Giáo trình Phân tích thiết kế hệ thống thông tin - Chương 5: Mức vật lý của hệ thống thông tin

Chương 5

MỨC VẬT LÝ CỦA HTTT

Ở mức tổ chức, khi xem xét mô hình cơ sở dữ liệu thực chất chúng ta

chỉ quan tâm đến cấu trúc lô gic của dữ liệu. Cấu trúc đó được thể hiện một

cách độc lập với máy tính và các phần mềm quản trị dữ liệu cụ thể. Mức vật

lý sẽ là thể hiện cụ thể trên máy tính cho giải pháp dữ liệu đã được lựa chọn.

Nó được thể hiện ở hai khía cạnh: cấu trúc dữ liệu cụ thể và phương thức truy

nhập. Cũng như hai mức đã khảo sát ở trước, mức vật lý được mô tả qua hai

mô hình: mô hình vật lý về dữ liệu và mô hình vật lý về xử lý.

5.1 Mô hình vật lý về dữ liệu

5.1.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý

Thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý là bước cuối cùng của giai đoạn thiết kế dữ

liệu. Quá trình thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý là quá trình ánh xạ cấu trúc dữ liệu

logic được xây dựng ở mô hình tổ chức dữ liệu vào mô hình bên trong hệ

thống. Đa số các hệ thống thông tin hiện nay đều sử dụng một hệ quản trị cơ

sở dữ liệu nào đó để tạo ra cơ sở dữ liệu cho hệ thống. Thiết kế cơ sở dữ liệu

vật lý bao gồm các bước sau:

▪ Thiết kế cơ sở dữ liệu: mô tả các file dữ liệu, file chỉ mục,... sẽ được

truy cập trong bộ nhớ máy tính như thế nào.

▪ Thiết kế hệ thống và cấu trúc chương trình: mô tả các chương trình và

các mô đun chương trình khác nhau tương ứng với sơ đồ luồng dữ liệu

và những yêu cầu đặt ra trong các bước phân tích trước.

▪ Thiết kế chiến lược xử lý phân tán: mô tả hệ thống xử lý dữ liệu như

thế nào và các xử lý cho người sử dụng trên mạng máy tính.

Thông thường, người ta sử dụng các thông tin dưới đây để tạo cơ sở dữ

liệu vật lý:

▪ Các quan hệ đã chuẩn hoá

▪ Định nghĩa các thuộc tính

137

▪ Các mô tả cho biết ở đâu và khi nào dữ liệu được sử dụng (đọc, sửa

chữa, xoá,...)

▪ Các công nghệ được sử dụng để triển khai việc xây dựng cơ sở dữ liệu.

Mặc dù trong giai đoạn thiết kế dữ liệu chúng ta đã cố gắng chuẩn hóa các

lược đồ quan hệ với hy vọng là các lược đồ đều ở dạng chuẩn 3, nhưng khi cài

đặt cụ thể các file dữ liệu để tiện lợi chúng ta có thể bổ sung vào một số

trường tính toán, hình thành một số trường phức hợp, đưa vào một số trường

được phân rã từ một trường khác. Thậm chí, có thể ghép hai lược đồ ở dạng

chuẩn 3, phá vỡ ý nghĩa của chuẩn hóa, để tiện việc xử lý.

Hiện nay nhiều công cụ CASE độc lập hoặc được tích hợp trong một số hệ

quản trị cơ sở dữ liệu để hỗ trợ cho quá trình thiết kế cơ sở dữ liệu. Trên cơ sở

cấu trúc dữ liệu vật lý được cung cấp, các CASE sẽ tạo ra các hệ thống file

cần thiết phục vụ cho hoạt động của hệ thống. Chẳng hạn, Designer của

Oracle, SQL,...

Tập hợp tất cả các quan hệ được hình thành từ mô hình tổ chức dữ liệu,

các file phục vụ cho hoạt động của hệ thống được gọi là mô hình vật lý về dữ

liệu của hệ thống thông tin.

5.1.2 Thiết kế các trường

Ở mức vật lý, một trường được đồng nhất với một thuộc tính trong mô

hình tổ chức dữ liệu. Trường là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất một phần mềm hệ

thống nhận ra.

▪ Các yêu cầu về việc thiết kế các trường

- Tiết kiệm không gian nhớ

- Biểu diễn được mọi giá trị có thể

- Cài đặt các ràng buộc toàn vẹn của dữ liệu

- Đặt giá trị mặc định (Default) để giảm thiểu thời gian nhập dữ

liệu

▪ Chọn kiểu dữ liệu và độ rộng của trường

138

Hầu hết các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thương mại đều cung cấp cho

người dùng các kiểu dữ liệu thông dụng như: text, number, logical,

date, time,... Khi chọn kiểu dữ liệu và độ rộng trường nên chọn đúng

kiểu và khai báo độ rộng vừa đủ, không nên làm phức tạp cấu trúc dữ

liệu của hệ thống.

5.1.2 Thiết kế các file

Một hệ thống thông tin hoạt động thường sử dụng sáu loại file dưới

đây:

▪ File dữ liệu (data file): file chứa các dữ liệu nghiệp vụ liên quan đến

mô hình logic dữ liệu và mô hình vật lý dữ liệu. Loại file này luôn tồn

tại và có nội dung thay đổi. Ví dụ, file chứa các thông tin về khách

hàng, file chứa các thông tin về sách trong thư viện,...

▪ File tham chiếu từ bảng (lookup table file): file chứa các dữ liệu được

lấy từ các bảng dữ liệu. Những file này thường sử dụng trong các

trường hợp lấy dữ liệu nhanh để kết xuất thông tin.

▪ File giao dịch ( transaction file): là file dữ liệu tạm thời phục vụ cho

các hoạt động hằng ngày của tổ chức. File này thường được thiết kế để

phục vụ việc xử lý nhanh các tình huống có thể xảy ra.

▪ File làm việc (work file): file tạm thời để lưu kết quả trung gian, file

này tự động xoá đi khi không cần thiết.

▪ File bảo vệ (protection file): file được thiết kế để lưu trữ các file khác

nhau có nguy cơ bị sai hỏng trong quá trình làm việc.

▪ File lịch sử (history file): file chứa những dữ liệu cũ hiện không sử

dụng, nhưng có thể sử dụng để làm một việc gì đó khi cần thiết.

5.1.3 Các hệ quản lý file

File là đơn vị lưu trữ của bộ nhớ ngoài dưới một hệ điều hành nào đó. Mọi

thông tin lưu trên bộ nhớ ngoài đều được tổ chức thành từng file. Về bản chất

139

thông tin, file có thể là văn bản, chương trình, dữ liệu,... nhưng dù thế nào

chúng chỉ là dãy các bit dữ liệu.

Quản lý file là thực hiện các thao tác như lưu trữ, tìm kiếm, di chuyển,

xóa, thiết lập thuộc tính cho file. Mặc dù các thao tác này được thực hiện

thông qua hệ điều hành nhưng trên thực tế có nhiều phần mềm được sử dụng

để quản lý các file dễ dàng và tiện lợi hơn. Chú ý rằng không có sự tương hợp

giữa kích thuớc file và bộ nhớ trong nên khi đọc/ghi một file hệ điều hành sử

dụng chiến lược bộ nhớ đệm để lưu hình ảnh của file hoặc một đoạn của file

đó trong bộ nhớ này.

5.1.4 Các cấu trúc dữ liệu và phương thức truy nhập

a. Tổ chức file tuần tự và truy nhập tuần tự:

Các bản ghi trong file được sắp xếp liên tiếp nhau. Việc truy nhập đến

một nơi nào đó trong file được thực hiện theo thể thức duyệt lần lược cho đến

khi gặp bản ghi cần tìm. Cách này thường mất thời gian nhưng trong một số

trường hợp là cách duy nhất để tìm kiếm thông tin.

b. Truy nhập ngẫu nhiên theo hàm băm

Trong trường hợp này các bản ghi được chia thành nhiều khối có độ dài

như nhau và người ta xây dựng một hàm băm cho phép tính địa chỉ của khối

dữ liệu chứa bản ghi theo khóa của bản ghi đó.

c. Truy nhập theo file chỉ mục

Các bản ghi các file có thể sắp xếp tùy ý. Một file chỉ mục được tạo ra

cho phép xác định được vị trí của mỗi bản ghi cụ thể trong file gốc. Nhược

điểm của phương pháp này là phải tốn không gian để lưu file chỉ mục

5.1.5 Thiết kế kiểm soát các file

Nhằm bảo vệ dữ liệu và chống lại sự phá hủy của người khác thông

thường người ta sử dụng hai biện pháp kỹ thuật là sao lưu và mã hóa file dữ

liệu.

a. Thủ tục sao lưu file

140

Các file quan trọng cần được lưu trữ vào một thiết bị riêng theo một chu

kỳ được xác định, khi cần sẽ lấy ra để sử dụng. Từ việc nghiên cứu hệ thống,

hoặc từ kinh nghiệm chúng ta có thể quyết định các file nào cần sao lưu. Việc

tổ chức sao lưu cũng có thể thực hiện bởi phần mềm trợ giúp, phần mềm này

có nhiệm vụ nhắc nhở người sử dụng công việc sao lưu.

b. Đặt mật khẩu cho chương trình và mã hoá nội dung file

Nhằm bảo đảm an toàn nội dung các file, nhất là một số ứng dụng về quân

sự, tài chính,... thông thường người ta đặt mật khẩu (password) hoặc mã hóa

nội dung file. File chỉ có thể được mở ra để làm việc nếu người sử dụng đưa

dung mật khẩu. Mã hóa nội dung file là chuyển cách biểu diễn dữ liệu của file

sang một dạng khác. Nhiều hệ điều hành và phần mềm quản lý dữ liệu đã

cung cấp công cụ mã hóa và giải mã dữ liệu.

5.1.6 Xác định quy mô file và không gian lưu trữ cần thiết

Một ví dụ về thiết kế file dữ liệu

Trong hệ thống thông tin “Quản lý kho hàng ” chúng ta đã có mô hình tổ

chức dữ liệu của hệ thống là các quan hệ sau:

Nhà CC

Kho

(Mã NCC, Tên NCC, Đchỉ NCC)

(Tên kho, Đchỉ kho)

Khhàng

(Mã khách, Tên khách, Đchỉ khách)

(Số phiếu_N, Ngày nhập, Mã NCC)

(Sốphiếu_X, Ngày xuất, Mãkhách)

(Mãhàng, Tênhàng, Đơnvị, Đơngiá, Tên kho)

(Sốphiếu_N, Mãhàng, SL_nhập)

Phiếu nhập

Phiếu xuất

Hàng

Gồm hàng_N

Gồm hàng_X

(Sốphiếu_X, Mãhàng, SL_xuất)

(Tồn kho, Tên kho, Mã hàng)

Chứa

Dựa vào các khảo sát trước đây và các quan hệ trên hãy mô tả chúng dưới

dạng các khai báo sau:

141

NHA_CC

Fieldname Data type Field size

MA_NCC (K)

Format

Chữ hoa

Validation Rule

Text

2

Len()=2

TEN_NCC

30

50

Chữ đầu viết hoa Not null

Chữ đầu viết hoa

ĐCHI_NCC

KHO

Fieldname Data type Field size

Format

Chữ hoa

Validation Rule

TENKHO (K)

Text

8

DCHI_KHO

25

Chữ đầu viết hoa

KHHANG

Fieldname

Data type Field size

Format

Validation Rule

MAKHACH (K)

TENKHACH

ĐCHI_KHACH

Text

3

Chữ hoa

Len()=3

30

50

Chữ đầu viết hoa Not null

Chữ đầu viết hoa

PHIEUXUAT

Fieldname

SOPHIEU_X (K)

MAKHACH (FK)

NGAYXUAT

Data type Field size

Format

Chữ số

Validation Rule

Len()=8

Text

Date

8

3

8

Chữ hoa

Len()=3

dd-mm-yy

142

PHIEUNHAP

Fieldname

Data

type

Field

size

Format

Validation Rule

SOPHIEU_N (K)

MA_NCC (FK)

NGAYNHAP

Text

Date

8

2

8

Chữ số

Len()=8

Len()=2

Chữ hoa

dd-mm-yy

HANG

Fieldname Data type Field size

Format

Validation Rule

MAHANG (K)

Text

Num

Text

4

Chữ hoa+Chữ số Len()=6

Chữ đầu viết hoa Not null

Chữ đầu viết hoa

Số nguyên

TENHANG

DONVI

30

6

DONGIA

7

TENKHO (FK)

8

Chữ hoa

HANGNHAP

Fieldname

SOPHIEU_N (K)

MAHANG (K)

SL_NHAP

Data type Field size

Format

Chữ số

Validation Rule

Len()=8

Text

Num

8

4

Chữ hoa+Chữ số Len()=6

Số nguyên

143

HANGXUAT

Fieldname

Data type Field size

Format

Chữ số

Validation Rule

SOPHIEU_X (K)

MAHANG (K)

SL_XUAT

Text

Num

8

4

Len()=8

Chữ hoa+Chữ số Len()=6

Số nguyên

CHUA

Fieldname

TENKHO (K)

TONKHO

Data type Field size

Format

Chữ hoa

Validation Rule

Text

Num

Text

8

6

4

Số nguyên

MAHANG (K)

Chữ hoa+Chữ số Len()=6

5.2 Mô hình vật lý về xử lý (mức tác nghiệp)

5.2.1 Mục đích:

Mô hình này trả lời cho câu hỏi cuối cùng là: các công việc hoạt động

như thế nào? Từ mô hình tổ chức xử lý đã có, người phân tích sẽ tiến hành

xem xét, biến các chức năng, công việc thành các đơn vị chương trình. Ứng

với mỗi đơn vị chương trình này người phân tích phải viết một đặc tả chi tiết

để chuẩn bị cho việc lập trình.

5.2.2 Mô đun xử lý

Mô đun xử lý là thể hiện các công việc có liên quan với nhau và được

thực hiện liền mạch nhằm thực hiện một chức năng nào đó. Nói chung tiêu

chuẩn để xác định một mô đun xử lý khá mờ, nó chỉ nêu lên phương hướng

phân rã chức năng mà không xác định chính xác quy mô của các mô đun.

144

Thông thường một mô đun xử lý thể hiện một công đoạn có bản chất là cập

nhật hoặc tra cứu dữ liệu và thao tác trên một nhóm dữ liệu nhỏ.

Ví dụ, Chức năng làm phiếu xuất kho sẽ bao gồm các mô đun sau:

- Tra cứu danh sách các đại lý để kiểm tra khách hàng

- Kiểm tra hàng tồn kho

- Lấy yêu cầu để lập phiếu xuất và cập nhật tồn kho

5.2.3 Phân rã mô đun

Để dễ dàng trong việc mã hoá, cài đặt chương trình và sửa chữa chương

trình, người ta phân rã một mô đun thành nhiều mô đun con. Một mô đun con

phân rã đến lúc không thể tách thêm được nữa được gọi là mô đun sơ cấp.

Tuy nhiên, việc phân rã này phải bảo đảm mối liên hệ giữa mô đun lớn với

các mô đun con. Trong thực tế thường xảy ra trường hợp phân rã mô đun nhỏ

đến một mức nào đó có thể xuất hiện các mô đun chung, điều này sẽ giảm nhẹ

công sức lập trình sau này. Phân rã mô đun cũng gợi ra giao diện chọn chức

năng theo kiểu thực đơn trong chương trình tổng thể sau này. Để mô tả việc

phân rã mô đun thành nhiều mô đun con, người ta dùng sơ đồ phân rã chức

năng như sau:

Làm phiếu xuất kho

Kiểm tra tư cách đại lý

Tra cứu tồn kho

Nhập yêu cầu,

Làm phiếu xuất ,

Cập nhật tồn kho

Các yếu tố để phân rã mô đun

a. Phân rã mô đun theo điểm công tác: điều này thể hiện ở chổ nhiều người

hoặc nhiều bộ phận có những công việc như nhau, như thế các chức năng có

cùng một nơi làm việc được gom thành một mô đun. Ví dụ, các thông tin về

145

nâng bậc lương, chuyển ngạch,... không những cần cho bộ phận tổ chức mà

còn cho bộ phận kế toán. do đó phải có một mô đun chung để cập nhật, tra

cứu các thông tin này.

b. Phân rã mô đun theo hướng chức năng: theo cách này các chức năng có

cùng chung một công việc được tổ chức riêng.

c. Phân rã mô đun theo thời gian: thời gian cũng có thể một yếu tố để phân rã

mô đun. Ví dụ, việc in báo cáo kết quả học tập của sinh viên được thực hiện

vào cuối năm học với hàng loạt các báo cáo khác như báo cáo khối lượng

công tác của giáo viên,...

5.2.4 Sơ đồ tổng thể phân rã chức năng:

Dựa trên kết quả phân rã mô đun, người phân tích phải lên một sơ đồ

tổng thể các chức năng để hướng đến cấu trúc hoá chương trình. Hiện nay có

một vài quan điểm về việc gộp các mô đun thành từng nhóm chức năng trong

chương trình.

a. Gộp các mô đun theo hướng đối tượng:

Gộp theo đối tượng là nhóm các chức năng theo dữ liệu hoặc theo tập

thực thể. Ví dụ, ba tập thực thể chính trong hệ thống thông tin “Quản lý đào

tạo” là sinh viên, giáo viên và môn học. Chúng ta có thể gộp các mô đun theo

các tập thực thể này theo sơ đồ sau:

146

CẬP NHẬT LÝ LỊCH SINH VIÊN

CẬP NHẬT ĐIỂM THI

ĐÀO TẠO

SINH VIÊN

THÔNG KÊ KẾT QUẢ HỌC TẬP

CẬP NHẬT LÝ LỊCH GIÁO VIÊN

GHI NHẬN KHỐI LƯỢNG GDẠY

GIÁO VIÊN

THÔNG KÊ GIẢNG DẠY

CẬP NHẬP MÔN HỌC

MÔN HỌC

LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO

PHÂN CÔNG GIẢNG DẠY

Hình 5.2a. Gộp các chức năng theo đối tượng

b. Gộp các mô đun theo sự kiện:

Gộp theo sự kiện là gộp theo hoạt động của hệ thống. Một sự kiện có

thể gây ra một loạt các chức năng của hệ thống. Ví dụ, trong hệ thống thông

tin “Quản lý kho hàng” có ba sự kiện chính là “Nhập hàng”, “Xuất hàng” và

“Báo cáo”. Chúng ta có thể gộp theo sự kiện các mô đun nay theo sơ đồ dưới

đây.

147

CẬP NHẬT SỐ LIỆU, CẬP NHẬT PHIẾU NHẬP,

QUẢN LÝ KHO

NHẬP HÀNG

CẬP NHẬT TỒN KHO

IN PHIẾU NHẬP

CẬP NHẬT SỐ LIỆU, CẬP NHẬT PHIẾU XUẤT,

XUẤT HÀNG

CẬP NHẬT TỒN KHO

IN PHIẾU XUẤT

BÁO CÁO TỒN KHO

CÂN ĐỐI KHO

BÁO CÁO

Hình 5.2.b Gộp các chức năng theo sự kiện

c. Gộp các mô đun theo sự tiện lợi:

Gộp theo sự tiện lợi là gộp các mô đun theo tiêu chuẩn tiện dụng hoặc

theo người sử dụng cụ thể hoặc theo mạch công việc. Ví dụ, trong hệ thống

thông tin “Quản lý khách sạn” thường có các mạch công việc như sau: Tiếp

nhận khách bao gồm các công việc: Cập nhật phòng, Giữ chổ, Check in. Dịch

vụ bao gồm các công việc: cập nhật dịch vụ, ghi nhận dịch vụ, thanh toán.

Thống kê bao gồm các công việc: Hệ số sử dụng phòng, Số lượng khách,

Doanh thu. Chúng ta có thể tổ chức các mô đun theo mạch công việc như sau:

148

QUẢN LÝ

TIẾP NHẬN

CẬP NHẬT PHÒNG

GIỮ CHỔ

KHÁCH SẠN

KHÁCH

CHECK IN

KHAI BÁO TẠM TRÚ

CẬP NHẬT DỊCH VỤ

GHI NHẬN DỊCH VỤ

THANH TOÁN

DỊCH VỤ

HỆ SỐ SỬ DỤNG PHÒNG

SỐ LƯỢNG KHÁCH

DOANH THU

THỐNG KÊ

Hình 5.2.c. Gộp các chức năng theo mạch

5.2.5 Mô tả các mô đun

Sau khi phân rã các mô đun, người phân tích phải chuyển giao các kết

quả phân tích thiết kế cho người lập trình đê chuẩn bị cài đặt. Các mô đun này

phải được mô tả một cách chi tiết thông qua các biểu đồ được gọi là IPO

Chart như sau:

149

IPO CHART

Số:______

Date: <ngày tạo môđun>

Designer: <người thiết kế>

Name of modun: <tên mô đun>

System:

<tên hệ thống thông tin>

Objective:

<mô tả mục đích của mô đun>

Call by: < danh sách các mô đun

Call: < danh sách các mô đun mà

mô đun này sẽ gọi>

gọi mô đun này>

Input: < danh sách các tham biến

và dữ liệu vào>

Output: < danh sách các tham biến

và dữ liệu ra>

Processing: < mô tả chi tiết quá trình xử lý bằng thuật giải rõ ràng>

Ví dụ: Mô đun Nhập dữ liệu cho bảng Huyện trong hệ thống thông tin “Quản

lý công chức”

IPO CHART

Số:______

Date: 01/01/2005

Name of modun: Nhập Huyện

System:Quản lý công chức

Designer: Nguyễn Mậu Hân

Objective:Nhập dữ liệu cho bảng Huyện

Call by: Main Menu

Call: None

Input: Bảng Tỉnh, Huyện

Output: Bảng Huyện

Processing:Tạo một Form nhập dữ liệu cho bảng Huyện. Trong Form tạo

một Combo box để chọ Mãtỉnh, Mãtỉnh là khoá của bảng Tỉnh và là FK của

bảng Huyện.

150