lớn nhiều hơn hai lần số nhỏ 6 đơn vị nên ta có phương trình \(x - 2y = 6\,\,\,\left( 2 \right)\) Cơ sở dữ liệu (CSDL) (Tiếng Anh là database) là thuật ngữ quen thuộc và là một lĩnh vực được quan tâm đặc biệt không chỉ riêng với những người làm công nghệ thông tin mà còn đối với cả những người làm trong nhiều lĩnh vực khác như thống kê, quản lý doanh nghiệp... Các ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác quản lý ngày càng nhiều hơn và đa dạng hơn. Có thể nói hầu hết các lĩnh vực kinh tế, xã hội, giáo dục, y tế,...đều đã ứng dụng các thành tựu mới của công nghệ thông tin vào phục vụ công tác chuyên môn của mình. Chính vì vậy, hiểu đúng về CSDL, từ đó thiết kế, tổ chức và xây dựng tốt các CSDL là vấn đề ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm. Cũng bởi vì lý do đó, Cơ sở dữ liệu là một học phần bắt buộc mang tính chất kinh điển của ngành Công nghệ thông tin nói riêng và nhiều ngành học khoa học kỹ thuật nói chung. Tài liệu tham khảo “Cơ sở dữ liệu” này được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu của sinh viên ngành Công nghệ thông tin, trường Đại học Hồng Đức. Tài liệu này được biên soạn dựa trên kinh nghiệm giảng dạy học phần của nhóm tác giả và kế thừa từ các sách và giáo trình: - Hồ Thuần, Hồ Cẩm Hà, Các hệ CSDL: Lý thuyết và thực hành (Tập 1, 2), NXB Giáo dục, 2005.
- Jeffrey D. Ullman, Biên dịch: Trần Đức Quang, Nguyên lý các hệ CSDL và cơ sở tri thức, Tập 1, 2, 3, NXB Thống kê, 2002.
- Trịnh Minh Tuấn, Giáo trình thiết kế CSDL, NXB ĐH Quốc gia TP HCM,
- Lê Tiến Vương, Nhập môn CSDL quan hệ, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2000. Nội dung của tài liệu này bao gồm 6 chương, cung cấp cho người đọc các kiến thức cơ bản về cơ sở dữ liệu (CSDL) như: các định nghĩa về CSDL, mô hình dữ liệu, các hệ quản trị CSDL tương ứng, các ngôn ngữ của hệ quản trị CSDL...; Tài liệu cũng cung cấp cho người đọc các kiến thức về phép toán đại số quan hệ, và các thao tác trên quan hệ bằng ngôn ngữ đại số quan hệ và ngôn ngữ SQL. Tài liệu cũng trình bày các phương pháp tổ chức lưu trữ và tìm kiếm, xử lí dữ liệu và tối ưu hoá truy vấn, các vấn đề cơ bản, các thuật toán và các kỹ năng cần thiết để thiết kế được CSDL đúng chuẩn, tối ưu và phù hợp với bài toán cần giải quyết. Trong mỗi phần của tài liệu, chúng tôi cố gắng trình bày ngắn gọn trực tiếp vào bản chất của vấn đề, với các ví dụ minh hoạ cụ thể, dễ hiểu, nhằm hướng tới hai mục tiêu chính cho người học: Nâng cao tư duy trong thiết kế CSDL và rèn luyện kỹ năng làm việc với CSDL. Sau mỗi chương đều có các phần tóm tắt cuối chương, câu
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTTT Từ viết tắt Được hiểu là 1 CNTT Công nghệ thông tin 2 CSDL Cơ sở dữ liệu 3 DBA – DataBase Administrator Người quản trị cơ sở dữ liệu 4 DCL - Data Control Language Ngôn ngữ điều khiển dữ liệu 5 DDL - Data Definition Language Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu 6 DML - Data Manipulation Language Ngôn ngữ thao tác dữ liệu 7 ER – Entity Relationship Thực thể liên kết 8 pth Phụ thuộc hàm 9 NSD Người sử dụng 10 SQL - Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc 11 SV Sinh viên MỤC LỤCnhau nên sự phối hợp tổ chức và khai thác ở các phòng là khó khăn. Thông tin ở phòng này không sử dụng được cho phòng khác, tại đơn vị con với đơn vị cấp trên. Cùng một thông tin được nhập vào máy tính tại nhiều nơi khác nhau (ví dụ, thông tin về học viên liên thông, vừa làm vừa học vừa được lưu trữ tại các khoa đào tạo, vừa được lưu trữ tại phòng quản lí đào tạo không chính qui), gây ra lãng phí công sức nhập tin và không gian lưu trữ trên các vật mang tin. Sự trùng lắp thông tin có thể dẫn đến tình trạng không nhất quán dữ liệu. Thông tin được tổ chức ở nhiều nơi nên việc cập nhật cũng dễ làm mất tính nhất quán dữ liệu (Ví dụ, một học viên thôi học có thể được cập nhật thông tin ngay tại khoa đào tạo nhưng sau một thời gian mới được cập nhật tại tổng phòng quản lí đào tạo không chính qui). - Sự cô lập của dữ liệu: dữ liệu nằm trong nhiều tệp và các tệp có thể có định dạng khác nhau (Ví dụ, dữ liệu ở khoa đào tạo lưu ở tệp Microsoft Word, trong khi dữ liệu ở phòng quản lí sau đại học lại được lưu ở tệp Microsoft Excel), nên thiếu sự chia sẻ thông tin giữa các nơi và việc kết nối các hệ thống này hay việc nâng cấp ứng dụng sẽ là rất khó khăn.
- Khó khăn trong truy cập dữ liệu: việc tổ chức dữ liệu bằng các tệp .doc, .xls không cho phép dữ liệu được tìm kiếm theo cách thức thuận tiện và hiệu quả.
- Các vấn đề an toàn: thông thường mỗi người dùng chỉ được phép truy cập một phần dữ liệu và có một số quyền nhất định đối với dữ liệu đó, tuy nhiên đối với tệp tin cổ điển, các chương trình ứng dụng được thêm vào hệ thống theo cách rất khó tiên liệu trước nên rất khó để đảm bảo các vấn đề an toàn dữ liệu. Trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm của tệp tin cổ điển, ta thấy việc xây dựng một hệ thống tin đảm bảo được tính nhất quán dữ liệu, không trùng lặp thông tin mà vẫn đáp ứng được nhu cầu khai thác thông tin đồng thời là thực sự cần thiết.
- 1. Cơ sở dữ liệu Định nghĩa 1. Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một hệ thống các thông tin có cấu trúc của các dữ liệu về thế giới thực trong một lĩnh vực nào đó có liên quan với nhau về mặt logic được lưu trữ ở bộ nhớ ngoài (như băng từ, đĩa từ,...) để có thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác nhau [7]. Như vậy, CSDL phải là một tập hợp các thông tin mang tính hệ thống chứ không phải là các thông tin rời rạc, không có mối quan hệ với nhau. Các thông tin này phải có cấu trúc và tập hợp các thông tin này phải có khả năng đáp ứng các nhu cầu khai thác của nhiều người sử dụng một cách đồng thời.
• • • • • •Hình 1. Sơ đồ tổng quát về một CSDL [5] Mục đích chính của CSDL là nhằm: - Giảm sự trùng lặp thông tin: xuống mức thấp nhất và do đó bảo đảm được tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu. (Cấu trúc của CSDL được định nghĩa một lần và được hệ quản trị CSDL lưu trữ).
- Nhiều khung nhìn (multi-view): đảm bảo dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau. Vì yêu cầu của mỗi đối tượng sử dụng CSDL là khác nhau nên tạo ra nhiều khung nhìn vào dữ liệu là cần thiết (Ví dụ: sinh viên chỉ được quyền truy xuất vào CSDL để xem điểm thi, nhân viên phòng đào tạo có quyền truy xuất vào CSDL để cập nhật điểm thi).
- Đảm bảo sự độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng (Insulation between programs and data): Cho phép thay đổi cấu trúc, dữ liệu trong CSDL mà không cần thay đổi chương trình ứng dụng.
- Nhiều người dùng (multi-users): thông tin được chia sẻ cho nhiều người sử dụng và nhiều ứng dụng khác nhau.
- Trừu tượng hoá dữ liệu (Data Abstraction): người sử dụng chỉ nhìn thấy mức khái niệm (logic) của CSDL. Tuy nhiên, để đạt được các ưu điểm trên, CSDL đặt ra những vấn đề cần phải giải quyết đó là:
- Tính sở hữu của dữ liệu: Do tính chia sẻ của CSDL nên các vấn đề an toàn dữ liệu, khả năng biểu diễn các mối liên hệ ngữ nghĩa của dữ liệu, và tính chính xác của dữ liệu cần được đặt ra.
- Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng: Do có nhiều người được phép khai thác CSDL một cách đồng thời nên cần phải có cơ chế bảo mật và phân quyền khai thác CSDL (nhiệm vụ này được hỗ trợ bởi phần lớn các hệ điều hành hiện nay).
- Tranh chấp dữ liệu: Vì nhiều người sử dụng được phép truy cập vào cùng một dữ liệu trong CSDL với những mục đích khác nhau (xem, thêm, xóa Chương trình ứng dụng 1 Chương trình ứng dụng 2 Các hệ thống chương trình ứng dụng khai thác CSDL CƠ SỞ DỮ LIỆU Những NSD khai thác CSDL
liên hệ của dữ liệu (Data Relationship) và các quy tắc, ràng buộc (Rules, Constraints) quản lý áp đặt lên các dữ liệu đó. - Ngôn ngữ thao tác dữ liệu (Database Manipulation Language - DML): là ngôn ngữ cho phép người sử dụng truy xuất hoặc thao tác, xử lý dữ liệu như chèn (Insert), xóa (Delete), cập nhật (Update) dữ liệu,... trong CSDL.
- Ngôn ngữ điều khiển dữ liệu (Database Control Language - DCL): điều khiển tính đồng thời (tương tranh) đối với dữ liệu, cho phép những người quản trị hệ thống thay đổi cấu trúc của các bảng dữ liệu, khai báo bảo mật thông tin và cấp quyền hạn khai thác CSDL cho người sử dụng. Hình 1. Tương tác với hệ quản trị CSDL
- 1. Kiến trúc ba mức của một hệ CSDL Không phải người sử dụng nào cũng có kỹ năng khai thác thông tin tốt, vì vậy người làm CSDL phải cố gắng che dấu sự phức tạp về biểu diễn bên trong của dữ liệu thông qua nhiều mức trừu tượng hoá dữ liệu để làm đơn giản hoá sự tương tác giữa người sử dụng và hệ thống. Theo ANSI-PARC (American National Standards Institute – Planning and Requirements Committee: Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ - Uỷ ban nhu cầu và kế hoạch Hoa Kỳ), một CSDL có 3 mức biểu diễn: Mức vật lý (Physical level), mức logic (Logical level) và mức khung nhìn (View level) Hệ quản trị CSDL
CSDL 1
CSDL 2
CSDL 3Ứng dụng 1 Ứng dụng 2 Ứng dụng 3 DML DML DML DDL DDL Tool Nhà thiết kế CSDL Nhà quản trị CSDL Khung nhìn 1 Khung nhìn 2 Khung nhìn n Mức logic Mức vật lý Mức khung nhìn Hình 1. Kiến trúc ba mức của hệ cơ sở dữ liệu [7] a. Mức vật lí Mức vật lý (còn gọi là mức trong) là mức thấp nhất của sự trừu tượng hoá, mô tả dữ liệu được thực sự lưu trữ như thế nào trong CSDL. Tại mức này, vấn đề cần giải quyết là: dữ liệu gì và được lưu trữ như thế nào? ở đâu (đĩa từ, băng từ, track, sector,... nào)? cần các chỉ mục gì? việc truy xuất tuần tự (Sequential Access) hay truy xuất ngẫu nhiên (Random Access) đối với từng loại dữ liệu? Những người hiểu và làm việc với CSDL tại mức này là người quản trị CSDL – những người sử dụng chuyên nghiệp. Ví dụ 1. Các mẫu tin được lưu thành những khối liên tiếp nhau (bye, từ nhớ,...). Trình biên dịch che dấu các chi tiết này, không cho người lập trình thông thường biết, trừ những người quản trị CSDL. b. Mức logic Mức logic (còn gọi là mức quan niệm) là mức trung gian, mô tả những dữ liệu nào được lưu trữ trong CSDL và mối liên kết giữa chúng. Người thiết kế CSDL, người quản trị CSDL và người lập trình là những người làm việc ở mức này. Mức logic sẽ giải quyết cho câu hỏi: CSDL cần phải lưu giữ những dữ liệu gì? mối quan hệ giữa các loại dữ liệu như thế nào?,... Xuất phát từ nhu cầu quản lý, qua quá trình khảo sát và phân tích, người phân tích sẽ xác định những thông tin được cho là cần thiết phải đưa vào CSDL, đồng thời mô tả rõ mối liên hệ giữa các thông tin này. Ví dụ 1. Ta muốn xây dựng CSDL để quản lý đào tạo của trường Đại học X. Môi trường (thế giới thực) gồm có sinh viên, học phần, kết quả,... Mỗi sinh viên được cấp một mã số sinh viên (dùng để phân biệt SV này với SV khác, dùng làm số báo danh trong các kỳ thi), có họ tên sinh viên, năm sinh, giới tính, quê quán, nơi sinh, địa chỉ thường trú, địa chỉ tạm trú,... Mỗi sinh viên sẽ học một hoặc nhiều học phần, mỗi học phần có một mã học phần, tên học phần, số tín chỉ,... Kết quả học của sinh viên đối với mỗi học phần sẽ được thể hiện thông qua kết quả, kết quả sẽ là tổng hợp của các lần thi giữa kỳ chiếm 20%, quá trình chiếm 30%, học phần chiếm 50%. Như vậy, cần lưu trữ thông tin về sinh viên, học phần, và kết quả, trong đó kết quả sẽ thể hiện mối quan hệ giữa sinh viên và học phần. c. Mức khung nhìn Mức khung nhìn (còn gọi là mức ngoài) là mức cao nhất của sự trừu tượng hoá. Mặc dù mức logic đã đơn giản hoá đi nhiều nhưng do CSDL có kích thước quá lớn, nó vẫn còn phức tạp. Nhiều người sử dụng chỉ cần truy xuất một phần CSDL trong toàn bộ CSDL. Vì vậy, khung nhìn được đặt ra để mô tả chỉ một phần của toàn bộ CSDL - Người quản trị CSDL có thể thay đổi cấu trúc lưu trữ của CSDL mà không làm ảnh hưởng đến những khung nhìn của người sử dụng.
- Những thay đổi về khía cạnh vật lí trong lưu trữ, chẳng hạn như thay một thiết bị nhớ thứ cấp mới, có thể không làm ảnh hưởng đến cấu trúc bên trong của CSDL.
- Người quản trị CSDL có thể thay đổi cấu trúc tổng quát hay cấu trúc khái niệm của CSDL mà không làm ảnh hưởng đến tất cả người dùng.
- 1. Vai trò của con người trong hệ CSDL Với một CSDL lớn, rất nhiều người tham gia vào việc thiết kế, sử dụng và duy trì CSDL. Những người liên quan đến hệ CSDL bao gồm các nhóm chính được minh họa trong hình 1. Hình 1. Vai trò của con người trong hệ CSDL [7] a. Người quản trị CSDL (Database Administrator – DBA) Trong một tổ chức có nhiều người cùng sử dụng các tài nguyên (CSDL, hệ quản trị CSDL và các phần mềm liên quan). Người quản trị hệ CSDL là người chịu trách nhiệm quản lý các tài nguyên đó. Người này chịu trách nhiệm về việc cho phép truy cập CSDL, tổ chức và hướng dẫn việc sử dụng CSDL, cấp các phần mềm và phần cứng theo yêu cầu. Các nhiệm vụ của người quản trị CSDL như tạo ra sơ đồ CSDL gốc, định nghĩa cấu trúc lưu trữ và phương pháp truy xuất, cấp quyền truy xuất dữ liệu và đặc tả các ràng buộc toàn vẹn về dữ liệu. b. Người sử dụng (End User) Người sử dụng là những người mà công việc của họ đòi hỏi truy cập đến CSDL để truy vấn, cập nhật và sinh ra các thông tin. Có thể chia những người sử dụng thành Vị trí Người quản trị CSDL Người lập trình ứng dụng Người sử dụng Có nhu cầu khai thác thông tin từ CSDL Xây dựng ứng dụng hỗ trợ người dùng khai thác CSDL Quản lí các tài nguyên của CSDL Tổ chức hệ thống Bảo trì hệ CSDL Nâng cấp hệ CSDL Phân quyền Đảm bảo an ninh Bảo vệ Khôi phục Cải tiến hệ thống
hai nhóm: những người sử dụng thụ động (những người không có nhiều kiến thức về CSDL) và những người sử dụng chủ động (những người có hiểu biết tốt về CSDL). Chức năng công việc của những người sử dụng thụ động (chiếm phần lớn những người sử dụng) gắn liền với việc truy vấn và cập nhật thường xuyên CSDL bằng cách sử dụng các câu hỏi và các cập nhật chuẩn (gọi là các giao tác định sẵn) đã được lập trình và kiểm tra cẩn thận. Những người này chỉ cần học một ít về các phương tiện do hệ quản trị CSDL cung cấp và hiểu các kiểu giao tác chuẩn đã được thiết kế và cài đặt là đủ. Những người sử dụng chủ động có hiểu biết tốt về hệ CSDL, họ có thể tự cài đặt các ứng dụng riêng của mình để làm thoả mãn các yêu cầu phức tạp hay viết các ứng dụng CSDL chuyên biệt không nằm trong khung xử lý dữ liệu truyền thống. c. Người phân tích hệ thống và lập trình ứng dụng Người phân tích hệ thống xác định các yêu cầu của những người sử dụng để đặc tả các chương trình phù hợp với yêu cầu của họ. Người lập trình ứng dụng thể hiện các đặc tả của những người phân tích thành chương trình, sau đó kiểm thử, sửa lỗi làm tài liệu và bảo trì các phần mềm. 1.1. Phân loại hệ CSDL Trong thực tế, tuỳ theo qui mô để người sử dụng có thể phát triển một hệ CSDL nhỏ hoặc lớn. Có hai loại kiến trúc hệ CSDL: tập trung và phân tán. a. Các hệ CSDL tập trung Với một hệ CSDL tập trung, tập tất cả các dữ liệu được định vị tại một trạm đơn lẻ. Hình 1 mô tả mô hình kết nối CSDL tập trung. Những người sử dụng tại các trạm từ xa nói chung có thể truy nhập CSDL thông qua các công cụ truyền thông dữ liệu. Hình 1. Mô tả hệ CSDL tập trung [7] Hình 1. Hệ CSDL cá nhân Hệ CSDL tập trung được chia thành: Hệ CSDL cá nhân, hệ CSDL trung tâm và Hệ CSDL khách/chủ (Client/server) Hệ CSDL cá nhân: một người vừa thiết kế và tạo lập CSDL, vừa cập nhật CSDL và bảo trì CSDL. Nói cách khác, họ là vừa người quản trị CSDL đồng thời là người viết chương trình, đồng thời cũng là người sử dụng cuối của hệ. Hình 1 mô tả hệ CSDL được cài trên máy cá nhân. - Các hệ CSDL phân tán Ngày nay, nhiều tổ chức phân bố trên nhiều vị trí địa lý như thành phố hay các quốc gia khác nhau. Trong những trường hợp như vậy, việc xây dựng các hệ CSDL tập trung đối với các tổ chức này thường là không thực tế và không kinh tế. Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng các hệ CSDL phân tán. Hình 1. Sơ đồ sự hình thành CSDL phân tán [1] Trong CSDL phân tán, các CSDL cục bộ đặt trên các máy tính khác nhau (các trạm-sites) và được kết nối bởi mạng truyền thông, các CSDL cục bộ này tích hợp được với nhau qua mạng máy tính mà không cần có sự tập trung dữ liệu. Do đó, có thể xây dựng được một hệ thống CSDL, trong đó dữ liệu phân tán trên một mạng máy tính. Cấu trúc của CSDL phân tán:
- Về mặt vật lý: Yếu tố chính để phân biệt một CSDL phân tán với một cơ CSDL tập trung là: CSDL phân tán phải có nhiều máy tính gọi là các trạm và các trạm phải được kết nối bởi một kênh truyền thông nào đó để truyền dữ liệu (trao đổi dữ liệu).
- Về mặt logic gồm 3 mô-đun chính sau: Xử lý dữ liệu để quản lý dữ liệu cục bộ tại các trạm giống như với CSDL tập trung; Xử lý ứng dụng CSDL trên từng trạm để xử lý các chức năng phân tán và truy cập các thông tin phân tán; Xử lý truyền thông để liên kết (kết nối) với kênh truyền thông. Hình 1. Hệ CSDL phân tán [1]
Có hai kiểu chung nhất của các hệ CSDL phân tán là: hệ CSDL phân tán thuần nhất và hệ CSDL phân tán không thuần nhất. Hệ CSDL phân tán thuần nhất: Khi áp dụng đối với các hệ CSDL, thuật ngữ thuần nhất có nghĩa là công nghệ CSDL là như nhau hay ít nhất có thể tương thích tại mỗi vị trí địa lý khác nhau cũng có thể tương thích. Hình 1 miêu tả một hệ CSDL phân tán thuần nhất. Hình 1. Hệ CSDL phân tán thuần nhất [7] Đối với hệ CSDL phân tán thuần nhất, các điều kiện sau phải được đảm bảo: |
