Dữ liệu không chỉ là những con số hay thông tin rời rạc, mà còn là nền tảng quyết định sự thành công của nhiều doanh nghiệp. Tuy nhiên, để khai thác dữ liệu hiệu quả, cần có một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) vững chắc và hiểu rõ mô hình dữ liệu của nó. Mô hình dữ liệu không chỉ định hình cách dữ liệu được lưu trữ, mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến cách truy vấn và xử lý dữ liệu. 

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng Asiasoft khám phá các mô hình dữ liệu khác nhau trong DBMS, giúp bạn nắm bắt và vận dụng tối đa sức mạnh của dữ liệu trong tổ chức.

1. Mô hình dữ liệu trong DBMS là gì? 

Mô hình dữ liệu trong Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) là tập hợp các công cụ được phát triển để mô tả tóm tắt về cơ sở dữ liệu. Mô hình dữ liệu cung cấp cho chúng ta một bức tranh rõ ràng về dữ liệu, giúp tạo ra một cơ sở dữ liệu thực tế. Nó cho thấy quá trình từ thiết kế đến triển khai dữ liệu một cách phù hợp.

2. 3 loại mô hình quan hệ phổ biến trong DBMS

Mô hình dữ liệu trong DBMS được phân loại thành ba loại chính, mỗi loại đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế và triển khai cơ sở dữ liệu. Các loại này bao gồm mô hình dữ liệu khái niệm, mô hình dữ liệu biểu diễn và mô hình dữ liệu vật lý.

Mỗi loại mô hình này phục vụ một mục đích cụ thể và được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển cơ sở dữ liệu:

2.1. Mô hình dữ liệu khái niệm

Mô hình dữ liệu khái niệm mô tả cơ sở dữ liệu ở cấp độ rất cao và hữu ích để hiểu nhu cầu hoặc yêu cầu của cơ sở dữ liệu. Đây là mô hình được sử dụng trong quá trình thu thập yêu cầu, trước khi nhà thiết kế cơ sở dữ liệu bắt đầu tạo một cơ sở dữ liệu cụ thể.

2.1.1. Ví dụ điển hình về mô hình dữ liệu khái niệm

Một mô hình phổ biến là mô hình thực thể/mối quan hệ (mô hình ER). Mô hình E/R tập trung vào các thực thể, mối quan hệ và thuộc tính mà các nhà thiết kế cơ sở dữ liệu sử dụng. Khái niệm này có thể được thảo luận với người dùng và các bên liên quan không phải chuyên gia kỹ thuật, giúp họ dễ dàng hiểu được các yêu cầu của cơ sở dữ liệu.

Các thành phần chính của mô hình ER:

1. Thực thể: Một đối tượng trong thế giới thực. Có thể là tên, địa điểm, vật thể, lớp học,… Thực thể được biểu diễn bằng hình chữ nhật trong Biểu đồ ER.
2. Thuộc tính: Đặc điểm mô tả của thực thể. Chúng được biểu diễn bằng hình ellipse trong Biểu đồ ER. Ví dụ: Tuổi, Số báo danh hoặc Điểm của Học sinh.
3. Mối quan hệ: Xác định liên kết giữa các thực thể khác nhau. Mối quan hệ được thể hiện bằng hình thoi trong Biểu đồ ER.

2.1.2. Đặc điểm của mô hình dữ liệu khái niệm

• Cung cấp phạm vi bao phủ toàn tổ chức về các khái niệm kinh doanh.
• Loại Mô hình dữ liệu này được thiết kế và phát triển dành cho đối tượng doanh nghiệp.
• Mô hình khái niệm được phát triển độc lập với các thông số kỹ thuật phần cứng như dung lượng lưu trữ dữ liệu, vị trí hoặc thông số kỹ thuật phần mềm như nhà cung cấp DBMS và công nghệ. Trọng tâm là thể hiện dữ liệu như người dùng sẽ thấy trong “thế giới thực”.

Các mô hình dữ liệu khái niệm được gọi là mô hình miền tạo ra một vốn từ vựng chung cho tất cả các bên liên quan bằng cách thiết lập các khái niệm cơ bản và phạm vi

2.2. Mô hình dữ liệu biểu diễn trong DBMS

Mô hình dữ liệu biểu diễn chỉ được sử dụng để mô tả phần logic của cơ sở dữ liệu, không phản ánh cấu trúc vật lý. Nó cho phép chúng ta tập trung chủ yếu vào thiết kế cơ sở dữ liệu. Một ví dụ phổ biến là mô hình Quan hệ.

Mô hình quan hệ bao gồm Đại số quan hệ và Giải tích quan hệ. Trong mô hình này, chúng ta sử dụng các bảng để biểu diễn dữ liệu và mối quan hệ giữa chúng. Đây là một khái niệm lý thuyết được triển khai thực tế trong Mô hình dữ liệu vật lý.

Ưu điểm chính của mô hình dữ liệu biểu diễn là tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển mô hình vật lý.

2.3. Mô hình dữ liệu vật lý trong DBMS

Mô hình dữ liệu vật lý triển khai mô hình quan hệ trên thiết bị lưu trữ thứ cấp. Dữ liệu được lưu dưới dạng tệp và bản ghi, với thông tin về định dạng, cấu trúc và mối quan hệ giữa chúng.

Để tối ưu hiệu suất, các bảng được lưu trữ trong bộ nhớ. SQL được dùng để triển khai Đại số quan hệ.

Mô hình này mô tả CÁCH triển khai hệ thống bằng DBMS cụ thể, thường do DBA và nhà phát triển tạo ra để triển khai cơ sở dữ liệu.

Đặc điểm của mô hình dữ liệu vật lý:

• Mô hình dữ liệu vật lý mô tả nhu cầu dữ liệu cho một dự án hoặc ứng dụng duy nhất mặc dù nó có thể được tích hợp với các mô hình dữ liệu vật lý khác dựa trên phạm vi dự án.
• Mô hình dữ liệu chứa các mối quan hệ giữa các bảng, giải quyết vấn đề về số lượng và giá trị rỗng của các mối quan hệ.
• Được phát triển cho một phiên bản cụ thể của DBMS, vị trí, lưu trữ dữ liệu hoặc công nghệ sẽ được sử dụng trong dự án.
• Các cột phải có kiểu dữ liệu chính xác, độ dài được chỉ định và giá trị mặc định.
• Khóa chính và khóa ngoại, chế độ xem, chỉ mục, hồ sơ truy cập và quyền hạn, v.v. được xác định

3. Một số mô hình dữ liệu DBMS khác

3.1. Mô hình phân cấp

Mô hình phân cấp là một trong những mô hình dữ liệu lâu đời nhất, được IBM phát triển vào những năm 1950. Trong mô hình này, dữ liệu được xem như một tập hợp các bảng hoặc phân đoạn tạo thành một cấu trúc phân cấp. Dữ liệu được tổ chức thành dạng cây, với mỗi bản ghi gồm một bản ghi cha và nhiều bản ghi con. Mặc dù các phân đoạn được kết nối bằng các liên kết logic tạo thành cấu trúc chuỗi, cấu trúc tức thời có thể là dạng quạt với nhiều nhánh. Các liên kết phi logic được gọi là liên kết định hướng.

3.2. Mô hình mạng

Mô hình mạng được nhóm Database Task chính thức hóa vào những năm 1960. Đây là sự khái quát hóa của mô hình phân cấp. Mô hình này có thể bao gồm nhiều phân đoạn cha và các phân đoạn này được nhóm thành các cấp độ, với mối liên kết logic tồn tại giữa các phân đoạn ở bất kỳ cấp độ nào. Đặc biệt, mô hình này cho phép mối liên kết logic nhiều-nhiều giữa bất kỳ hai phân đoạn.

3.3. Mô hình dữ liệu hướng đối tượng

Trong Mô hình dữ liệu hướng đối tượng, dữ liệu và các mối quan hệ được chứa trong một cấu trúc duy nhất gọi là đối tượng. Mô hình này biểu diễn các vấn đề thực tế dưới dạng các đối tượng với các thuộc tính khác nhau. Các đối tượng có nhiều mối quan hệ với nhau. Về bản chất, đây là sự kết hợp giữa lập trình hướng đối tượng và mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ.

3.4. Mô hình dữ liệu nổi

Mô hình dữ liệu nổi (float) bao gồm một mảng hai chiều của các mô hình dữ liệu không chứa phần tử trùng lặp. Nhược điểm chính của mô hình này là khả năng lưu trữ hạn chế, không thể xử lý các bảng có kích thước lớn.

3.5. Mô hình dữ liệu ngữ cảnh trong DBMS

Mô hình dữ liệu ngữ cảnh là một mô hình kết hợp nhiều mô hình dữ liệu khác nhau. Ví dụ, nó có thể bao gồm Mô hình ER và Mô hình dữ liệu hướng đối tượng. Mô hình này mở rộng khả năng của người dùng, cho phép thực hiện nhiều tác vụ hơn so với từng mô hình dữ liệu riêng lẻ.

3.6. Mô hình dữ liệu bán cấu trúc

Mô hình dữ liệu bán cấu trúc xử lý dữ liệu một cách linh hoạt. Một số thực thể có thể có thuộc tính bổ sung, trong khi một số khác có thể thiếu một số thuộc tính. Mô hình này cho phép biểu diễn dữ liệu với độ linh hoạt cao.

4. Ưu điểm và nhược điểm của mô hình dữ liệu trong DBMS

4.1. Ưu điểm của mô hình dữ liệu

1. Mô hình dữ liệu giúp chúng ta biểu diễn dữ liệu một cách chính xác.
2. Nó giúp chúng ta tìm dữ liệu bị thiếu và giảm thiểu tình trạng dư thừa dữ liệu.
3. Mô hình dữ liệu cung cấp khả năng bảo mật dữ liệu tốt hơn.
4. Mô hình dữ liệu phải đủ chi tiết để có thể sử dụng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu vật lý.
5. Thông tin trong mô hình dữ liệu có thể được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa các bảng, khóa chính, khóa ngoại và các thủ tục được lưu trữ.

4.2. Nhược điểm của mô hình dữ liệu

1. Trong trường hợp cơ sở dữ liệu lớn, đôi khi việc hiểu mô hình dữ liệu trở nên khó khăn.
2. Bạn phải có kiến thức phù hợp về SQL để sử dụng mô hình vật lý.
3. Ngay cả những thay đổi nhỏ hơn về cấu trúc cũng đòi hỏi phải sửa đổi toàn bộ ứng dụng.
4. Không có ngôn ngữ thao tác dữ liệu cố định nào trong DBMS.
5. Để phát triển mô hình dữ liệu, người ta phải biết đặc điểm lưu trữ dữ liệu vật lý.

Việc hiểu và áp dụng đúng mô hình dữ liệu trong DBMS không chỉ giúp bạn tổ chức và quản lý dữ liệu hiệu quả mà còn mở ra cánh cửa đến những cơ hội mới trong việc phân tích và ra quyết định. Một mô hình dữ liệu vững chắc là chìa khóa để biến dữ liệu từ những mảnh ghép rời rạc thành bức tranh toàn cảnh, mang lại giá trị thực sự cho doanh nghiệp của bạn. Hãy tiếp tục khám phá, thử nghiệm, và tối ưu hóa các mô hình dữ liệu để đảm bảo rằng bạn đang tận dụng tối đa nguồn tài nguyên quý giá này.