Trong thời đại công nghệ số, dữ liệu đã trở thành tài nguyên quý giá, đóng vai trò then chốt trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Từ việc đơn giản như lưu trữ thông tin cá nhân cho đến các ứng dụng phức tạp trong kinh doanh và khoa học, dữ liệu đang ngày càng khẳng định tầm quan trọng của mình. Nhưng liệu chúng ta đã hiểu rõ dữ liệu là gì và làm thế nào để quản lý, xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ này một cách hiệu quả? Hãy cùng Asiasoft khám phá khái niệm dữ liệu và vai trò của các hệ thống cơ sở dữ liệu trong bài viết dưới đây.

1. Dữ liệu là gì?

Dữ liệu là tập hợp các đơn vị thông tin nhỏ riêng biệt. Nó có thể được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau như văn bản, số, phương tiện, byte,… nó có thể được lưu trữ trong các mảnh giấy hoặc bộ nhớ điện tử, v.v.

Từ ‘Data’ có nguồn gốc từ từ ‘datum’ có nghĩa là ‘một thông tin duy nhất’. Đây là số nhiều của từ datum.

Trong máy tính, Dữ liệu là thông tin có thể được chuyển đổi thành dạng để di chuyển và xử lý hiệu quả. Dữ liệu có thể hoán đổi cho nhau.

2. Cơ sở dữ liệu là gì?

Cơ sở dữ liệu là một tập hợp dữ liệu được tổ chức để truy cập và quản lý một cách dễ dàng. Dữ liệu có thể được sắp xếp thành bảng, hàng, cột và chỉ mục để tìm kiếm thông tin liên quan một cách thuận tiện.

Trình xử lý cơ sở dữ liệu tạo ra cơ sở dữ liệu theo cách mà chỉ một phần mềm cụ thể mới có quyền truy cập dữ liệu cho tất cả người dùng. Mục đích chính của cơ sở dữ liệu là xử lý một lượng lớn thông tin bằng cách lưu trữ, truy xuất và quản lý dữ liệu.

Hiện nay, có nhiều trang web động trên World Wide Web được xử lý thông qua cơ sở dữ liệu. Ví dụ, một mô hình kiểm tra tình trạng phòng trống trong khách sạn. Đây là một ví dụ về trang web động sử dụng cơ sở dữ liệu.

Có nhiều cơ sở dữ liệu khác nhau như: MySQL, Sybase, Oracle, MongoDB, Informix, PostgreSQL, SQL Server,…

Cơ sở dữ liệu hiện đại được quản lý bởi hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS).

SQL, hay Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc, được sử dụng để thao tác trên dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. SQL dựa trên đại số quan hệ và phép tính quan hệ tuple.

3. Sự phát triển của cơ sở dữ liệu 

Cơ sở dữ liệu đã hoàn thành hơn 50 năm hành trình phát triển từ hệ thống tệp phẳng sang hệ thống quan hệ đối tượng và quan hệ đối tượng. Nó đã trải qua nhiều thế hệ.

3.1. Phát triển dựa trên tập tin

Năm 1968 là năm mà cơ sở dữ liệu dựa trên tệp được giới thiệu. Trong cơ sở dữ liệu dựa trên tệp, dữ liệu được lưu trữ trong một tệp phẳng. Mặc dù tệp có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có một số hạn chế.

Một trong những lợi thế chính là hệ thống tập tin có nhiều phương pháp truy cập khác nhau, ví dụ như tuần tự, lập chỉ mục và ngẫu nhiên.

Nó đòi hỏi khả năng lập trình chuyên sâu bằng ngôn ngữ thế hệ thứ ba như COBOL, BASIC.

3.2. Mô hình dữ liệu phân cấp

1968-1980 là thời đại của Cơ sở dữ liệu phân cấp. Mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp nổi bật là DBMS đầu tiên của IBM. Nó được gọi là IMS (Hệ thống quản lý thông tin).

Trong mô hình này, các tệp có liên quan theo kiểu cha/con.

Giống như hệ thống tập tin, mô hình này cũng có một số hạn chế như triển khai phức tạp, thiếu tính độc lập về mặt cấu trúc, không dễ dàng xử lý mối quan hệ nhiều-nhiều, v.v.

3.3. Mô hình dữ liệu mạng

Charles Bachman đã phát triển DBMS đầu tiên tại Honeywell có tên là Integrated Data Store (IDS). Nó được phát triển vào đầu những năm 1960, nhưng đã được chuẩn hóa vào năm 1971 bởi nhóm CODASYL (Hội nghị về Ngôn ngữ Hệ thống Dữ liệu).

Trong mô hình này, các tệp có mối quan hệ giữa chủ sở hữu và thành viên, giống như mô hình mạng chung.

Mô hình dữ liệu mạng xác định các thành phần sau:

• Sơ đồ mạng (Tổ chức cơ sở dữ liệu)
• Sơ đồ phụ (lượt xem cơ sở dữ liệu theo người dùng)
• Ngôn ngữ quản lý dữ liệu (thủ tục)

Mô hình này cũng có một số hạn chế như tính phức tạp của hệ thống và khó thiết kế và bảo trì.

3.4. Cơ sở dữ liệu quan hệ

1970 – Hiện tại: Đây là thời đại của Cơ sở dữ liệu quan hệ và Quản lý cơ sở dữ liệu. Mô hình quan hệ được EF Codd đề xuất vào năm 1970.

Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ gồm hai thuật ngữ chính: Thể hiện và lược đồ.

• Thể hiện có thể là một bảng với các hàng và cột.
• Lược đồ xác định cấu trúc như tên của quan hệ, loại của mỗi cột và tên.

Mô hình này sử dụng nhiều khái niệm toán học như lý thuyết tập hợp và logic vị từ. Ứng dụng cơ sở dữ liệu internet đầu tiên được tạo ra vào năm 1995. Trong thời đại của cơ sở dữ liệu quan hệ, đã xuất hiện nhiều mô hình khác như mô hình hướng đối tượng, mô hình quan hệ đối tượng, v.v.

4. Cơ sở dữ liệu đám mây

Cơ sở dữ liệu đám mây hỗ trợ bạn trong việc lưu trữ, quản lý và truy xuất dữ liệu có cấu trúc hoặc không có cấu trúc thông qua nền tảng đám mây. Dữ liệu này có thể được truy cập qua mạng Internet. Cơ sở dữ liệu đám mây còn được biết đến với tên gọi cơ sở dữ liệu dưới dạng dịch vụ (DBaaS) vì chúng được cung cấp như một dịch vụ được quản lý.

Dưới đây là một số lựa chọn đám mây hàng đầu:

• AWS (Dịch vụ web của Amazon)
• Snowflake Computing
• Dịch vụ đám mây cơ sở dữ liệu Oracle
• Microsoft SQL Server
• Google Cloud Spanner

Ưu điểm của cơ sở dữ liệu đám mây

• Chi phí thấp: Các công ty không cần đầu tư vào cơ sở dữ liệu. Họ có thể duy trì và hỗ trợ một hoặc nhiều trung tâm dữ liệu.
• Tự động: Các quy trình tự động như khôi phục, sao lưu và mở rộng tự động giúp cải thiện cơ sở dữ liệu đám mây.
• Tăng khả năng tiếp cận: Bạn có thể truy cập cơ sở dữ liệu đám mây của mình từ bất cứ đâu, bất cứ khi nào, chỉ cần có kết nối internet.

5. Cơ sở dữ liệu NoSQL

Cơ sở dữ liệu NoSQL là một phương pháp thiết kế các cơ sở dữ liệu có thể chứa nhiều mô hình dữ liệu khác nhau. NoSQL là viết tắt của “không chỉ SQL”. Đây là một giải pháp thay thế cho các cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống trong đó dữ liệu được đặt trong các bảng và lược đồ dữ liệu được thiết kế hoàn hảo trước khi cơ sở dữ liệu được xây dựng.

Cơ sở dữ liệu NoSQL hữu ích cho một tập hợp dữ liệu phân tán lớn.

Một số ví dụ về hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL theo danh mục của chúng là:

• MongoDB, CouchDB, Cloudant (Dựa trên tài liệu)
• Memcached, Redis, Coherence (kho lưu trữ khóa-giá trị)
• HBase, Bảng lớn, Accumulo (Bảng)

5.1. Lợi ích của NoSQL

• Khả năng mở rộng: NoSQL có thể xử lý lượng lớn dữ liệu nhờ khả năng mở rộng. Khi dữ liệu tăng, NoSQL có thể mở rộng để xử lý hiệu quả.
• Độ tin cậy: NoSQL hỗ trợ sao chép tự động, giúp tăng độ tin cậy. Nếu có lỗi, dữ liệu sẽ tự động sao chép về trạng thái ổn định trước đó.

5.2. Nhược điểm của NoSQL

• Thiếu chuẩn mực: NoSQL là cơ sở dữ liệu mã nguồn mở và chưa có tiêu chuẩn xác định nào.
• Quản lý phức tạp: Quản lý dữ liệu trong NoSQL phức tạp hơn so với cơ sở dữ liệu quan hệ. Việc thiết lập và quản lý hàng ngày đòi hỏi nhiều công sức.
• Thiếu giao diện người dùng đồ họa: Công cụ GUI cho cơ sở dữ liệu NoSQL không dễ tìm trên thị trường.
• Hỗ trợ sao lưu: Sao lưu là một điểm yếu của cơ sở dữ liệu NoSQL. Một số cơ sở dữ liệu, như MongoDB, không có giải pháp mạnh mẽ để sao lưu dữ liệu.

6. Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng

Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng, một biến thể của cơ sở dữ liệu, lưu thông tin qua các đối tượng và lớp. Trong đó, đối tượng là thực thể trong thế giới thực và lớp là nhóm các đối tượng có tính chất giống nhau. Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng kết hợp tính năng của mô hình quan hệ – một mô hình hay gặp trong cơ sở dữ liệu, với các nguyên tắc hướng đối tượng. Đây là một cách thức thay thế cho mô hình quan hệ.

Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng tuân thủ nguyên tắc của lập trình hướng đối tượng, một cách tiếp cận lập trình mang lại cấu trúc rõ ràng và linh hoạt. Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hướng đối tượng là một ứng dụng lai, cho phép lập trình viên tận dụng lợi thế của cả hai cách tiếp cận.

Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng bao gồm các yếu tố sau:

Yếu tố của lập trình hướng đối tượng:

• Đối tượng: thực thể riêng biệt trong thế giới thực.
• Lớp: nhóm các đối tượng có tính chất giống nhau.
• Kế thừa: khả năng một lớp kế thừa tính chất từ lớp cha.
• Đa hình: khả năng một đối tượng thể hiện nhiều hình thức.
• Đóng gói: bảo vệ dữ liệu khỏi truy cập trái phép.

Yếu tố của cơ sở dữ liệu quan hệ:

• Nguyên tử: mỗi giá trị trong cơ sở dữ liệu là nguyên tử, không thể chia nhỏ hơn.
• Nhất quán: dữ liệu luôn đúng và cập nhật.
• Chính trực: dữ liệu luôn đạt tiêu chuẩn và đúng định dạng.
• Độ bền: dữ liệu không bị mất khi có sự cố.
• Đồng thời: nhiều người dùng có thể truy cập cùng một lúc.
• Xử lý truy vấn: khả năng xử lý các truy vấn hiệu quả.

7. Cơ sở dữ liệu đồ thị

Cơ sở dữ liệu đồ thị là cơ sở dữ liệu NoSQL. Đây là biểu diễn đồ họa của dữ liệu. Nó chứa các nút và cạnh. Một nút biểu diễn một thực thể và mỗi cạnh biểu diễn mối quan hệ giữa hai cạnh. Mỗi nút trong cơ sở dữ liệu đồ thị biểu diễn một mã định danh duy nhất.

Cơ sở dữ liệu đồ thị có lợi cho việc tìm kiếm mối quan hệ giữa dữ liệu vì chúng làm nổi bật mối quan hệ giữa các dữ liệu có liên quan.

Cơ sở dữ liệu đồ thị rất hữu ích khi cơ sở dữ liệu chứa mối quan hệ phức tạp và lược đồ động.

Nó chủ yếu được sử dụng trong quản lý chuỗi cung ứng , xác định nguồn điện thoại IP .

7.1. DBMS (Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu)

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là phần mềm được sử dụng để lưu trữ và truy xuất cơ sở dữ liệu. Ví dụ, Oracle, MySQL,… đây là một số công cụ DBMS phổ biến.

• DBMS cung cấp giao diện để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau như tạo, xóa, sửa đổi, v.v.
• DBMS cho phép người dùng tạo cơ sở dữ liệu theo yêu cầu của họ.
• DBMS chấp nhận yêu cầu từ ứng dụng và cung cấp dữ liệu cụ thể thông qua hệ điều hành.
• DBMS chứa nhóm các chương trình hoạt động theo hướng dẫn của người dùng.
• Nó cung cấp tính bảo mật cho cơ sở dữ liệu.

7.2. Những Ưu điểm nổi bật của Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS)

• Kiểm soát sự dư thừa dữ liệu:

DBMS lưu trữ tất cả thông tin trong một nơi duy nhất, đó là tệp cơ sở dữ liệu. Nhờ cách tiếp cận này, DBMS có thể kiểm soát và giảm thiểu tình trạng dư thừa dữ liệu, giúp cải thiện hiệu suất và tính nhất quán của hệ thống.

• Khả năng chia sẻ dữ liệu:

DBMS cho phép người dùng được ủy quyền có thể chia sẻ thông tin một cách dễ dàng và hiệu quả giữa nhiều người dùng khác nhau. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc cộng tác và trao đổi thông tin.

• Hỗ trợ khôi phục dữ liệu:

DBMS cung cấp một hệ thống sao lưu và phục hồi dữ liệu rất mạnh mẽ. Hệ thống này giúp tạo dữ liệu tự động từ lỗi hệ thống và có thể khôi phục lại dữ liệu nếu xảy ra sự cố hoặc mất mát.

• Nhiều giao diện người dùng:

DBMS cung cấp một loạt các loại giao diện người dùng khác nhau để phù hợp với nhu cầu và kỹ năng của người dùng. Điều này bao gồm các giao diện đồ họa (GUI) và giao diện ứng dụng.

7.3. Nhược điểm của Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS)

• Kích cỡ:

Một trong những nhược điểm lớn nhất của DBMS là kích cỡ của nó. DBMS cần chiếm nhiều dung lượng đĩa và bộ nhớ, điều này đồng nghĩa với việc cần có cấu hình máy tính tương đối mạnh mẽ để có thể chạy DBMS một cách hiệu quả.

• Trị giá:

DBMS yêu cầu bộ xử lý dữ liệu tốc độ cao và bộ nhớ lớn hơn để chạy phần mềm DBMS. Điều này có thể dẫn đến việc phải đầu tư cụ thể vào việc nâng cấp hệ thống máy tính, điều này đồng nghĩa với việc tăng chi phí đáng kể, do đó coi DBMS là một dự án tốn kém.

• Độ phức tạp:

DBMS có thể tạo ra sự phức tạp thêm khi phải đối mặt với quản lý dữ liệu. Điều này liên quan đến việc tạo nhiều yêu cầu phức tạp và cần thời gian để quản lý chúng một cách hiệu quả.

7.4. RDBMS (Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ)

RDBMS, viết tắt của ‘Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ’, là một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu mà ở đó các dữ liệu được tổ chức và lưu trữ dưới dạng các bảng chứa các hàng và cột. Mỗi hàng đại diện cho một đối tượng duy nhất và mỗi cột đại diện cho một thuộc tính của đối tượng đó.

RDBMS dựa trên mô hình quan hệ, một mô hình được giới thiệu bởi EF Codd, một nhà nghiên cứu máy tính nổi tiếng. Mô hình này là cốt lõi của hầu hết các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện nay.

Cơ sở dữ liệu quan hệ bao gồm các thành phần sau:

• Bàn: Đây là cấu trúc cơ bản của RDBMS. Mỗi bàn đại diện cho một đối tượng hoặc sự kiện.
• Bản ghi/ Bộ: Mỗi hàng trong một bàn được gọi là một bản ghi. Nó đại diện cho một đối tượng cụ thể trong bảng.
• Tên trường/Cột/Thuộc tính: Các cột trong một bảng được gọi là trường. Mỗi trường đại diện cho một thuộc tính của đối tượng.
• Ví dụ: Một ví dụ của một bàn có thể là bàn ‘Nhân viên’ với các trường như ‘Tên’, ‘Địa chỉ’, ‘Số điện thoại’,…
• Lược đồ: Lược đồ là một khung mô tả cấu trúc của cơ sở dữ liệu.
• Chìa khóa: Chìa khóa là một thuộc tính hoặc một tập hợp các thuộc tính dùng để xác định một bản ghi duy nhất trong một bảng.

RDBMS là một DBMS dạng bảng duy trì tính bảo mật, toàn vẹn, chính xác và nhất quán của dữ liệu. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu luôn được bảo vệ khỏi truy cập không hợp lệ và luôn được cập nhật một cách đúng đắn.

Kết luận

Dữ liệu và cơ sở dữ liệu là nền tảng của kỷ nguyên thông tin hiện đại. Chúng không chỉ giúp lưu trữ và quản lý khối lượng thông tin khổng lồ mà còn cho phép chúng ta phân tích và đưa ra những quyết định sáng suốt. Từ các hệ thống tệp phẳng ban đầu đến các cơ sở dữ liệu quan hệ phức tạp và các mô hình NoSQL hiện đại, sự tiến hóa của cơ sở dữ liệu đã mở ra nhiều khả năng mới cho việc xử lý và quản lý dữ liệu. 

Cơ sở dữ liệu đám mây và hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu tiên tiến tiếp tục cung cấp các giải pháp hiệu quả, bảo mật và linh hoạt cho các doanh nghiệp và tổ chức trên toàn thế giới. Qua bài viết này, chúng ta đã thấy được tầm quan trọng và sự phát triển không ngừng của công nghệ cơ sở dữ liệu, từ đó hiểu rõ hơn về cách thức mà dữ liệu được tổ chức và sử dụng trong thực tiễn.