Giáo trình Phân tích thiết kế hệ thống thông tin - Chương 4: Mô hình tổ chức của hệ thống thông tin
Chương 4
MÔ HÌNH TỔ CHỨC CỦA HTTT
4.1 Khái niệm
Mô hình tổ chức của một hệ thống thông tin được thiết lập từ hai mô hình
liên quan đến nhau là mô hình tổ chức về dữ liệu và mô hình tổ chức về xử lý.
Mô hình tổ chức về dữ liệu được hình thành do sự chuyển đổi các tập thực thể
và các mối quan hệ trong mô hình quan niệm dữ liệu. Ỏ mức tổ chức thông tin
được mô tả theo giải pháp cơ sở dữ liệu và thực chất chính là quan hệ logic của
chúng, nên mức tổ chức còn được gọi mức logic. Còn mô hình tổ chức về xử lý
sẽ trả lời các câu hỏi: Ai?, Khi nào?, Ở đâu?, Như thế nào?
4.2 Mô hình dữ liệu quan hệ
Mô hình dữ liệu quan hệ do Codd đề xuất năm 1970, được hoàn thiện và
sử dụng rộng rãi trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thương mại. Mô hình dữ
liệu quan hệ có nhiều ưu điểm như: đơn giản, chặt chẻ, tính độc lập giữa dữ liệu
và chương trình cao, cung cấp cho các ngôn ngữ truy cập dữ liệu ở mức cao, dễ
sử dụng. Mô hình quan hệ cho phép phân biệt rõ ràng giữa ngữ nghĩa và cấu
trúc của dữ liệu. Điều quan trọng hơn cả, mô hình quan hệ được hình thức hoá
là một mô hình đại số quan hệ, do đó được nghiên cứu và phát triển với nhiều
kết quả lý thuyết cũng như những ứng dụng trong thực tiễn, đặc biệt là các ứng
dụng vào việc thiết kế CSDL.
Đã có nhiều hệ quản trị CSDL được xây dựng dựa trên mô hình này và
đưa vào sử dụng rộng rãi như: DB2, Ingres, Sybase, Foxpro, Oracle, Informix,
Microsoft SQL Server, ...
Ở đây chúng ta không trình bày chi tiết lý thuyết cơ sở dữ liệu quan hệ
mà chỉ nhắc lại các kiến thức liên quan để sử dụng cho quá trình thiết kế dữ liệu
của hệ thống.
4.2.1 Các định nghĩa cơ bản
a. Quan hệ:
68
Cho D1, D2,..., Dn là n miền giá trị của các thuộc tính A1, A2, ..., An. Một
quan hệ r trên các miền D1, D2, ..., Dn là một tập con của tích đê-cat D1 x D2
x... x Dn. Nghĩa là, quan hệ r sẽ bao gồm những n-bộ <d1, d2, ...,. dn> D1 x D2
x... x Dn, di Di. Người ta mô tả một quan hệ là một bảng hai chiều các giá trị,
đó là tập hợp các bộ của quan hệ tại một thời điểm nào đó.
b. Lược đồ quan hệ:
Một lược đồ quan hệ (relation scheme) là sự hợp thành bởi hai yếu tố:
- Một cấu trúc, gồm tên quan hệ và một danh sách các thuộc tính (mỗi
thuộc tính gán với một miền) thường cho dưới dạng R(A1, A2, ..., An).
- Một tập hợp các ràng buộc, tức là các điều kiện mà mọi quan hệ trong
lược đồ đều phải thoả mãn.
Một thể hiện của quan hệ r (relation instance) trong lược đồ quan hệ R là
tập các bộ thoả tất cả các ràng buộc thuộc của lược đồ quan hệ R (gọi tắt là thể
hiện).
Nếu cho một bộ t thuộc thể hiện r của lược đồ quan hệ R, và X U={A1,
A2, ..., An}, ta ký hiệu: t[X] là bộ t chỉ chứa các giá trị của các thuộc tính trong
X.
Cho lược đồ quan hệ R, X U, X được gọi là khoá (key) của lược đồ
quan hệ R nếu thoả mãn hai điều kiện sau:
(1). Với mọi thể hiện r, và với bất kỳ hai bộ t1, t2 r sao cho:
t1[X] = t2[X] suy ra t1[U]= t2[U] (hay t1=t2).
(2). Không tồn tại tập X’ X (X’ là tập con thực sự của X) thoả điều
kiện trên.
Một tập X thoả điều kiện (1) được gọi là siêu khoá (super key) của lược
đồ quan hệ R.
c. Phụ thuộc hàm
Định nghĩa: Cho tập U là tập các thuộc tính của một lược đồ quan hệ R, X và Y
là các tập con của U. Ta nói rằng R thoả phụ thuộc hàm X Y (đọc là: X xác
69
định Y, hoặc Y phụ thuộc hàm vào X) nếu và chỉ nếu: với mọi r là thể hiện của
R, với mọi t1, t2 r ta có: t1[X] = t2[X] kéo theo t1[Y]= t2[Y].
Ví dụ: Trong quan hệ Nhân viên, ta có: Mã NV (Họ tên, quê quán, ngày
sinh)
Ý tưởng của phụ thuộc hàm: mỗi phần tử của một lớp đối tượng nào đó sẽ được
xác định thông qua một đại diện của một số lớp đối tượng khác.
Ví dụ:
(1,1)
(0,n)
Công nhân
MaCN
Xí nghiệp
MaXN
thuộc
Hten
TenXN
Với quy tắc quản lý: "mỗi công nhân luôn thuộc về một xí nghiệp nào đó. Biết
được một công nhân thì sẽ biết được xí nghiệp". Ta có các phụ thuộc hàm:
MaCN Hten
MaXN TenXN
Công nhân Xí nghiệp
Ví dụ 2: Xét mối quan hệ 4 chiều trong HTTT quản lý thời khóa biểu
PHÒNG HỌC
MÔN HỌC
Dạy học
GIÁO VIÊN
LỚP HỌC
Ta có các phụ thuộc hàm:
(LỚP HỌC, MÔN HỌC) GIÁO VIÊN, (LỚP HỌC, MÔN HỌC) PHÒNG HỌC
Nếu hai tập thực thể có quan hệ ISA với nhau, giả sử (E1 isa E2) thì ta
luôn luôn có E1E2
70
4.2 Mô hình tổ chức dữ liệu
4.2.1 Khái niệm
Mô hình tổ chức dữ liệu của một hệ thống thông tin còn gọi là mô hình
dữ liệu logic. Hiện nay, dữ liệu được biểu diễn dưới nhiều mô hình khác nhau:
mô hình phân cấp, mô hình mạng, mô hình quan hệ, mô hình hướng đối tượng.
Tuy nhiên, phần lớn các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thương mại hiện nay đều sử
dụng các dữ liệu theo mô hình quan hệ, nên mô hình tổ chức dữ liệu được thiết
kế ở đây chính là các quan hệ mà đầu vào của chúng là mô hình thực thể - mối
quan hệ của hệ thống. Đây cũng là bước trung gian chuyển đổi giữa mô hình
quan niệm dữ liệu (gần với người sử dụng) và mô hình vật lý dữ liệu (mô hình
trong máy tính), chuẩn bị cho việc cài đặt hệ thống.
4.2.2 Quy tắc chuyển đổi
Cho đến nay đã có nhiều hệ thống thông tin, đặc biệt là các CSDL quan
hệ, được thiết kế xuất phát từ mô hình ER. Theo cách này, người ta xem quá
trình thiết kế một CSDL phải trải qua ba giai đoạn. Đầu tiên là giai đoạn thiết kế
mô hình khái niệm, tiếp đến là giai đoạn thiết kế mô hình logic, và cuối cùng là
giai đoạn thiết kế CSDL vật lý. Việc chuyển đổi một mô hình ER thành mô hình
quan hệ là thuộc giai đoạn thiết kế mô hình logic từ một mô hình khái niệm.
Để làm cơ sở cho việc chuyển đổi từ mô hình quan hệ sang mô hình ER
được bàn đến trong chương sau, một phương pháp chuyển đổi truyền thống từ
mô hình ER sang mô hình quan hệ sẽ được đề cập đến trong phần này. Phương
pháp này thường được sử dụng để thiết kế các CSDL quan hệ trong giai đoạn
thiết kế logic với mô hình khái niệm ban đầu là mô hình ER.
Khi chuyển đổi từ mô hình quan niệm dữ liệu sang mô hình tổ chức dữ liệu
chúng ta theo các quy tắc dưới đây.
a. Chuyển các tập thực tập thực thể thành các quan hệ
Quy tắc 1: Mỗi tập thực thể trong mô hình quan niệm dữ liệu được chuyển
thành một quan hệ: có tên là tên là tên của tập thực thể; có thuộc tính và khóa là
71
thuộc tính và khóa của tập thực thể và có thể có thêm thuộc tính là khóa ngoại nếu
có.
Ví dụ: Tập thực thể Nhân viên với các thuộc tính như dưới đây được chuyển
thành một quan hệ như sau:
Nhân viên
- Mã NV
- Họ NV
- Tên NV
- Ngày sinh
Nhân viên (Mã NV , Họ NV, Tên NV, Ngày sinh)
Quy tắc 2: Tập thực thể tham gia vào mối quan hệ hai ngôi không có thuộc
tính riêng, có cặp bản số (1,1) ----- (1,n) (mối quan hệ một - nhiều) thì quan hệ
sinh ra bởi tập thực thể ở nhánh (1,1) sẽ nhận thuộc tính khóa của tập thực thể ở
nhánh (1,n) làm khóa ngoại.
Ví dụ: Trong hệ thống thông tin “Quản lý công chức”, giữa hai tập thực thể
Nhân viên và Đơn vị có mối quan hệ Thuộc với cặp bản số (1,1) ----- (1,n)
như mô tả dưới đây.
(1,n)
(1,1)
Nhân viên
- Mã NV
- Họ NV
- Tên NV
- Ngày sinh
Đơn vị
- Mã đơn vị
- Tên đơn vị
Thuộc
được chuyển thành các quan hệ:
Nhân viên (Mã NV , Họ NV,Tên NV, Ngày sinh, Mã đơn vị)
(Mã đơn vị, Tên đơn vị)
Đơn vị
Chú ý, thuộc tính khóa trong quan hệ, được gạch dưới liền nét, thuộc tính
khóa ngoại được gạch dưới không liền nét.
Quy tắc3: Chuyển tập thực thể con trong mối quan hệ ISA thành quan hệ
Tập thực thể con trong mối quan hệ ISA của mô hình thực thể mối quan hệ
được chuyển thành một quan hệ: có tên là tên của tập thực thể con; có các thuộc
72
tính là các thuộc tính của tập thực thể con; và có khóa là khóa của tập thực thể
cha.
Ví dụ 1: Một trường đại học cần quản lý cán bộ công chức theo 3 đối tượng: công
chức biên chế, cán bộ hợp đồng dài hạn và cán bộ hợp đồng ngắn hạn. Mỗi cán
bộ nhân viên được quản lý các thông tin: Mã nv, Họ tên, quê quán.
• Nếu là công chức biên chế thì quản lý thêm: Hệ số lương, phụ cấp, trình độ
chuyên môn (trung cấp, cao đẳng. đại học, thạc sĩ, tiến sĩ). Nếu là tiến sĩ thì
quản lý thêm: chuyên ngành đào tạo, ngày bảo vệ, nơi cấp bằng.
• Nếu là cán bộ hợp đồng dài hạn thì quản lý thêm: Số hợp đồng, Hệ số
lương.
• Nếu là cán bộ hợp đồng ngắn hạn thì quản lý: Số hợp đồng, lương thỏa
thuận. Tùy theo đối tượng, công ty có các cách tính tiền lương khác nhau.
Ví dụ 1: Với sơ đồ dưới đây sẽ được chuyển thành các quan hệ:
1
Bộ đội
- Ngày NN
- Ngày XN
Nhân viên
- Mã NV
- Họ NV
Đảng viên
- Ngày VĐ
- Ngày CT
n
1
n
ISA
ISA
- Tên NV
- Ngày sinh
(1,1)
(1,1)
BĐ-CB
BĐ-BC
(1,n)
(1,n)
Cấp bậc
- Mã CB
- Tên CB
Binh chủng
- Mã BC
- Tên BC
được chuyển thành:
Binh chủng (Mã BC, Tên BC)
Cấp bậc (Mã CB, Tên CB)
Đảng viên (Mã NV,Ngày VĐ, Ngày CT)
(Mã NV,Ngày NN, Ngày XN, Mã CB , Mã BC,)
Nhân viên (Mã NV,Họ NV, Tên NV, Ngày sinh)
Bộ đội
73
Trong trường hợp một tập thực thể là con của hai tập thực thể cha khác
nhau thì nó phải được chuyển thành hai quan hệ.
Trường hợp xảy ra quan hệ ISA trong một quan hệ ISA thì quan hệ sinh ra
từ tập thực thể "cháu" nhận thuộc tính khóa của tập thực thể "Ông" làm thuộc
tính khóa.
Cán bộ
- Mã NV
- Họ tên
- Quê quán
1
1
1
ISA
ISA
ISA
n
n
n
HĐ ngắn hạn
Biên chế
HĐ dài hạn
- Số HĐồng
- Lương
- HSL
- Phụ cấp
- Trình độ
- Số HĐồng
- HSL
1
ISA
n
Tiến sĩ
- Chuyên ngành
- Ngày bảo vệ
- Nơi cấp bằng
Nhân viên (Mã NV, Họ tên, Quê quán)
Biên chế (Mã NV, HSL, Phụ cấp)
HĐ dài hạn (Mã NV, Số HĐồng, HSL )
HĐ ngắn hạn (Mã NV, Số HĐồng, Lương)
Tiến sĩ (Mã NV, Chuyên ngành, Ngày bảo vệ, Nơi cấp bằng)
b. Chuyển đổi các mối quan hệ
Qui tắc 4:
74
a. Mối quan hệ hai ngôi không có thuộc tính riêng, có cặp bản số (1,1) ---- (1,n)
thì không chuyển thành một quan hệ.
(1,n)
(1,1)
Nhân viên
- Mã NV
- Họ NV
- Tên NV
- Ngày sinh
Đơn vị
- Mã đơn vị
- Tên đơn vị
Ví dụ:
Thuộc
Chuyển thành:
Nhân viên (Mã NV , Họ NV,Tên NV, Ngày sinh, Mã đơn vị)
(Mã đơn vị, Tên đơn vị)
Đơn vị
Mô tả dưới dạng bảng:
1
n
b. Mối quan hệ hai ngôi có thuộc tính riêng, có cặp bản số (1,1) ---- (1,n) thì
chuyển thành một quan hệ có tên là tên của mối quan hệ, có thuộc tính là thuộc
tính của mối quan hệ và có khoá là khoá của các thực thể tham gia vào mối
quan hệ và khóa của mối quan hệ (nếu có).
Ví dụ:
(1,n)
(1,1)
Nhân viên
- Mã NV
- Họ NV
- Tên NV
- Ngày sinh
Thuộc
- Năm
Đơn vị
- Mã đơn vị
- Tên đơn vị
Được chuyển thành
Nhân viên (Mã NV , Họ NV,Tên NV, Ngày sinh)
Đơn vị
Thuộc
(Mã đơn vị, Tên đơn vị)
(Mã NV, Mã đơn vị, Năm)
Mô tả dưới dạng bảng:
75
1
1
n
n
Qui tắc 5 Chuyển đổi mối quan hệ hai ngôi 1-1
Đối với mối quan hệ hai ngôi có cặp bản số (1,1)----(1,1) trong mô hình ER, ta
xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể E và E’ tham gia
vào mối quan hệ R. Khi đó, tuỳ thuộc vào sự tham gia của E và E’ đối với mối
quan hệ R là toàn bộ hay cục bộ (chỉ số cực tiểu của bản số tại cung nối tương
ứng trong sơ đồ ER là 1 hay 0) mà ta có các chọn lựa cách thực hiện khác nhau
cho việc chuyển đổi. Xét cách chuyển đổi mối quan hệ 1-1 như sau:
Trường hợp 1 (khi cả E và E’ tham gia toàn bộ vào mối quan hệ)
Ta gộp các quan hệ tương ứng S và S’ thành một quan hệ T bao gồm đầy
đủ các thuộc tính của S và S’ và tất cả các thuộc tính đơn trị của mối quan hệ R.
Chọn khoá chính của T là khoá chính của S hoặc S’.
Ví dụ:
(1,1)
(1,1)
Trưởng khoa
HTen
Địa chỉ
Khoa
MãKhoa
Tênkhoa
SĐT
Lãnh đạo
Số năm
Được chuyển thành
Lãnh đạo (Mãkhoa, HTen, Địa chỉ, Tênkhoa, SĐT, Số năm)
Trường hợp 2: (chỉ có một tập thực thể tham gia toàn bộ vào mối quan hệ)
Thực hiện việc gộp các quan hệ như trường hợp 1 nhưng phải chọn khoá
chính của T là khoá chính của quan hệ tương ứng với tập thực thể tham gia toàn
bộ vào mối quan hệ R. Ngược lại, nếu cả E và E’ chỉ tham gia cục bộ vào mối
76
quan hệ R (chỉ số cực tiểu của các bản số tại các cung nối tương ứng đều là 0),
thì ta không thể thực hiện việc chuyển đổi mối quan hệ 1-1 theo cách này, do
khoá của một quan hệ không chấp nhận giá trị null.
Ngoài ra, ta cũng giả thiết rằng cách thực hiện này sẽ không được sử
dụng trong mọi trường hợp, bởi vì bản chất của việc gộp hai tập thực thể thành
một sẽ làm mất ý nghĩa và vai trò của các tập thực thể này trong mô hình ER.
Trường hợp 3: (khi cả E và E’ tham gia cục bộ vào mối quan hệ)
Khi đó ta tạo thêm một quan hệ mới T nhằm biểu diễn mối quan hệ R.
Các thuộc tính trong T bao gồm tất cả các thuộc tính đơn trị của mối quan hệ R,
và các khoángoài của T lần lượt tham chiếu đến các khoá chính của S và S’.
Ngoài ra chọn khoá chính cho T là một trong các khoá ngoài này.
Ví dụ:
(0,1)
Nam
Mãnam
HTên nam
Địa chỉ
Nữ
Mãnữ
HTên nữ
SĐT
(0,1)
Kết hôn
Ngày
Được chuyển thành
Nam (Mãnam, HTên nam, Địa chỉ)
Nữ (Mãnữ, HTên nữ, SĐT)
Kết hôn (Mãnam, Mãnữ, Ngày)
Trường hợp 4. (Thành lập một khoá ngoại cho một quan hệ)
Chọn một trong hai quan hệ này (nên ưu tiên chọn quan hệ có tập thực
thể tương ứng tham gia toàn bộ vào mối quan hệ R, hay chỉ số cực tiểu của cung
nối tương ứng là 1), giả sử ta chọn S, từ đó bổ sung vào S tất cả các thuộc tính
đơn trị của mối quan hệ R. Đồng thời bổ sung vào S khoá ngoài của S tham
chiếu đến khoá chính của S’.
Lưu ý rằng nếu E và E’ đều tham gia toàn bộ vào mối quan hệ R, thì khoá
ngoài F trên S đồng thời cũng là một khoá của s.
77
Một hạn chế của cách chuyển đổi này đó là: giá trị các thuộc tính R và F
của một số bộ trên S có thể phải nhận giá trị null trong trường hợp cả E và E’
đều không tham gia toàn bộ vào mối quan hệ R.
Qui tắc 6: Mối quan hệ hai ngôi có cặp bản số (1,n) ---- (1,n) hay mối quan hệ
nhiều hơn hai ngôi (không phân biệt bản số) được chuyển thành một quan hệ:
có tên là tên của mối quan hệ; có khóa là khóa của tất cả các tập thực thể tham
gia vào mối quan hệ - có thể có khóa riêng của mối quan hệ - có thuộc tính là
các thuộc tính riêng của nó (nếu có).
Ví dụ 1:
(1,n)
(1,n)
Giáo viên
Mã GV
Họ Tên
Sinh viên
Dạy
Mã SV
Họ Tên
Lớp
Trình độ
Mối quan hệ Dạy được chuyển thành một quan hệ sau:
Dạy(Mã GV, Mã SV)
Mô tả dưới dạng bảng:
1
1
n
n
Ví dụ 2:
(1,n)
Phiếu xuất kho
-Số phiếu
-Ngày
(0,n)
Hàng
-Mã hàng
-Tên hàng
Chứa
-Số lượng
-Tên KH
Mối quan hệ Chứa được chuyển thành một quan hệ sau:
Chứa (Số phiếu, Mã hàng, Sốlượng)
Mô tả dưới dạng bảng:
78
1
1
n
n
Qui tắc 7: Mối quan hệ phản xạ (đệ quy)
a. Mối quan hệ phản xạ dạng (1,n) và không có thuộc tính:
Mối quan hệ phản xạ dạng (1,n) và không có thuộc tính được chuyển
hành một quan hệ, có tên là tên của mối quan hệ, có khóa là khóa của tập thực
thể, có thêm một thuộc tính mới để làm khóa ngoại, thuộc tính mới này nhận
những giá trị thuộc miền giá trị của khóa tập thực thể.
(0,n)
NHÂN VIÊN
-Mã NV
Quản lý
-Tên NV
(1,1)
-NSinh
Từ quan hệ NHÂN VIÊN (Mã NV, Tên NV, NSinh) ban đầu trở thành quan hệ
NHÂN VIÊN (Mã NV, Tên NV, NSinh, Mã người QL). Trong quan hệ này, Mã người
QL là khóa ngoại có cùng miền giá trị với Mã NV. Nghĩa là, với mỗi nhân viên
cụ thể, giá trị của Mã người QL là mã nhân viên của người quản lý mà họ trực
thuộc.
b. Mối quan hệ phản xạ dạng (n-n) hoặc có thuộc tính riêng
Mối quan hệ dạng này được biến đổi thành một quan hệ có khóa gồm
khóa của tập thực thể và có một thuộc tính thêm vào tham chiếu đến khóa của
tập thực thể; có thuộc tính là các thuộc tính riêng của mối quan hệ.
Ví dụ:
(0,n)
Đề mục
Chứa
-Số mục
-Tên mục
Số lượng
-Số trang
(1,n)
79
Mối quan hệ Chứa được chuyển thành quan hệ Chứa (Số mục, Số mục con,
Số lượng)
Ví dụ:
(0,1)
Công chức
Vợ chồng
-Mã CC
-Tên CC
Ngày cưới
(1,n)
Mối quan hệ Vợ chồng được chuyển thành quan hệ:
Vợ chồng (Mã CC, Mã vợchồng, Ngày cưới), trong đó giá trị của Mã vợchồng
có giá trị được lấy trong thuộc tính Mã CC của quan hệ công chức.
4.2.3. Thuật toán chuyển đổi mô hình ER thành các quan hệ
Đầu vào của thuật toán chuyển đổi trong phương pháp này là mô hình
ER. Kết quả của việc chuyển đổi này là tập các quan hệ và các khoá chính
(primary key) của chúng. Ngoài ra, nhằm chi tiết hoá các kết quả đầu ra của
thuật toán chuyển đổi, cũng như xác định rõ ngữ nghĩa mối quan hệ giữa các
quan hệ (các bảng) bên trong mô hình quan hệ thu được, chúng ta còn quan tâm
đến việc xác định rõ thông tin về tập các khoá ngoài (foreign keys) trên mỗi
quan hệ kết quả, đồng thời thực hiện việc hình thức hoá thuật toán chuyển đổi
này thông qua một số định nghĩa, ký hiệu quy ước và các thuật toán tựa Pascal.
Các quan hệ thu được có thể xem là kết quả của một ánh xạ từ các tập
thực thể và các mối quan hệ tương ứng. Thuật toán thực hiện việc ánh xạ từ mô
hình ER vào mô hình quan hệ trải qua các bước: chuyển đổi các tập thực thể,
chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên 1-1, chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên 1-
nhiều, chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên nhiều-nhiều, chuyển đổi mối quan hệ
đa nguyên, chuyển đổi thuộc tính đa trị, và chuyển đổi mối quan hệ is-a.
Trước tiên, ta quy ước một số ký hiệu như sau:
ER: mô hình ER mà ta muốn thực hiện việc chuyển đổi (đầu vào của
thuật toán)
DB: tập các quan hệ trong mô hình quan hệ (đầu ra của thuật toán)
80
UR : tập tất cả các thuộc tính của quan hệ R
E : tập tất cả các thuộc tính đơn trị của tập thực thể E
R : tập tất cả các thuộc tính (đơn trị) của mối quan hệ R
PKR : khoá chính của quan hệ R
KE : tập các thuộc tính khoá của tập thực thể E
FKR : tập tất cả các khoá ngoài của quan hệ R
min(E; R), max(E; R): các chỉ số cực tiểu và cực đại của bản số trên
cung nối tập thực thể E với mối quan hệ R
Ngoài ra, để chỉ FK là một khoá ngoài của quan hệ R (tức: FK FKR)
tham chiếu đến khoá chính của quan hệ R’ ta sử dụng ký hiệu: FK PKR. Tên
các thuộc tính có trong FK có thể khác so với tên các thuộc tính có trong PKR’,
nhưng FK cần thoả mãn đồng thời hai điều kiện sau:
(1). Các thuộc tính trong FK có cùng miền trị với các thuộc tính trong
PKR’;
(2). Giá trị của FK tại một bộ t thuộc R chỉ có thể là null hoặc bằng giá trị
của PKR’ tại một bộ t’nào đó thuộc R’
Các điều kiện trên của khoá ngoài FK đặc tả một ràng buộc toàn vẹn
tham chiếu (referential integrity constraint) giữa hai quan hệ R và R’
Lưu ý rằng, để chỉ ràng buộc toàn vẹn tham chiếu này, đồng thời tên các
thuộc tính có trong FK phải trùng tên với các thuộc tính tương ứng có trong
PKR’, ta ký hiệu: FK PKR’
Thuật toán chuyển đổi từ mô hình ER thành mô hình quan hệ trải qua các
bước sau:
Bước 1. Chuyển đổi các tập thực thể
Tương ứng với mỗi tập thực thể E trong ER, ta tạo ra một quan hệ R chứa
tất cả các thuộc tính đơn trị của tập thực thể đó. Đối với mỗi thuộc tính đơn trị
và phức hợp trên E phải được chuyển thành các thuộc tính đơn trên R. Chuyển
đổi này nhằm cho phép biểu diễn mỗi thực thể của E bởi một bộ của quan hệ R.
Ta có: UR = E. Ngoài ra, chọn PKR là một trong những thuộc tính khoá của E.
81
Nghĩa là: PKR = k, với k KE. Như vậy, ta có thuật toán chuyển đổi các tập thực
thể như sau.
Thuật toán 1.3. Chuyển đổi các tập thực thể
Input:
Tập thực thể E thuộc ER
Output:
Các quan hệ R thuộc DB và các PKR tương ứng
Method:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
DB:= ;
for mỗi tập thực thể mạnh E trong ER do
Tạo ra một quan hệ R với UR = E;
Chọn PKR = k, với k KE;
DB := DB {R};
endfor;
Bước 3. Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên 1-1
Thuật toán 3.2. Chuyển đổi mối quan hệ 1-1
Input:
Các mối quan hệ 1-1 trên ER
Output:
mỗi quan hệ
Các quan hệ thuộc DB kèm khoá chính, khoá ngoài tương ứng với
Method:
1.
2.
3.
4.
5.
for mỗi mối quan hệ R là quan hệ 1-1 trong ER do
Xác định các tập thực thể E và E’ tham gia vào mối quan hệ R;
Xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể E và E’;
if min(E; R) = 0 and min(E’; R) = 0 then
Tạo ra một quan hệ mới T với UT = R F F’ trong đó
F FKT: F PKS và F’ FKT: F’ PKS’;
Chọn PKT = F hoặc F’;
6.
7.
8.
9.
Chọn FKT = {F, F’};
DB := DB {T};
endif;
82
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
if min(E; R) = 1 then
US:= US R F, với F FKS: F PKS’;
FKS := FKS {F};
else (*khi đó: min(E’; R) = 1*)
US’:= US’ R F’, với F’ FKT: F’ PKS;
FKS’ := FKS’ {F’};
endif;
17. endfor;
Bước 3. Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên 1-nhiều
Thuật toán 3.3. Chuyển đổi mối quan hệ 1-nhiều
Input:
Các mối quan hệ 1-nhiều trên ER
Output:
mỗi quan hệ
Các quan hệ thuộc DB kèm khoá chính, khoá ngoài tương ứng với
Method:
1.
2.
for mỗi mối quan hệ R là quan hệ 1-nhiều trong ER do
Xác định các tập thực thể E (“phía nhiều”) và E’ (“phía 1”) tham
gia vào mối quan hệ R;
3.
4.
5.
Xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể E và E’;
if min(E; R) = 0 then
Tạo ra một quan hệ mới T với UT = R F F’ trong đó
F FKT: F PKS và F’ FKT: F’ PKS’ ;
6.
7.
8.
9.
Chọn PKT = F’
Chọn FKT = {F, F’};
DB := DB {T};
else
10.
11.
12.
US:= US R F, với F FKS: F PKS’;
FKS := FKS {F};
endif;
13. endfor;
Bước 4. Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên nhiều-nhiều
Thuật toán 3.4. Chuyển đổi mối quan hệ nhiều-nhiều
Input: Các mối quan hệ nhiều-nhiều trên ER
Output: Các quan hệ thuộc DB kèm khoá chính, khoá ngoài tương ứng với mỗi
quan hệ
83
Method:
1.
2.
for mỗi mối quan hệ R là quan hệ nhiều-nhiều trong ER do
Xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể tham
gia vào mối quan hệ R;
3.
Tạo ra một quan hệ mới T với UT = R F F’ với
F FKT: F PKS và F’ FKT: F’ PKS’;
Chọn PKT = F F’;
4.
5.
6.
7.
Chọn FKT = {F, F’};
DB := DB {T};
endfor;
Nhận xét: Lưu ý rằng việc chuyển đổi mối quan hệ phản xạ R (hai vai
trò) trên cùng một tập thực thể E là một trường hợp đặc biệt của các mối quan
hệ nhị nguyên (1-1, 1-nhiều và nhiều-nhiều). Cụ thể, gọi S là quan hệ tương ứng
với tập thực thể E. Khi đó, nếu mối quan hệ phản xạ R là mối quan hệ 1-1 hoặc
1-nhiều, thì một khoá ngoài của S tham chiếu vào chính khoá chính của S sẽ
được bổ sung, cùng với tất cả các thuộc tính đơn trị của mối quan hệ R. Và nếu
mối quan hệ phản xạ R là mối quan hệ nhiều-nhiều thì một quan hệ mới T được
tạo ra. Các thuộc tính trong T gồm hai khoá ngoài của T cùng tham chiếu (theo
vai trò) đến khoá chính của S, và tất cả các thuộc tính đơn trị của mối quan hệ R.
Bước 6. Chuyển đổi mối quan hệ is-a
Tương tự như mối quan hệ kế thừa trong mô hình hướng đối tượng, một
tập thực thể E có mối quan hệ is-a với tập thực thể E (ký hiệu là “E is-a E”) có
nghĩa rằng một thực thể thuộc E thì cũng thuộc E và tất cả các thuộc tính có
trong E thì cũng có trong E. Các thuộc tính bổ sung trên E nhằm chi tiết hoá
các đặc điểm của tập thực thể E. Vì vậy, E còn được gọi là một lớp con của E,
hay E là lớp cha của E. Khi đó, việc chuyển đổi mối quan hệ is-a được thực
hiện như sau:
Xét một tập thực thể E có mối quan hệ is-a với tập thực thể E, ta lần lượt
xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể E và E’. Từ đó bổ
84
sung vào tập thuộc tính của quan hệ S khoá chính PKS đồng thời cũng là khoá
ngoài tham chiếu đến khoá chính có cùng tên trên quan hệ S’. Tức là ta có: PKS
FKS: PKS PKS’ ;
Thuật toán 3.5. Chuyển đổi mối quan hệ is-a
Input: Các mối quan hệ is-a trên ER
Output: Các quan hệ thuộc DB kèm khoá chính, khoá ngoài tương ứng
Method:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
for mỗi mối quan hệ “E is-a E” trong ER do
Xác định các quan hệ S và S’ tương ứng với các tập thực thể E và E’;
US := US F , với F FKS: F PKS’ ;
PKS := F;
FKS := FKS {F};
endfor;
Lưu ý rằng, trên thực tế có nhiều cách để chuyển đổi mối quan hệ is-a
giữa các lớp con và một lớp cha. Chẳng hạn, một số phương pháp chỉ sử dụng
một quan hệ để biểu diễn lớp cha và kèm thông tin về các lớp con, bằng cách
ghi nhận đồng thời tất cả các thuộc tính của tất cả các lớp con trên đó. Ở đây
chúng ta chỉ nêu một phương pháp tiêu biểu cho bước chuyển đổi này. Mặc dù
phương pháp chuyển đổi này có ưu điểm là giải quyết được hầu hết các khả
năng về tính kế thừa của các lớp con, chẳng hạn như việc tải bội (overlapping).
Tuy nhiên, ngữ nghĩa của mối quan hệ is-a là không còn thể hiện rõ trong mô
hình quan hệ thu được. Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiều quan hệ sẽ đòi hỏi chi
phí cho các phép kết nối tự nhiên đối với một số các truy vấn.
Ngược lại, các phương pháp chỉ sử dụng một quan hệ để biểu diễn lớp
cha và các lớp con, mặc dù có nhược điểm là gây dư thừa dữ liệu (xuất hiện
nhiều giá trị null trên một số thuộc tính đối với các bộ thuộc lớp con không có
thuộc tính đó), nhưng sẽ tạo thuận lợi cho việc xử lý cũng như tiết kiệm chi phí
các truy vấn được thực hiện trên quan hệ đó. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể
85
phát hiện ngữ nghĩa của mối quan hệ is-a trên các quan hệ đó dựa vào các thuật
toán khai phá tri thức và các luật liên quan đến các giá trị null.
4.2.3 Mô hình tổ chức dữ liệu
Mô hình tổ chức dữ liệu, còn gọi là mô hình cơ sở dữ liệu là toàn bộ các
quan hệ của bài toán được chuyển đổi từ mô hình quan niệm dữ liệu theo các
quy tắc chuyển đổi trên.
Ví dụ 1: Chuyển mô hình quan niệm về dữ liệu sang mô hình tổ chức dữ liệu
của HTTT "Quản lý kho hàng"
Nhà CC
Kho
Khhàng
Mã NCC
Tên NCC
Đchỉ NCC
Tên kho
Đch ỉkho
Mãkhách
Tên khách
Đchỉ khách
(1,n)
(1,n)
(1,n)
Chứa
Nhập từ
Xuất cho
Tồn kho
(1,1)
(1,1)
(1,1)
Phiếu nhập
Hàng
(1,n)
PH XUẤT
(1,n)
(0,n)
(1,n)
Gồm hàng_X
Gồm hàng_N
SL nhập
SL_xuất
Số phiếu N
Ngày nhập
Mã hàng
Tên hàng
Đơn vị
Số phiếu_X
Ngàyxuất
Đơn giá
Mô hình thực thể -mối quan hệ của bài toán "QL Kho hàng"
Từ mô hình trên các quan hệ nhận được là
Nhà CC
Kho
(Mã NCC, Tên NCC, Đchỉ NCC)
(Tên kho, Đchỉ kho)
Khhàng
Phiếu nhập
Phiếu xuất
Hàng
(Mã khách, Tên khách, Đchỉ khách)
(Số phiếu_N, Ngày nhập, Mã NCC)
(Sốphiếu_X, Ngày xuất, Mãkhách)
(Mãhàng, Tênhàng, Đơnvị, Đơngiá, Tên kho)
86
Gồm hàng_N
Gồm hàng_X
Chứa
(Sốphiếu_N, Mãhàng, SL_nhập)
(Sốphiếu_X, Mãhàng, SL_xuất)
(Tồn kho, Tên kho, Mã hàng)
1
1
1
n
n
n
n
1
1
1
n
n
Ví dụ 2: Mô hình tổ chức dữ liệu của HTTT "Quản lý Công chức"
TỈNH
(MÃ TỈNH, TÊN TỈNH)
HUYỆN
ĐƯỜNG
(MÃ HUYỆN, TÊNHUYỆN, MÃ TỈNH)
(MÃ ĐƯỜNG, TÊN ĐƯỜNG)
BINH CHỦNG (MÃ BC, TÊN BC)
CẤP BẬC (MÃ CB ,TÊN CB)
CC BINH (MÃ CC, MÃ BC, MÃ CB, NGÀY NN, NGÀY XN)
CHỨC VỤ (MÃ CV, TÊN CV)
CƠ QUAN (MÃ CQ, TÊN CQ)
87
Tải về để xem bản đầy đủ
45 trang
09/05/2022
5120
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Phân tích thiết kế hệ thống thông tin - Chương 4: Mô hình tổ chức của hệ thống thông tin", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_phan_tich_thiet_ke_he_thong_thong_tin_chuong_4_mo.doc
