Gliederung Datenbanksysteme

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1 Gliederung Datenbanksysteme 1. Einführung Datenbanksysteme: Infrmatinssysteme für das Cntrlling 2. Infrmatinsstrukturierung: Semantische Datenmdellierung 1. Infrmatinsstrukturmdell und Entity-Relatinship-Mdell 2. Funktinsstrukturmdell 3. Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell 3. Knzeptinelle Datenmdellierung 1. Netzwerkmdelle 2. Hierarchische Datenmdelle 3. Relatinale Datenmdelle 1. Grundlagen 2. Nrmalisierung 4. Objektrientierte Datenmdelle 4. Data Base Engineering 1. Sftware Engineering 2. Phasen des Data Base Engineering 3. Exkurs: Prjektmanagement Teil I 1 Mtivatin... 2

2 Data Base Engineering Betriebliche Prblemstellung (datenrientiertes Prblem) Vrgehensmdell bei der Entwicklung eines DBS unter Berücksichtigung der allgemeinen Prinzipien und Methden des Sftware Engineering Planung des Einsatzes eines DB-Systems Semantisches Datenmdell Anfrderungsanalyse und Erstellung des Anwendungs- bzw. Fachknzeptes (Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturmdell) Lgisches / knzeptinelles Datenmdell Auswahl eines DB-Systems und seine Beschaffung Erstellung des Systemknzeptes (Datenmdell) Physisches Datenmdell Implementierung, Integratin, Freigabe zur Nutzung Ziel: Einsatz eines DB-Systems zur Prblemlösung Wartung und Pflege 3 Datenmdelle Beschreibungen, die ein Wissen über die lebenswichtige Bedeutung (Semantik) swie über die maschinelle Repräsentatin und Manipulatin vn Daten darstellen [Luft] Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturmdell Funktinsstrukturmdell Infrmatinsstrukturmdell semantisches Datenmdell z.b. ER-Mdell Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell Semantik Knzeptinelles Schema Lgisches Datenmdell z.b. Relatinenmdell Implementiertes System Physisches Datenmdell Maschinelle Repräsentatin 4

3 Fachknzept Systematische Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturierung durch Analyse des prblemrelevanten Realitätsausschnittes Frmalisierte Darstellung der ermittelten Strukturen: Infrmatinsstrukturmdell (ISM) Infrmatinsbjekte und deren Beziehungen (Verknüpfungen) zueinander Funktinsstrukturmdell (FSM) Funktinen und Verarbeitungsprzeduren (Funktinsbäume, Verwendungsmatrizen) Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell (KSM/PSM) Kmmunikatinsbeziehungen und Przessabläufe (Przessmdelle, Datenflussmdelle, Petrinetze, SADT) Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturmdell (IKSM) mit Schwerpunkt auf semantischem Datenmdell (ISM) 5 Gliederung Datenbanksysteme 1. Einführung Datenbanksysteme: Infrmatinssysteme für das Cntrlling 2. Infrmatinsstrukturierung: Semantische Datenmdellierung 1. Infrmatinsstrukturmdell und Entity-Relatinship-Mdell 2. Funktinsstrukturmdell 3. Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell 3. Knzeptinelle Datenmdellierung 1. Netzwerkmdelle 2. Hierarchische Datenmdelle 3. Relatinale Datenmdelle 1. Grundlagen 2. Nrmalisierung 4. Objektrientierte Datenmdelle 4. Data Base Engineering 1. Sftware Engineering 2. Phasen des Data Base Engineering 3. Exkurs: Prjektmanagement Teil I 6

4 Vrgehen bei der Infrmatinsstrukturmdellierung Definitin der Infrmatinsbjekte und ihrer Merkmale Definitin der Infrmatinsbjektklassen unter Berücksichtigung der relevanten Infrmatinsbjekte charakterisierenden und identifizierenden Merkmalsklassen (-kmbinatinen) vllständigen Auflistung der relevanten Merkmale Herleitung atmarer Merkmale Definitin der Verknüpfungen zwischen den ausgewählten Infrmatinsbjektklassen unter Berücksichtigung der Qualifizierung der Verknüpfungen Auflösung kmplexer Verknüpfungsstrukturen Merkmalsklassenzurdnung in Frm vn IOK-Definitins-Regeln 7 Infrmatinsstrukturmdell: Schritt 1 Infrmatinsbjekte (IO) Objekte der Wahrnehmung der Vrstellung, die vm Menschen beschrieben und unterschieden werden können die in Bezug auf die gegebene Prblemstellung relevant sind IO Kurt Klein IO Birgit Bauer IO Mira Meier 8

5 Infrmatinsstrukturmdell: Schritt 1 Merkmale charakterisieren die zugehörigen Infrmatinsbjekte Gleichartige Merkmale werden als Ausprägungen einer gemeinsamen Merkmalsklasse verstanden Alle Merkmale, die einem Infrmatinsbjekt zuzurdnen sind, werden als charakterisierende Merkmalskmbinatin bezeichnet Merkmalsklasse Klein Bauer Meier Name Kurt Birgit Mira Vrname Geb_Jahr Matrikel-Nr 0231/ / /2333 Telefn 9 Infrmatinsstrukturmdell: Schritt 2 Gleichartige Infrmatinsbjekte bilden Infrmatinsbjektklassen (IOK) (Generalisierung) Infrmatinsbjekte sind gleichartig, wenn sie durch Merkmals-kmbinatinen derselben Merkmalsklassenkmbinatin charakterisiert werden. IOK Studenten IO Kurt Klein IO Birgit Bauer IO Mira Meier Infrmatinsbjektklassen werden als Rechtecke dargestellt. Die Angabe der charakterisierenden Merkmalsklassenkmbinatin erflgt ggf. innerhalb runder Klammern. Studenten (Name, Vrname, Geb-Jahr, Matrikel.-Nr, Telefn) 10

6 IOK-Tabelle IOK Studenten MATRIKEL-NR. NAME VORNAME ANSCHRIFT TEL-NR. GEB.-JAHR Klein Kurt Drtmund Kaiserstr Bauer Birgit Bchum Stiepeler Str Meier Mira Bchum Markstr. 20 Gibt es Funktinen, die nur auf Teile der Merkmalsklasse zugreifen? 0231/ / /2333, 0172/ Eindeutige Beschreibung eines IO innerhalb einer IOK durch identifizierende Merkmale: natürliche identifizierende Merkmalsklasse bzw. Kmbinatinen künstliche identifizierende Merkmale ("Schlüssel") Kmplexe Merkmalsklassen: Gibt es Funktinen, die nur auf Teile der Merkmalsklassen zugreifen? Wiederhlgruppen (Mengen als Merkmalsausprägungen) sind nicht erlaubt (Atmizitätsregel) Atmizitätsregel beachten! 11 Arten vn Merkmalsklassen IOK Studenten MATRIKEL-NR. NAME VORNAME ANSCHRIFT TEL-NR. GEB.-JAHR Klein Kurt Drtmund Kaiserstr Bauer Birgit Bchum Stiepeler Str Meier Mira Bchum Markstr / / / Charakterisierende Merkmalsklassen Identifizierende MMK Nicht-identifizierende Merkmalsklassen 12

7 Verknüpfungen zwischen Infrmatinsbjektklassen: Schritt 3 Verknüpfungstypen: Nach der Kardinalität 1:1, 1:N der M:N Nach der Optinalität feste Verknüpfungen der ptinale Verknüpfungen Prfessren besetzen Lehrstühle Prfessren geben Vrlesungen Leistungsscheine berechtigen für Examen Studenten hören Vrlesungen 13 Kmplexe Verknüpfungen: Rllenknzept Mitglieder einer Fakultät sind die Studenten und die angestellten Mitarbeiter. Ein Student kann dabei swhl an einer Fakultät studieren als auch als stud. Hilfskraft bei einer Fakultät angestellt sein (Mehrfachverknüpfung) studieren an Mitglieder Fakultäten sind beschäftigt bei Lösung über Rllen-IOK Studenten/Mitarbeiter sind Studenten studieren Persnen Fakultäten sind Mitarbeiter sind beschäftigt bei 14

8 Kmplexe Verknüpfungen: Stücklistenprblem Abslvierte Prüfungen sind die Vraussetzungen für weitere Prüfungen sind Vraussetzung für Prüfungen Lösung über IOK Abhängigkeiten sind Vraussetzung für Abhängigkeiten Vr-Prüfung Nach-Prüfung Prüfungen beziehen sich auf 1 (ZP BWL) 10 (DP A-BWL) 1 (ZP BWL) 11 (DP S-BWL) 2 (ZP VWL) 10 (DP A-BWL) 3 (ZP WI) 10 (DP A-BWL) 15 Verknüpfungsmatrix Abbildung des Sachverhaltes bei kmplexen Verknüpfungsstrukturen über eine Verknüpfungsmatrix zur Qualitätssicherung (1) prüfen in mündl. Prüfung (2) geben (3) hören (4) setzen vraus Prfessren Studenten Vrlesungen Prfessren N :M (1) 1:N (2) Studenten N :M (3) Vrlesungen 1 :N (4) Besndere Aufmerksamkeit IOK sind mit keiner anderen IOK verknüpft (leere Zeilen und Spalten) IOK sind mehrfach mit einer IOK verknüpft (mehrere Eintragungen in Matrixfeld) 16

9 Redundanz IOK-Definitinsregel 1 Jede nicht-identifizierende Merkmalsklasse darf nur bei einer IOK zur charakterisierenden Merkmalsklassenkmbinatin gehören. IOK STUDENTEN MATRIKEL-NR. NAME VORNAME PLZ TEL-NR. GEB.-JAHR Klein Kurt / Bauer Birgit / Meier Mira / IOK DIPLOMARBEITEN MATRIKEL-NR. NAME THEMA PRÜFER NOTE Klein Einsatzptentiale , Bauer Auswirkungen des , Bauer Analyse der ,7 17 IOK-Definitinsregel 2 Keine nicht-identifizierende Merkmalsklasse (der nicht-identifizie-rende Merkmalsklassenkmbinatin) darf vn einer anderen nichtidentifizierenden Merkmalsklasse (der nicht-identifizierenden Merkmalsklassenkmbinatin) derselben IOK abhängen. IOK PROFESSOREN PROF_ID NAME FAKULTÄT LEHRSTUHL FAK.-NR 1234 Gabriel Wirtschaftswissenschaft Wirtschaftsinfrmatik VII 1321 Pellens Wirtschaftswissenschaft Int. Unternehmensrechnung VII 1454 Balzert Elektrtechnik Srtware-Technik XIV 1829 Dirrigl Wirtschaftwissenschaft Cntrlling VII 18

10 IOK-Definitinsregel 3 Jede nicht-identifizierende Merkmalsklasse (der Merkmalsklassenkmbinatin) darf nur vn der vllständigen identifizierenden Merkmalsklassenkmbinatin abhängen, nicht jedch vn einem Teil derselben. IOK KURSBELEGUNGEN Identifizierende Merkmalsklassenkmbinatin MATRIKEL-NR. VORLESUNGS-NR. TITEL NOTE Aufbau betr. IS 2, Aufbau betr. IS 1, Steuerbilanzen 4, Allkatin und Whlfahrt 3,0 19 Beispiel für ISM: Entity-Relatinship-Mdell (ER-Mdell) semantisches Datenmdell (an der Realwelt rientiertes Datenmdell) P. Chen (1976) Grafische Darstellungsfrm verbreitet in verschiedenen Ntatinen IDEF1X Federal Infrmatin Prcessing Standards IE (Infrmatin Engineering) nach James Martin ( Krähenfuß Ntatin ) insbesndere Vrbereitung für lgisches Datenmdell vm Typ Relatinenmdell Vielfache Erweiterung: EER (Erweiterte ER-Mdell) mit Min-Max-Ntatin SER (Strukturierte ER-Mdell) mit Subtypen- und Generalisierungshierarchien 20

11 Strukturelemente im ER-Mdell I Eine Entity ist ein unterscheidbares Objekte der Realwelt, das ein reales Objekt der eine gedankliche Abstraktin darstellen kann. Bsp: Student Klein, Buch Datenbanksysteme Infrmatinsbjekte Ein Entity-Typ ist eine Zusammenfassung vn gleichartigen Entities, welche die gleichen Eigenschaften besitzen. Bsp: STUDENTEN, BÜCHER Infrmatinsbjektklassen Die Eigenschaften eines Entity-Typs werden Attribute genannt. Bsp: Matrikelnr. vn STUDENTEN, Erscheinungsjahr vn BÜCHERN Merkmalsklasse 21 Strukturelemente im ER-Mdell II Eine Beziehung (relatinship) ist eine Verknüpfung vn zwei der mehreren Entities. Bsp: Student Klein entleiht ein der mehrere Bücher Verknüpfungen Ein Beziehungstyp (relatinship-typ) ist eine Zusammenfassung vn gleichartigen Beziehungen, welche zwei Entity-Typen miteinander verknüpfen. Bsp: STUDENTEN entleihen BÜCHER Verknüpfungsklassen 22

12 Beispiel für ein ER-Diagramm in der Chen-Ntatin Matrikel-Nr. Name STUDENTEN Autr_ID Name PLZ 1 leihen aus Datum! AUTOREN N schreiben M N BÜCHER ISBN-Nr. Titel 23 Beispiel für ein ER-Diagramm in mderner Ntatin Krähenfuß- Ntatin (IE-Ntatin) IDEF1X-Ntatin 24

13 Gliederung Datenbanksysteme 1. Einführung Datenbanksysteme: Infrmatinssysteme für das Cntrlling 2. Infrmatinsstrukturierung: Semantische Datenmdellierung 1. Infrmatinsstrukturmdell und Entity-Relatinship-Mdell 2. Funktinsstrukturmdell 3. Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell 3. Knzeptinelle Datenmdellierung 1. Netzwerkmdelle 2. Hierarchische Datenmdelle 3. Relatinale Datenmdelle 1. Grundlagen 2. Nrmalisierung 4. Objektrientierte Datenmdelle 4. Data Base Engineering 1. Sftware Engineering 2. Phasen des Data Base Engineering 3. Exkurs: Prjektmanagement Teil I 25 Funktinsstrukturmdell Strukturierte Abbildung der für eine Prblemlösung relevanten Verarbeitungsprzeduren mit einer hierarchischen Klassifizierung der anfallenden Verrichtungen Festlegung der prgrammlgischen Mdulstruktur (Prinzip der Mdularisierung) Hilfestellung bei der Oberflächenmdellierung (Menü-, Masken-, Dialg-, und Steuerungsstrukturen) Mdellierung der Dynamik Methden Pseud-Cde, Prgrammablaufpläne bzw. Struktgramme Funktinsbäume Verwendungsmatrizen... 26

14 Schleife mit fester Anzahl Durchläufe Schleife mit Bedingung im Fuß Schleife mit Bedingung im Kpf Mehrfach Auswahl Auswahl (einund zweiseitig) Sequenz Repräsentatinsfrmen der Grundstrukturen przeduraler Prgrammierung Pseud Cde Prgrammablaufplan Struktgramm Anweisung 1; Anweisung 2; Anweisung 3; Anweisung 1 Anweisung 2 Anweisung 1 Anweisung 2 Anweisung 3 Anweisung 3 IF Ausdruck THEN Ja-Anweisung ELSE Nein-Anweisung END IF Ja-Anweisung Ausdruck Nein-Anweisung Ausdruck Wahr Falsch Ja-Anweisung Nein-Anweisung CASE Ausdruck IS Fall 1 Anweisung 1; Fall 2 Anweisung 2; ELSE Anweisung 3; END CASE Ausdruck Fall1 Fall2 ELSE Anw. 1 Anw. 2 Anw. n Ausdruck Fall 1 Fall 2 ELSE Anw. 1 Anw. 2 Anw. n 27 Repräsentatinsfrmen der Grundstrukturen przeduraler Prgrammierung Pseud Cde Prgrammablaufplan Struktgramm WHILE Ausdruck LOOP Wiederhlungsanweisung END LOOP; Schleife 1 Ausdruck Anweisung Ausdruck Wiederhlungsanweisung Ende Schleife 1 LOOP Wiederhlungsanweisung EXIT WHEN Ausdruck END LOOP; Schleife 2 Anweisung Ausdruck Ende Schleife 2 Wiederhlungsanweisung Ausdruck FOR Zähler in Bereich LOOP Wiederhlungsanweisung END LOOP; Schleife 3 [AW]; [EW]; [SW] Anweisung FOR Zähler := [AW] TO [EW] Wiederhlungsanweisung Ende Schleife 3 [AW] = Anfangswert, [EW] = Endwert, [SW]= Schrittweite 28

15 Funktinsbäume Vrgehen: Zergliederung der Gesamtleistung des Infrmatinssystems (Wurzel) aus funktinaler Sicht in Teilfunktinen, bis die Blätter des Funktinsbaumes nur nch die elementaren Funktinen (= nicht mehr sinnvll untergliederbare Funktinen) enthalten Tp-Dwn-Ansatz Prüfungsamt-DBS Stammdatenbearbeitung Prüfungsvrbereitung Prüfungsnachbereitung Statistische Auswertungen Hörsaalplanung Klausurplanung Anmeldung Aufsichtsplanung Anmeldefristen festlegen Anmeldung durchführen 29 Verwendungsmatrizen Darstellung des Zusammenspiels vn Infrmatinsbjektklassen und Funktinen. Bezug zwischen ISM und FSM wird hergestellt IOK Funktin Studenten l s l Prfessren l s l Kursbelegung Stammdatenbearbeitung Prüfungsvrbereitung l s... I = lesend s = schreibend 30

16 Gliederung Datenbanksysteme 1. Einführung Datenbanksysteme: Infrmatinssysteme für das Cntrlling 2. Infrmatinsstrukturierung: Semantische Datenmdellierung 1. Infrmatinsstrukturmdell und Entity-Relatinship-Mdell 2. Funktinsstrukturmdell 3. Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell 3. Knzeptinelle Datenmdellierung 1. Netzwerkmdelle 2. Hierarchische Datenmdelle 3. Relatinale Datenmdelle 1. Grundlagen 2. Nrmalisierung 4. Objektrientierte Datenmdelle 4. Data Base Engineering 1. Sftware Engineering 2. Phasen des Data Base Engineering 3. Exkurs: Prjektmanagement Teil I 31 Kmmunikatins-/ Przessstrukturmdell Strukturierte Abbildung der für eine Prblemlösung relevanten Kmmunikatinseinheiten und Przessabläufe Interaktinsmdell zwischen Menschen, Infrmatinen und Infrmatinsverarbeitungssystemen, dass den betrieblichen Ablauf in dynamischer Hinsicht abbildet, um die zeitlich-lgischen Abhängigkeiten der einzelnen Aktivitäten innerhalb eines Przesses darzustellen Geschäftsprzessmdellierung (business prcess mdelling) betriebswirtschaftlich ausgerichtete Unternehmensmdellierung Geschäftsprzess: Eine bestimmte Flge vn Aktivitäten, die untereinander in unmittelbarer Beziehung zueinander stehen. Diese Flge vn Aktivitäten dient der Erfüllung des Unternehmenszweckes und kann in quantitativer swie qualitativer Hinsicht mit knkreten Werten belegt bzw. bewertet werden. 32

17 Ereignisgesteuerte Przesskette (EPK) Ereignis Funktin Infrmatinssystem Dkument Persn intern Persn extern Anmeldefrist läuft Abgabe der Unterlagen Unterlagen liegen vr Student DBS Prüfung auf Zulassung Mitarb. des PA der Prüfung psitiv Prüfung negativ Brief Brief Inf über Zulassung Mitarb. des PA Inf über Ablehnung Mitarb. des PA Zulassung erflgt Ablehnung erflgt 33 Gliederung Datenbanksysteme 1. Einführung Datenbanksysteme: Infrmatinssysteme für das Cntrlling 2. Infrmatinsstrukturierung: Semantische Datenmdellierung 1. Infrmatinsstrukturmdell und Entity-Relatinship-Mdell 2. Funktinsstrukturmdell 3. Kmmunikatins-/Przessstrukturmdell 3. Knzeptinelle Datenmdellierung 1. Netzwerkmdelle 2. Hierarchische Datenmdelle 3. Relatinale Datenmdelle 1. Grundlagen 2. Nrmalisierung 4. Objektrientierte Datenmdelle 4. Data Base Engineering 1. Sftware Engineering 2. Phasen des Data Base Engineering 3. Exkurs: Prjektmanagement Teil I 34

18 Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturmdell Prblem der Realität Realitätsausschnitt Infrmatinen Funktinen Abläufe Kmmunikatins-/ Przessbeziehg. AUTOREN N schreiben M BÜCHER ISM Fachknzept FSM KSM/PSM Infrmatins- und Kmmunikatinsstrukturmdell (IKSM) 35 Übung Datenmdellierung Sachverhalt Für ein kmmerzielles Weiterbildungszentrum sll ein Datenbanksystem zur Verwaltung der technischen Ausstattung der Cmputer-Lehrräume entwickelt werden. Derzeit existieren 5 Räume mit jeweils mehreren Rechnern. Die Räume besitzen eine Raumnummer und sind durch eine unterschiedliche Raumgröße charakterisiert. In Zukunft sllen nch weitere Räume eingerichtet werden. Die Rechner sind jeweils mit einem Arbeitsplatznamen und einer IP-Adresse belegt. Alle Rechner, die in einem Raum stehen, werden jeweils vn einem Systemadministratr verwaltet. Derzeit werden vm Weiterbildungszentrum zwei Systemadministratren beschäftigt. Es werden verschiedene Sftwarepakete auf den einzelnen Rechnern installiert, s dass die Rechner (auch innerhalb des selben Raumes) nicht identisch knfiguriert sind. Die Sftwarepakete haben einen Namen, eine Versinsnummer, eine Lizenznummer und sind einer Kategrie (z.b. Betriebssystem der Datenbanksystem) zuzurdnen. 36

19 Übung Datenmdellierung Aufgabenstellung Mdellieren Sie diesen Sachverhalt in Frm eines semantischen Datenmdells. Verwenden Sie dazu die Beschreibungselemente des Entity-Relatinship-Mdells. Gehen Sie bei der Erläuterung Ihres Datenmdells insbesndere auf den Verknüpfungstyp der vrhandenen relevanten Beziehungen und die relevanten Merkmalsklassen ein. Beachten Sie dabei, dass in der Schilderung des Sachverhaltes nicht unbedingt alle beschreibenden Merkmalsklassen aufgeführt sind, s dass Sie bei Bedarf weitere sinnvlle Merkmalsklassen dem Mdell hinzufügen sllten. Fügen Sie bei Bedarf auch geeignete künstliche identifizierende Merkmalsklassen ein. 37 Übung Datenmdellierung Herleitung der ER-Mdells Entities und Attribute: RÄUME (Raum-Nr, Grundfläche) RECHNER (IP-Nummer, Name, Przessr, RAM) SYSTEMADMINISTRATOREN (Persnal-Nr, Vrname, Nachname) SOFTWARE (Sftware_ID, Name, Versin, Lizenznummer, Kategrie) Relatinen: RECHNER / RÄUME: befinden sich in (1:N) SYSTEMADMINISTRATOREN / RÄUME: betreuen (1:N) RECHNER / SOFTWARE: verfügen über (M:N) Zu beachten: Sinnvlle MMK zur Vervllständigung der IOK (Beispiele) Fremdschlüssel-MMK nicht aufnehmen Künstliche identifizierende MMK Persnal_Nr und Sftware_ID Plural-Frm der IOK Aktive Verknüpfungsbenennung Erläuterung der Verknüpfungen Optinalität nicht Bestandteil des ER-Diagramms 38

20 Übung Datenmdellierung Grafische Darstellung des ER-Mdells IP-Nummer Name Raum-Nummer Grundfläche Rechner n befinden sich in 1 Raume Przessr n RAM n verfügen über betreuen Sftware_ID m Name Persnal_Nr 1 Vrname Sftware Systemadministratren Versin Kategrie Lizenznummer Nachname 39 Übung Datenmdellierung Grafische Darstellung des ISM-Mdells Rechner (IP-Nummer, Name, Przessr, RAM) befinden sich in Raume (Raum-Nr, Grundfläche) verfügen über Sftware (Sftware_ID, Name, Versin, Kategrie, Lizenznummer) betreuen Systemadministratren (Persnal_Nr, Vrname, Nachname) 40