Gunfer Saake Kai-Uwe Sattler Andreas Heuer. Datenbanken. Konzepte und Sprachen. Vierte Auflage. rf] mitp

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1 Gunfer Saake Kai-Uwe Sattler Andreas Heuer Datenbanken Konzepte und Sprachen Vierte Auflage rf] mitp

2 I Inhaltsverzeichnis Vorwort zur vierten Auflage Inhaltsverzeichnis v vii 1 Grundlegende Konzepte Motivation und Historie Komponenten und Funktionen Prinzipien und Aufgaben Aufbau und Funktionen eines Datenbanksystems Einsatzgebiete, Grenzen und Entwicklungstendenzen Wann kommt was? Beispielanwendung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben I Kernkonzepte relationaler Datenbanken 27 2 Architekturen von Datenbanksystemen 2.1 Schemaarchitektur und Datenunabhängigkeit 2.2 Systemarchitekturen ANSI-SPARC-Architektur Fünf-Schichten-Architektur Konkrete Systemarchitekturen 2.3 Anwendungsarchitekturen. 2.4 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 2.6 Übungsaufgaben vii

3 3 Das Entity-Relationship-Modell 3.1 Datenbankmodelle. 3.2 Semantikfestlegung für Datenbankmodelle. 3.3 Grundlagen des Entity-Relationship-Modells Grundkonzepte des klassischen ER-Modells Ein einfaches Beispiel für ein ER-Schema Semantik eines ER-Schemas 3.4 Eigenschaften von Beziehungen Stelligkeit Kardinalitäten und funktionale Beziehungen. 3.5 Weitere Konzepte im Entity-Relationship-Modell Abhängige Entity-Typen Die IST-Beziehung Optionalität von Attributen 3.6 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 3.8 Übungsaufgaben... 4 Relationenmodell und Anfragemodelle 4.1 Relationenmodell: Strukturteil Schemata und Instanzen Integritätsbedingungen. 4.2 Relationale Anfragemodelle: Operationenteil Kriterien für Anfragesprachen Relationenalgebra Anfragekalkül Tupelkalkül Änderungsoperationen Allgemeine Grundprinzipien Relationale Änderungsoperationen. 4.4 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 4.6 Übungsaufgaben... 5 Phasen des Datenbankentwurfs 5.1 Entwurfsaufgabe. 5.2 Phasenmodell Anforderungsanalyse Konzeptioneller Entwurf Verteilungsentwurf Logischer Entwurf Datendefinition Physischer Entwurf VBl Inhaltsverzeichnis

4 5.2.7 Implementierung und Wartung Objektorientierte Entwurfsmethoden Phasenbegleitende Methoden Konzeptioneller Entwurf Konzeptionelles Schema Objektschicht Datenschicht Entwicklungsschicht Aktionsschicht Modellierung von Anwendungsprozessen Aspekte der Datenintegration Heterogenität der Datenmodelle Heterogene Datenbankschemata Heterogenität aufder Datenebene Schemakonflikte bei der Integration Entity-Relationship-Abbildung aufdas Relationenmodell Informationskapazität Beispiel für eine Abbildung aufdas Relationenmodell Abbildungsregeln für das relationale Modell Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben Relationaler Datenbankentwurf Funktionale Abhängigkeiten Schemaeigenschaften Änderungsanomalien Normalformen Minimalität Transformationseigenschaften Abhängigkeitstreue Verbundtreue Entwurfsverfahren Ziele Dekompositionsverfahren Syntheseverfahren Verfeinerung des Entity-Relationship-Datenbankentwurfs Mehrwertige Abhängigkeiten Grundlagen Schemaeigenschaften Transformationseigenschaften Weitere Abhängigkeiten und Verfahren Weitere relationale Entwurfsverfahren. 204 ix

5 6.8 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 6.10 Übungsaufgaben... 7 Die relationale Datenbanksprache SQL 7.1 SQL als Datendefinitionssprache Erzeugen von Tabellen Tabellen mit Integritätsbedingungen Löschen und Ändern von Tabellendefinitionen Erzeugen und Löschen von Indexen 7.2 SQL als relationale Anfragesprache Überblick Die from-klausel Die select-klausel Die where-klausel Mengenoperationen Schachtelung von Anfragen Mächtigkeit des SQL-Kerns 7.3 Änderungsoperationen in SQL Übersicht über Änderungen in SQL Die update-anweisung Die delete-anweisung Die insert-anweisung Probleme bei SQL-Änderungen 7.4 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 7.6 Übungsaufgaben Erweiterte Konzepte für relationale Datenbanken Erweiterte Entwurfsmodelle Erweiterungen des ER-Modells Erweiterungen bei Attributen Spezialisierung und Generalisierung Komplexe Objekte Beziehungen höheren Typs Das EER-Modell- ein erweitertes ER-Modell Übernommene Grundkonzepte aus dem klassischen ER- Modell Erweiterung bei Wertebereichen Mengenwertige und strukturierte Attribute Der Typkonstruktor: Spezialisierung, Generalisierung, Partitionierung x Inhaltsverzeichnis

6 8.2.5 Aggregierung und Sammlung mittels objektwertiger Attribute Erweitertes Schlüsselkonzept Abgeleitete Konzepte Vergleich zu anderen erweiterten ER-Modellen UML für den Datenbankentwurf Das Objektmodell von UML Darstellungvon Klassen in UML Beziehungen in UML Aggregation in UML Spezialisierung in UML Zusammenfassung Vertiefende Literatur ltbungsaufgaben Grundlagen von Modellen und Anfragen 9.1 Erweiterungen der Relationenalgebra. 9.2 Erweiterte Modelle und Anfragealgebren Geschachtelte Relationen: Das NF 2-Modell PNF-Relationen Verallgemeinerte geschachtelte Relationen Erweitere Anfragealgebren 9.3 Anfragekalküle Bereichskalkül Sichere Anfragen Beispiele für Anfragen im Bereichskalkül Eigenschaften des Bereichskalküls Kalküle für andere Datenmodelle. 9.4 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 9.6 Übungsaufgaben Erweiterte Konzepte von SQL 10.1 Weitere Operationen und Prädikate Skalare Ausdrücke Prädikate Quantoren und Mengenvergleiche Behandlung von Nullwerten Aggregation und Gruppierung Aggregatfunktionen Gruppierung Sortierung Äußere Verbunde xi

7 10.5 Künstliche Schlüssel und Sequenzgeneratoren Benannte Anfragen und Rekursion Benannte Anfragen Rekursive Anfragen SQL-Versionen SEQUEL SQL SQL SQL:1999 und SQL: Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben Weitere relationale Datenbanksprachen QUEL Anfragen in QUEL Änderungsoperationen in QUEL Query by Example Anfragen in QBE Funktionen, Sortierung und Aggregierung in QBE Formale Semantik von QBE Ausdrucksfähigkeit von QBE Änderungen in QBE Anfragen in MS Access Andere graphische Anfragesprachen Datalog Grundbegriffe Semantik rekursiver Regeln Semantik und Auswertung von Datalog Tutorial D Datentypen Anfrageoperatoren Änderungsoperationen Constraints Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben Transaktionen, Integrität & Trigger Grundlagen von Transaktionen ACID-Prinzip Probleme im Mehrbenutzerbetrieb Transaktionssteuerung in SQL xii Inhaltsverzeichnis

8 Transaktionen und Integritätssicherung Architekturen zur Integritätssicherung Integritätssicherung durch Anwendung Integritätsmonitorals Komponente des DBMS Integritätssicherung durch Einkapselung Integritätsbedingungen in SQL Inhärente Integritätsbedingungen im Relationenmodell Weitere Bedingungen in der SQL-DDL Die assertion-klausel Verwaltung und Überprüfung von Bedingungen Klassifikation von Integritätsbedingungen Trigger und aktive Datenbanken Grundprinzipien von Triggern Aktive Datenbanken und ECA-Regeln Methoden der Integritätssicherung Integritätssicherung durch Trigger Integritätssicherung durch Anfragemodifikation Zusammenfassung Vertiefende Literatur thmngsaufgaben Datenbankanwendungsentwicklung Grundprizipien Programmiersprachenanbindung: Call-Level-Schnittstellen SQUCLI: Der Standard ODBC JDBC Weitere Call-Level-Schnittstellen Eingebettetes SQL Statische Einbettung: Embedded SQL Dynamische Einbettung: Dynamic SQL SQLJ: Embedded SQL für Java High-Level-Schnittstellen Grundlagen der Abbildung Hibernate Weitere Technologien Prozedurale SQL-Erweiterungen und Datenbanksprachen Vorteile von gespeicherten Prozeduren SQUPSM: Der Standard PUSQL von Oracle Gespeicherte Prozeduren in Java Zusammenfassung Vertiefende Literatur XlII

9 13.8 Übungsaufgaben. 14 Sichten 14.1 Motivation und Begriffsbildung Sichten und externe Schemata Definition von Sichten Definition von Sichten in SQL Vorteile von Sichten Probleme mit Sichten Kriterien für Änderungen auf Sichten Projektionssichten Selektionssichten Verbundsichten Aggregierungssichten Klassifikation der Problembereiche Behandlung von Sichten in SQL Auswertung von Anfragen an Sichten in SQL Sichtänderungen in SQL Sichtänderungen in SQL: Theorie änderbarer Sichten Instead-of-Trigger für Sichtänderungen 14.6 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 14.8 Übungsaufgaben Zugriffskontrolle & Privacy 15.1 Sicherheitsmodelle Diskrete Sicherheitsmodelle Verbindliche Sicherheitsmodelle 15.2 Rechtevergabe in SQL Benutzer und Schemata Rechtevergabe in SQL Zurücknahme von Rechten Rollenmodell in SQL: Auditing Authentifikation und Autorisierung 15.3 Privacy-Aspekte in Datenbanken Statistische Datenbanken k-anonymität 15.4 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 15.6 Übungsaufgaben xiv Inhaltsverzeichnis

10 III Weitere Datenbankmodelle Historische Modelle 16.1 Das Netzwerkmodell Netzwerkschema Simulation einer allgemeinen Beziehung 16.2 Das hierarchische Modell ER-Abbildung auf das Netzwerkmodell ER-Abbildung aufdas hierarchische Modell Anwendungsprogrammierung in den historischen Modellen Datenmanipulation im Netzwerkmodell Datenmanipulation im hierarchischen Modell 16.6 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 16.8 Übungsaufgaben Objektrelationale Modelle & SQL: Exkurs: Objektorientierte Datenbankmodelle Objektorientierte Datenbanken Der ODMG-Standard OQL Abbildung von Objekten aufrelationen Typkonstruktoren Abbildung der Spezialisierungshierarchie Objektrelationale Erweiterungen Large Objects: BLOB und CLOB Typkonstruktoren Identitäten, Referenzen und Pfadausdrücke Hierarchien und Vererbung Methoden Objektrelationale Konzepte in SQL: Typsystem und DDL Anfragen Methoden in SQL: Objektrelationale Konzepte in kommerziellen DBMS 17.6 Zusammenfassung Vertiefende Literatur 17.8 Übungsaufgaben. 18XML 18.1 Semistrukturierte Datenmodelle Merkmale semistrukturierter Datenmodelle Datenmodelle für semistrukturierte Dokumente XML xv

11 18.2 Datendefinition in XML Dokumenttypdefinition XML Schema XML-Abbildung auf relationale Schemata Navigation in XML-Dokumenten: XPath Pfadausdrücke und Lokalisierungsschritte Selektionsprädikate und Funktionen Die Anfragesprache XQuery FLWOR-Ausdrücke Elementkonstruktoren Verbunde und Gruppierungen Ausdrücke und Vergleiche Funktionen SQLlXML: XML-Erweiterungen für SQL XML-Datentypen XML-Konstruktion mit SQL Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben Data Warehousing und OLAP Grundkonzepte Motivation und Anwendungen Architektur Multidimensionales Datenmodell Multidimensionale Daten: Der Datenwürfel Hierarchische Dimensionen Formalisierung von Dimensionen und Datenwürfel Summierbarkeit MOLAP und ROLAP MOLAP-Operationen OLAP-Anfragesprachen: MDX Snowflake- und Star-Schema OLAP-Operationen und SQL Relationale Umsetzung multidimensionaler Anfragen: Star Join cube und rollup OLAP-Funktionen in SQL: Materialisierte Sichten Anfragebeantwortung mit materialisierter Sichten Auswahl materialisierter Sichten Aktualisierung materialisierter Sichten Materialisierte Sichten in DBMS xvi Inhaltsverzeichnis

12 19.6 Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben Multimediale und raumbezogene Daten Multimedia-Datenbanken Grundbegriffe Grundlagen des Multimedia Retrieval Text Retrieval Information Retrieval auf Texten Grundtechniken des Text Retrieval Deskribierung Recherche Information Retrieval-Systeme SQUMM SQUMM Full Text SQUMM Still Image DerDatentypVideo SQIJMM Spatial Verwaltung raumbezogener Daten Grundbegriffe Modellierung raumbezogener Daten Prädikate und Anfragen aufraumbezogenen Daten Oracle Spatial Weitere Systeme Zusammenfassung Vertiefende Literatur Übungsaufgaben A Laufendes Beispiel 725 A.1 ER-Schema der Weindatenbank A.2 Relationale Repräsentation 726 A.3 Vereinfachtes Schema und Beispieldaten 727 Literaturverzeichnis 729 Abbildungsverzeichnis 751 Tabellenverzeichnis 758 Sachindex 761 Schlüsselwortindex 777 xvii