รายงานวชา การออกแบบและการโปรแกรมฐานขอมลสำาหรบวศวกร 618241

เรอง ระบบจดการฐานขอมลเชงสมพนธ (RDBMS)จดทำาโดย

นาย ญาณวฒ ฤทธดำารงชย 09571196

นาย ปยวฒน ศลาอาสน 09571256

นาย พชร นโลดม 09571259

นาย วรยทธ ลเทอดเกยรต 09571281

นาย อชระ จนทปต 09571316

เสนออาจารย ดร.ณฐพงศ วงศพรอมมล

คณะวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยอตสาหกรรมมหาวทยาลยศลปากรวทยาเขตพระราชวงสนาม

จนทรคำานำา

รายงานฉบบนจดทำาขนเพอเปนสวนหนงของวชาการออกแบบและโปรแกรมฐานขอมลสำาหรบวศวกร 618241 เพอใชศกษาหาความรในเรองการจดการฐานขอมลแบบระบบจดการฐานขอมลเชงสมพนธ (RDBMS) ทงในเรอง คณสมบตและชนดของ Relation ประเภทของ Key ทใชงาน อกทงเนอหาเบองตนเกยวกบระบบจดการฐานขอมลเชงสมพนธเพอเปนประโยชนในการศกษา การปฎบตงานตอไป

ผจดทำาหวงวา รายงานเลมนจะเปนประโยชนกบผอาน หรอนกเรยน นกศกษา ทกำาลงหาขอมลเรองนอย และหากมขอแนะนำาหรอขอผดพลาดประการใด ผจดทำาขอนอมรบไวและขออภยมา ณ ทนดวย

คณะผจดทำา

สารบญเรอง หนาคำานำา กสารบญ ข

ระบบฐานขอมลเชงสมพนธ 1

คณสมบตของ Relational 3

แนวคดของ E.F Codd 4

คาวาง (Null Values) 6

ชนดของ Relations 8

ประเภทของ key (Types of Keys) 9

คณลกษณะของระบบฐานขอมลเชงสมพนธ 10

ทำาไมจงตองฐานขอมลเชงสมพนธ 11

หนงสออางอง ค

ระบบฐานขอมลเชงสมพนธ(Relational Database Systems)

ระบบฐานขอมลเชงสมพนธ (Relational Database) เปนฐานขอมลทใชโมเดลเชงสมพนธ(Relational Database Model) เนองดวยแนวคดของแบบจำา ลองแบบนมลกษณะทคนใชกนทวกลาวคอมการเกบเปนตาราง ทำา ใหงายตอการเขาใจและการประยกตใชงาน ดวยเหตน ระบบฐานขอมลแบบนจงทไดรบความนยมมากทสด ในแงของ entity แบบจำา ลองแบบนคอ แฟมขอมลในรปตาราง และ attribute กเปรยบเหมอนเขตขอมล สวนความสมพนธคอความสมพนธระหวาง entity ฐานขอมลเชงสมพนธ คอ การเกบขอมลในรปของตาราง (table) ในแตละตารางแบงออกเปนแถวๆ และในแตละแถวจะแบงเปนคอลมน (Column) ในทางทฤษฎจะมคำา ศพทเฉพาะแตกตางออกไปเนองจากแบบจำาลองแบบนเกดจากทฤษฎทางคณตศาสตรเรองเซท(Set) ดงนน เราจะมคำาศพทเฉพาะดงน

ศพทเฉพาะ ศพททวไป

รเลชน (Relation) ตาราง (Table)

ทเปล (Tuple) แถว (Row) หรอ เรคคอรด (Record) หรอ ระเบยน

แอททรบวท (Attribute)

คอลมน (Column) หรอฟลด (Field)

คารดนลลต จำานวนแถว (Number of rows)

(Cardinality)

ดกร (Degree) จำานวนแอททรบวท (Number of attribute)

คยหลก (Primary key)

คาเอกลกษณ (Unique identifier)

โดเมน (Domain) ขอบขายของคาของขอมล (Pool of legal values)

อาจจะเขยนในรปสมการดงตอไปน R(รหสประจำา ตวประชาชน,ชอ,นามสกล,วนเกด) เนองจากแตละตารางสามารถมความสมพนธกนไดดงทกวาไวในขางตนทำาใหการเกบขอมลในรปแบบน มความคลองตวสงเพราะเราสามารถแยกเกบขอมลใน หลายตารางโดยอาศยความสมพนธดงกลาว และสามารถสบคนไดจากรหสพเศษทเรยกวา กญแจ(key) ดงรปท 5.2

ดวยเหตทวา RDBMS สามารถอธบายความสมพนธทซบซอนไดดมากกวา Model อน ๆเพราะ 1) เราสามารถกำา หนด (Define) ฐานขอมลโดยสรางตารางและตดสนใจวา Columns ใดในตารางจะมความสมพนธอยางไรกบ Column อน ๆ 2) เราสามารถคนหา (Query) Column ใด Column หนงหรอจากตางตารางกนไดโดยเสร 3) การเปลยนแปลงขอมล เพมเตม หรอ ลบ Column จากตางตารางกนไดโดยไมทำา ลายตารางเดมเลยเพราะความสมพนธระหวางตารางจะถกกำา หนดดวยMathematic Set function เชน Join และ Union ทำา ใหไดรบความนยมอยางสงทสดตลอดหลายสบปทผานมา

คณสมบตของ Relationalโดยทว ๆ ไป Relation หนง ๆ จะมคณสมบตตาง ๆ ดงน1) ไมม Tuples คใด ๆ เลยทซำากน (No duplicate tuples)2) ลำา ดบทของ Tuples ไมมความสำา คญ3) ลำา ดบทของ Attributes ไมมความสำา คญ4) คาของ Attribute จะเปนคาเดยว ๆ (Atomic) นนคอ คาของขอมลทปรากฏอยในตารางจะเปนคา ๆ เดยว เปนลสตของคาหลาย ๆ คาไมได ซง Relation ทมคณสมบตขอนจะถก

เรยกวาเปน Relation ทอยในรปแบบ Normal form5) คาของขอมลในแตละ Attribute จะบรรจคาของขอมลประเภทเดยวกน

แนวคดของ E.F Coddในป 1969, Dr. E.F.Codd เสนอแบบจำา ลองฐานขอมลทอาศยพนฐานของกลมขอมลเชงเลขคณต (Mathematical Concept of relational sets) ตงแตป 1970 นาย E.F. Codd ไดเสนอโมเดลแบบรเลชนนอล (Relational Model) โดยเขาเสนอกฏ 12 ขอทเปนบรรทดฐานวดวาระบบฐานขอมลใดบางทถอไดวาเปนฐานขอมลแบบรเลชนนอล ผลการศกษาพบวา ระบบฐานขอมลใดๆ จะเปนฐานขอมลแบบรเลชนนอลควรมคณสมบตจำา นวน 12 ขอ จงถอไดวา นาย Codd ไดบญญตหลกเกณฑการตดสนฐานขอมลแบบรเลชนนอลไวเปนบรรทดฐาน จากกฎ 12 ขอ น

ระบบปฏบตการฐานขอมลแบบ Relational Database Management System (RDBMS) จงไดถกพฒนาขนอยางจรงจง

• กฎขอท 1 กฎขาวสาร (The Information Rule)ขอมลตาง ๆ ในระบบฐานขอมลจะถก นำา เสนอและจดการ ในรปแบบตาราง โดยทอยางนอยจะตองประกอบดวย ชอตาราง ชอคอลมน คอลมนใดเปน index หรอ key ชนดของขอมลในแตละคอลมน ขอบเขตของคาขอมล ในแตละคอลมน (domain)

• กฎขอท 2 กฎการการนตการเขาถงขอมล (Guaranteed Access Rule)ผใชจะตองสามารถเขาถงขอมลทกตว ในตารางไดดวยการระบชอตารางคาของ primary key และชอคอลมน (Column) ทตองการ และถาไมไดมการเปลยนแปลง ขอมลในตารางแลว การเขาถง และเรยกใช ขอมลจะไดผลออกมาเพยงคาเดยว และเหมอนเดมทกครง

• กฎขอท 3 วธแสดงวาขอมลบางรายการยงไมพรอม หรอยงไมมคา ใหใชคา null เพอแสดงวาระบบนไมมขอมลในสวนนนในหลายกรณท ขอมลในสวนนนยงไมมทนท เราสามารถแทนคานนดวยคา null ตวอยางเชนใน ตาราง Employee ถาเรารบพนกงานเขามาใหม โดยยงไมไดกำา หนดวาพนกงานคนนจะใหสงกดแผนกใด คาของขอมลในคอลมน Manager และ Dept ของเรคอรดจะมคา null

• กฎขอท 4 โครงสราง จะตองมสภาพ โมเดลแบบรเลชนนอลกฎขอนสามารถใหผใชเรยกด และแกไขโครงสรางขอมลตาง ๆ ของระบบไดดวยภาษาและวธเดยวกบการเรยกดขอมลของระบบ

• กฎขอท 5 กฎของภาษา (Comprehensive data sublanguage rule) ระบบ DBMS แบบรเลชน ควรมภาษาอยางอยางนอย 1 ภาษา ทสามารถกระทำา การตอไปนได1. นยามโครงสรางระบบขอมล2. นยามวว3. เปลยนแปลงแกไขขอมล ทงดวยวธการใชคำา สงแบบ interactive และ ดวยการเขยนโปรแกรม4. ควบคม integrity ทง integrity ของขอมล (entity integrity) ของการอางองดวย (referentialintegrity) โดยขอใหดความหมายของ integrity ทง 2 นไดในกฎขอท 10 (integrity นกวชาการบางทานหมายถง บรณภาพ คอ ลกษณะทมความหมายมนคงเปนปกแผน)5. การใชสทธการใชงาน6. ขอบเขตของ transaction

• กฎขอท 6 กฎการแกไขขอมลผานทางวว (View update rule)ผใชแตละคน เหนระบบขอมลในมมมอง หรอ วว ทแตกตางกน ระบบฐานขอมลตอง สามารถเปลยนแปลงแกไขขอมล ตาม มมมอง หรอ ววทแตตางกนได ระบบฐานขอมล ( DBMS ) จะตองสามารถ ตดสนไดวาผใชสามารถเพมเตมทพเพล (tuple หมายถง แถว หรอ เรคอรดในตาราง)ลบทพเพล หรอแกไขขอมลในคอลมนใด ๆ โดยกระทำา ผานววไดหรอไม

• กฎขอท 7 ความสามารถในการเพม ลด และแกไขขอมลระบบฐานขอมล ( DBMS ) ควรจะมภาษาทสามารถใหผใช เพม ลด หรอแกไข ขอมลในหลายๆ แถว หรอหลาย ๆ คอลมน ไดดวยการออกคำา สง เพยงคำา สงเดยว ซงในปจจบน สวนใหญระบบฐานขอมล (DBMS) จะมภาษาทชอ SQL เปนมาตรฐาน

• กฎขอท 8 ความเปนอสระของขอมลในระดบกายภาพ (Physical data independence)ผใชงาน ระบบฐานขอมล ( DBMS ) ไมจำา เปนจะตองรบรเกยว

กบการจดเกบขอมลจรง รวมทงการเปลยนแปลงวธการจดเกบเหลาน และการเขาถงขอมล ดวยการระบคาเชนเดมนกจะไดคำา ตอบเหมอนเดมเสมอ ไมวาระบบจะไดมการเปลยนแปลง ทางดานกายภาพอยางไร

• กฎขอท 9 ความเปนอสระของขอมลในระดบตรรก (Logical data independence)การเปลยนแปลงขอมล ในระดบตรรก รวมถงการเปลยนแปลงโครงสรางขอมล เชน เพมเตมคอลมน เขาไปในตาราง หรอการสรางตารางใหม เปนตน การเปลยนแปลง ในระดบตรรก มผลตอคำาสง และโปรแกรมทเขยนไวกอนไดมากกวาการเปลยนแปลงทางกายภาพ เชน ซอฟตแวร สวนใหญยอมใหเราแกไขโครงสราง (schema) ไดโดยไมตองพมพขอมลลงในตารางใหมกจรง

• กฎขอ 10 ความเปนอสระของระบบฐานขอมล ( DBMS ) ควรจะสามารถจดเกบขอมลเกยวกบการควบคมความคงสภาพ( integrity )

• กฎขอ 11 ความเปนอสระของการกระจายผใชระบบไมตองใหความสนใจวา ขอมลจะถก จดเกบอยางไร แมแตจะถกโยกยาย ไปยงเครองคอมพวเตอร เครองอนทเชอมโยงไวกตาม

• กฎขอ 12 การไมยอมใหภาษาอนทำา ลายกฎกฎเกณฑตาง ๆ โดยเฉพาะกฎเกยวกบ integrity จะตองสามารถใชควบคมความ ถกตองของขอมลในระบบไดตลอดเวลา ไมวาผใชจะเขาถงขอมลดวยเครองมอใด ๆ (เชน) ระบบ 4th GL หรอ 3ndGL) กตาม

คาวาง (Null Values)คาของ Attribute อาจจะเปนคาวาง (Null) คอ ไมมคาหรอยงไมทราบคาได ตวอยางเชนจำา นวนไขของนกกระจอกเทศ จะสามารถบอกไดเมอนกกระจอกเทศออกไขแลว แตยงไมทราบคา ใน

ขณะทจำา นวนไขของชางนนไมมคา เปนตนRedundant vs Duplicated Dataขอดของการนำา ระบบฐานขอมลมาใชแทนระบบแฟมขอมลกคอ เราสามารถขจดความซำาซอนของขอมล และความไมถกตองตรงกนไดDuplicate data จะเกดขนกตอเมอ Attribute หนงมคาของขอมลทเหมอนกนตงแตสองคาขนไป แตขอมลจะซำาซอน (Redundant) กตอเมอเราสามารถตดขอมลทซำาซอนนนออกไปได โดยไมทำา ใหสญเสยขอมลหรออาจกลาวไดวา ความซำาซอน (Redundancy) คอ Duplication ทไมจำา เปน

จากรป 5.4 (a) ตาราง Supplier-part ประกอบดวยขอมลท Duplicate และซำาซอน ตารางนแสดงถง Suppliers ซงผลตชนสวน (Part) และคำา อธบายชนสวนนน ๆ ดวย จะเหนวาคำา อธบายทบอกวาชนสวน P1 เปน Bolt นนซำากน (Duplicate) และ ซำาซอน Redundant) ดวย ถงแมวาคาขอมล“Bolt” ถก ลบออกจากตาราง เรากยงสามารถบอกวาชนสวน P1 คอ “Bolt” ดงปรากฏในรป 5.4 (b)ถงแมวาความซำาซอนของขอมลในรป 5.4 (a) จะสามารถขจดไดดงรป 5.4 (b) แตการจดการโครงสรางขอมลในรป 5.4 (b) ไมใชรปแบบทนยมใชเพราะจะทำา ให Conceptual model ของขอมลมรปแบบทยงยาก วธการทเหมาะสมกคอใหแยกตารางในรป (a) ออกเปน 2 ตาราง ดงรปท 5.5

ชนดของ Relations

1 ในระบบจดการฐานขอมลทว ๆ ไป Relation อาจจำา แนกออกไดเปน 2 ประเภท ดงนคอ Relation หลก (Base Relation)เปน Relation ทถกกำา หนดขนเพอเกบขอมลและเพอนำา ขอมลไปใชเมอมการสรางRelation โดยใช Data Definition Language เชน ใน SQL คำา สง CREATE TABLE เปนการสรางRelation หลก หลงจากนนกจะทำา การเกบขอมลเพอการเรยกใชขอมลในภายหลง Relation หลกจะเปนตารางทจดเกบขอมลจรงไว 2 วว (View) หรออาจเรยกอกอยางหนงวา Relation สมมต (Virtual Relation)เปน Relation ทถกสรางขนตามความตองการใชขอมลของผใชแตละคน เนองจากผใช

แตละคนอาจตองการใชขอมลในลกษณะทแตกตางกน จงทำา การกำา หนดววของตวเองขนมาจากRelation หลก เพอความสะดวกในการใชขอมล และชวยใหการรกษาความปลอดภยของฐานขอมลทำาไดงายขน Relation ทถกสมมตขนมานจะไมมการเกบขอมลจรง ๆ ในระบบฐานขอมล

ประเภทของ key (Types of Keys)key หมายถงชดของ attribute ทมจำา นวนนอยทสดททำา ใหคาไมซำากน (คาของ attribute ซงประกอบดวยหนง attribute หรอกลมของ attribute กได ทใชเปนตวบอกถงความแตกตางของ tuple ในrelation หรอบอกถง tuple ทอางถงนน)

1 Simple keyหมายถง key ทประกอบดวย attribute เดยว2 Combine key (Composite key หรอ Concatenated key)Combine key หรอ คยประกอบ หมายถง key ทประกอบดวย attribute มากกวา 1attribute3 Candidate keyCandidate key หรอ คยคแขงหมายถง key ทสามารถจะเปนคแขงซงจะถกเลอกใหเปนคยหลก4 Primary key

Primary key หรอ คยหลก หมายถง candidate key ตวหนงทถกเลอกขนมาเปนคยหลกสำา หรบ primary key เราจะใชสญลกษณขดเสนใตกำา กบไวใต attribute ตวนน5 Foreign keyหมายถง nonkey attribute ใน relation หนงทเปน primary key ใน relation อน6 Secondary key (Alternate key)คยรอง หมายถง candidate key ทไมไดถกเลอกเปนคยหลก (primary key)7) Superkeyattribute หรอ เซทของ attribute ทสามารถบงบอกวาแตละแถว (Tuple) แตกตางกน ในทก ๆ ความสมพนธ จะตองมอยางนอย หนง Super key ในเซทของ attributes

คณลกษณะของระบบฐานขอมลเชงสมพนธสงทจะใชพจารณาฐานขอมลวาเปน relational system หรอไม ใหพจารณาจากสงตอไปน1 Data Structure ตองเปน relation เทานน โดย 1) Domain จะตองเปน single value (atomic value) เทานน ไมม data item ตวหนงตวใดมลกษณะเปน repeating group2) N-ary relation เปนตารางทประกอบดวย attribute และ tuples.2 Data Integrity ruleความถกตองของขอมลจะถกบงคบโดยกฎเกณฑหรอเงอนไขซงจะม DBMS คอยดแล

ตรวจสอบให เชน กฎเกณฑความถกตองเกยวกบ primary key และ foreign key ม 2 ขอ ดงน1) Entity Integrity Rule กลาวไววา คาของ “ primary key จะเปน null ไมได”2) Referential Integrity Rule กลาวไววา “foreign key ของ relation หนงจะตองมคาเทากบคาของ primary key ของอก relation หนง มฉะนนจะตองมคาเปน null”ในการแกไขหรอการลบ primary key ใน relation หนง จะมผลกระทบถง foreign key ในอก relation หนง DBMS จะยอมใหกระทำา ไดใน 3 กรณ ดงน

1) Restriction ไมยอมใหกระทำา การ update หรอ delete นอกจากจะมเงอนไขกำา หนดไวจงจะทำา ได

2) Cascade ยอมใหทำา การ update หรอ delete ไดแตตองกระทำา อยางตอเนองในอกrelation หนง

3) Nullify ยอมใหทำา การ update หรอ delete ไดโดยการ set คาของ foreign key ใหเปน null3) Data Manipulation languageตองเปนภาษา Relational Complete Language ตามแนวคดของ Codd ม 2 สาย ดงน

1) Relational Calculus (R.C)• เปน nonprocedural language• จะตองบอกวาตองการอะไร สวนวธการไดมาอยางไรนนไมตองบอก• ใชนยามคำา ตอบ

• User Interface แบงได 2 แบบ • Tuple R.CIBM ไดแกภาษา SEQUEL ซงกคอ ORACLE, SQL UCB ไดแกภาษา QUEL ซงกคอ INGRESS • Domain R.C ไดแกภาษา QBE (Query by Example) ผคดคอ Zloof’s

2) Relational Algebra (R.A)เปน procedural language จะตองบอกวาตองการอะไร และวธทจะไดมา

ทำาไมจงตองฐานขอมลเชงสมพนธ ขอดของฐานขอมลเชงสมพนธ ฐานขอมลเชงสมพนธ เปนฐานขอมลทมรปแบบงายสำาหรบผใชทวไป โดยเฉพาะอยางยงสำาหรบผใชซงไมใชนกวเคราะห นกออกแบบโปรแกรม โปรแกรมเมอร หรอผจดการฐานขอมล ขอดทผใชทวไปรสกวาฐานขอมลรปแบบนเขาใจงาย มดงน1. ฐานขอมลเชงสมพนธ เปนกลมของตารางทขอมลถกจดเกบเปนแถวและคอลมน ซงในแตละตารางจะมคอลมนทแสดงความสมพนธของขอมลในแตละตาราง2. ผใชไมจำาเปนตองรวาขอมลถกจดเกบอยางไร รวมถงวธการในการเขาถงขอมลดวย Access Approach3. ภาษาทใชในการเรยกดขอมล เปนภาษาทใกลเคยงกบภาษาพดของเราและไม จำาเปนตองเขยนเปนลำาดบขนตอน จงสะดวกในการใชงานมากปจจบนองคกรตางๆนำาระบบฐานขอมลมาใชมากขน ในการนองคกรจะตองมวธการ ออกแบบขอมลทถกตองตามหลกการจงจะไดประโยชนจากการพฒนาฐานขอมลอยางเตมท การออกแบบฐานขอมลและการใชฐานขอมลทำาใหเราไดรบประโยชนหลายอยางดวยกน

หนงสออางอง1. ศภกฤษฎ นวฒนากล, การออกแบบและพฒนาฐานขอมล, มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร :นครราชสมา, 25452. ชนวฒน ศรสอาน, การออกแบบและพฒนาฐานขอมล, มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร :นครราชสมา, 2542.3. รววรรณ เทนอสสระ, ฐานขอมลและการออกแบบ, เฮรดเวฟ เอดดเคชน : กรงเทพฯ, 2543.4. วราภรณ โกวทวรางกร, ระบบฐานขอมลและการออกแบบ, ศนยหนงสอจฬาลงกรณมหาวทยาลย : กรงเทพฯ, 2543.