บทที่ 4 เทคโนโลยีสารสนเทศโครงสร้างพื้นฐาน

เทคโนโลยีสารสนเทศโครงสร้างพื้นฐาน

ปัญหาของการจัดการข้อมูลในอดีต

     ข้อมูลที่จัดเก็บเป็นเอกสารหรือการจัดเก็บด้วยระบบฐานข้อมูลที่ใช้ ภาษาคอมพิวเตอร์ในการเขียนชุดคำสั่ง เริ่มมีการเขียนด้วยภาษาในยุคที่ 3 เช่น ภาษาฟอร์เทรน ภาษาโคบอล ภาษาซี เป็นต้น กระบวนการเขียนโปรแกรมชุดคำสั่งจะต้องเขียนโดยการใช้โครงสร้างข้อมูล การสร้างแฟ้ม แทรกข้อมูล แก้ไขหรือปรับปรุงข้อมูล อาจเกิดปัญหาหลาย ๆ อย่าง  ปัญหาเหล่านั้นได้แก่ ความยุ่งยากจากการประมวลผลกับระบบแฟ้มข้อมูล แฟ้มข้อมูลไม่มีความอิสระ แฟ้มข้อมูลมีความซ้ำซ้อนกันมาก แฟ้มข้อมูลมีความถูกต้องของข้อมูลน้อย แฟ้มข้อมูลมีความปลอดภัยน้อย และไม่มีการควบคุมจากศูนย์กลาง เป็นต้น รายละเอียด มีดังนี้

1. ความยุ่งยากจากการประมวลผลกับระบบแฟ้มข้อมูล

 การดำเนินงานกับแฟ้มข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์นั้นจำเป็นจะต้องเขียนคำสั่งต่างๆ ในโปรแกรมเพื่อสร้างแฟ้มข้อมูล ใช้แฟ้มข้อมูล และปรับปรุงแฟ้มข้อมูลให้เป็นปัจจุบัน รูปแบบของคำสั่งเหล่านี้ถูกกำหนดไว้ในภาษาคอมพิวเตอร์ต่างๆ แล้ว
2.แฟ้มข้อมูลไม่มีความเป็นอิสระ

 ในระบบแฟ้มข้อมูลถ้ามีการแก้ไขโครงสร้างข้อมูลใหม่ ย่อมส่งผลกระทบถึงคำสั่งที่ได้เขียนเอาไว้ก่อนหน้านี้ด้วย เนื่องจากการเรียกใช้ข้อมูลที่เก็บอยู่ในระบบแฟ้มข้อมูล ต้องใช้โปรแกรมที่เขียนขึ้นมาเพื่อเรียกข้อมูลในแฟ้มข้อมูลโดยตรง
3. แฟ้มข้อมูลมีความซ้ำซ้อนมาก           

เนื่องจากการใช้งานระบบฐานข้อมูลนั้นต้องมีการออกแบบฐานข้อมูลเพื่อให้มีความซ้ำซ้อนของข้อมูลน้อยที่สุด จุดประสงค์หลักของการออกแบบฐานข้อมูลเพื่อการลดความซ้ำซ้อนนั่นเองสาเหตุที่ต้องลดความซ้ำซ้อน เนื่องจากความยากในการปรับปรุงข้อมูล กล่าวคือถ้าเก็บข้อมูลซ้ำซ้อนกันหลายแห่ง
4. แฟ้มข้อมูลมีความถูกต้องของข้อมูลน้อย

 เนื่องจากแฟ้มข้อมูลไม่สามารถตรวจสอบกฎบังคับความถูกต้องของข้อมูลให้ได้ ถ้าต้องการควบคุมข้อมูลโปรแกรมเมอร์ต้องเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมกฎระเบียบต่างๆ เองทั้งหมด
5.แฟ้มข้อมูลมีความปลอดภัยน้อย

 ในระบบฐานข้อมูล ถ้าหากทุกคนสามารถเรียกดูและเปลี่ยนแปลงข้อมูลในฐานข้อมูลทั้งหมดได้ อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อข้อมูลได้ และข้อมูลบางส่วนอาจเป็นข้อมูลที่ไม่อาจเปิดเผยได้หรือเป็นข้อมูลเฉพาะของผู้บริหาร หากไม่มีการจัดการด้านความปลอดภัยของข้อมูล ฐานข้อมูลจะไม่สามารถใช้เก็บข้อมูลบางส่วนได้  ระบบฐานข้อมูลส่วนใหญ่มีการรักษาความปลอดภัยของข้อมูล
ข้อมูลของคอมพิวเตอร์

เครื่องคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ใช้สัญญาณดิจิตอลในการทำงานต่าง ๆ เช่น เก็บข้อมูล ประมวลผล และแสดงผลลัพธ์ ดังนั้นการมองข้อมูลของเครื่องคอมพิวเตอร์จึงไม่เหมือนผู้ใช้งาน

1. บิท (Bit) มายถึง ค่าที่เล็กที่สุด ที่คอมพิวเตอร์รู้จัก เนื่องจากเครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานด้วยระบบไฟฟ้า และสัญญาณของกระแสไฟฟ้ามี 2 สภาวะ คือ สภาวะที่วงจรมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกับวงจรที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

2. ไบท์ (Byte) คือ การนำบิทมารวมกันเพื่อใช้แทนข้อมูลที่เป็นตัวเลข ตัวอักษรและสัญลักษณ์ ต่าง ๆ ในปัจจุบัน 1 ไบท์ ประกอบด้วยบิท 8 บิท ซึ่งสามารถสื่อความหมายได้256 แบบ ลักษณะการนำบิทมารวมกันเพื่อใช้แทนข้อมูลของมนุษย์นั้น มีระบบมาตรฐานในการกำหนดรหัสแทนข้อมูล 2 ระบบ

การมองข้อมูลของผู้ใช้งาน

เครื่องคอมพิวเตอร์มองข้อมูลในลักษณะบิทและไบท์ ดังที่กล่าวมาแล้ว ในขณะที่ผู้ใช้งานมองข้อมูลในลักษณะโครงสร้างข้อมูลดังนี้

1. ตัวอักขระ (Character) หมายถึง สัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่มนุษย์ใช้งาน ตัวอักขระ

1 ตัว เมื่อนำไปเก็บในคอมพิวเตอร์จะเรียกว่า 1 ไบท์ แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

1.1 ตัวเลข (Nuneric) คือ เลขฐาน 10 ซึ่งมีลักษณ์ใช้ 10 ตัว คือ 0, 1, 2, 3, 4,5, 6, 7, 8, 9

1.2 ตัวอักษร (Alphabetic) คือ ตัวอักษร A ถึง Z ตัวอักษร a ถึง z

1.3 สัญลักษณ์พิเศษ (Special Symbol) คือ สัญลักษณ์ต่าง ๆ เช่น เครื่องหมาย

2. เขตข้อมูล (Field) หรือ รายการ(Item) คือ การนำตัวอักขระมาประกอบกันแล้วมีความหมายอย่างใดอย่างหนึ่ง

3. ระเบียน (Record) คือ กลุ่มของฟิลด์ที่มีความสัมพันธ์กันมารวมกัน เช่นเรคคอร์ดของสินค้าประกอบด้วยเขตข้อมูลของสินค้า

4. แฟ้มข้อมูล (File) คือ การนำเรคคอร์ดชนิดเดียวกันมารวมไว้ด้วยกัน เช่นแฟ้มข้อมูลสินค้า (ดูตัวอย่าง ระเบียนสินค้าข้างบน)

4.1 แฟ้มข้อมูลหลัก (Master File) คือ แฟ้มข้อมูลที่เก็บข้อมูลถาวร(Permanent data) ที่มีความทันสมัยและตรงกับความเป็นจริง

4.2 แฟ้มรายการ (Transaction File) คือ แฟ้มข้อมูลที่รวบรวมการเปลี่ยนแปลงบางอย่างของแฟ้มข้อมูลหลัก เก็บเป็นรายการย่อย ๆ

โครงสร้างการจัดเก็บแฟ้มข้อมูล (File Organization)

 อุปกรณ์ที่ใช้ในการจัดเก็บข้อมูลมีหลายชนิด ดังนั้นจึงต้องมีการจัดการข้อมูลให้อยู่ในโครงสร้างที่เหมาะสมกับอุปกรณ์ที่ใช้และง่ายต่อการเข้าถึงข้อมูล ซึ่งประกอบไปด้วยการจัดเก็บข้อมูล (Store)

1) โครงสร้างแฟ้มข้อมูลแบบเรียงลำดับ (Sequential file Organization)เน้นโครงสร้างแฟ้มข้อมูลที่ง่ายและมีประสิทธิภาพสูงใช้กับงานประมวลผลที่มีข้อมูลขนาดใหญ่และมีการกำหนดช่วงเวลาประมวลผล

2) โครงสร้างแฟ้มข้อมูลแบบสุ่ม (Random File Organization) เป็นโครงสร้างแฟ้มข้อมูลที่ใช้อุปกรณ์ในการเข้าถึงข้อมูลได้โดยตรง (Direct Access Storage Device)เช่น ดิสก์ ซีดี การจัดเก็บวิธีนี้จะมีแฟ้มข้อมูล 2 ชุด คือ แฟ้มข้อมูลหลัก ซึ่งระเบียนข้อมูลที่จัดเก็บไม่เรียงลำดับกับแฟ้มดัชนี (Indexts)

5. ฐานข้อมูล (Database) ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อขจัดปัญหาที่เกิดขึ้นในการใช้แฟ้มข้อมูล ซึ่งผู้ใช้พบว่าโปรแกรมทุกโปรแกรมที่เขียนขึ้นจะต้องมีการสร้างแฟ้มข้อมูลขึ้นเฉพาะการใช้งานของโปรแกรมนั้น ๆ

5.1 ฐานข้อมูลแบบลำดับขั้น มีโครงสร้างคล้ายต้นไม้กลับหัว ข้อมูลจะมีความสัมพันธ์แบบพ่อกับลูก (Parent to Child) โดยมี Pointer ชี้และเชื่อมความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล ซึ่งอาจเป็นความสัมพันธ์ชนิดหนึ่งต่อกลุ่ม (One-to-Many)

5.2 ฐานข้อมูลแบบเครือข่าย เป็นโครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อขจัดปัญหาที่เกิดขึ้นในโครงสร้างแบบลำดับขั้น

5.3 ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ เป็นการออกแบบโครงสร้างของข้อมูลให้อยู่ในรูปตาราง (Table) 2 มิติ
ปัญหาในการใช้ข้อมูล

ปัญหาในการใช้ข้อมูล

ปัญหาในการใช้ข้อมูลทุติยภูมิ  การใช้ข้อมูลทุติยภูมิมักจะมีปัญหาเกี่ยวกับเรื่องต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

1)ความถูกต้องเชื่อถือได้ของข้อมูล

2) ความทันสมัยของข้อมูล

3) การขาดหายไปของข้อมูลบางรายการ

นอร์มัลไลเซชัน (Normalization)

         ความซ้ำซ้อนของข้อมูลทำให้ข้อมูลมีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น ส่วนที่ซ้ำซ้อนเป็นปัญหาของตารางข้อมูล (รีเลชั่น) แต่สามารถขจัดได้ด้วยขบวนการนอร์มัลไลเซชัน โดยการนอร์มัลไลเซชันถูกคิดค้นโดย E.F.Codd ซึ่งเป็นกระบวนการที่นำเค้าร่างของ relation มาทำให้อยู่ในรูปแบบที่เป็นบรรทัดฐาน (Normal Form) เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบเค้าร่างของ relation เป็นการออกแบบที่เหมาะสม

          นอร์มัลไลเซชัน คือ กระบวนที่ดำเนินการอย่างเป็นลำดับเพื่อลดปัญหาการซ้ำซ้อนของข้อมูล จึงกล่าวได้ว่านอร์มัลไลเซชันเป็นการออกแบบเพื่อลดความซ้ำซ้อนในข้อมูล

การนอร์มอลไลท์เซชันคือการแปลงข้อมูลที่มีโครงสร้างแบบตาราง (รีเลชันนัล) จากรูปแบบที่มีความซ้ำซ้อนให้อยู่ในรูปที่ใช้งานได้ง่าย เพื่อให้ทำการเพิ่มข้อมูล ลบข้อมูล หรือแก้ไขข้อมูลที่อยู่ในรีเลชันได้โดยไม่เกิดความผิดพลาด

หมายเหตุ การขึ้นต่อกันแบบทรานซิทีฟ (Transitive Dependency) หมายถึง แอตทริบิวต์ที่ไม่ใช่คีย์หลักสามารถระบุค่าแอตทริบิวต์อื่น

กระบวนการนอร์มัลไลเซชัน ( Normalization Process ) เป็นกระบวนการเค้าร่างของรีเลชันมาทำให้อยู่ในรูปแบบที่เป็นบรรทัดฐาน ( Normal Form ) เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบเค้าร่างของรีเลชันเป็นการออกแบบที่เหมาะสม กระบวนการนอร์มัลไลเซชันมีหลายระดับ (แต่ปฏิบัติการทำนอร์มอลไลซ์จะเริ่มจาก E-R Model ก่อน)

ประโยชน์นอร์มัลไลเซชัน คือ

          1. ลดที่ว่างที่ต้องใช้ในการเก็บข้อมูล

          2. ลดความผิดพลาดและความไม่ตรงกันของข้อมูลในฐานข้อมูล

          3. ลดการสูญเสียเวลาการเข้าถึงข้อมูลที่เกิดซ้ำซ้อนในข้อมูลของการลบและแก้ไขข้อมูล

          4. เพิ่มความคงทนแก่โครงสร้างฐานข้อมูล

แผนผังความสัมพันธ์ นอร์มัลไลเซชัน

           นอร์มัลไลเซชัน  เป็นกระบวนการเพื่อพัฒนาการ เชื่อมต่อของข้อมูลเพื่อแก้ปัญหาของตารางข้อ(รีเลชั่น) ที่ว่าการออกแบบฐานข้อมูลทั้งทางตรรกะ และทางกายภาพที่ได้ออกมาใช้ได้หรือยัง การนอร์มัลไลเซชันแบ่งออกได้เป็นหลายระดับ  ได้แก่

นอร์มัลฟอร์ม - ระดับที่1 - (First Normal Form (1NF)), ทุกแอททริบิวต์ในแต่ละแถวมีค่าของข้อมูลเพียงค่าเดียว

ตารางหรือรีเลชันที่ไม่มีกลุ่มข้อมูลใดๆซ้ำอยู่ในรีเลชัน คือ ทุกช่องในรีเลชันจะต้องมีข้อมูลเพียงค่าเดียวเท่านั้น  สรุป " รีเลชันใดจะอยู่รูป 1NF ได้ รีเลชันั้นจะต้องไม่มีข้อมูลซ้ำอยู่ "

ดังนั้นจะต้องกำจัดกลุ่มข้อมูลซ้ำออกไปแล้วทำการหาคีย์หลักของรีเลชัน อาจจะต้องมีการแตกรีเลชันเป็นหลายรีเลชันก็ได้

Database
Database หรือ ฐานข้อมูล คือ กลุ่มของข้อมูลที่ถูกเก็บรวบรวมไว้ โดยมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน โดยไม่ได้บังคับว่าข้อมูลทั้งหมดนี้จะต้องเก็บไว้ในแฟ้มข้อมูลเดียวกันหรือแยกเก็บหลาย ๆ แฟ้มข้อมูล

ระบบฐานข้อมูล (Database System) คือ ระบบที่รวบรวมข้อมูลต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกันเข้าไว้ด้วยกันอย่างมีระบบมีความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลต่าง ๆ ที่ชัดเจน ในระบบฐานข้อมูลจะประกอบด้วยแฟ้มข้อมูลหลายแฟ้มที่มีข้อมูล เกี่ยวข้องสัมพันธ์กันเข้าไว้ด้วยกันอย่างเป็นระบบและเปิดโอกาสให้ผู้ใช้สามารถใช้งานและดูแลรักษาป้องกันข้อมูลเหล่านี้ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีซอฟต์แวร์ที่เปรียบเสมือนสื่อกลางระหว่าง

ผู้ใช้และโปรแกรมต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ฐานข้อมูล เรียกว่า ระบบจัดการฐานข้อมูล หรือ DBMS (data base management system)มีหน้าที่ช่วยให้ผู้ใช้เข้าถึงข้อมูลได้ง่ายสะดวกและมีประสิทธิภาพ การเข้าถึงข้อมูลของผู้ใช้อาจเป็นการสร้างฐานข้อมูล การแก้ไขฐานข้อมูล หรือการตั้งคำถามเพื่อให้ได้ข้อมูลมา โดยผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องรับรู้เกี่ยวกับรายละเอียดภายในโครงสร้างของฐานข้อมูล

ประโยชน์ของฐานข้อมูล

1 ลดการเก็บข้อมูลที่ซ้ำซ้อน ข้อมูลบางชุดที่อยู่ในรูปของแฟ้มข้อมูลอาจมีปรากฏอยู่หลาย ๆ แห่ง เพราะมีผู้ใช้ข้อมูลชุดนี้หลายคน เมื่อใช้ระบบฐานข้อมูลแล้วจะช่วยให้ความซ้ำซ้อนของข้อมูลลดน้อยลง

2 รักษาความถูกต้องของข้อมูล เนื่องจากฐานข้อมูลมีเพียงฐานข้อมูลเดียว ในกรณีที่มีข้อมูลชุดเดียวกันปรากฏอยู่หลายแห่งในฐานข้อมูล ข้อมูลเหล่านี้จะต้องตรงกัน ถ้ามีการแก้ไขข้อมูลนี้ทุก ๆ แห่งที่ข้อมูลปรากฏอยู่จะแก้ไขให้ถูกต้องตามกันหมดโดยอัตโนมัติด้วยระบบจัดการฐานข้อมูล

2.3 การป้องกันและรักษาความปลอดภัยให้กับข้อมูลทำได้อย่างสะดวก การป้องกันและรักษาความปลอดภัยกับข้อมูลระบบฐานข้อมูลจะให้เฉพาะผู้ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น ซึ่งก่อให้เกิดความปลอดภัย(security) ของข้อมูลด้วย