nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu tích cực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




NGÔ THỊ THANH HOÀ




NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG
CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC






LUẬN VĂN THẠC SĨ





Hà Nội,

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu, xây dựng Cơ sở dữ liệu tích cực” là
công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các tài liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, được trích dẫn
và phát triển từ các tài liệu, tạp chí, website….

Ngô Thị Thanh Hoà


1


LỜI CẢM ƠN
ời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Tuệ đã cho
em nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em về
mặt kiến thức cũng như tài liệu để em có thể hoàn thành luận văn này.

Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, các phòng ban, Khoa sau Đại học
Trường Đại học Công nghệ đã tạo điều kiện cho em trong suốt khoá học.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo
Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc Gia Hà Nội , các thầy, cô giáo đã
tham gia giảng dạy, hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt hai năm học qua.
Và em xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, gia đình và các đồng nghiệp đã có
những động viên, khuyến khích và hỗ trợ cần thiết để em hoàn thành luận văn
này.
Hà nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011

Ngô Thị Thanh Hoà
L



2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 2
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5
MỞ ĐẦU 6
Chương I 8
TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ VÀ CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN 8
1.1. TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ 8
1.1.1. Các khái niệm CSDL quan hệ 8
1.1.2. Chuẩn hóa 11
1.1.2.1. Các cấu trúc phụ thuộc 12
1.1.2.2. Các dạng chuẩn. 15
1.1.3. Các quy tắc toàn vẹn 18
1.1.4. Các ngôn ngữ quan hệ dữ liệu 19
1.1.4.1. Đại số quan hệ 20
1.1.4.2. Các tính toán quan hệ 23
1.1.4.3. Tương tác với các ngôn ngữ lập trình 26
1.1.5. Hệ Quản trị CSDL quan hệ 26
1.2. CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN TRÊN CSDL QUAN HỆ 29
1.2.1. Kiểm soát toàn vẹn ngữ nghĩa tập trung 31
1.2.1.1. Khái niệm ràng buộc toàn vẹn 31
1.2.1.2. Các yếu tố của ràng buộc toàn vẹn 32

1.2.1.3. Phân loại ràng buộc toàn vẹn 35
1.2.2. Bắt tuân theo ràng buộc toàn vẹn 39
Chương II 43
CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC 43


3


2.1. CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH CỰC 43
2.1.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu tích cực 43
2.1.2. Quy tắc ECA 43
2.1.2.1. Sự kiện (Event) 43
2.1.2.2. Điều kiện (Condition) 47
2.1.2.3. Hành động (Active) 48
2.2. MÔ HÌNH TỔNG QUÁT VÀ CÁC TRIGGER TRONG ORACLE 49
2.2.1. Mô hình tổng quát của CSDL tích cực: 49
2.2.2. Vấn đề thiết kế và cài đặt cho các cơ sở dữ liệu tích cực 55
2.2.3. Các ứng dụng tiềm năng đối với các cơ sở dữ liệu tích cực 57
Chương III 59
CÀI ĐẶT CÁC QUY TẮC ECA BẰNG NGÔN NGỮ SQL 59
3.1. GIỚI THIỆU TRIGGER TRONG SQL-SERVER 59
3.2. CSDL TRONG QUẢN LÝ BÁN HÀNG 59
3.2.1. Danh mục Cart: 60
2.2.2. Danh mục CartStatus: 60
2.2.3. Danh mục News: 60
2.2.4. Danh mục Parent Product: 61
2.2.5. Danh mục Product: 61
2.2.6. Danh mục ProductCart: 61
2.2.7. Danh mục Role: 62

2.2.8. Danh mục user: 62
3.3. QUY TẮC TẠO TRIGGER 62
3.4. CÁC TRIGGER TRONG CSDL 63
3.4.1. Trigger ngăn chặn việc xóa database trên Server. 63


4


3.4.2. Trigger ngăn chặn insert vào bảng Product 64
3.4.3. Trigger ngăn chặn update (cập nhật) bảng Product. 66
3.4.4. Trigger ngăn chặn xóa dữ liệu trong bảng 67
3.4.5. Trigger ngăn chặn tạo mới record trong bảng. 68
3.4.6. Tạo mới trong bảng ( không vi phạm trigger của trigger 05) 69
3.4.7. Trigger ngăn chặn xóa bảng trong database 71
3.4.8. Ngăn chặn xóa trigger trong CSDL 71
3.4.9. Không cho phép tạo mới bảng trong CSDL. 72
3.4.10. Không cho phép tạo mới trigger trong CSDL 73
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76



5


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Stt Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
1 ABDS Active Database System Hệ thống cơ sở dữ liệu tích cực

2 CSDL Cơ sở dữ liệu
3 DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
4 ECA Event-Condition-Active Sự kiện-Điều kiện-Hành động
5 HQTCSDL Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
6 WFF Well-formal formular Một công thức xây dựng tốt



6


MỞ ĐẦU
Theo truyền thống, các hệ thống cơ sở dữ liệu được xem như là các kho để
lưu trữ thông tin cần thiết của một ứng dụng và chúng được truy cập hoặc bởi
những người sử dụng chương trình hoặc các giao diện tương tác. Tuy nhiên, các
hệ thống cơ sở dữ liệu đang được sử dụng cho một phạm vi các lĩnh vực liên
quan đến việc xử lý các thông tin phức tạp, thậm chí số lượng lớn dữ liệu, hoặc
đòi hòi sự thực hiện chính xác cao, trong đó môi trường nhiều thành phần theo
quy ước chứng tỏ không được thỏa mãn. Điều này dẫn đến xu hướng chung
trong việc nghiên cứu cơ sở dữ liệu hướng chức năng được yêu cầu bởi một ứng
dụng được hỗ trợ trong cơ sở dữ liệu, sinh ra các hệ thống cơ sở dữ liệu với
nhiều khả năng tinh xảo để mô phỏng cả khía cạnh cấu trúc và hoạt động của
một ứng dụng. Trong số những lĩnh vực nhận được sự chú ý trong những năm
gần đây với cái nhìn làm nổi bật sự hoạt động dễ dàng là lập trình cơ sở dữ liệu,
các cơ sở dữ liệu tạm thời, các cơ sở dữ liệu không gian, các cơ sở dữ liệu đa
phương tiện (truyền thông), các cơ sở dữ liệu suy diễn và các cơ sở dữ liệu tích
cực. Trong luận văn này, tôi tập trung vào vấn đề cơ sở dữ liệu tích cực.
Hệ thống cơ sở dữ liệu tích cực (ADBS) hỗ trợ các cơ chế cho phép chúng
tự động phản ứng tới các sự kiện đang diễn ra bên trong hoặc bên ngoài chính hệ
thống cơ sở dữ liệu đó. Trong những năm gần đây, nỗ lực đáng kể được hướng

tới việc nâng cao hiểu biết các hệ thống đó, và có nhiều ứng dụng được đề xuất.
Sự tích cực ở mức độ cao này không mang lại sự phù hợp với phương pháp tiếp
cận để tích hợp các chức năng của hoạt động với các hệ thống cơ sở dữ liệu quy
ước, nhưng nó mang tới việc cải thiện tầm hiểu biết ngôn ngữ miêu tả cách thức
hành động tích cực, các mô hình thực hiện và các kiến trúc. Trong luận văn này
trình bày các tính chất cơ bản của hệ cơ sở dữ liệu tích cực, mô tả tập hợp các hệ
thống tiêu biểu trong một framework phổ biến, nghiên cứu tầm quan trọng của
việc thiết kế các công cụ để phát triển các ứng dụng tích cực.
Cơ sở dữ liệu tích cực hỗ trợ ứng dụng trên bằng cách di chuyển hành động
phản ứng lại từ ứng dụng tới hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS). Các cơ sở dữ
liệu tích cực theo cách đó có đủ khả năng giám sát và phản ứng lại những tình


7


huống riêng biệt có liên quan đến ứng dụng. Bản chất phản ứng lại là tập trung
và xử lý đúng cách đúng lúc.
Mục đích của luận văn:
- Tìm hiểu và xây dựng CSDL tích cực: cơ sở dữ liệu mà trong đó việc đảm
bảo các ràng buộc toàn vẹn được thực hiện một cách tự động thông qua
các quy tắc ECA.
- Cơ sở dữ liệu tích cực có ứng dụng tốt trong việc mở rộng các hệ thống cơ
sở dữ liệu, làm dễ dàng cho người sử dụng khai thác cơ sở dữ liệu.
Nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về cơ sở dữ liệu quan hệ và các loại ràng buộc trên
CSDL quan hệ
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của cơ sở dữ liệu tích cực, cụ thể là cấu trúc và việc
xây dựng các quy tắc ECA.
Chương 3: Cài đặt các quy tắc ECA bằng SQL.

8


Chương I
TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ VÀ CÁC RÀNG BUỘC TOÀN VẸN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CSDL QUAN HỆ
Có nhiều lý do để chọn mô hình dữ liệu quan hệ như: Cơ sở toán học của
mô hình quan hệ là một ứng viên tốt cho xử lý lý thuyết.
Mô hình quan hệ có thể được đặc trưng bởi ít nhất 3 tính chất mạnh mẽ:
a. Cấu trúc dữ liệu của nó là đơn giản. Chúng là các quan hệ, các bảng hai
chiều mà các phần tử của chúng là các mục dữ liệu. Điều này cho phép
một mức độ độc lập cao đối với biểu diễn dữ liệu vật lý (tức là các tệp và
các chỉ mục)
b. Mô hình quan hệ cung cấp một cơ sở chắc chắn cho việc tương thích dữ
liệu. Việc thiết kế CSDL được giúp đỡ bằng quá trình chuẩn hóa loại bỏ
các bất thường của dữ liệu. Các trạng thái tương thích của CSDL cũng có
thể được định nghĩa một cách đồng nhất và được duy trì thông qua các
quy tắc toàn vẹn.
c. Mô hình CSDL cho phép thao tác quan hệ hướng tập hợp. Tính chất này
đã dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các ngôn ngữ phi thủ tục hoặc dựa
trên lý thuyết tập hợp (đại số quan hệ) hoặc dựa trên logic (tính toán quan
hệ).
1.1.1. Các khái niệm CSDL quan hệ
Một CSDL là một tập hợp dữ liệu có cấu trúc liên quan đến một vài hiện
tượng của cuộc sống thực mà ta muốn mô hình hóa. Một CSDL quan hệ là
CSDL mà ở đó cấu trúc dữ liệu ở dạng bảng. Một cách hình thức, một quan hệ

được định nghĩa trên n tập hợp D
1
, D
2
, … , D
n
(không nhất thiết phân biệt) là
một tập hợp các n-bộ <d
1,
d
2,
…, d
n
> sao cho d
1
D
1
, d
2
D
2
, …., d
n
D
n

Ví dụ 1.1
Xét CSDL mô hình hóa công ty cơ khí. Các thực thể được mô hình hóa là
nhân viên (EMP) và dự án (PROJ). Với mỗi nhân viên chúng ta lưu trữ mã số
nhân viên (ENO), tên (ENAME), danh hiệu trong công ty (TITLE), lương

(SAL), mã số dự án mà nhân viên đang làm việc (PNO), trách nhiệm trong dự


9


án (RESP) và khoảng thời gian làm việc (DUR). Một cách tương tự, với mỗi dự
án chúng ta lưu trữ mã số dự án (PNO), tên dự án (PNAME) và ngân sách của
dự án (BUDGET).
Các lược đồ quan hệ cho cơ sở dữ liệu này có thể được định nghĩa như sau:
EMP(ENO, ENAME, TITLE, SAL, PNO, DUR)
PROJ(PNO, PNAME, BUGGET)
Trong lược đồ quan hệ EMP có bảy thuộc tính ENO, ENAME, TITLE,
SAL, PNO, DUR. Các giá trị của ENO lấy từ miền của tất cả các mã số nhân
viên hợp lệ, gọi là D
1
. Các giá trị ENAME lấy từ miền giá tất cả các tên hợp lệ
D
2
, … Để ý rằng thuộc tính của mỗi quan hệ không được lấy giá trị từ miền
khác. Các thuộc tính khác nhau trong cùng một quan hệ trong một số quan hệ có
thể được định nghĩa trên cùng một miền.
Khóa (key) của một quan hệ là một tập con không rỗng bé nhất của các
thuộc tính của nó sao cho giá trị tạo nên khóa xác định một cách duy nhất mỗi
bộ của một quan hệ. Các thuộc tính tạo nên khóa được gọi là các thuộc tính chủ
yếu. Các tập hợp lớn hơn của một khóa thường được gọi là siêu khóa. Như vậy,
trong ví dụ trên, khóa của PROJ là PNO, khóa của EMP là (ENO, PNO). Mỗi
quan hệ có ít nhất là một khóa. Đôi khi một quan hệ có nhiều khả năng cho
khóa. Trong trường hợp như vậy, mỗi khả năng được xem là một khóa dự tuyển
và một trong các khóa dự tuyển được lựa chọn làm khóa chính. Số các thuộc

tính của quan hệ xác định cấp của nó, số các bộ giá trị của quan hệ xác định lực
lượng của nó.
Trong dạng bảng, CSDL ví dụ bao gồm hai bảng như được chỉ ra ở trong
hình 1.1. Các cột của bảng tương ứng với các thuộc tính của quan hệ. Nếu có
các thông tin được nhập vào các bảng thì chúng tương ứng với các bộ giá trị.
Bảng rỗng chỉ cấu trúc bảng, bởi vì thông tin bên trong một bảng biến đổi theo
thời gian, nhiều ví dụ có thể được tạo là từ một quan hệ. Từ nay trở đi, thuật ngữ
quan hệ dùng để chỉ một ví dụ của quan hệ. Trong hình 1.2 là các ví dụ của quan
hệ được định nghĩa ở hình 1.1.


10


ENO ENAME

TITLE SAL PNO RESP DUR
PNO PNAME

BUDGET

EMP

PROJ

Hình 1.1 Lược đồ CSDL
PROJ

EMP











Hình 1.2 Ví dụ về cơ sở dữ liệu
Một giá trị của thuộc tính có thể không được xác định. Việc thiếu tính xác
định có thể có các giải thích khác nhau, hay dùng nhất là không biết hoặc không
áp dụng được. Giá trị này thường được gọi là giá trị null. Cần phân biệt giá trị
null với giá trị 0 (zero). Giá trị 0 là giá trị được biết, giá trị null là giá trị không
PNO

PNAME BUDGET
P1 Instrucmentation 150000
P2 Database Develop 135000
P3 CAD/CAM 250000
P4

maintenance

310000

ENO ENAME TITLE SAL PNO RESP DUR

E1 j.joe Elect.Eng 40000 P1 Manager 12
E2 M.Smith Analyst 34000 P1 Analyst 24
E2 M.Smith Analyst 34000 P2 Analyst 6
E3 A.Lee Mech.Eng. 27000 P3 Consultal 10
E3 A.Lee Mech.Eng 27000 P4 Engineer 48
E4 J.Miller Programmer

24000 P2 Programmer Null
E5 B.Casey Syst. Anal. 34000 P2 Manager 24
E6 L.Chu Elect.Eng. 40000 P4 Manager 48
E7 R.Davis Mech.Eng. 27000 P3 Engineer 36
E8 J.Jone Syst.Anal. 34000 P3 Manager 40



11


được biết. Việc hỗ trợ giá trị null là một tính chất quan trọng cần thiết để làm
việc với các truy vấn có thể.
1.1.2. Chuẩn hóa
“Chuẩn hóa là một quá trình thuận nghịch từng bước thay thế một tập hợp quan
hệ bằng các tập hợp tiếp theo, trong đó mỗi quan hệ có cấu trúc đơn giản hơn và
chính quy hơn”. Mục đích của chuẩn hóa là loại bỏ nhiều bất thường của một
quan hệ để nhận được quan hệ “tốt hơn”. Bốn vấn đề sau có thể tồn tại trong một
lược đồ quan hệ:
a. Bất thường lặp (repetition anormaly)
Một số thông tin có thể được lặp lại một cách không cần thiết. Ví dụ, xét

quan hệ EMP ở hình 2.2. ENAME, TITLE, SAL của một nhân viên được lặp với
mỗi dự án mà nhân viên này phục vụ trên đó. Điều này dẫn đến một sự lãng phí
bộ nhớ và trái với tinh thần của CSDL.
b. Bất thường cập nhật (update anormaly)
Như là hệ quả của việc lặp dữ liệu, việc thực hiện cập nhật có thể gây rắc rối
phiền hà. Ví dụ, lương của một nhân viên thay đổi, nhiều bộ giá trị phải được
cập nhật để phản ánh sự thay đổi này.
c. Bất thường chèn (Insertion anormaly)
Có thể không có khả năng thêm mới vào cơ sở dữ liệu. Ví dụ, khi một nhân
viên mới vào công ty chúng ta không thể thêm thông tin cá nhân (ENAME,
TITLE, SAL) vào quan hệ EMP nếu nhân viên đó chưa làm cho dự án nào. Đó
là vì khóa của EMP bao hàm thuộc tính PNO và giá trị null không phải là thành
phần của một khóa.
d. Bất thường loại bỏ (Deletion anormaly)
Đó là sự trái ngược của bất thường chèn. Nếu một nhân viên chỉ làm việc
trên một dự án và dự án đó đã kết thúc thì không thể loại bỏ thông tin dự án ra
khỏi EMP. Làm như vậy dẫn đến việc loại bỏ bộ giá trị duy nhất về nhân viên,
dẫn đến việc mất thông tin cá nhân mà chúng ta muốn lưu giữ.
Sự chuẩn hóa chuyển đổi các lược đồ quan hệ thành các lược đồ không có
những vấn đề này. Phương pháp phổ biến nhất để chuẩn hóa một lược đồ quan


12


hệ là phương pháp tách (decomposition), trong đó chúng ta bắt đầu với một quan
hệ đơn, gọi là quan hệ phổ quát (universal relation), quan hệ này chứa tất cả các
thuộc tính (và có thể bất thường) và làm giảm nó liên tiếp. Tại mỗi lần lặp, một
quan hệ được chia thành hai hoặc nhiều quan hệ ở dạng chuẩn cao hơn. Một
quan hệ được gọi là ở một dạng chuẩn nếu nó thỏa mãn các điều kiện liên kết

với dạng chuẩn đó. Đầu tiên Codd đã định nghĩa các dạng chuẩn thứ nhất (1NF),
thứ hai (2NF) và thứ ba (3NF). Boyce và Codd sau đó định nghĩa một phiên bản
sửa đổi của dạng chuẩn 3, phiên bản này thường được gọi là dạng chuẩn Boyce-
Codd (BCNF). Điều đó được tiếp tục bằng định nghĩa các dạng chuẩn thứ tư
(4NF, Fagin, 1977) và dạng chuẩn thứ năm (5NF, Fagin, 1979).
Có một mối liên hệ phân cấp giữa các dạng chuẩn này. Một quan hệ được
chuẩn hóa là ở 1NF. Một số quan hệ ở 1NF cũng ở 2NF, một số trong các quan
hệ đó là ở 3NF, … Các dạng chuẩn cao hơn có tính chất tốt hơn các dạng khác
về bốn bất thường được nêu ở trên.
Một trong các yêu cầu của quá trình chuẩn hóa là sự phân tách không mất
mát. Điều đó có nghĩa là sự thay thế một quan hệ bằng nhiều quan hệ khác sẽ
không dẫn đến việc mất thông tin. Nếu có thể nối các quan hệ được phân tách để
nhận lại được quan hệ ban đầu thì quá trình đó gọi là tách không mất mát.
Một cách trực quan, phép toán nối là phép toán lấy hai quan hệ và nối mỗi bộ
của quan hệ thứ hai vào những bộ nào của quan hệ thứ nhất thỏa mãn một điều
kiện được chỉ rõ. Ví dụ, điều kiện có thể là giá trị của một thuộc tính của quan
hệ thứ nhất phải bằng giá trị của một thuộc tính của quan hệ thứ hai.
Một đòi hỏi khác của quá trình chuẩn hóa là bảo toàn phụ thuộc. Một phép
tách được gọi là bảo toàn phụ thuộc nếu bao đóng của hợp của phụ thuộc trong
các quan hệ được tách là tương đương với bao đóng của quan hệ nguyên thủy
(theo một tập các quy tắc suy diễn).
1.1.2.1. Các cấu trúc phụ thuộc
Các dạng chuẩn dựa trên một số các cấu trúc phụ thuộc. BCNF và các dạng
chuẩn thấp hơn dựa trên phụ thuộc hàm. 4NF dựa trên phụ thuộc đa trị và 5NF
dựa trên phụ thuộc nối-chiếu.


13

Chúng ta sẽ định nghĩa phụ thuộc gồm:
a. Phụ thuộc hàm
Giả sử R là một quan hệ xác định trên tập thuộc tính A={A1, A2, …, An} và
giả sử X  A và Y  A. Nếu với mỗi giá trị của X trong R chỉ kết hợp được với
một giá trị duy nhất của Y thì ta nói rằng “X xác định hàm Y” hoặc “Y phụ
thuộc hàm vào X”. Ký hiệu là X→Y. Khóa của một quan hệ xác định hàm các
thuộc tính không khóa của cùng quan hệ.
Ví dụ 1.2
Trong quan hệ PROJ ở hình 1.2 phụ thuộc hàm có hiệu lực là
PNO → (PNAME, BUDGET) (1)
Trong quan hệ EMP chúng ta có:
(ENO, PNO) → (ENAME, TITLE, SAL, RES, DUR) (2)
Phụ thuộc hàm này không phải là phụ thuộc hàm duy nhất trong EMP. Nếu
mỗi nhân viên được cấp một mã số nhân viên duy nhất, chúng ta có thể viết
ENO → (ENAME, TITLE, SAL)
(ENO, PNO) → (RESP, DUR)
Cũng hợp lý khi nói rằng lương của một chức danh cho trước là cố định.
Điều đó cho sinh ra phụ thuộc hàm
TITLE → SAL
Để ý rằng một số các thuộc tính trên vế phải của phụ thuộc hàm thứ hai (2) là
phụ thuộc hàm vào một tập con của tập các thuộc tính ở vế phải của cùng phụ
thuộc hàm đó. Các thuộc tính như (ENAME, TITLE, SAL) được gọi là phụ
thuộc hàm bộ phận vào (ENO, PNO), các thuộc tính (RESP, DUR) được nói là
phụ thuộc hàm đầy đủ vào (ENO, PNO).
b. Phụ thuộc giá trị
Giả sử R là một quan hệ được định nghĩa trên tập các thuộc tính A={A1, A2,
…, An} và giả sử X → A, Y → A, Z → A. Nếu mỗi giá trị Z trong R chỉ có một
cặp giá trị (X, Y) và giá trị của Z chỉ phụ thuộc vào giá trị của X thì ta nói rằng
“X xác định đa trị Z” hoặc Z đa phụ thuộc vào X”. Kiểu phụ thuộc này gọi là
phụ thuộc đa trị (MVD) và được ký hiệu X →→Z

14


Một cách trực quan, một phụ thuộc hàm đa trị diễn đạt một tình huống trong
đó giá trị của một thuộc tính (hoặc một tập thuộc tính) xác định một tập hợp giá
trị của một thuộc tính (hoặc một tập thuộc tính) khác. Chú ý rằng mỗi phụ thuộc
hàm cũng là một phụ thuộc đa trị nhưng điều ngược lại là không đúng.
Ví dụ 1.3
Trở lại ví dụ. Giả sử rằng chúng ta muốn lưu trữ thông tin về một tập hợp các
nhân viên mà một tập hợp các dự án mà công ty thực hiện cũng như các văn
phòng nhánh mà ở đó các dự án này có thể được thực hiện. Điều đó có thể làm
bằng việc định nghĩa quan hệ
SKILL (ENO, PNO, PLACE)
Giả sử rằng mỗi nhân viên có thể làm việc trên mọi dự án, mỗi nhân viên sẵn
lòng làm việc tại bất kỳ văn phòng nhánh nào và mỗi dự án có thể được thực
hiện tại bất kỳ văn phòng nhánh nào. Một ví dụ quan hệ thỏa mãn các điều kiện
này được minh họa ở hình 2.3
SKILL









về MVDhinh

Hình 1.3 Ví dụ về MVD
ENO PNO PLACE
E1 P1 Toronto
E1 P1 New York
E1 P1 London
E1 P2 Toronto
E1 P2 New York
E1 P2 London
E2 P1 Toronto
E2 P1 New York
E2 P1 London
E2 P2 Toronto
E2 P2 New York
E2 P2 London



15


Để ý rằng không có phụ thuộc hàm nào trong quan hệ SKILL: quan hệ chỉ
bao gồm các thuộc tính khóa. Có hai phụ thuộc đa trị:
ENO →→ PNO và ENO →→ PLACE
c. Phụ thuộc nối-chiếu
Giả sử R là một quan hệ được định nghĩa trên tập hợp các thuộc tính A={A1,
A2, …, An} và X  A, Y  A, Z  A. Khi đó nếu R là bằng nửa nối của X, Y,
Z thì (X, Y, Z) tạo nên một phụ thuộc nối-chiếu
Có một tập hợp các quy tắc suy diễn dựa trên một tập hợp các tiên đề - gọi là
các tiên đề Amstrong (1974) cho phép các thao tác đại số của các phụ thuộc
hàm. Chúng cho khả năng phát hiện phủ tối thiểu của tập phụ thuộc hàm là một

tập hợp phụ thuộc hàm tối thiểu mà từ đó có thể tạo ra tất cả các phụ thuộc hàm
khác. Cho trước một phủ tối thiểu các phụ thuộc hàm và một tập hợp các thuộc
tính, một thuật toán có thể được phát triển để tạo ra một lược đồ quan hệ ở các
dạng chuẩn cao hơn.
1.1.2.2. Các dạng chuẩn.
Dạng chuẩn thứ nhất (1NF) tuyên bố một cách đơn giản rằng các thuộc tính
của một quan hệ chỉ chứa các giá trị nguyên tử. Nói cách khác, các quan hệ phải
phẳng, không có các nhóm lặp. Các quan hệ EMP và PROJ trong hình 1.2 thỏa
mãn điều kiện này vì vậy cả hai là ở 1NF.
Các quan hệ ở 1NF vẫn còn cho phép các bất thường được đưa ra ở trên. Để
loại bỏ một số các bất thường này chúng ta phải được tách thành các quan hệ ở
các dạng chuẩn cao hơn. Chúng ta không quan tâm đặc biệt đến dạng chuẩn thứ
hai vì nó chỉ còn có tầm quan trọng lịch sử do có các thuật toán chuẩn hóa trực
tiếp một quan hệ 1NF thành dạng chuẩn thứ ba (3NF) hoặc cao hơn.
Một quan hệ là ở 3NF nếu với mỗi phụ thuộc hàm X → Y, trong đó Y là
không ở trong X, hoặc X là một siêu khóa của R, hoặc Y là một thuộc tính cơ
bản. Có các thuộc tính cung cấp một phân tách bảo toàn phụ thuộc và không mất
mát của một quan hệ 1NF thành quan hệ 3NF.
Ví dụ 1.4


16


Quan hệ PROJ trong ví dụ đang xét là ở 3NF nhưng quan hệ EMP thì không,
do phụ thuộc hàm TITLE → SAL. Phụ thuộc hàm này vi phạm 3NF vì TITLE
không phải là siêu khóa và SAL không phải là thuộc tính cơ bản.
Vấn đề với EMP là như sau: Nếu chúng ta muốn chèn vào một sự kiện rằng
một chức danh cho trước nhận một lương cụ thể thì không làm được trừ phi có ít
nhất là một nhân viên có chức danh ấy (các tranh luận tương tự có thể làm cho

các bất thường cập nhật và xóa). Vì vậy chúng ta phải tách EMP thành hai quan
hệ:
EMP (ENO, ENAME, TITLE, PNO, RESP, DUR)
PAY (TITLE, SAL)
Ta có thể thấy rằng PAY là ở 3NF nhưng EMP thì không bởi vì phụ thuộc
hàm ENO → (ENAME, TITLE), ENO không phải là siêu khóa và TITLE,
ENAME không phải là các thuộc tính cơ bản. Vì vậy, EMP cần được phân tích
tiếp thành
EMP (ENO, ENAME, TITLE)
ASG (ENO, PNO, RESP, DUR)
Cả hai ở 3NF.
Dạng chuẩn Boyce-Codd là một dạng mạnh hơn của 3NF. Các định nghĩa là
như nhau trừ phần cuối cùng. Để một quan hệ là BCNF, với mỗi phụ thuộc hàm
X → Y, X là một siêu khóa. Để ý rằng mệnh đề “hoặc Y là một thuộc tính cơ
sở” được loại bỏ khỏi định nghĩa. Dạng cuối cùng của EMP cũng như các quan
hệ PAY, PROJ, ASG là ở BCNF.
Có khả năng phân tách một quan hệ 1NF một cách trực tiếp thành một tập
hợp quan hệ ở BCNF. Các thuật toán này được đảm bảo sinh ra phép tách không
mất mát nhưng chúng không đảm bảo bảo toàn phụ thuộc.
Một quan hệ R là ở dạng chuẩn thứ tư (4NF) nếu với mỗi phụ thuộc đa trị
kiểu X →→ Y trong R, X cũng xác định hàm tất cả các thuộc tính của R. Như
vậy nếu một quan hệ là ở BCNF và mọi phụ thuộc đa trị cũng là phụ thuộc hàm
thì quan hệ là ở 4NF. Điều quan trọng là ở chỗ một quan hệ 4NF hoặc là không
chứa một phụ thuộc đa trị thực thụ (tức là mỗi phụ thuộc đa trị cũng là phụ thuộc


17


hàm) hoặc có đúng một phụ thuộc đa trị được trình bày trong các thuộc tính và

không có phụ thuộc nào khác.
Ví dụ 1.5
Để ý rằng các quan hệ EMP, PAY, PROJ, ASG là ở 4NF bởi vì không có phụ
thuộc đa trị nào định nghĩa trên chúng. Tuy nhiên quan hệ SKILL là không ở
4NF. Để thỏa mãn các đòi hỏi nó cần được phân tách thành hai quan hệ:
EP (ENO, PNO)
EL (ENO, PLACE)
Ta có thể để ý rằng trong tất cả các dạng chuẩn ở trên, sự phân tách là thành
hai quan hệ. Dạng chuẩn thứ năm (5NF) xử lý các tình huống mà ở đó các phân
tách n-đường (n>2) có thể cần thiết.
Một quan hệ là ở 5NF (còn được gọi là dạng chuẩn nối-chiếu PJNF) nếu mỗi
phụ thuộc nối được định nghĩa cho quan hệ là được bao hàm bởi các khóa dự
tuyển của R. Với mỗi phụ thuộc hàm nối được bao hàm bởi một khóa dự tuyển
của quan hệ, tập con (hoặc các phép chiếu) X, Y, Z phải được làm phù hợp với
khóa dự tuyển.
Ví dụ 1.6
Với quan hệ EMP chúng ta có thể định nghĩa phụ thuộc nối
*( (ENO, ENAME), (ENO, TITLE) )
Nó được bao hàm bởi khoá dự tuyển ENO (nó cũng đã trở thành khóa chính).
Dễ dàng kiểm tra rằng các quan hệ EMP, PAY, PROJ, ASG là ở 5NF. Như vậy,
các lược đồ mà chúng ta kết thúc sau phân tích là như sau:
EMP (ENO, ENAME, TITLE)
PAY (TITLE, SAL)
PROJ (PNO, PNAME, BUDGET)
ASG (ENO, PNO, RESP, DUR)
Tất cả các dạng chuẩn trình bày ở trên là không mất mát. Một kết quả quan
trọng là một quan hệ 5NF không thể tách thêm mà không bị mất thông tin
(Fagin, 1977). Chúng ta có CSDL:

18


EMP ASG
ENO ENAME TITLE
E1 J.Joe Elect.Eng.
E2 M.Smith Syst.Anal
E3 A.Lee Mech.Eng
E4 J.Miller Programmer
E5 B.Casey Syst.Anal
E6 L.Chu Elect.Eng.
E7 R.Davis Mech.Eng
E8 J.Jones Syst.Anal








Hình 1.4 Các quan hệ đã được chuẩn hóa
1.1.3. Các quy tắc toàn vẹn
Các quy tắc toàn vẹn là các ràng buộc xác định các trạng thái tương thích của
cơ sở dữ liệu. Các ràng buộc toàn vẹn có thể là cấu trúc hay hành vi. Các ràng
buộc cấu trúc là vốn có đối với mô hình dữ liệu theo nghĩa là chúng bắt giữ
thông tin trên các liên kết dữ liệu không thể được mô hình hóa một cách trực
tiếp. Các ràng buộc hành vi cho phép sự bắt giữ ngữ nghĩa của các ứng dụng.
Các sự phụ thuộc được định nghĩa trong phần trước là các ràng buộc hành vi.

Việc duy trì các ràng buộc toàn vẹn nói chung là đắt trong phạm vi tài nguyên
hệ thống. Một cách lý tưởng, chúng phải được kiểm soát tại mỗi cập nhật CSDL
bởi vì các cập nhật có thể dẫn đến các trạng thái CSDL không tương thích.
ENO PNO RESP DUR
E1 P1 Manager 12
E2 P1 Analyst 24
E2 P2 Analyst 6
E3 P3 Concultant 10
E3 P4 Engineer 48
E4 P2 Programmer 18
E5 P2 Manager 24
E6 P4 Manager 48
E7 P3 Engineer 36
E8 P3 Manager 40
PNO PNAME BUDGET
P1 Instrucmentation 150000
P2 Database Develop 135000
P3 CAD/CAM 250000
P4 maintemance 310000
TITLE SAL
Elect.Eng. 40000
Syst.Anal 34000
Mech.Eng 27000
Programmer 24000
PAY

PROJ

19


Theo Codd (Codd, 1982), hai ràng buộc cấu trúc tối thiểu của mô hình quan
hệ là ràng buộc toàn vẹn thực thể và quy tắc toàn vẹn tham chiếu. Theo định
nghĩa, mỗi quan hệ có một khóa chính. Ràng buộc thực thể tuyên bố rằng mỗi
thuộc tính của khóa là xác định (non null). Trong ví dụ 1, thuộc tính PNO của
quan hệ PROJ và các thuộc tính (ENO, PNO) của quan hệ EMP không thể có
các giá trị không xác định. Ràng buộc này là cần thiết để áp buộc sự kiện các
khóa là duy nhất.
Ràng buộc tham chiếu (Date, 1983) là có lợi cho việc giữ các liên kết giữa
các đối tượng mà mô hình quan hệ không thể biểu diễn. Chúng ta sẽ sử dụng
toàn vẹn tham chiếu khi thảo luận về thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán.
Ràng buộc toàn vẹn bao gồm hai quan hệ và áp buộc ràng buộc là một nhóm
thuộc tính trong một quan hệ là khóa của quan hệ kia. Trong ví dụ 1 có thể có
một ràng buộc tham chiếu giữa các quan hệ PROJ và EMP trên thuôc tính PNO.
Quy tắc này quy định rằng mỗi nhân viên thuộc về ít nhất là một dự án đang có.
Nói cách khác, tập hợp các giá trị của PNO trong quan hệ EMP là được bao hàm
trong quan hệ PROJ. Như vậy sẽ không có các nhân viên thuộc về các dự án
không có trong quan hệ PROJ.
1.1.4. Các ngôn ngữ quan hệ dữ liệu
Các ngôn ngữ thao tác dữ liệu được phát triển cho mô hình quan hệ (thường
được gọi là ngôn ngữ truy vấn) rơi vào hai nhóm cơ bản: ngôn ngữ quan hệ dựa
trên đại số và ngôn ngữ quan hệ dựa trên tính toán. Sự khác nhau giữa chúng là
dựa trên việc truy vấn của user được diễn đạt như thế nào.
Đại số quan hệ là ngôn ngữ thủ tục. Bằng cách sử dụng các phép toán bậc
cao, trong truy vấn người sử dụng phải chỉ rõ kết quả sẽ nhận được như thế nào.
Các tính toán quan hệ là phi thủ tục, trong truy vấn người sử dụng chỉ rõ các
quan hệ sẽ nhận được trong kết quả. Cả hai ngôn ngữ này đều được Codd (Codd,
1970) đề nghị, ông ta cũng chứng minh rằng chúng là tương đương theo nghĩa

sức mạnh diễn đạt (Codd, 1972).
Đại số quan hệ được sử dụng nhiều hơn các tính toán quan hệ trong nghiên
cứu của các vấn đề CSDL phân tán bởi vì nó ở mức thấp hơn và tương ứng trực


20


tiếp hơn với các chương trình được trao đổi trên một mạng. Điều này chủ yếu là
tính toán quan hệ có thể được chuyển đổi thành đại số quan hệ. Để cho đầy đủ,
ta trình bày cả hai.
1.1.4.1. Đại số quan hệ
Đại số quan hệ bao gồm một tập hợp các phép toán thao tác trên các quan hệ.
Nó có nguồn gốc từ lý thuyết tập hợp (các quan hệ tương ứng với các tập hợp).
Mỗi phép toán lấy một hoặc hai quan hệ làm toán hạng và tạo ra một quan hệ kết
quả. Kết quả đó có thể lại là toán hạng của phép toán khác. Các phép toán này
cho phép truy vấn và cập nhật cơ sở dữ liệu.
Các phép toán đại số
Có 5 phép toán đại số quan hệ và 5 phép toán khác có thể được định nghĩa
theo các phép toán này. Các phép toán cơ bản là phép chọn, phép chiếu, phép
hợp, phép trừ quan hệ và tích Đecac. Hai phép toán đầu là hai phép toán một
ngôi và ba phép toán sau là các phép toán hai ngôi. Các phép toán thêm vào có
thể được định nghĩa theo các phép toán cơ bản này là phép giao, nối θ, nối tự
nhiên, nửa nối và phép chia. Trên thực tế, đại số quan hệ được mở rộng với các
phép toán để nhóm hoặc sắp xếp các quan hệ và để thực hiện các hàm số học
hoặc hàm nhóm.
Các toán hạng của một số các phép toán hai ngôi phải tương thích hợp. Hai
quan hệ R và S là tương thích hợp khi và chỉ khi chúng cùng cấp và thuộc tính
thứ i của mỗi quan hệ là được định nghĩa trên cùng một miền. Dĩ nhiên, phần
thứ hai của định nghĩa là đúng khi và chỉ khi các thuộc tính của quan hệ được

xác định bằng các vị trí tương quan của chúng ở bên trong quan hệ chứ không
phải bằng tên của chúng. Nếu thứ tự tương quan của các thuộc tính là không
quan trọng thì cần phải thay phần thứ hai của định nghĩa bằng câu: các thuộc
tính tương ứng của hai quan hệ phải được định nghĩa trên cùng một miền.
Phép chọn
Phép chọn tạo ra một tập con ngang của một quan hệ cho trước. Tập hợp con
bao gồm tất cả các bộ thỏa mãn một công thức (điều kiện). Phép chọn từ một
quan hệ R được ký hiệu là:


21


σ
F
(R)
Phép chiếu
Phép chiếu tạo ra một tập hợp con dọc của một quan hệ. Quan hệ kết quả chỉ
chứa các thuộc tính của quan hệ nguyên thủy nào mà trên đó phép chiếu được
thực hiện. Như vậy, cấp của một quan hệ kết quả là nhỏ hơn hoặc bằng cấp của
quan hệ nguyên thủy.
Phép tính của quan hệ R trên các thuộc tính A, B được ký hiệu là:

A,B
(R)
Để ý rằng kết quả của một phép chiếu có thể chứa các bộ giống nhau. Trong
trường hợp này, các bộ lặp lại có thể bị xóa khỏi quan hệ kết quả. Có thể chỉ rõ
phép chiếu có hoặc không có loại bỏ lặp
Phép hợp
Hợp của hai quan hệ R và S, ký hiệu R S, là tập hợp của tất cả các bộ trong

R, hoặc trong S, hoặc trong cả hai. Điều kiện là R và S phải tương thích hợp.
Cũng như trong trường hợp của phép chiếu, các bộ lặp cũng thường được loại
bỏ. Phép hợp có thể được sử dụng để chèn các bộ mới vào một quan hệ đang tồn
tại, trong đó các bộ mới này tạo nên một trong các quan hệ toán hạng.
Phép hiệu tập hợp
Hiệu tập hợp của hai quan hệ R và S, ký hiệu là R – S, là một tập hợp tất cả
các bộ ở trong R nhưng không ở trong S. Trong trường hợp này R và S cũng
phải tương thích hợp. Phép toán này không đối xứng, nghĩa là R – S S – R.
Phép toán này cho phép loại bỏ các bộ ra khỏi một quan hệ. Cùng với phép hợp
chúng ta có thể thực hiện các thay đổi các bộ bằng cách loại bỏ sau đó bằng các
phép chèn.
Tích Đề-các
Tích Đề-các của hai quan hệ R cấp k1 và S cấp k2 là một tập hợp của các
(k1+k2)-bộ, trong đó mỗi bộ kết quả là một kết nối của một bộ của R với mỗi bộ
của S, với tất cả các bộ của R và S.
Tích Đề-các của R và S được ký hiệu là R x S.


22


Có khả năng là hai quan hệ có thể có các thuộc tính trùng tên. Trong trường
hợp này các tên thuộc tính được bắt đầu bằng tên của quan hệ để duy trì tính duy
nhất của các tên thuộc tính bên trong một quan hệ.
Phép giao
Phép giao của hai quan hệ R và S, ký hiệu R S, bao gồm tập hợp tất cả các
bộ vừa ở trong R vừa ở trong S. Theo các phép toán cơ bản, nó có thể được biểu
diễn là
R S = R – (R – S).
Nối θ

Phép nối là một suy diễn của tích Đecac. Có nhiều dạng nối, tổng quát nhất là
nối θ, thường được gọi là nối. Phép nối θ của hai quan hệ R và S được ký hiệu là
R
F
S
Trong đó F là một công thức chỉ vị từ nối. Vị từ nối được chỉ ra tương ứng
như một vị từ chọn nhưng các số hạng có dạng R.A θ S.B, trong đó A và B là
các thuộc tính của R và S tương ứng.
Phép nối của hai quan hệ tương đương với việc thực hiện một phép chọn, sử
dụng vị từ nối như là công thức chọn trên tích Đecac của hai quan hệ toán hạng.
Như vậy
R
F
S = σ
F
(R x S)
Trong sự tương đương ở trên chúng ta cần chú ý rằng nếu F bao hàm cả hai
thuộc tính của quan hệ mà chúng là chung cho cả hai thì một phép chiếu là cần
thiết để đảm
Nối tự nhiên
Một nối tự nhiên là một nối bằng của hai quan hệ trên một thuộc tính được
chỉ ra, cụ thể hơn trên các thuộc tính có miền xác định như nhau. Có một sự
khác nhau là thông thường các thuộc tính mà trên nó phép nối tự nhiên được
thực hiện chỉ xuất hiện một làn trong kết quả. Một nối tự nhiên được thể hiện
như một phép nối không có công thức:
R
A
S