Fundamentals of Database Management Systems, Second Edition - Ebook: Chương 1-14

Ebook chuyên sâu về cơ bản hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, tập trung vào phần 1. Cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho người học và chuyên gia.

• Tác giả: Mark L. Gillenson
• Trường học: University of Memphis
• Chuyên ngành: Hệ thống thông tin quản lý
• Đề tài: Fundamentals of Database Management Systems
• Loại tài liệu: Sách giáo khoa
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hoboken

Tóm tắt

I. Khám Phá Nền Tảng Hệ Thống Quản Lý Cơ Sở Dữ Liệu Là Gì

Trong kỷ nguyên số hóa hiện nay, dữ liệu doanh nghiệp đã trở thành tài sản quý giá nhất, thúc đẩy mọi hoạt động từ vận hành đến ra quyết định chiến lược. Việc quản lý cơ sở dữ liệu không chỉ là một yêu cầu kỹ thuật mà còn là yếu tố then chốt tạo nên lợi thế cạnh tranh bền vững. Phần 1 của Ebook “Fundamentals of Database Management Systems” sẽ dẫn dắt người đọc đi sâu vào những khái niệm cơ bản về hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, giúp nắm bắt bản chất và tầm quan trọng của chúng. Một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) không chỉ đơn thuần là nơi lưu trữ thông tin, mà còn là một bộ công cụ mạnh mẽ để tổ chức, truy cập và bảo vệ dữ liệu một cách có hệ thống. Hiểu rõ những fundamentals of database management systems giúp các nhà quản lý và chuyên gia công nghệ thông tin xây dựng nền tảng vững chắc cho mọi ứng dụng kinh doanh, từ hệ thống giao dịch phức tạp đến các công cụ phân tích dữ liệu chuyên sâu. Việc quản lý dữ liệu hiệu quả là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của nguồn tài nguyên này, biến dữ liệu thô thành thông tin có giá trị, hỗ trợ mọi cấp độ ra quyết định trong tổ chức. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết về vai trò, cấu trúc và các thành phần cốt lõi của một cơ sở dữ liệu, đồng thời chỉ ra cách chúng góp phần vào sự thành công của doanh nghiệp hiện đại. Việc nắm vững các nguyên tắc này là bước đầu tiên để làm chủ công nghệ dữ liệu, một kỹ năng không thể thiếu trong môi trường kinh doanh đầy biến động.

1.1. Định Nghĩa Cơ Bản về Hệ Thống Quản Lý Cơ Sở Dữ Liệu DBMS

Một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) là một phần mềm cho phép người dùng định nghĩa, tạo, duy trì và kiểm soát quyền truy cập vào cơ sở dữ liệu. Nó cung cấp một giao diện để tương tác với dữ liệu, giúp tổ chức và truy xuất thông tin một cách hiệu quả. Theo Mark L. Gillenson (2012), DBMS là 'một tập hợp các chương trình cho phép tạo và quản lý một cơ sở dữ liệu.' Các chức năng chính bao gồm đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, bảo mật, khả năng phục hồi và truy cập đồng thời cho nhiều người dùng. Việc triển khai một DBMS phù hợp là cực kỳ quan trọng đối với bất kỳ tổ chức nào muốn quản lý thông tin một cách có hệ thống và an toàn.

1.2. Tầm Quan Trọng của Cơ Sở Dữ Liệu trong Kinh Doanh Hiện Đại

Cơ sở dữ liệu đóng vai trò xương sống cho mọi hoạt động kinh doanh ngày nay. Từ việc lưu trữ thông tin khách hàng, quản lý hàng tồn kho, theo dõi giao dịch, đến phân tích xu hướng thị trường, dữ liệu là nguồn cung cấp thông tin chiến lược. Một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả cho phép các doanh nghiệp thu thập, xử lý và phân tích lượng lớn dữ liệu, từ đó đưa ra các quyết định sáng suốt và nhanh chóng. Khả năng truy cập thông tin chính xác, kịp thời là yếu tố then chốt để duy trì lợi thế cạnh tranh, cải thiện hiệu suất hoạt động và thúc đẩy đổi mới sản phẩm, dịch vụ. Đây là nền tảng không thể thiếu cho sự phát triển bền vững.

II. Giải Mã Thách Thức Tại Sao Quản Lý Dữ Liệu Lại Quan Trọng Hơn Bao Giờ Hết

Trong bối cảnh dữ liệu doanh nghiệp tăng trưởng theo cấp số nhân, việc quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả đã trở thành một thách thức lớn. Sự bùng nổ của thông tin từ nhiều nguồn khác nhau – từ mạng xã hội, thiết bị IoT đến các giao dịch trực tuyến – đòi hỏi các tổ chức phải có phương pháp tiếp cận có cấu trúc hơn. Nếu không có một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) mạnh mẽ, các vấn đề như dữ liệu trùng lặp, không nhất quán, khó truy cập và thiếu bảo mật sẽ làm suy yếu khả năng đưa ra quyết định chính xác. Đây là lý do tại sao việc tìm hiểu fundamentals of database management systems không chỉ là điều cần thiết cho các chuyên gia công nghệ thông tin mà còn cho cả các nhà quản lý cấp cao, những người phụ trách định hướng chiến lược dữ liệu. Thách thức lớn nhất không chỉ nằm ở khối lượng mà còn ở sự đa dạng và tốc độ thay đổi của dữ liệu. Các phương pháp lưu trữ và xử lý dữ liệu truyền thống không còn đủ sức đáp ứng. Do đó, nhu cầu về một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu tiên tiến, có khả năng tích hợp, phân tích và bảo vệ thông tin trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, giúp doanh nghiệp biến thách thức thành cơ hội và khai thác tối đa tiềm năng từ kho dữ liệu khổng lồ của mình.

2.1. Vấn Đề Dữ Liệu Không Nhất Quán và Trùng Lặp

Không có một hệ quản trị cơ sở dữ liệu tập trung, dữ liệu doanh nghiệp thường bị phân tán, dẫn đến tình trạng không nhất quán và trùng lặp. Khi cùng một thông tin xuất hiện ở nhiều nơi với các phiên bản khác nhau, việc xác định phiên bản chính xác trở nên khó khăn, gây ra sai sót trong báo cáo và quyết định. Ví dụ, thông tin khách hàng có thể được lưu trữ khác nhau trong hệ thống bán hàng và hệ thống hỗ trợ khách hàng, tạo ra sự nhầm lẫn. Tình trạng này cản trở việc phân tích dữ liệu chính xác và làm giảm độ tin cậy của thông tin.

2.2. Khó Khăn Trong Truy Cập và Bảo Mật Dữ Liệu

Thiếu một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phù hợp cũng gây ra những khó khăn lớn trong việc truy cập và bảo mật thông tin. Dữ liệu không được tổ chức tốt sẽ khiến việc tìm kiếm và truy xuất thông tin cần thiết trở nên chậm chạp, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc. Hơn nữa, việc kiểm soát quyền truy cập và bảo vệ dữ liệu khỏi các mối đe dọa an ninh mạng trở nên phức tạp hơn rất nhiều. Một cơ sở dữ liệu được thiết kế tốt với DBMS đảm bảo rằng chỉ những người dùng được ủy quyền mới có thể truy cập thông tin, đồng thời triển khai các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để chống lại sự xâm nhập và mất mát dữ liệu.

III. Phương Pháp Đột Phá Lịch Sử Và Các Loại Hình Lưu Trữ Dữ Liệu Hiện Đại

Để thực sự nắm vững fundamentals of database management systems, việc hiểu về sự phát triển của công nghệ lưu trữ dữ liệu là điều không thể thiếu. Từ những ngày đầu của máy tính, nhu cầu về khả năng lưu trữ thông tin ngày càng tăng đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều phương pháp và thiết bị lưu trữ khác nhau. Sự tiến hóa này không chỉ cải thiện dung lượng mà còn nâng cao tốc độ truy xuất và độ bền của dữ liệu, trực tiếp ảnh hưởng đến cách chúng ta xây dựng và vận hành các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Ban đầu, các thiết bị như ổ đĩa từ và băng từ là những giải pháp chủ yếu. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, các ổ đĩa cứng (hard drives) cố định đã trở thành tiêu chuẩn, cung cấp dung lượng lớn hơn và hiệu suất cao hơn. Nhu cầu về tính di động và khả năng chia sẻ dữ liệu đã dẫn đến sự phát triển của các phương tiện lưu trữ rời như đĩa mềm, đĩa Zip, và sau này là các ổ đĩa flash và đĩa quang (CD/DVD). Mỗi bước tiến trong công nghệ lưu trữ dữ liệu đều mở ra những cơ hội mới cho việc tổ chức và khai thác dữ liệu doanh nghiệp, từ đó tác động sâu sắc đến thiết kế và khả năng của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu ngày nay. Sự đa dạng trong các loại hình lưu trữ cho phép các tổ chức lựa chọn giải pháp tối ưu, cân bằng giữa hiệu suất, chi phí và mức độ bảo mật cho cơ sở dữ liệu của mình.

3.1. Sự Ra Đời của Thiết Bị Lưu Trữ Từ Tính và Ổ Đĩa Cứng Cố Định

Lịch sử lưu trữ dữ liệu bắt đầu với các thiết bị từ tính. Đơn cử là thiết bị lưu trữ đĩa IBM RAMAC ra đời năm 1956, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu điện tử. Ban đầu, các ổ đĩa có thể tháo rời. Tuy nhiên, yêu cầu về mật độ dữ liệu cao hơn và môi trường kiểm soát chặt chẽ hơn đã dẫn đến sự phát triển của các ổ đĩa cố định, hay còn gọi là ổ đĩa cứng. Các ổ đĩa cứng này trên máy chủ và PC trở thành các đơn vị kín, không thể tháo rời, tăng cường khả năng bảo vệ dữ liệu và hiệu suất hoạt động.

3.2. Sự Phát Triển của Phương Tiện Lưu Trữ Di Động và Công Nghệ Quang Học

Mặc dù ổ đĩa cứng cố định thống trị, khái niệm đĩa rời vẫn tồn tại với đĩa mềm PC và đĩa Zip của Iomega. Ngày nay, ổ cứng ngoài cắm qua USB tiếp nối xu hướng này. Năm 1985, đĩa quang (CD) được giới thiệu làm phương tiện lưu trữ dữ liệu. Ban đầu chỉ ghi một lần, giờ đây chúng có thể ghi, xóa và ghi lại nhiều lần. Cuối cùng, công nghệ bán dẫn đã thu nhỏ và trở nên rẻ hơn, biến ổ đĩa flash thành một lựa chọn phổ biến cho các phương tiện lưu trữ di động. Các công nghệ này hỗ trợ đắc lực cho việc di chuyển và sao lưu cơ sở dữ liệu.

IV. Bí Quyết Tổ Chức Dữ Liệu Khám Phá Các Mô Hình và Quan Hệ Cơ Bản

Để xây dựng một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả, việc hiểu rõ về mô hình dữ liệu và các loại quan hệ dữ liệu là cực kỳ quan trọng. Đây là những fundamentals of database management systems giúp định hình cấu trúc logic của cơ sở dữ liệu, đảm bảo tính nhất quán và khả năng truy xuất thông tin dễ dàng. Mô hình dữ liệu cung cấp một khung sườn trừu tượng để mô tả cách dữ liệu được tổ chức và liên kết với nhau. Nó giống như bản thiết kế kiến trúc cho một ngôi nhà, xác định các phòng ban và cách chúng kết nối. Các loại quan hệ giữa các thực thể dữ liệu là yếu tố cốt lõi để phản ánh mối liên hệ phức tạp trong thế giới thực. Ví dụ, một khách hàng có thể đặt nhiều đơn hàng, hoặc một sản phẩm có thể thuộc nhiều danh mục. Việc nắm vững các loại quan hệ này cho phép các nhà thiết kế cơ sở dữ liệu tạo ra các cấu trúc mạnh mẽ, giảm thiểu sự dư thừa và tối ưu hóa hiệu suất truy vấn. Khi thiết kế dữ liệu doanh nghiệp, việc lựa chọn mô hình phù hợp và xác định đúng các mối quan hệ là bước đầu tiên để xây dựng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu linh hoạt và có khả năng mở rộng, đáp ứng nhu cầu phát triển của tổ chức. Việc áp dụng đúng đắn các nguyên tắc này sẽ tạo ra một cơ sở dữ liệu không chỉ lưu trữ thông tin mà còn phản ánh một cách chân thực cấu trúc nghiệp vụ của doanh nghiệp.

4.1. Giới Thiệu Các Mô Hình Dữ Liệu Phổ Biến và Vai Trò Của Chúng

Mô hình dữ liệu là một tập hợp các khái niệm được sử dụng để mô tả cấu trúc của một cơ sở dữ liệu, bao gồm các loại dữ liệu, các quan hệ, và các ràng buộc về dữ liệu. Các mô hình phổ biến bao gồm mô hình phân cấp, mô hình mạng, và đặc biệt là mô hình quan hệ (relational model) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Mỗi mô hình có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu và yêu cầu ứng dụng khác nhau. Vai trò của mô hình dữ liệu là cung cấp một cách nhìn trừu tượng về dữ liệu, giúp người thiết kế và người dùng hiểu rõ cấu trúc thông tin mà không cần quan tâm đến chi tiết lưu trữ vật lý.

4.2. Khám Phá Các Loại Quan Hệ Dữ Liệu Đơn Vị Unary Relationships

Trong thiết kế cơ sở dữ liệu, quan hệ dữ liệu mô tả cách các thực thể liên kết với nhau. Quan hệ đơn vị (unary relationship) là một loại quan hệ mà một thực thể liên kết với chính nó. Có ba loại quan hệ đơn vị chính: một-một (1-1), một-nhiều (1-M) và nhiều-nhiều (M-M). Ví dụ, một nhân viên có thể là người quản lý của một nhân viên khác (1-M). Hoặc một bộ phận có thể bao gồm nhiều bộ phận con, và bản thân nó cũng là một bộ phận con của một bộ phận lớn hơn (M-M). Hiểu rõ các loại quan hệ này rất quan trọng để mô hình hóa chính xác dữ liệu doanh nghiệp và đảm bảo tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Cách Dữ Liệu Mang Lại Lợi Thế Cạnh Tranh Bền Vững

Trong bối cảnh kinh doanh cạnh tranh khốc liệt, việc tận dụng dữ liệu doanh nghiệp không còn là lựa chọn mà là yếu tố sống còn để đạt được lợi thế cạnh tranh bền vững. Một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) không chỉ giúp lưu trữ thông tin mà còn là công cụ mạnh mẽ để phân tích, dự đoán và định hình chiến lược kinh doanh. Khai thác hiệu quả những fundamentals of database management systems cho phép các tổ chức hiểu sâu sắc hơn về khách hàng, tối ưu hóa quy trình hoạt động và phản ứng nhanh nhạy với các thay đổi của thị trường. Các công ty hàng đầu sử dụng cơ sở dữ liệu để cá nhân hóa trải nghiệm khách hàng, từ đó xây dựng lòng trung thành và tăng cường doanh số bán hàng. Khả năng truy cập và phân tích dữ liệu lịch sử giúp họ xác định các xu hướng, dự báo nhu cầu và tối ưu hóa chuỗi cung ứng. Đây là cốt lõi của chiến lược dựa trên dữ liệu. Ngoài ra, việc quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả còn góp phần vào việc giảm thiểu rủi ro, tuân thủ các quy định pháp luật và nâng cao khả năng phục hồi sau sự cố. Từ việc cải thiện quy trình sản xuất đến tối ưu hóa chiến dịch marketing, hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp nền tảng vững chắc để biến dữ liệu thô thành những hiểu biết có giá trị, định hướng mọi quyết định kinh doanh. Điều này không chỉ tạo ra giá trị tức thì mà còn xây dựng một nền tảng vững chắc cho sự phát triển dài hạn.

5.1. Tối Ưu Hóa Quyết Định Kinh Doanh Nhờ Phân Tích Dữ Liệu Chuyên Sâu

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là khả năng hỗ trợ phân tích dữ liệu chuyên sâu. Bằng cách thu thập và tổ chức dữ liệu doanh nghiệp một cách có cấu trúc, các doanh nghiệp có thể áp dụng các công cụ phân tích để khám phá các mẫu, xu hướng và mối quan hệ ẩn. Điều này cho phép họ đưa ra các quyết định kinh doanh dựa trên bằng chứng, thay vì chỉ dựa vào trực giác. Từ việc xác định phân khúc khách hàng mục tiêu đến tối ưu hóa giá cả sản phẩm, phân tích dữ liệu từ cơ sở dữ liệu giúp nâng cao hiệu quả và tính chính xác của mọi quyết định.

5.2. Nâng Cao Trải Nghiệm Khách Hàng và Hiệu Suất Vận Hành

Việc quản lý cơ sở dữ liệu chặt chẽ còn giúp các doanh nghiệp nâng cao trải nghiệm khách hàng một cách đáng kể. Với dữ liệu khách hàng được tổ chức tốt, các tổ chức có thể cá nhân hóa các tương tác, cung cấp dịch vụ hỗ trợ tốt hơn và đưa ra các đề xuất sản phẩm phù hợp. Đồng thời, một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả cũng cải thiện hiệu suất vận hành bằng cách tự động hóa các quy trình, giảm thiểu lỗi thủ công và tăng tốc độ xử lý thông tin. Điều này giúp tiết kiệm chi phí, nâng cao năng suất và củng cố lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

VI. Kết Luận Triển Vọng Tương Lai Nào Cho Hệ Thống Quản Lý Cơ Sở Dữ Liệu

Phần 1 của Ebook "Fundamentals of Database Management Systems" đã cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, từ định nghĩa cơ bản, tầm quan trọng, lịch sử phát triển của lưu trữ dữ liệu, đến các mô hình dữ liệu và quan hệ dữ liệu then chốt. Việc nắm vững những khái niệm cơ bản về hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là nền tảng vững chắc cho bất kỳ ai muốn tham gia vào lĩnh vực công nghệ thông tin hoặc quản lý dữ liệu doanh nghiệp. Chúng ta đã thấy cách cơ sở dữ liệu đã biến đổi cách các tổ chức hoạt động, giúp họ biến dữ liệu thô thành những hiểu biết có giá trị, thúc đẩy lợi thế cạnh tranh. Tuy nhiên, lĩnh vực quản lý cơ sở dữ liệu không ngừng phát triển. Tương lai hứa hẹn sự xuất hiện của các công nghệ tiên tiến hơn nữa, bao gồm cơ sở dữ liệu NoSQL, cơ sở dữ liệu đồ thị, và sự tích hợp sâu rộng với trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML) để phân tích dữ liệu hiệu quả hơn. Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu sẽ tiếp tục được tối ưu hóa để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ (Big Data) và hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực. Việc liên tục cập nhật kiến thức về fundamentals of database management systems và các xu hướng mới là điều cần thiết để duy trì sự phù hợp và thành công trong kỷ nguyên số. Cuốn Ebook này hy vọng đã trang bị cho độc giả những kiến thức nền tảng vững chắc để tiếp tục hành trình khám phá và làm chủ thế giới dữ liệu.

6.1. Tổng Kết Các Khái Niệm Quan Trọng Từ Phần 1

Phần 1 của Ebook đã làm rõ hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là gì, nhấn mạnh vai trò trung tâm của nó trong việc tổ chức và khai thác dữ liệu doanh nghiệp. Chúng ta đã tìm hiểu về sự phát triển của lưu trữ dữ liệu, từ các ổ đĩa cơ học đến các giải pháp flash hiện đại, và tầm quan trọng của chúng trong việc hình thành các cơ sở dữ liệu hiệu quả. Ngoài ra, các mô hình dữ liệu và quan hệ dữ liệu cơ bản, đặc biệt là quan hệ đơn vị, đã được trình bày chi tiết như những công cụ thiết yếu để xây dựng cấu trúc dữ liệu logic. Những fundamentals of database management systems này là nền tảng vững chắc cho mọi phân tích và ứng dụng dữ liệu trong tương lai.

6.2. Xu Hướng Phát Triển và Thách Thức Mới Trong Quản Lý Cơ Sở Dữ Liệu

Tương lai của quản lý cơ sở dữ liệu đang chứng kiến sự chuyển dịch mạnh mẽ. Sự gia tăng của Big Data, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo đang đặt ra những thách thức mới nhưng cũng mở ra nhiều cơ hội. Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu cần phải linh hoạt hơn, có khả năng mở rộng tốt hơn và tích hợp sâu hơn với các công nghệ phân tích tiên tiến. Xu hướng phát triển bao gồm cơ sở dữ liệu phân tán, cơ sở dữ liệu không cấu trúc (NoSQL) và việc tự động hóa quản lý dữ liệu. Để duy trì lợi thế cạnh tranh, các doanh nghiệp cần đầu tư vào các giải pháp hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu có khả năng thích ứng với những thay đổi này và tận dụng tối đa tiềm năng của dữ liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

FUNDAMENTALS OF DATABASE MANAGEMENT SYSTEMS Second Edition MARK L. GILLENSON Fogelman College of Business and Economics University of Memphis John Wiley & Sons, Inc. CREDITS VP & PUBLISHER Don Fowley EDITOR Beth Lang Golub EDITORIAL ASSISTANT Elizabeth Mills MARKETING MANAGER Christopher Ruel DESIGNER James O’Shea SENIOR PRODUCTION MANAGER Janis Soo SENIOR PRODUCTION EDITOR Joyce Poh This book was set in 10/12 TimesNewRoman by LaserWords and printed and bound by RR Donnelley. The cover was printed by RR Donnelley.

This book is printed on acid free paper. Founded in 1807, John Wiley & Sons, Inc. has been a valued source of knowledge and understanding for more than 200 years, helping people around the world meet their needs and fulfill their aspirations. Our company is built on a foundation of principles that include responsibility to the communities we serve and where we live and work.

In 2008, we launched a Corporate Citizenship Initiative, a global effort to address the environmental, social, economic, and ethical challenges we face in our business. Among the issues we are addressing are carbon impact, paper specifications and procurement, ethical conduct within our business and among our vendors, and community and charitable support. For more information, please visit our website: www.com/go/citizenship. Copyright © 2012, 2005 John Wiley & Sons, Inc.

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or otherwise, except as permitted under Sections 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center, Inc. 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, website www. Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030-5774, [phone], fax [phone], website http://www.com/go/permissions.

Evaluation copies are provided to qualified academics and professionals for review purposes only, for use in their courses during the next academic year. These copies are licensed and may not be sold or transferred to a third party. Upon completion of the review period, please return the evaluation copy to Wiley. Return instructions and a free of charge return mailing label are available at www.com/go/returnlabel.

If you have chosen to adopt this textbook for use in your course, please accept this book as your complimentary desk copy. Outside of the United States, please contact your local sales representative. Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Gillenson, Mark L. Fundamentals of database management systems / Mark L.74—dc23 2011039274 Printed in the United States of America 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 OTHER JOHN WILEY & SONS, INC.

DATABASE BOOKS BY MARK L. GILLENSON Strategic Planning, Systems Analysis, and Database Design (with Robert Goldberg), 1984 DATABASE Step-by-Step 1st edition, 1985 2nd edition, 1990 To my mother Sunny’s memory and to my favorite mother-in-law, Moo BRIEF CONTENTS Preface xiii About The Author xvii CHAPTER 1 DATA: THE NEW CORPORATE RESOURCE 1 CHAPTER 2 DATA MODELING 19 CHAPTER 3 THE DATABASE MANAGEMENT SYSTEM CONCEPT 41 CHAPTER 4 RELATIONAL DATA RETRIEVAL: SQL 67 CHAPTER 5 THE RELATIONAL DATABASE MODEL: INTRODUCTION 105 CHAPTER 6 THE RELATIONAL DATABASE MODEL: ADDITIONAL CONCEPTS 137 CHAPTER 7 LOGICAL DATABASE DESIGN 157 CHAPTER 8 PHYSICAL DATABASE DESIGN 199 CHAPTER 9 OBJECT-ORIENTED DATABASE MANAGEMENT 247 CHAPTER 10 DATA ADMINISTRATION, DATABASE ADMINISTRATION, AND DATA DICTIONARIES 269 CHAPTER 11 DATABASE CONTROL ISSUES: SECURITY, BACKUP AND RECOVERY, CONCURRENCY 291 CHAPTER 12 CLIENT/SERVER DATABASE AND DISTRIBUTED DATABASE 315 CHAPTER 13 THE DATA WAREHOUSE 335 CHAPTER 14 DATABASES AND THE INTERNET 365 Index 385 CONTENTS Preface xiii About The Author xvii CHAPTER 1 DATA: THE NEW CORPORATE RESOURCE 1 Introduction 2 The History of Data 2 The Origins of Data 2 Data Through the Ages 5 Early Data Problems Spawn Calculating Devices 7 Swamped with Data 8 Modern Data Storage Media 9 Data in Today’s Information Systems Environment 12 Using Data for Competitive Advantage 12 Problems in Storing and Accessing Data 12 Data as a Corporate Resource 13 The Database Environment 14 Summary 15 CHAPTER 2 DATA MODELING 19 Introduction 20 Binary Relationships 20 What is a Binary Relationship? 20 Cardinality 23 Modality 24 More About Many-to-Many Relationships 25 Unary Relationships 28 One-to-One Unary Relationship 28 One-to-Many Unary Relationship 29 Many-to-Many Unary Relationship 29 Ternary Relationships 31 Example: The General Hardware Company 31 Example: Good Reading Book Stores 34 Example: World Music Association 35 Example: Lucky Rent-A-Car 36 Summary 37 viii Contents CHAPTER 3 THE DATABASE MANAGEMENT SYSTEM CONCEPT 41 Introduction 42 Data Before Database Management 43 Records and Files 43 Basic Concepts in Storing and Retrieving Data 46 The Database Concept 48 Data as a Manageable Resource 48 Data Integration and Data Redundancy 49 Multiple Relationships 56 Data Control Issues 58 Data Independence 60 DBMS Approaches 60 Summary 63 CHAPTER 4 RELATIONAL DATA RETRIEVAL: SQL 67 Introduction 68 Data Retrieval with the SQL SELECT Command 68 Introduction to the SQL SELECT Command 68 Basic Functions 70 Built-In Functions 81 Grouping Rows 83 The Join 85 Subqueries 86 A Strategy for Writing SQL SELECT Commands 89 Example: Good Reading Book Stores 90 Example: World Music Association 92 Example: Lucky Rent-A-Car 95 Relational Query Optimizer 97 Relational DBMS Performance 97 Relational Query Optimizer Concepts 97 Summary 99 CHAPTER 5 THE RELATIONAL DATABASE MODEL: INTRODUCTION 105 Introduction 106 The Relational Database Concept 106 Relational Terminology 106 Primary and Candidate Keys 109 Foreign Keys and Binary Relationships 111 Data Retrieval from a Relational Database 124 Extracting Data from a Relation 124 The Relational Select Operator 125 The Relational Project Operator 125 Combination of the Relational Select and Project Operators 126 Extracting Data Across Multiple Relations: Data Integration 127 Example: Good Reading Book Stores 129 Example: World Music Association 130 Example: Lucky Rent-A-Car 132 Summary 132 Contents ix CHAPTER 6 THE RELATIONAL DATABASE MODEL: ADDITIONAL CONCEPTS 137 Introduction 138 Relational Structures for Unary and Ternary Relationships 139 Unary One-to-Many Relationships 139 Unary Many-to-Many Relationships 143 Ternary Relationships 146 Referential Integrity 150 The Referential Integrity Concept 150 Three Delete Rules 152 Summary 153 CHAPTER 7 LOGICAL DATABASE DESIGN 157 Introduction 158 Converting E-R Diagrams into Relational Tables 158 Introduction 158 Converting a Simple Entity 158 Converting Entities in Binary Relationships 160 Converting Entities in Unary Relationships 164 Converting Entities in Ternary Relationships 166 Designing the General Hardware Co. Database 166 Designing the Good Reading Bookstores Database 170 Designing the World Music Association Database 171 Designing the Lucky Rent-A-Car Database 173 The Data Normalization Process 174 Introduction to the Data Normalization Technique 175 Steps in the Data Normalization Process 177 Example: General Hardware Co. 185 Example: Good Reading Bookstores 186 Example: World Music Association 188 Example: Lucky Rent-A-Car 188 Testing Tables Converted from E-R Diagrams with Data Normalization 189 Building the Data Structure with SQL 191 Manipulating the Data with SQL 192 Summary 193 CHAPTER 8 PHYSICAL DATABASE DESIGN 199 Introduction 200 Disk Storage 202 The Need for Disk Storage 202 How Disk Storage Works 203 File Organizations and Access Methods 207 The Goal: Locating a Record 207 The Index 207 Hashed Files 215 Inputs to Physical Database Design 218 The Tables Produced by the Logical Database Design Process 219 Business Environment Requirements 219 Data Characteristics 219 x Contents Application Characteristics 220 Operational Requirements: Data Security, Backup, and Recovery 220 Physical Database Design Techniques 221 Adding External Features 221 Reorganizing Stored Data 224 Splitting a Table into Multiple Tables 226 Changing Attributes in a Table 227 Adding Attributes to a Table 228 Combining Tables 230 Adding New Tables 232 Example: Good Reading Book Stores 233 Example: World Music Association 234 Example: Lucky Rent-A-Car 235 Summary 237 CHAPTER 9 OBJECT-ORIENTED DATABASE MANAGEMENT 247 Introduction 248 Terminology 250 Complex Relationships 251 Generalization 251 Inheritance of Attributes 253 Operations, Inheritance of Operations, and Polymorphism 254 Aggregation 255 The General Hardware Co.

Class Diagram 256 The Good Reading Bookstores Class Diagram 256 The World Music Association Class Diagram 259 The Lucky Rent-A-Vehicle Class Diagram 260 Encapsulation 260 Abstract Data Types 262 Object/Relational Database 263 Summary 264 CHAPTER 10 DATA ADMINISTRATION, DATABASE ADMINISTRATION, AND DATA DICTIONARIES 269 Introduction 270 The Advantages of Data and Database Administration 271 Data as a Shared Corporate Resource 271 Efficiency in Job Specialization 272 Operational Management of Data 273 Managing Externally Acquired Databases 273 Managing Data in the Decentralized Environment 274 The Responsibilities of Data Administration 274 Data Coordination 274 Data Planning 275 Data Standards 275 Liaison to Systems Analysts and Programmers 276 Training 276 Arbitration of Disputes and Usage Authorization 277 Documentation and Publicity 277 Contents xi Data’s Competitive Advantage 277 The Responsibilities of Database Administration 278 DBMS Performance Monitoring 278 DBMS Troubleshooting 278 DBMS Usage and Security Monitoring 279 Data Dictionary Operations 279 DBMS Data and Software Maintenance 280 Database Design 280 Data Dictionaries 281 Introduction 281 A Simple Example of Metadata 282 Passive and Active Data Dictionaries 284 Relational DBMS Catalogs 287 Data Repositories 287 Summary 287 CHAPTER 11 DATABASE CONTROL ISSUES: SECURITY, BACKUP AND RECOVERY, CONCURRENCY 291 Introduction 292 Data Security 293 The Importance of Data Security 293 Types of Data Security Breaches 294 Methods of Breaching Data Security 294 Types of Data Security Measures 296 Backup and Recovery 303 The Importance of Backup and Recovery 303 Backup Copies and Journals 303 Forward Recovery 304 Backward Recovery 305 Duplicate or ‘‘Mirrored’’ Databases 306 Disaster Recovery 306 Concurrency Control 308 The Importance of Concurrency Control 308 The Lost Update Problem 308 Locks and Deadlock 309 Versioning 310 Summary 311 CHAPTER 12 CLIENT/SERVER DATABASE AND DISTRIBUTED DATABASE 315 Introduction 316 Client/Server Databases 316 Distributed Database 321 The Distributed Database Concept 321 Concurrency Control in Distributed Databases 325 Distributed Joins 327 Partitioning or Fragmentation 329 Distributed Directory Management 330 Distributed DBMSs: Advantages and Disadvantages 331 Summary 332 xii Contents CHAPTER 13 THE DATA WAREHOUSE 335 Introduction 336 The Data Warehouse Concept 338 The Data is Subject Oriented 338 The Data is Integrated 339 The Data is Non-Volatile 339 The Data is Time Variant 339 The Data Must Be High Quality 340 The Data May Be Aggregated 340 The Data is Often Denormalized 340 The Data is Not Necessarily Absolutely Current 341 Types of Data Warehouses 341 The Enterprise Data Warehouse (EDW) 342 The Data Mart (DM) 342 Which to Choose: The EDW, the DM, or Both? 342 Designing a Data Warehouse 343 Introduction 343 General Hardware Co. Data Warehouse 344 Good Reading Bookstores Data Warehouse 348 Lucky Rent-A-Car Data Warehouse 350 What About a World Music Association Data Warehouse? 351 Building a Data Warehouse 352 Introduction 352 Data Extraction 352 Data Cleaning 354 Data Transformation 356 Data Loading 356 Using a Data Warehouse 357 On-Line Analytic Processing 357 Data Mining 357 Administering a Data Warehouse 360 Challenges in Data Warehousing 361 Summary 362 CHAPTER 14 DATABASES AND THE INTERNET 365 Introduction 366 Database Connectivity Issues 367 Expanded Set of Data Types 373 Database Control Issues 374 Performance 374 Availability 375 Scalability 376 Security and Privacy 376 Data Extraction into XML 379 Summary 381 INDEX 385 PREFACE PURPOSE OF THIS BOOK A course in database management has become well established as a required course in both undergraduate and graduate management information systems degree programs. This is as it should be, considering the central position of the database field in the information systems environment. Indeed, a solid understanding of the fundamentals of database management is crucial for success in the information systems field.

An IS professional should be able to talk to the users in a business setting, ask the right questions about the nature of their entities, their attributes, and the relationships among them, and quickly decide whether their existing data and database designs are properly structured or not. An IS professional should be able to design new databases with confidence that they will serve their owners and users well. An IS professional should be able to guide a company in the best use of the various database-related technologies.