Thiết kế cơ sở dữ liệu

Bài 1 Thiết Kế CSDL
Mục tiêu bài học:
 Tìm hiểu các khái niệm thiết kế CSDL và mô hình hóa dữ liệu
 Mô tả mô hình E-R và sơ đồ E-R trong thiết kế CSDL
 Liệt kê các thành phần của sơ đồ E-R
 Tìm hiểu quá trình chuẩn hóa
 Liệt kê các dạng chuẩn
 Tìm hiểu các quy tắc chuẩn hóa
Giới thiệu
CSDL dùng để lưu trữ dữ liệu một cách có tổ chức và hiệu quả. CSDL giúp ta quản lý dữ liệu
một cách dễ dàng và nhanh chóng. SQL Server 2000 cung cấp một nền tảng quản lý dữ liệu cấp
doanh nghiệp. SQL Server 2000 là phiên bản mới nhất của CSDL SQL Server.
Trong kỳ học trước chúng ta đã nghiên cứu các khái niệm cơ bản của CSDL quan hệ cũng như
SQL Server 2000.
Trong kỳ học này chúng ta sẽ đi tìm hiểu tiếp một số chủ đề nâng cao hơn về SQL Server 2000.
Các chủ đề này bao gồm: mô hình hóa CSDL, xử lý theo lô, khóa, truy vấn con/liên kết, chỉ mục,
các thủ tục lưu trữ (stored procedure), trigger và các cơ chế bảo mật.
1.1 Thiết kế và mô hình hóa CSDL
CSDL là một tập hợp dữ liệu có tổ chức và có mối quan hệ giúp ta có thể dễ dàng truy xuất, quan
lý và cập nhật. Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu cách thiết kế CSDL. Hãy xem ví dụ về một
công ty đã hưởng lợi từ việc thiết kế CSDL để lưu trữ các thông tin của mình.
Trong thế giới kinh doanh hiện nay, việc dữ đoán các sự kiện và chuẩn bị cho các sự kiện đó có
thể tiết kiệm tiền bạc và thời gian cho doanh nghiệp. Chúng ta cùng tìm hiểu ví dụ sau. Một công
ty sản xuất đồ hộp nhựa chất lượng cao đang lên kế hoạch nhập nguyên liệu thô hàng năm. Với
dữ liệu bán hàng trong 10 năm qua, ban lãnh đạo công ty có thể tính ra tỷ lệ tăng trưởng của
lượng hàng tiêu thụ được. Giá sử họ tính ra tỷ lệ tăng trưởng hàng năm từ 22% đến 27%. Dựa vào
tính toán này, họ có thể lên kế hoạch sản xuất với sản lượng tăng khoảng 30%.
Lúc này công ty sẽ chỉ đặt số lượng nguyên liệu phù hợp, nhờ đó tiết kiệm được ngoại tệ, nhà
xưởng và các tài nguyên liên quan khác. Kết quả là nhờ sự phân tích trên công ty có thể giao hàng
đúng hạn cho khách hàng.
Ví dụ này đã cho ta thấy một công ty có thể lập kế hoạch và lên lịch mua nguyên liệu dựa trên các

thông tin đúc kết từ dữ liệu và khách hàng của họ cũng hưởng lợi. Đây chỉ là một ví dụ nhỏ cho
chúng ta thấy việc phân tích dữ liệu một cách thông minh cho ta những thông tin có giá trị.
1.1.1 Mục đích thiết kế CSDL
Thiết kế CSDL 1
Để phấn tích được dữ liệu ta cần có một CSDL tốt, muốn vậy cần phải thiết kế CSDL một cách
hiệu quả.
Thiết kế CSDL là gì ?
Thiết kế CSDL là quá trình lập kế hoạch và cấu trúc các đối tượng dữ liệu cùng với các quan hệ
giữa chúng (nếu có) trong CSDL.
Hình 1.1: CSDL thông tin học viên
Hình 1.1 là ví dụ về CSDL thông tin và điểm thi của học viên. Sơ đồ trên cũng chỉ ra mối quan hệ
giữa các đối tượng dữ liệu Student, Test và Marks.
Tại sao lại phải thiết kế CSDL?
Các đối tượng dữ liệu được tạo ra trong CSDL và các mối quan hệ phức tạp được xây dựng
quanh các đối tượng dữ liệu này đóng vai trò hết sức quan trọng quyết định đến hiệu quả của
CSDL.
Một CSDL thiết kế tồi có thể dẫn tới:
1. Hiệu quả thấp
2. Sai sót trong cập nhật và truy xuất dữ liệu
Ngược lại, một CSDL thiết kế tốt mang lại:
1. Hiệu quả cao
2. Dễ dàng mở rộng CSDL
3. Dễ phát triển ứng dụng
Thiết kế CSDL có khó không?
Thiết kế bất kỳ một file hay một CSDL không phải là một công việc đơn giản. Có một số vấn đề
liên quan đến thiết kế CSDL. Do vậy chúng ta phải nắm vững cách thiết kế CSDL. Một trong
những biện pháp tốt và hiệu quả là mô hình hóa CSDL. Chúng ta sẽ nghiên cứu mô hình hóa
CSDL ở phần sau của bài.
1.1.2 Quá trình thiết kế CSDL
2 Thiết kế CSDL và làm việc với CSDL SQL Server

Bước đầu tiên của thiết kế CSDL là lập kế hoạch cho CSDL, kế hoạch này đóng vai trò là bản
hướng dẫn khi thực hiện thiết kế đồng thời làm tài liệu kỹ thuật cho CSDL khi đã hoàn thành thiết
kế. Chi tiết và độ phức tạp của CSDL được quyết định bởi một số yếu tố như sự phức tạp và độ
lớn của ứng dụng, số lượng người sử dụng.
Độ phức tạp của CSDL và tiến trình lập kế hoạch có thể biến đổi. Một CSDL có thể được thiết kế
bởi một người và có thể khá đơn giản hoặc cũng có thể rất lớn và phức tạp, ví dụ, CSDL xử lý
hàng trăm nghìn giao dịch ngân hàng. Với trường hợp đầu, việc thiết kế CSDL đơn giản chỉ cần
một vài chi chú lên giấy. Trong trường hợp sau ta cần phải có tài liệu chính thức hàng trăm trang
chứa tất cả các thông tin chi tiết có thể có trong CSDL.
Một số bước cơ bản sau có thể được sử dụng khi thiết kế CSDL bất kể độ lớn và độ phức tạp của
CSDL:
1. Thu thập thông tin
2. Xác định các đối tượng
3. Thiết kế mô hình
4. Xác định loại thông tin cho mỗi đối tượng
5. Xác định quan hệ giữa các đối tượng
Chúng ta đi nghiên cứu chi tiết của từng bước trên.
1. Thu thập thông tin
• Trước khi thiết kế CSDL ta cần nắm vững những yêu cầu của một CSDL và vai trò
của nó.
• Nếu CSDL được tạo ra để thay thế cho hệ thông dữ liệu giấy hay hệ thống quản lý
thông tin thủ công thì các hệ thống cũ sẽ là nguồn thông tin chính cần thu thập.
• Việc phỏng vấn những người dùng hệ thống để tìm hiểu công việc và yêu cầu của họ
cũng rất quan trọng.
• Cũng cần thiết phải xác định được chức năng của hệ thống mới cũng như xác định
các vấn đề, hạn chế và điểm tắc của hệ thống cũ.
• Cần thu thập các bản sao của các giấy tờ liên quan đến khách hàng, danh sách hàng
trong kho và bất kỳ tài liệu nào liên quan đến hệ thống cũ, bởi vì các tài liệu này rất có
ích trong thiết kế CSDL và giao diện.
2. Xác định các đối tượng

Trong quá trình thu thập thông tin, chúng ta phải xác định các đối tượng hay thực thể chính
cần quản lý trong CSDL. Các đối tượng này có thể là những vật hữu hình như người hay sản
phẩm hay những vật vô hình như một giao dịch kinh doanh, một phòng ban của côngt y hay
một kỳ lương. Thông thường ta sẽ xác định một số đối tượng chính sau đó các đối tượng liên
quan sẽ dần định hình. Mỗi đối tượng xác định được sẽ tương ứng với một bảng dữ liệu trong
CSDL.
3. Mô hình hóa các đối tượng
Khi các đối tượng trong hệ thống được xác định, ta cần đưa chúng vào mô hình sao cho có
thể thể hiện một cách trực quan toàn bộ hệ thống. Mô hình CSDL này sau đó có thể được sử
dụng để tham khảo trong quá trình thực thi CSDL.
Thiết kế CSDL 3
Chú ý: SQL Server 2000 Enterprise Manager là công cụ thiết kế trực quan giúp thiết kế và tạo
các đối tượng trong CSDL.
4. Xác định các loại thông tin cho mỗi đối tượng
Sau khi các đối tượng chính của CSDL được xác định, bước tiếp theo là xác định các thông
tin được lưu trữ cho mỗi đối tượng. Các thông tin này thường được thể hiện dưới dạng các
trường dữ liệu trong bảng đối tượng và có thể được phân loại như sau:
Các trường dữ liệu Mô tả
Các trường dữ liệu
thô
Các trường này chứa các thông tin hữu hình như tên, được quyết
định bởi các nguồn ngoài CSDL.
Các trường dữ liệu
phân loại
Các trường này phân loại hay nhóm dữ liệu, chúng chứa những dữ
liệu đơn giản như true/false, married/single, VP/Director/Group
Manager, v.v.
Các trường xác thực
(ID)
Các trường này giúp xác định mỗi thực thể lưu trong bảng. Chúng

thường có những từ id hay number (ví dụ, employee_id,
invoice_number). Trường xác thực là thành phần chính được sử
dụng bởi cả người dùng và các cơ chế sử lý bên trong CSDL để truy
xuất một bản ghi dữ liệu trong bảng.
Các trường quan hệ
tham chiếu
Các trường này thiết lập kết nối giữa thông tin trong một bảng với
thông tin trong bảng khác. Ví dụ, bảng lưu thông tin về các giao
dịch bán hàng thường có liên kết với bảng customers giúp truy xuất
toàn bộ thông tin của khách hàng trong giao dịch bán hàng.
Bảng 1.1: Các trường dữ liệu
5. Xác định mối quan hệ giữa các đối tượng
Một trong những thế mạnh của CSDL quan hệ là khả năng gắn kết thông tin giữa nhiều đối
tượng trong CSDL. Các loại thông tin được lưu trữ độc lập nhưng CSDL có khả năng truy
xuất kết hợp dữ liệu khi cần thiết. Việc xác định mối quan hệ giữa các đối tượng trong quá
trình thiết kế đòi hỏi ta phải xem xét các bảng và tìm ra mối quan hệ logic giữa chúng, thêm
vào các trường dữ liệu quan hệ và thiết lập kết nối giữa các bảng.

4 Thiết kế CSDL và làm việc với CSDL SQL Server
1.1.3 Mô hình hóa CSDL
Sơ đồ mô hình dữ liệu thể hiện mối quan hệ giữa các bảng (thực thể). Sơ đồ này rất có ích với
người thiết kế, quản trị hay lập trình với CSDL.
Mô hình hóa CSDL có thể được chia thành 3 bước chính sau. Hình 1.2 mô tả quá trình thiết kế
CSDL.
Hình 1.2: Quá trình phát triển CSDL
Mô hình dữ liệu khái niệm là mô hình trừu tượng hóa dữ liệu mức cao. Mô hình này rất gần với
cách nhìn của người dùng về hệ thống. Mô hình này cũng là phương tiện giao tiếp giữa người
dùng và lập trình viên. Mô hình hóa khái niệm độc lập với các hệ quản trị CSDL.
Trong bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về cách thiết kế CSDL logic.
Thiết kế CSDL vật lý liên quan đến cách lưu trữ, truyu xuất và ràng buộc dữ liệu để đảm bảo tốc

độ phù hợp.
1.2 Thiết kế CSDL logic
Thiết kế CSDL logic bao gồm quá trình xây dựng mô hình thông tin trong doanh nghiệp dựa trên
một mô hình dữ liệu cụ thể, nhưng độc lập với CSDL hay các vấn đề vật lý khác.
Công cụ mô hình hóa phổ biến nhất được dùng cho việc thiết kế CSDL logic là Sơ đồ quan hệ
thực thể (E-R diagram). Mô hình này là nền tảng cho nhiều mô hình khác. Nó mô tả dữ liệu và
các mối quan hệ giữa các dữ liệu trong một hệ thống. Trong mô hình E-R dữ liệu được mô tả là
các thực thể, thuộc tính và các quan hệ. Sơ đồ The E-R được sử dụng chủ yếu trong quá trình
thiết kế CSDL và thể hiện cấu trúc logic chung của CSDL.
Thiết kế CSDL 5
Các yêu cầu về thông tin nghiệp vụ
CSDL hoạt động (Operational
Database)
Mô hình hóa khái niệm
(Conceptual Data
Modeling)
Thiết kế CSDL Logic
(Logical Database
Design)
Xây dựng CSDL vật lý
(Physical Database
Build)
Business view
Systems view
Y

Y
Y
1.2.1 Mô hình Quan hệ - Thực thể
Mô hình E-R là công cụ thân thiện và hiệu quả để mô hình hóa dữ liệu. Mô hình này thể hiện thế

giới thực dưới dạng các đối tượng cơ bản và các mối quan hệ giữa chúng. Các thành phần của mô
hình E-R được liệt kê dưới đây:
 Thực thể - Thực thể là một đối tượng tồn tại và có thể phân biệt với các đối tượng khác. Ví
dụ, John có số an sinh xã hội là 890-12-3456 là một thực thể bởi người này có thể được xác
định là một người duy nhất trong xã hội. Một thực thể có thể là hữu hình (một quyển sách)
hay trừu tượng (như một kỳ nghỉ hay một khái niệm).
 Một tập hợp thực thể - Là một tập các thực thể cùng loại( ví dụ, những người có tài khoản
trong ngân hàng).
 Các thuộc tính – Một thực thể được mô tả bằng một tập các thuộc tính. Ví dụ: Name, SSN,
Age, Street, City là các thuộc tính của thực thể “Person”.
 Quan hệ và tập quan hệ - Quan hệ là sự gắn kết giữa hai hoặc nhiều thực thể. Một tập quan
hệ là một tập hợp các quan hệ cùng kiểu.
Chúng ta xem ví dụ về 2 tập thực thể Customers và Accounts. Ta dùng quan hệ CustAcct để mô tả
sự gắn kết giữa customers và các accounts của họ..
Hình 1.3: Quan hệ giữa 2 tập thực thể
Một tập quan hệ có thể chứa nhiều hơn 2 tập thực thể như trong hình 1.4. Các tập thực thể như
customers, loans và branches có thể được liên kết với nhâu bằng các quan hệ “Borrow”. Quan hệ
“Borrow” chỉ ra rằng một khách hàng có thể vay tiền ở một chi nhánh nào đó của ngân hàng.
Hình 1.4: Quan hệ giữa 3 tập thực thể
Tập thực thể trong một quan hệ không cần thiết phải là duy nhất. Vai trò quả một thực thể chính
là chức năng của nó trong quan hệ. Ví dụ, quan hệ works-for có thể xuất hiện giứa các cặp thực
thể employee. Thực thể employee đầu đóng vai trò là người quản lý, và có một người khác đóng
vai trò là nhân viên như trong hình sau:
6 Thiết kế CSDL và làm việc với CSDL SQL Server
Customers
Accounts
Cus
tAc
ct
Customers

Loans
Borrow
Branches
Y

Y
Y
Hình 1.5: Self Relationship
Các nhãn “Manager” và “Worker” được gọi là các vai trò (roles); chúng chỉ ra tương tác giữa các
thực thể employee qua quan hệ “Works for”.
Ta có thể định nghĩa một tập các thực thể và quan hệ giữa chúng theo nhiều cách. Sự khác biệt
lớn nhất giữa những cách này ở chỗ ta xử lý các thuộc tính như thế nào. Chúng ta xem tập thực
thể employee có các thuộc tính Employee_Name, Phone_Number. Chúng ta có thể lập luận rằng
thuộc tính phone có thể được coi là một thực thể với các thuộc tính Phone_Number và Location.
Vậy ta sẽ có hai thực thể Employee và Phone, và quan hệ EmpPhn thể hiện sự ràng buộc giữa 2
thực thể này. Định nghĩa mới này có thể thể hiện chính xác hơn thế giới thực Tuy nhiên chúng ta
không dễ mở rộng lập luận này và việc quyết định đối tượng nào là thuộc tính phụ thuộc chủ yếu
vào cấu trúc của hoàn cảnh thế giới thực chúng ta đang mô hình hóa, và ngữ nghĩa của thuộc tính
ta đang bàn đến.
 Ràng buộc số lượng – Ràng buộc số lượng thể hiện số thực thể mà một thực thể có quan hệ
ràng buộc. Trong mối quan hệ giữa thực thể X và Y, ràng buộc số lượng có thể là một trong
những loại sau:
1. Một-một: Một thực thể X có quan hệ với tối đa 1 thực thể Y và ngược lại.
2. Một-nhiều: Một thực thể X có quan hệ với vố số thực thể Y. Một thực thể Y có
quan hệ ràng buộc với tối đa 1 thực thể X.
3. Nhiều-một: Một thực thể X có quan hệ với tối đa 1 thực thể Y. Một thực thể Y
có quan hệ với vô số thực thể X.
4. Nhiều-nhiều: Các thực thể X và Y có quan hệ với vô số các thực thể của nhau.
Thiết kế CSDL 7
Manager

Employee
Work
s
For
Worker
X
X
X
X
Y
Y
Y
Y
X
X
X
X
Y
Y
Y
Y
X
X
X
X
Y

Y
Y
X

X
X
X
Y
Y
Y
Y
Một – một
Một – nhiều
Nhiều – một Nhiều – nhiều
Hình 1.6: Ràng buộc số lượng
Việc lựa chọn ràng buộc số lượng phù hợp cho một quan hệ phụ thuộc vào các thực thể được mô
hình hóa trong đời sống thực. Nếu sự tồn tại của thực thể X phụ thuộc vào sự tồn tại của thực thể
Y ta nói Y là thực thể cha và X là thực thể con.
Ví dụ, ta xem tập thực thể account và transaction, và quan hệ log giữa 2 thực thể này. Đây là quan
hệ một-nhiều với một account có nhiều transaction. Nếu một thực thể account bị xóa các thực thể
transaction có quan hệ với thực thể account đó cũng phải được xóa. Do đó account là thực thể cha
còn transaction là thực thể con.
 Các trường khóa – Sự khác biệt giữa các thực thể phải được thể hiện bằng các thuộc tính.
Khóa chính là một hay nhiều thuộc tính cho phép ta xác định duy nhất một thực thể trong một tập
thực thể. Ví dụ, trong tập thực thể customer, các thuộc tính customer_name và S.S.N, kết hợp lại,
được coi là khóa chính. Cần chú ý rằng customer_name không được coi là khóa chính vì 2 khách
hàng có thể có cùng tên. Một khóa chính không có các tập bản ghi con được coi là khóa ứng viên
(candidate key). Trong ví dụ trên S.S.N được coi là khóa ứng viên do thuộc tính này có thể xác
định duy nhất một thực thể customer trong tập thực thể.
Một tập thực thể không có đủ các thuộc tính để hình thành khóa chính được gọi là tập thực thể
yếu (weak entity set). Tập thực thể có khóa chính được gọi là tập thực thể mạnh (strong entity
set). Ví dụ, tập thực thể transaction có các thuộc tính transaction_number,date và amount. Các
transactions khác nhau được thực hiện bởi những accounts khác nhau có thể chia sẻ chungcùng
một mã số transction, điều này cho thấy không có thuộc tính nào có khả năng làm khóa chính

(giúp xác định duy nhất một transaction) trong tập thực thể này. Do vậy transaction là một tập
thực thể yếu. Để một thực thể yếu tồn tại, nó phải tham gia vào quan hệ một – nhiều. Ý tưởng các
thực thể mạnh và yếu liên quan đến sự khác biệt về quan hệ tồn tại bàn ở trên. Các thành viên của
một tập thực thể yếu không có khóa chính, nhưng chúng vẫn cần có công cụ để phân biệt với
nhau. Yếu tố để phân tách các thực thể trong tập thực thể yếu là một tập các thuộc tính cho phép
ta phan biệt được các thực thể. Khóa chính của một thực thể yếu được tạo ra bằng cách lấy khóa
chính của thực thể mạnh kết hợp với trường phân biệt trong thực thể yếu.
‘Transaction’ là một thực thể yếu. Nó tồn tại phụ thuộc vào thực thể ‘account’. Khóa chính của
thực thể account là account_number. Thuộc tính Transaction_Number phân biệt các thực thể
transaction trong cùng một account (account_number,transaction_number). Do vậy, khóa chính
của thực thể yếu này được hình thành bằng cách lấy khóa chính của thực thể mạnh mà nó phụ
thuộc cùng với thuộc tính phân biệt của tập thực thể yếu.
Các thuộc tính của một tập quan hệ là các thuộc tính bao gồm các khóa chính của các tập thực thể
trong quan hệ. Ví dụ:: S.S.N là khóa chính của thực thể customer, và account-number là khóa
chính của thực thể account. Do đó các thuộc tính của quan hệ CustAcct chính là
(Account_Number, S.S.N). Đây là những thông tin đủ giúp chúng ta ràng buộc một account với
một person. Nếu quan hệ chứa các thuộc tính mô tả, chúng cũng được đưa vào tập thuộc tính của
quan hệ. Ví dụ, chúng ta có thể thêm thuộc tính date vào tập quan hệ trên, thuộc tính này mô tả
ngày truy vấn account gần nhất của một customer. Chú ý rằng thuộc tính này không thể đưa vào
bất kỳ thực thể nào do nó liên quan đến cả customer và account, và mối quan hệ giữa hai thực thể
này là nhiều – nhiều.
8 Thiết kế CSDL và làm việc với CSDL SQL Server