Giáo trình Cơ sở dữ liệu: Ngành Tin học ứng dụng & CNTT - CĐ KT-KT TPHCM

Giáo trình Cơ sở dữ liệu đầy đủ cho sinh viên ngành CNTT & Tin học ứng dụng. Bao gồm lý thuyết, ví dụ và bài tập về SQL, ERD, đại số quan hệ.

• Tác giả: Vũ Thị Phương Dung
• Trường học: Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ sở dữ liệu
• Đề tài: Giáo trình Cơ sở dữ liệu
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái niệm cơ bản về Cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một tập hợp các dữ liệu được tổ chức theo một cấu trúc nhất định, cho phép lưu trữ, quản lý và truy xuất thông tin một cách hiệu quả. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, cơ sở dữ liệu đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc quản lý thông tin của các ứng dụng. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) là phần mềm cho phép người dùng tạo, sửa đổi, quản lý và truy vấn dữ liệu. Giáo trình này cung cấp kiến thức toàn diện về các khái niệm cơ bản, bao gồm mô hình thực thể, mô hình quan hệ, ràng buộc toàn vẹn và ngôn ngữ SQL. Những nội dung này là nền tảng thiết yếu để xây dựng các ứng dụng phần mềm chuyên nghiệp.

1.1. Định nghĩa và đặc trưng của Cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu là một hệ thống lưu trữ dữ liệu tập trung, được quản lý bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Các đặc trưng chính bao gồm: tính nhất quán, toàn vẹn và bảo mật dữ liệu. CSDL cho phép nhiều người dùng truy cập đồng thời, hỗ trợ các tác vụ tìm kiếm, cập nhật và phân tích dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.

1.2. Vai trò của DBMS trong hệ thống thông tin

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) đóng vai trò trung gian giữa người dùng và dữ liệu. DBMS cung cấp các công cụ để định nghĩa, kiểm soát truy cập, bảo vệ dữ liệu và đảm bảo tính toàn vẹn. Các DBMS phổ biến trong công nghệ thông tin bao gồm Oracle, SQL Server, MySQL, PostgreSQL.

II. Mô hình Thực thể Kết hợp ERD

Mô hình thực thể - kết hợp (Entity Relationship Diagram - ERD) là công cụ thiết kế quan trọng trong quá trình phân tích và thiết kế cơ sở dữ liệu. Mô hình này giúp biểu diễn trực quan các thực thể, thuộc tính và mối kết hợp giữa chúng. ERD cung cấp một cái nhìn tổng thể về cấu trúc dữ liệu trước khi triển khai. Giáo trình cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách vẽ và thiết kế mô hình thực thể, từ việc xác định các thực thể chính đến định nghĩa mối quan hệ phức tạp. Việc sử dụng ERD giúp lập trình viên và quản lý dự án hiểu rõ yêu cầu nghiệp vụ.

2.1. Khái niệm thực thể thuộc tính và khóa

Thực thể là một đối tượng trong thế giới thực được lưu trữ trong CSDL. Thuộc tính là các đặc điểm của thực thể. Khóa chính là thuộc tính hoặc nhóm thuộc tính xác định duy nhất mỗi thực thể. Khóa ngoài dùng để liên kết giữa các thực thể. Việc xác định chính xác các khóa này là rất quan trọng trong ràng buộc toàn vẹn.

2.2. Mối kết hợp và cơ số của quan hệ

Mối kết hợp biểu diễn mối liên hệ giữa các thực thể. Cơ số của mối kết hợp xác định số lượng thực thể có thể tham gia: một-một (1:1), một-nhiều (1:N), hoặc nhiều-nhiều (M:N). Hiểu rõ các loại mối kết hợp này giúp thiết kế mô hình dữ liệu quan hệ hiệu quả.

III. Mô hình dữ liệu Quan hệ

Mô hình dữ liệu quan hệ là mô hình tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện đại. Mô hình này tổ chức dữ liệu thành các bảng (table), trong đó mỗi hàng đại diện cho một bản ghi và mỗi cột đại diện cho một thuộc tính. Giáo trình cơ sở dữ liệu này hướng dẫn chi tiết cách chuyển đổi từ mô hình ERD sang mô hình quan hệ. Quá trình này bao gồm việc xác định các bảng, cột và các ràng buộc. Mô hình quan hệ mang lại nhiều lợi ích: dễ hiểu, linh hoạt, hỗ trợ các truy vấn phức tạp thông qua ngôn ngữ SQL.

3.1. Cấu trúc bảng và đặc trưng của quan hệ

Bảng là cơ bản của mô hình quan hệ, gồm hàng và cột. Mỗi bảng có khóa chính để xác định duy nhất các bản ghi. Các đặc trưng quan trọng bao gồm: không có hàng trùng, thứ tự các hàng không quan trọng, thứ tự các cột không quan trọng. Hiểu rõ cấu trúc này là nền tảng cho các tác vụ ràng buộc toàn vẹn.

3.2. Quá trình chuyển đổi từ ERD sang mô hình quan hệ

Chuyển đổi mô hình thực thể sang mô hình quan hệ tuân theo các quy tắc chuẩn. Mỗi thực thể trở thành một bảng, mỗi thuộc tính trở thành một cột. Mối kết hợp M:N cần tạo bảng trung gian. Khóa chính và khóa ngoài được xác định rõ ràng để đảm bảo ràng buộc toàn vẹn trong cơ sở dữ liệu.

IV. Ràng buộc Toàn vẹn và Ngôn ngữ SQL

Ràng buộc toàn vẹn (RBTV) là các quy tắc đảm bảo dữ liệu trong cơ sở dữ liệu luôn chính xác, nhất quán và đáng tin cậy. Giáo trình phân loại chi tiết các loại ràng buộc: ràng buộc khóa, ràng buộc thực thể, ràng buộc tham chiếu. Ngôn ngữ SQL (Structured Query Language) là công cụ chính để định nghĩa, quản lý và truy vấn dữ liệu. Giáo trình cơ sở dữ liệu ngành công nghệ thông tin cung cấp hướng dẫn chi tiết về các câu lệnh SQL cơ bản: CREATE, INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT. Việc nắm vững SQL là kỹ năng thiết yếu cho bất kỳ lập trình viên nào.

4.1. Phân loại ràng buộc toàn vẹn

Ràng buộc khóa chính đảm bảo mỗi bản ghi là duy nhất. Ràng buộc thực thể xác định rằng không được để các giá trị NULL ở các thuộc tính quan trọng. Ràng buộc tham chiếu đảm bảo giá trị khóa ngoài phải tồn tại trong bảng được tham chiếu. Ràng buộc toàn vẹn miền xác định giá trị hợp lệ cho mỗi thuộc tính.

4.2. Câu lệnh SQL cơ bản và truy vấn dữ liệu

SQL cung cấp các câu lệnh DDL (CREATE, ALTER, DROP) để định nghĩa cấu trúc và DML (INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT) để thao tác dữ liệu. Câu lệnh SELECT cho phép truy vấn, lọc và thống kê dữ liệu. Giáo trình hướng dẫn sử dụng các mệnh đề WHERE, JOIN, GROUP BY, ORDER BY để thực hiện các truy vấn phức tạp trong cơ sở dữ liệu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ DỮ LIỆU NGÀNH: TIN HỌC ỨNG DỤNG, CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP, CAO ĐẲNG Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CƠ SỞ DỮ LIỆU NGÀNH: TIN HỌC ỨNG DỤNG, CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP, CAO ĐẲNG THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên: Vũ Thị Phƣơng Dung Học vị: Thạc sĩ Đơn vị: Khoa CNTT Email: [e-mail] TRƢỞNG KHOA TỔ TRƢỞNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐỀ TÀI HIỆU TRƢỞNG DUYỆT Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình cơ sở dữ liệu này đƣợc biên soạn căn cứ theo chƣơng trình đào tạo chuyên ngành Tin học ứng dụng ở bậc trung cấp và ngành Công nghệ thông tin ( Ứng dụng phần mềm) bậc cao đẳng. Giáo trình trình bày những vấn đề cốt lõi nhất của môn cơ sở dữ liệu, gồm bốn chƣơng.

Các bài học đƣợc trình bày ngắn gọn với ví dụ minh hoạ. Cuối mỗi chƣơng đều có bài tập để học sinh sinh viên luyện tập. Trong quá trình giảng dạy và biên soạn giáo trình này, tác giả đã nhận đƣợc sự động viên của các thầy cô Ban Giám Hiệu nhà trƣờng cũng nhƣ những ý kiến góp ý của các đồng nghiệp trong khoa Công nghệ thông tin. Tôi xin chân thành cảm ơn và hy vọng rằng giáo trình này sẽ giúp cho việc dạy và học môn cơ sở dữ liệu của nhà trƣờng ngày càng tốt hơn.HCM, ngày 25 tháng 9 năm 2020 Tham gia biên soạn Vũ Thị Phƣơng Dung MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU (CSDL).

Mô hình thực thể - kết hợp ERD .Mô hình dữ liệu quan hệ của E.Các bƣớc chuyển từ mô hình thực thể kết hợp sang mô hình quan hệ. 13 BÀI TẬP CHƢƠNG 1. 14 CHƢƠNG 2: RÀNG BUỘC TOÀN VẸN ( RBTV) MỘT CSDL. Các đặc trƣng của ràng buộc toàn vẹn.

Phân loại ràng buộc toàn vẹn. Bảng tầm ảnh hƣởng tổng hợp. 25 BÀI TẬP CHƢƠNG 2. 26 CHƢƠNG 3: NGÔN NGỮ ĐẠI SỐ QUAN HỆ .Các phép toán tập hợp và các phép toán quan hệ.

Các phép toán tập hợp trên các quan hệ. Các thao tác cơ sở trên các quan hệ. 39 BÀI TẬP CHƢƠNG 3. 40 CHƢƠNG 4: NGÔN NGỮ TRUY VẤN CSDL SQL.Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu.

Ngôn ngữ thao tác dữ liệu (Data Manipulation Language DML). Ngôn ngữ truy vấn dữ liệu có cấu trúc (Structured Query Language – SQL). 52 BÀI TẬP CHƢƠNG 4. 59 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Cơ sở dữ liệu Mã môn học: MH 2101071, MH3101301 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: - Vị trí: Là môn học đƣợc bố trí ở học kỳ 3- cơ sở, học kỳ 2 - phổ thông Là môn học cơ sở ở học kỳ 2 – cao đẳng - Tính chất: là môn học lý thuyết thuộc nhóm môn học bắt buộc - Ý nghĩa và vai trò của môn học: cung cấp cho ngƣời học kiến thức về các khái niệm cơ bản về cơ sở dữ liệu, phân biệt mô hình thực thể và mô hình quan hệ, ràng buộc toàn vẹn, đại số quan hệ, định nghĩa và sửa đổi định nghĩa bảng bằng các câu lệnh SQL, thực hiện việc ràng buộc khóa chính, khóa ngọai trong CSDL, cập nhật và sửa đổi dữ liệu bằng các câu lệnh SQL.

Sử dụng đƣợc các câu lệnh SQL để truy vấn rút trích, lọc, thống kê dữ liệu. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Trình bày đƣợc khái niệm các thành phần cơ bản của một cơ sở dữ liệu + Phân biệt các hệ quản trị CSDL. Mô tả và vẽ đƣợc các thành phần trong mô hình ERD, mô hình dữ liệu quan hệ. + Liệt kê đƣợc các từ khóa sử dụng trong câu lệnh truy vấn (SQL) và ý nghĩa sử dụng của chúng.

+ Trình bày đƣợc cú pháp, chức năng các câu lệnh SQL cơ bản. - Về kỹ năng: + Vẽ đƣợc mô hình thực thể kết hợp từ một tình huống thực tế cơ bản đƣợc mô tả chi tiết. Xây dựng đƣợc mô hình dữ liệu quan hệ từ mô hình thực thể đã vẽ. + Thiết lập đƣợc cơ sở dữ bằng các câu lệnh SQL.

Viết đƣợc các câu lệnh SQL để thêm, sửa, xóa, và truy vấn khai thác dữ liệu - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Nhận thức đƣợc lợi ích của mô hình thực thể kết hợp trong hoạt động phân tích và thiết kể. Nhận thức đƣợc tính phổ biến, thực dụng của mô hình dữ liệu quan hệ trong các phần mềm có kết nối và sử đụng cơ sở dữ liệu. + Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của việc phân công hợp lý, theo dõi, kiêm tra, đánh giá trong hoạt động nhóm. Chƣơng 1: Tổng quan về CSDL CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU (CSDL) Giới thiệu: Chƣơng này trình bày các khái niệm về Cơ sở dữ liệu, hệ quản trị CSDL, ngƣời dùng; giới thiệu các đặc tính, quá trình phát triển của Cơ sở dữ liệu; khái niệm mô hình, lƣợc đồ và thể hiện Cơ sở dữ liệu.

Trình bày quá trình thiết kế CSDL; khái niệm mô hình thực thể kết hợp, thực thể, thuộc tính, loại thực thể, khóa, mối kết hợp, cách thiết kế mô hình thực thể kết hợp. Giới thiệu khái niệm mô hình dữ liệu quan hệ, các đặc trƣng của quan hệ, cách chuyển mô hình thực thể kết hợp sang mô hình quan hệ. Mục tiêu: Phát biểu đƣợc các khái niệm và trình bày đƣợc các đặc trính về CSDL. Phân biệt các thành phần trong CSDL, các mô hình, trình bày đƣợc hệ thống ký hiệu trong mô hình thực thể kết hợp.

Chuyển đƣợc mô hình thực thể kết hợp sang mô hình quan hệ. Thiết kế đƣợc mô hình thực thể kết hợp từ tài liệu mô tả tình huống đơn giản. Nội dung chính: 1.1 Dữ liệu Là các thông tin của đối tƣợng (ngƣời, vật, một khái niệm, sự việc…) đƣợc lƣu trữ trên máy tính. Dữ liệu đƣợc mô tả dƣới nhiều dạng khác nhau (các ký tự, ký số, hình ảnh, ký hiệu, âm thanh…).

Mỗi cách mô tả gắn với một ngữ nghĩa nào đó. Dữ liệu về đối tƣợng có thể khác nhau, tùy thuộc vào ngữ cảnh. Ví dụ: dữ liệu về đối tƣợng sinh viên có thể khác nhau tùy vào mục đích quản lý: quản lý điểm: Tên, mã sinh viên, điểm môn 1, điểm môn 2, điểm môn 3. Trong khi đó quản lý nhân thân: Tên, địa chỉ, ngày sinh, quê quán, lớp.2 Cơ sở dữ liệu ( Database) Cơ sở dữ liệu (CSDL) là tập hợp dữ liệu đƣợc tổ chức có cấu trúc liên quan với nhau và đƣợc lƣu trữ trong máy tính.

CSDL đƣợc thiết kế, xây dựng cho phép ngƣời dùng lƣu trữ dữ liệu, truy xuất thông tin hoặc cập nhật dữ liệu. CSDL đƣợc tổ chức có cấu trúc: Các dữ liệu đƣợc lƣu trữ có cấu trúc thành các bản ghi (record), các trƣờng dữ liệu (field). Các dữ liệu lƣu trữ có mối quan hệ (relation) với nhau CSDL đƣợc cấu trúc để dễ dàng truy cập, quản lý và cập nhật. KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Trang 1 Chƣơng 1: Tổng quan về CSDL 1.1 Ƣu điểm của cơ sở dữ liệu Giảm sự trùng lắp thông tin xuống mức thấp nhất và do đó bảo đảm đƣợc tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu.

Đảm bảo dữ liệu có thể truy xuất theo nhiều cách khác nhau. Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều ngƣời sử dụng.2 Những vấn đề mà CSDL cần phải giải quyết -Tính chủ quyền của dữ liệu Tính chủ quyền của dữ liệu đƣợc thể hiện ở phƣơng diện an toàn dữ liệu, khả năng biểu diễn các mối liên hệ ngữ nghĩa của dữ liệu và tính chính xác của dữ liệu. Điều này có nghĩa là ngƣời khai thác CSDL phải có nhiệm vụ cập nhật các thông tin mới nhất của CSDL. -Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng Do có nhiều ngƣời đƣợc phép khai thác dữ liệu một cách đồng thời, nên cần thiết phải có một cơ chế bảo mật và phân quyền hạn khai thác CSDL.

Các hệ điều hành nhiều ngƣời sử dụng hay hệ điều hành mạng cục bộ đều có cung cấp cơ chế này. -Tranh chấp dữ liệu Nhiều ngƣời đƣợc phép truy nhập cùng một lúc vào tài nguyên dữ liệu của CSDL với những mục đích khác nhau, do đó cần thiết phải có một cơ chế ƣu tiên khi truy nhập dữ liệu. Cơ chế ƣu tiên có thể đƣợc thực hiện bằng việc cấp quyền ƣu tiên cho từng ngƣời khai thác. -Đảm bảo an toàn dữ liệu khi có sự cố Việc quản lý dữ liệu tập trung có thể làm tăng khả năng mất mát hoặc sai lệch thông tin khi có sự cố nhƣ mất điện đột xuất, hay một phần đĩa lƣu trữ CSDL bị hƣ,… một số hệ điều hành mạng có cung cấp dịch vụ sao lƣu ảnh đĩa cứng, tự động kiểm tra và khắc phục lỗi khi có sự cố.

Tuy nhiên, bên cạnh dịch vụ của hệ điều hành, để đảm bảo CSDL luôn ổn định, một CSDL nhất thiết phải có một cơ chế khôi phục dữ liệu khi có các sự cố bất ngờ xảy ra.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System - DBMS) Để giải quyết tốt những vấn đề mà cách tổ chức CSDL đặt ra nhƣ đã nói ở trên, cần thiết phải có những phần mềm chuyên dùng để khai thác chúng. Những phần mềm này đƣợc gọi là các hệ quản trị CSDL. Các hệ quản trị CSDL có nhiệm vụ hỗ trợ cho các nhà phân tích thiết kế CSDL cũng nhƣ những ngƣời khai thác CSDL. Hiện nay trên thị trƣờng phần mềm đã có những hệ quản trị CSDL hỗ trợ đƣợc nhiều tiện ích nhƣ: MS Access, MySQL, Oracle, PostgreSQL, SQL Server, DB2, Infomix.

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Trang 2 Chƣơng 1: Tổng quan về CSDL Ví dụ: SQL Server, Microsoft Access, Oracle là các hệ quản trị CSDL điển hình cho mô hình quan hệ. IMS của IBM là hệ quản trị CSDL cho mô hình phân cấp. IDMS là hệ quản trị CSDL cho mô hình mạng.