Bài 6 — Mô hình quan hệ: bảng, dòng, cột, miền giá trị, lược đồ¶

🎯 Học xong bài này, bạn sẽ

Gọi đúng tên học thuật của mọi bộ phận một bảng: quan hệ, bộ, thuộc tính, miền giá trị
Phân biệt bậc và lực lượng của một quan hệ — hai con số hay bị lẫn lộn
Phân biệt lược đồ quan hệ (cái khung) với thể hiện (dữ liệu đang nằm trong khung)
Giải thích được vì sao trong lý thuyết, thứ tự các dòng trong bảng không có ý nghĩa gì
Tự đọc được cấu trúc một bảng thật trong PostgreSQL bằng \d và bằng SQL

🧠 Câu chuyện mở đầu¶

Cửa lớp 8A1 dán một tờ giấy A4 kẻ tay: bảng phân công trực nhật.

Cột dọc đầu tiên là thứ trong tuần. Các cột còn lại là đầu việc: Quét lớp, Lau bảng, Đổ rác. Mỗi ô ghi tên một bạn.

Thứ	Quét lớp	Lau bảng	Đổ rác
Hai	Nguyễn Văn An	Trần Thị Bình	Lê Hoàng Cường
Ba	Phạm Thị Dung	Hoàng Minh Đức	Vũ Thị Giang
Tư	Đỗ Văn Hải	Bùi Thị Hương	Nguyễn Văn An

Tờ giấy này bé tí, nhưng nó tuân theo một bộ quy tắc rất chặt mà cả lớp ngầm hiểu:

Mỗi hàng nói về đúng một ngày. Không ai viết hai ngày vào chung một hàng.
Cột Quét lớp thì chỉ được điền tên người. Không ai điền 7 giờ sáng vào đó.
Cột Thứ chỉ được nhận bảy giá trị — Hai tới Chủ nhật. Viết Thứ Chín là vô nghĩa.
Không có hai hàng nào giống hệt nhau. Có thì thừa.
Và: nếu bạn cắt rời ba hàng ra rồi dán lại theo thứ tự khác, tờ giấy vẫn nói đúng y như cũ.

Điều cuối cùng đáng ngạc nhiên nhất. Chúng ta quen nhìn bảng như một danh sách có trên có dưới, nhưng ở đây thứ tự lại chẳng mang thông tin gì.

Vậy nếu thứ tự không quan trọng, thì thứ gì mới thực sự làm nên một cái bảng?

📖 Khái niệm & thuật ngữ¶

Cách trả lời câu hỏi trên chính là mô hình quan hệ (relational model) — mô hình do Edgar F. Codd đề xuất năm 1970, và là nền tảng của mọi hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ mà bạn đã gặp ở Bài 4.

Ý tưởng của Codd: đừng nghĩ bảng là một hình vẽ, hãy nghĩ nó là một tập hợp trong toán học.

Quan hệ, bộ, thuộc tính¶

Trong mô hình quan hệ, cái mà đời thường gọi là "bảng" có tên chính thức là quan hệ (relation).

Đừng nhầm hai chữ 'quan hệ'

Tiếng Việt dùng chung một từ cho hai khái niệm khác hẳn nhau:

Quan hệ (relation) = một cái bảng. Đó là nghĩa của bài này.
Mối quan hệ (relationship) = sự liên kết giữa hai bảng, ví dụ "học sinh thuộc lớp". Đó là chủ đề của Bài 8.

Trong khóa học này, hễ nói quan hệ trống không là nói về relation — một cái bảng. Nói về relationship thì luôn có thêm chữ mối.

Từng bộ phận của quan hệ:

Một hàng ngang là một bộ (tuple). Đây là tên học thuật; trong SQL người ta quen gọi là dòng (row) hoặc bản ghi (record) như bạn đã học ở Bài 1. Ba từ này chỉ cùng một thứ.
Một cột dọc là một thuộc tính (attribute). Trong SQL quen gọi là cột (column) hoặc trường (field).
Mỗi thuộc tính có một tên, và tên đó không được trùng với thuộc tính khác trong cùng quan hệ.

Miền giá trị¶

Câu "cột Thứ chỉ được nhận bảy giá trị" trong câu chuyện đầu bài chính là một khái niệm chuẩn: miền giá trị (domain) — tập hợp tất cả các giá trị hợp lệ mà một thuộc tính được phép nhận.

Miền giá trị gồm hai tầng:

Tầng	Ví dụ với cột `gioi_tinh` của `hoc_sinh`	Ai kiểm soát
Kiểu dữ liệu	`VARCHAR(3)` — chuỗi tối đa 3 ký tự	Hệ quản trị
Ràng buộc thu hẹp thêm	`CHECK (gioi_tinh IN ('Nam','Nữ'))` — chỉ 2 giá trị	Người thiết kế

Miền giá trị là thứ ngăn dữ liệu rác lọt vào bảng. Nếu ai đó cố ghi Thứ Chín vào cột Thứ, hệ quản trị sẽ từ chối thay vì ngoan ngoãn ghi vào như Excel. Bài 15 sẽ đào sâu toàn bộ hệ thống ràng buộc này.

Một giá trị đặc biệt luôn được phép xuất hiện (trừ khi bị cấm bằng NOT NULL): NULL — nghĩa là "chưa biết" hoặc "không áp dụng". NULL không phải số 0, cũng không phải chuỗi rỗng. Bài 24 sẽ dành trọn cho nó vì đây là cái bẫy lớn nhất của người mới.

Bậc và lực lượng — hai con số đừng lẫn lộn¶

Một quan hệ được đo bằng hai con số hoàn toàn khác nhau:

Khái niệm	English	Đếm cái gì	Với bảng `hoc_sinh`
Bậc của quan hệ	degree / arity	Số cột	6
Lực lượng	cardinality of a relation	Số dòng	40

Cách nhớ: bậc là chiều ngang, lực lượng là chiều dọc.

Vì sao phải nhớ hai chữ này?

Vì bậc hầu như không đổi — muốn đổi phải sửa thiết kế bảng. Còn lực lượng đổi liên tục — cứ thêm một học sinh là nó tăng. Hai con số mô tả hai thứ khác hẳn nhau về bản chất, nên chúng phải có hai cái tên.

Cảnh báo trước: chữ bậc còn được dùng lần nữa ở Bài 8, nhưng cho mối quan hệ chứ không phải quan hệ. Bài 8 sẽ nhắc lại chỗ này.

Lược đồ và thể hiện¶

Đây là cặp khái niệm quan trọng nhất của bài.

Lược đồ quan hệ (relation schema) là cái khung: tên quan hệ, danh sách thuộc tính, và miền giá trị của từng thuộc tính. Người ta viết gọn như sau:

hoc_sinh(ma_hs, ho_ten, ngay_sinh, gioi_tinh, dia_chi, ma_lop)

Thể hiện (instance) là dữ liệu đang nằm trong khung tại một thời điểm cụ thể — 40 dòng học sinh ngay lúc này. Bạn đã gặp cặp khái niệm này ở Bài 3 ở mức toàn bộ database; ở đây ta áp dụng nó cho từng bảng một.

So sánh cho dễ nhớ:

	Lược đồ	Thể hiện
Là gì	Bản thiết kế	Dữ liệu thật
Ví dụ đời thường	Mẫu giấy khai lý lịch in sẵn	Tờ khai đã điền của bạn An
Thay đổi khi nào	Hiếm — phải sửa thiết kế	Liên tục — mỗi lần thêm/sửa/xoá
Ai định nghĩa	Người thiết kế database	Người dùng hằng ngày

Ghép tất cả lược đồ quan hệ của một database lại, ta được lược đồ cơ sở dữ liệu (database schema). Toàn bộ Cấp 1 này chính là học cách thiết kế lược đồ — trước khi biết viết SQL.

Ba tính chất mà một quan hệ phải có¶

Vì quan hệ là một tập hợp các bộ, nó thừa hưởng đúng tính chất của tập hợp trong toán:

Không có bộ trùng lặp. Hai dòng giống hệt nhau ở mọi cột thì thực chất là một. Đây chính là lý do sâu xa vì sao mọi bảng cần một cột định danh — Bài 12 sẽ gọi tên nó là khoá chính.
Thứ tự các bộ không có ý nghĩa. Đảo dòng đi, quan hệ vẫn là quan hệ đó. Hệ quả thực tế rất quan trọng: nếu bạn viết SELECT mà không có ORDER BY, PostgreSQL không hứa trả về theo thứ tự nào cả.
Thứ tự các thuộc tính cũng không có ý nghĩa về mặt lý thuyết. Trong thực tế SQL có nhớ thứ tự cột, nhưng bạn không nên dựa vào nó — luôn gọi cột bằng tên.

Còn một tính chất thứ tư, gọi là tính nguyên tử (atomicity): mỗi ô chỉ chứa một giá trị đơn, không chứa danh sách. Ô ghi 0912345001, 0912345002 là vi phạm. Bài 7 sẽ gọi đó là thuộc tính đa trị, và Cấp 2 sẽ dùng chính tính chất này làm định nghĩa của dạng chuẩn 1.

Bảng thuật ngữ¶

Tiếng Việt	English	Nghĩa dễ hiểu
Quan hệ	relation	Một cái bảng, hiểu như một tập hợp các dòng
Bộ	tuple	Một hàng ngang của bảng
Thuộc tính	attribute	Một cột dọc của bảng
Miền giá trị	domain	Tập hợp mọi giá trị hợp lệ của một cột
Bậc của quan hệ	degree / arity	Số cột của bảng
Lực lượng	cardinality of a relation	Số dòng của bảng
Lược đồ quan hệ	relation schema	Cái khung: tên bảng + danh sách cột + miền giá trị
Thể hiện	instance	Dữ liệu đang nằm trong khung tại một thời điểm
Tính nguyên tử	atomicity	Mỗi ô chỉ chứa đúng một giá trị đơn

🖼️ Sơ đồ¶

Sơ đồ dưới đây gắn nhãn học thuật lên đúng từng bộ phận của bảng hoc_sinh:

flowchart TB
    subgraph QH["QUAN HỆ <i>relation</i> — tên: hoc_sinh"]
        direction TB
        H["<b>ma_hs</b> │ <b>ho_ten</b> │ <b>ngay_sinh</b> │ <b>gioi_tinh</b> │ <b>dia_chi</b> │ <b>ma_lop</b>"]
        R1["HS001 │ Nguyễn Văn An │ 2012-01-15 │ Nam │ 12 Lê Lợi · Hà Nội │ L01"]
        R2["HS002 │ Trần Thị Bình │ 2012-03-22 │ Nữ │ 45 Trần Hưng Đạo · Hà Nội │ L01"]
        R3["HS003 │ Lê Hoàng Cường │ 2012-05-09 │ Nam │ 7 Nguyễn Du · Hà Nội │ L01"]
        H --- R1 --- R2 --- R3
    end

    A["Mỗi cột = một<br/><b>THUỘC TÍNH</b><br/><i>attribute</i><br/>có 6 cột → <b>BẬC = 6</b>"] -.-> H
    B["Mỗi hàng = một<br/><b>BỘ</b><br/><i>tuple</i><br/>có 40 hàng → <b>LỰC LƯỢNG = 40</b>"] -.-> R2
    C["Cột gioi_tinh chỉ nhận<br/>Nam hoặc Nữ<br/>→ đó là <b>MIỀN GIÁ TRỊ</b><br/><i>domain</i>"] -.-> R3

    style QH fill:#fafafa,stroke:#616161,stroke-width:2px
    style H fill:#e8eaf6,stroke:#3949ab,stroke-width:2px
    style A fill:#fff3e0,stroke:#ef6c00
    style B fill:#e8f5e9,stroke:#2e7d32
    style C fill:#fce4ec,stroke:#c2185b

Và đây là quan hệ giữa lược đồ với thể hiện — một lược đồ, vô số thể hiện theo thời gian:

flowchart LR
    S["<b>LƯỢC ĐỒ QUAN HỆ</b><br/><i>relation schema</i><br/>hoc_sinh<br/>ma_hs · ho_ten · ngay_sinh<br/>gioi_tinh · dia_chi · ma_lop<br/><br/>Gần như không đổi"]

    I1["<b>THỂ HIỆN</b> tháng 8<br/>0 học sinh<br/>bảng vừa tạo xong"]
    I2["<b>THỂ HIỆN</b> tháng 9<br/>40 học sinh<br/>đã tuyển sinh xong"]
    I3["<b>THỂ HIỆN</b> tháng 10<br/>41 học sinh<br/>có bạn chuyển tới"]

    S --> I1 --> I2 --> I3

    style S fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0,stroke-width:2px
    style I1 fill:#f3e5f5,stroke:#6a1b9a
    style I2 fill:#f3e5f5,stroke:#6a1b9a
    style I3 fill:#f3e5f5,stroke:#6a1b9a

💻 Thực hành¶

Bạn đã nạp xong dataset/02-chuan-hoa.sql ở Bài 5. Mở psql và làm theo.

Xem lược đồ bằng lệnh `\d`¶

\d là lệnh riêng của psql, không phải SQL. Gõ vào dấu nhắc psql:

truong_hoc=# \d hoc_sinh

psql in ra một bảng mô tả gồm các phần sau — hãy đối chiếu ngay với những khái niệm vừa học:

Phần psql in ra	Khái niệm của bài này
Danh sách tên cột	Danh sách thuộc tính
Cột `Type` (`character(5)`, `date`, ...)	Miền giá trị, tầng kiểu dữ liệu
Cột `Nullable` (`not null` hay để trống)	Cột này có được phép rỗng không
Cột `Default`	Giá trị mặc định khi không nhập
Mục `Indexes` với `hoc_sinh_pkey`	Ràng buộc định danh — Bài 12 gọi là khoá chính
Mục `Check constraints`	Miền giá trị, tầng thu hẹp thêm
Mục `Foreign-key constraints`	Liên kết sang bảng khác — Bài 12

Đếm số dòng trong phần danh sách cột, bạn được 6 — đó là bậc của quan hệ hoc_sinh.

Điều quan trọng nhất: toàn bộ những gì \d in ra đều là lược đồ. Không có một dòng dữ liệu học sinh nào cả.

Xem thể hiện¶

Bây giờ mới là dữ liệu — tức thể hiện:

SELECT * FROM hoc_sinh ORDER BY ma_hs LIMIT 5;

Kết quả: 5 dòng đầu, từ HS001 Nguyễn Văn An tới HS005 Hoàng Minh Đức.

Vì sao bài này luôn viết ORDER BY kèm LIMIT?

Vì tính chất số 2 ở trên: quan hệ không có thứ tự. SELECT ... LIMIT 5 mà không ORDER BY thì PostgreSQL được quyền đưa bạn 5 dòng bất kỳ, và lần chạy sau có thể ra 5 dòng khác. Muốn kết quả ổn định thì phải nói rõ trật tự mình muốn.

Đo bậc của quan hệ¶

Bậc là số cột. PostgreSQL lưu chính thông tin lược đồ này trong information_schema — một bộ bảng đặc biệt chứa "lược đồ của các lược đồ":

SELECT count(*) AS bac_cua_quan_he
FROM information_schema.columns
WHERE table_schema = 'public' AND table_name = 'hoc_sinh';

Kết quả: 6.

Đo lực lượng¶

Lực lượng là số dòng:

SELECT count(*) AS luc_luong FROM hoc_sinh;

Kết quả: 40.

Hai câu lệnh trên trông giống nhau nhưng đọc hai thứ khác hẳn: câu đầu đếm trong lược đồ, câu sau đếm trong thể hiện.

Đọc miền giá trị của từng thuộc tính¶

SELECT column_name, data_type, character_maximum_length, is_nullable
FROM information_schema.columns
WHERE table_schema = 'public' AND table_name = 'hoc_sinh'
ORDER BY ordinal_position;

Kết quả gồm 6 dòng, mỗi dòng là miền giá trị ở tầng kiểu dữ liệu của một cột. Chú ý cột is_nullable: chỉ dia_chi là YES — nghĩa là chỉ địa chỉ mới được phép để trống.

Còn tầng thu hẹp thêm bằng CHECK thì nhìn thấy rõ nhất qua dữ liệu thật:

SELECT DISTINCT gioi_tinh FROM hoc_sinh ORDER BY gioi_tinh;

Đúng 2 dòng: Nam và Nữ. Không phải vì may mắn, mà vì ràng buộc CHECK không cho phép giá trị thứ ba tồn tại.

Kiểm chứng "không có bộ trùng lặp"¶

SELECT count(*) AS tong_so_dong,
       count(DISTINCT ma_hs) AS so_ma_hs_khac_nhau
FROM hoc_sinh;

Kết quả: 40 và 40. Hai số bằng nhau nghĩa là không có mã nào bị lặp — mỗi bộ được phân biệt chắc chắn với mọi bộ còn lại.

⚠️ Lỗi thường gặp¶

Lỗi 1: Lẫn lộn 'bậc' với 'lực lượng'

Rất nhiều người mới nói "bảng này có bậc 40" khi ý là 40 dòng. Sai. 40 dòng là lực lượng; bậc là 6 vì bảng có 6 cột.

Mẹo nhớ: degree trong tiếng Anh cũng dùng cho "bậc của đa thức" — đếm số biến, tức chiều ngang. Còn cardinality trong toán là "số phần tử của tập hợp" — mà phần tử của quan hệ chính là các bộ, tức chiều dọc.

Lỗi 2: Tin rằng SELECT trả về dữ liệu theo thứ tự đã INSERT

Thoạt nhìn thì đúng thật — PostgreSQL hay trả về theo thứ tự lưu trên đĩa, mà lúc đầu nó trùng với thứ tự nhập. Nhưng chỉ cần một lệnh UPDATE, một lần dọn dẹp nội bộ, hay một kế hoạch chạy song song là trật tự đảo lộn.

Đây là lỗi kinh điển vì nó không sai ngay. Nó sai sau ba tháng, trên máy chủ thật, khi dữ liệu đã nhiều. Quy tắc: cần thứ tự thì phải viết ORDER BY.

Lỗi 3: Nhét nhiều giá trị vào một ô

Thấy học sinh có hai số điện thoại nên ghi 0912345001, 0912345002 vào cùng một ô — vi phạm tính nguyên tử.

Hậu quả cụ thể: câu hỏi "số nào bắt đầu bằng 091?" trở thành bài toán cắt chuỗi thay vì một phép so sánh đơn giản; và bạn không bao giờ ràng buộc nổi "mỗi số phải đủ 10 chữ số". Bài 7 sẽ chỉ cách xử lý đúng, Cấp 2 sẽ biến quy tắc này thành dạng chuẩn 1.

Lỗi 4: Nghĩ 'lược đồ' và 'thể hiện' là chuyện chữ nghĩa

Không. Đây là ranh giới giữa hai loại lệnh SQL khác hẳn nhau: CREATE TABLE / ALTER TABLE sửa lược đồ; INSERT / UPDATE / DELETE sửa thể hiện. Nhầm nhóm là hỏng việc — xoá nhầm một cột thì mất dữ liệu của cả 40 dòng, chứ không chỉ một dòng.

✍️ Bài tập¶

Cho bảng phân công trực nhật ở đầu bài (3 hàng, 4 cột). Hãy nêu: bậc, lực lượng, và miền giá trị hợp lý của thuộc tính Thứ.
Viết lược đồ quan hệ của bảng mon_hoc theo dạng gọn ten_bang(cot1, cot2, ...). Bậc của nó là bao nhiêu? Lực lượng là bao nhiêu?
Bạn của bạn nói: "Bảng lop có 6 dòng, còn bảng diem có 480 dòng, vậy diem có bậc lớn hơn lop." Câu này sai ở đâu? Thực tế bậc của hai bảng là bao nhiêu?
Một bạn thiết kế bảng điểm như sau:

ma_hs ho_ten cac_diem_toan

HS001 Nguyễn Văn An 8.5; 7.0; 9.0

HS002 Trần Thị Bình 6.5; 8.0

Bảng này vi phạm tính chất nào của quan hệ? Nêu một câu hỏi mà thiết kế này khiến bạn gần như không trả lời nổi.
Viết một câu SQL đếm bậc của bảng diem bằng information_schema, rồi tự kiểm tra kết quả bằng \d diem.

Đáp án

Câu 1. - Bậc = 4 — bốn thuộc tính: Thứ, Quét lớp, Lau bảng, Đổ rác. - Lực lượng = 3 — ba bộ, ứng với thứ Hai, thứ Ba, thứ Tư. - Miền giá trị của Thứ: tập 7 giá trị {Hai, Ba, Tư, Năm, Sáu, Bảy, Chủ nhật}. Trong PostgreSQL có thể diễn đạt bằng VARCHAR(10) CHECK (thu IN ('Hai','Ba','Tư','Năm','Sáu','Bảy','Chủ nhật')).

(Miền giá trị của ba cột còn lại là "tên học sinh trong lớp" — chặt chẽ hơn nữa thì đó phải là một **khoá ngoại** trỏ về bảng `hoc_sinh`, thứ bạn sẽ học ở **Bài 12**.)

Câu 2. Lược đồ: mon_hoc(ma_mon, ten_mon, so_tiet_tuan)

Bậc = 3 — ba cột.
Lực lượng = 9 — chín môn học trong dữ liệu mẫu.

Kiểm chứng bằng SELECT count(*) FROM mon_hoc;.

Câu 3. Sai vì bạn ấy lấy số dòng ra để so sánh bậc. Số dòng là lực lượng, không phải bậc.

lop có 5 cột → bậc 5, lực lượng 6.
diem có 7 cột → bậc 7, lực lượng 480.

Tình cờ lần này kết luận "diem có bậc lớn hơn" vẫn đúng — nhưng đúng vì may, không phải vì lập luận đúng. Nếu so lop (bậc 5, 6 dòng) với mon_hoc (bậc 3, 9 dòng) thì lập luận kiểu đó cho ra kết quả ngược hoàn toàn.

Câu 4. Vi phạm tính nguyên tử: ô cac_diem_toan chứa một danh sách chứ không phải một giá trị đơn.

Câu hỏi khó trả lời — chọn bất kỳ ví dụ nào dưới đây:

"Điểm trung bình môn Toán của An là bao nhiêu?" → phải cắt chuỗi 8.5; 7.0; 9.0 theo dấu ;, đổi từng mảnh sang số, rồi mới tính được. Với NUMERIC thì chỉ là một lời gọi AVG.
"Bạn nào có ít nhất một điểm dưới 5?" → không có phép so sánh nào chạy trực tiếp trên chuỗi.
"Điểm 9.0 đó vào ngày nào, thuộc loại kiểm tra gì?" → thông tin ấy không có chỗ để lưu.

Cách làm đúng là mỗi con điểm một dòng riêng — đúng như bảng diem thật trong database mẫu.

Câu 5.

SELECT count(*) AS bac_cua_diem
FROM information_schema.columns
WHERE table_schema = 'public' AND table_name = 'diem';

Kết quả: 7, ứng với ma_diem, ma_hs, ma_mon, hoc_ky, loai_diem, diem_so, ngay_nhap.

🔑 Tóm tắt¶

Quan hệ là tên học thuật của "bảng"; mỗi hàng là một bộ, mỗi cột là một thuộc tính.
Miền giá trị là tập mọi giá trị hợp lệ của một cột, gồm hai tầng: kiểu dữ liệu và ràng buộc thu hẹp thêm.
Bậc là số cột, lực lượng là số dòng — bậc gần như không đổi, lực lượng đổi liên tục.
Lược đồ là cái khung, thể hiện là dữ liệu đang nằm trong khung; một lược đồ ứng với vô số thể hiện theo thời gian.
Quan hệ là một tập hợp nên: không có bộ trùng lặp, thứ tự bộ không mang ý nghĩa, và mỗi ô chỉ chứa một giá trị đơn.

⬅️ Bài 5 — Cài đặt PostgreSQL · ➡️ Bài 7 — Thực thể và các loại thuộc tính

ma_hs	ho_ten	cac_diem_toan
HS001	Nguyễn Văn An	8.5; 7.0; 9.0
HS002	Trần Thị Bình	6.5; 8.0