Những khái niệm và kiến trúc của hệ thống cơ sở dữ liệu

Phân loại mô hình dữ liệu

Có rất nhiều mô hình dữ liệu đã được đưa ra, chúng ta có thể phân loại chúng theo những kiểu khái niệm mà họ đã dùng để biểu diễn cấu trúc cơ sở dữ liệu. Mô hình dữ liệu được chia làm 3 loại sau

Mô hình dữ liệu thể hiện (Implementation (record-oriented) data models)

Mô tả các dữ liệu bằng cách sử dụng những ký pháp tương ứng với mô hình dữ liệu mà một hệ quản trị cơ sở dữ liệu sử dụng.

Các loại mô hình cơ sở dữ liệu thể hiện

Mô hình phân cấp

Mô hình CSDL phân cấp được biểu diễn dưới dạng cây và các đỉnh của cây là các bản ghi. Các bản ghi liên kết với nhau theo mối quan hệ cha-con.

• Một cha có nhiều con
• Một con chỉ có một cha

Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp

. Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp

Ưu điểm

• Thể hiện dễ dàng quan hệ 1-N.
• Việc phân chia dữ liệu dễ thể hiện, đảm bảo an toàn dữ liệu
• Tính độc lập của chương trình và các dữ liệu được đảm bảo

Nhược điểm

• Không thể hiện được mối quan hệ M-N
• Trong một hệ thống phân cấp, dữ liệu được tổ chức như trên dẫ đến khó sửa đổi dữ liệu.

Mô hình mạng

Cấu trúc cơ bản trong mô hình mạng là những tập hợp và mỗi tập hợp có bản ghi là bản ghi chủ và một số bản ghi thành viên. Mỗi thành viên có thể thuộc về nhiều tập hợp.

Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu mạng

Ưu điểm

• Dễ thể hiện mối liên kết M-N
• Kiểu truy cập dữ liệu mềm dẻo hơn kiểu phân cấp

Nhược điểm

• Việc sửa đổi số liệu khó khăn.
• Với những lập trình viên, việc thiết kế CSDL khó.

Mô hình quan hệ

Trong mô hình quan hệ, các dữ liệu được biểu diễn ở dạng các bảng với các dòng và các cột.

Trong mô hình quan hệ không có một cấu trúc vật lý nào của dữ liệu mô tả sự kết nối giữa các bảng. Thay vào đó, sự kết nối giữa các bảng được mô tả logic bằng các giá trị được lưu trữ trong các dòng của bảng. Chẳng hạn trong hình dưới đây, thuộc tính ProCode(Mã tỉnh) được lưu trong cả 2 bảng PROVINCE và bảng STUDENT, giá trị chung này cho phép người dùng liên kết được 2 bảng.

Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ

Mô hình hướng đối tượng

Trong mô hình hướng đối tượng, các thuộc tính dữ liệu và các thao tác trên các dữ liệu này được bao gói trong một cấu trúc gọi là đối tượng.

Đối tượng có thể chứa các dữ liệu phức hợp như văn bản, hình ảnh, tiếng nói và hình ảnh động. Một đối tượng có thể yêu cầu hoặc xử lý dữ liệu từ một đối tượng khác bằng việc gửi đi một thông báo đến đối tượng đó. Mô hình hướng đối tượng biểu diễn một sơ đồ mới để lưu trữ và thao tác dữ liệu. Từ một đối tượng có thể sinh ra một đối tượng khác.

Minh họa mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

Lược đồ(Schema) , minh hoạ (instances), và trạng thái (State)

Lược đồ cơ sở dữ liệu (Database Schema): là biểu diễn của cơ sở dữ liệu, bao gồm cấu trúc cơ sở dữ liệu và những ràng buộc trên dữ liệu.

Sơ đồ của lược đồ cơ sở dữ liệu (Schema Diagram): Là lược đồ cơ sở dữ liệu được biểu diễn thông qua sơ đồ.

Lược đồ cơ sở dữ liệu UNIVERSITY

Minh học cơ sở dữ liệu (Database Instance): Là dữ liệu thực sự được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu ở thời điểm hiện tại. Database Instance cũng được gọi là trạng thái của cơ sở dữ liệu (database state)

Cơ sở dữ liệu UNIVERSITY

Như vậy, Database Schema rất hiếm khi thay đổi, còn Database State thay đổi bất kỳ khi nào có sự cập nhập dữ liệu.

Lược đồ kiến trúc 3 mức của HQTCSDL

Mục đích của việc phân thành 3 mức trong kiến trúc của mô hình HQTCSDL là để tách biệt các ứng dụng của người sử dụng với cơ sở dữ liệu vật lý. Trong kiến trúc này, lược đồ có thể được định nghĩa ở 3 mức sau

Lược đồ mức trong (Internal schema) ở Mức trong (Internal level) để biểu diễn chi tiết cấu trúc lưu trữ dữ liệu và cách thức truy cập dữ liệu. Lược đồ mức trong sử dụng mô hình dữ liệu vật lý (physical data model).

Lược đồ khái niệm (Conceptual schema) ở Mức khái niệm (Conceptual level) để biểu diễn cấu trúc và các ràng buộc trong toàn bộ cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc giao tiếp với người sử dụng. Lược đồ khái niệm ẩn đi cách thức tổ chức vật lý của dữ liệu, chỉ tập trung vào việc biểu diễn các thực thể, các kiểu dữ liệu, mối quan hệ giữa các thực thể, các thao tác của người sử dụng và các ràng buộc giữa các dữ liệu. Mô hình dữ liệu mức khái niệm (Conceptual data model) hoặc Mô hình dữ liệu thể hiện (Implementation data model) có thể được sử dụng ở mức này.

Lược đồ mức ngoài (External Level) ở Mức ngoài (External level hoặc View level) để biểu diễn hàng loạt những khung nhìn của người sử dụng (user views). Mô hình dữ liệu mức cao (High-level data model) hoặc Mô hình dữ liệu thể hiện (Implementation data model) có thể được sử dụng ở mức này.

Ánh xạ giữa các mức này là cần thiết. Những chương trình làm việc với dữ liệu ở mức ngoài và được HQTCSDL ánh xạ tới dữ liệu vật lý ở mức trong để thực hiện.

Lược đồ kiến trúc 3 mức của HQTCSDL

Độc lập dữ liệu

Kiến trúc 3 mức của HQTCSDL có thể được sử dụng để giải thích khái niệm về độc lập dữ liệu. Độc lập dữ liệu là khả năng thay đổi lược đồ ở một mức nào đó của hệ thống cơ sở dữ liệu mà không cần phải thay đổi lược đồ ở mức cao hơn. Chúng ta có thể định nghĩa 2 kiểu của độc lập dữ liệu:

Độc lập dữ liệu logic (Logical data independence): cho phép thay đổi lược đồ khái niệm mà không cần phải thay đổi lược đồ mức ngoài hoặc những chương trình ứng dụng. Chúng ta có thể thay đổi lược đồ khái niệm để mở rộng (thêm các trường dữ liệu, các bản ghi) hoặc thu nhỏ cơ sở dữ liệu (xóa các trường dữ liệu, các bản ghi).

Độc lập dữ liệu vật lý (Physical data independence): cho phép thay đổi lược đồ mức trong mà không cần thay đổi lược đồ khái niệm. Có khi chúng ta cần thay đổi lược đồ mức trong vì các file vật lý đôi khi cần tổ chức lại để tăng hiệu quả thực hiện. Nếu kiểu dữ liệu không thay đổi thì chúng ta không cần thay đổi lại lược đồ khái niệm.