Einführung in Datenbanken

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1 Einführung in Datenbanken Dipl.-Inf. Michael Wilhelm Hochschule Harz FB Automatisierung und Informatik aum Tel / Inhalt 1. Grundlegende Begriffe der Datenbanktechnologie 2. Datenbankentwurf / Datenmodelle 3. E-Modell / E-Diagramm 3. Normalisierung 4. SQL-Sprache 5. SQL-Sprache, Erweiterungen 6. PL/SQL 2 1

2 Grundlagen der DBMS Kapitel E - Modell / E - Diagramm 3 Konzeptionelles Datenmodell Entity-elationship-Modell P.P. Chen (1976) basiert auf mengentheoretischen Aussagen grafische Notation Entitätstypen Entitäten / Spezialisierung / Generalisierung elationen / Weak-elationen Attribute / Multiattribute 4 2

3 Das E-Modell zur konzeptionellen Daten-Modellierung wird am einfachsten in Form eines E-Diagrammes aufgestellt. Folgende grafischen Symbole werden dabei verwendet: Entitätstyp/Entität Attribut Beziehung Mengenbeziehung 1 : 1 1 : n m : n 5 Entitätstypen Eine Entität ist ein Objekt, das eindeutig identifiziert werden kann Entitäten können in verschiedene Entitätstypen klassifiziert werden (z.b. Entitätsyp Wetterstation, Entität Wetterstation Brocken ) es liegt in der Verantwortung des Datenbankdesigners, welche Entitäten er in das konzeptionelle Datenmodell aufnimmt, und welche nicht 6 3

4 Entitätstypen Wetterstation Betreuer 7 Beziehungstypen Zwischen Entitäten bestehen i.d.. Beziehungen, z.b. hat eine Wetterstation einen Betreuer Eine Wetterstation hat mehrere Messfühler: Temperatur, Sonneneintrahlung, Luftfeuchte, Bodentemperatur Beziehungen können in unterschiedlicher Weise verbal ausgedrückt werden, Beispiele Arbeitnehmer arbeitet in Betrieb Person 1 heiratet Person 2 Wetterstation liefert Messwerte Produkt Produkt/Arbeitnehmer Arbeitnehmer 8 4

5 Beziehungstypen Produkt M herstellen N Arbeitnehmer 9 Attribute Entitäten und Beziehungen haben Eigenschaften, die durch Paare von Attributen und Werten ausgedrückt werden Beispiel: das Alter des Arbeitnehmers X ist 24 (Alter = Attribut, 24 Wert) Attribute werden durch Ellipsen dargestellt 10 5

6 Name Entitätstyp Hochschule Harz Pers.-Nr. Mitarbeiter Adresse Arbeitet für Adresse Telefon 1 : n - Beziehung Ein Mitarbeiter arbeitet für eine HS. Eine HS hat mehrere Mitarbeiter. Beziehungstyp Standort Attribute 11 elation als E-Modell 1 : n - Beziehung Ein Mitarbeiter arbeitet für eine HS. Eine HS hat mehrere Mitarbeiter. Beziehungstyp Entitätstyp Entitätstyp 12 6

7 Name Entitätstyp Hochschule Harz Pers.-Nr. Mitarbeiter Adressen Arbeitet für Adresse Telefon 1 : n - Beziehung Ein Mitarbeiter arbeitet für eine HS. Eine HS hat mehrere Mitarbeiter. Beziehungstyp Standorte Multi-Attribute 13 Grober, unvollständiger Entwurf Name Name Angestellter hat Hochschule Pers.-Nr. hat hat Adresse Fachbereiche hat Straße Name Ort 14 7

8 Grober, unvollständiger Entwurf 15 Übung (2er-Gruppen) E-Diagramm für eine Fluggesellschaft: Entitäten? Attribute? Beziehungen? Mengenbeziehungen? 1:n, m:n Download datenbankdesigner 16 8

9 E-Diagramm Kunde leiht Darlehen Name Nr. Kunde leiht Darlehen ID Höhe 17 Entitätsschlüssel Beim Datenbankentwurf existieren die Entitäten und Beziehungen zunächst in den Köpfen der Fachleute und des Datenbankdesigners. Sie können identifiziert werden, indem man sie benennt oder auf sie zeigt. Für eine Datenbank bedarf es eines Mechanismus, der die Identifikation von Entitäten zu ermöglichen zur Identifikation werden Attribute in jedem Entity genutzt Es kann nur eins oder es können alle Attribute verwendet werden 18 9

10 Entitätsschlüssel (2) Es werden bestimmte Attribute ausgewählt, die eine eindeutige Identifikation von Entitäten ermöglichen Beispiel: das Attribut Name wird ausgewählt, um Arbeitnehmer in einer Personalverwaltungs-Datenbank zu identifizieren in einem größeren Unternehmen wird man eher das Attribut Personalnummer als entsprechendes Attribut auswählen (warum?) 19 Entitätsschlüssel (3) Die Attribute, die der Identifikation von Entitäten dienen, heißen Entitätsschlüssel, meistens kurz als Schlüssel bezeichnet Primärschlüssel identifiziert eindeutig einen Tupel Ein Fremdschlüssel identifiziert eindeutig einen Tupel in einem anderen Entity Ein zusammengesetzte Schlüssel besteht aus mehreren Attributen Schlüsselattribute werden im E-Diagramm unterstrichen 20 10

11 weak entity sets /Schlüsselabhängigkeit Es gibt Fälle, in denen ein Entität nicht genügend Attribute aufweist, um einen Primärschlüssel zu generieren (sie kann nicht eindeutig durch eigene Attribute identifiziert werden (Chen & Knöll, 1991): eine solche Entität wird als weich bezeichnet ( weak entity set ), bzw. man spricht von Schlüsselabhängigkeit Beispiel: eine Straße ist nur eindeutig innerhalb einer Stadt, eine Stadt nur innerhalb eines Kreises, etc.. Um die Adresse eines Ortes zu identifizieren, müssen Stadt, Kreis, etc. spezifiziert werden Eine Entität mit unabhängigen Primärschlüssel ist dementsprechend eine harte ( starke ) Entität ( strong entity set ) 21 Beispiel Entity Mitarbeiter MitNr Name Vorname Strasse PLZ Ort Entity Kind Name Vorname Fragen: Kann ein Tupel aus dem Entity Kind alleine adressiert werden? Welche Schlüssel hat das Entity Kind? Welche Schlüssel benötigt es gegebenenfalls? 22 11

12 Beispiel als E-Modell Die elation wird als weak-elation gezeichnet 23 Beispiel als E-Modell: logische Modell Der Schlüssel vom Entity Mitarbeiter wird als Fremdschlüssel eingetragen (normal) Der Schlüssel vom Entity Mitarbeiter wird als Primärschlüssel eingetragen (neu) 24 12

13 Generalisierung Zusammenfassung/Aggregation von Entitäten zu higher level - Entitäten Beispiel: Entität 1: Kunde mit den Attributen Name, Straße, Stadt, Kundennummer Entität 2: Mitarbeiter mit den Attributen Name, Straße, Stadt, Personalnummer, Gehalt zwischen beiden Entitäten bestehen Ähnlichkeiten (die sich durch gleiche Attribute ausdrücken) diese Ähnlichkeiten können im E-Diagramm durch Generalisierung ausgedrückt werden (Beispiel folgt!) 25 Spezialisierung Entitäten können Untergruppen enthalten, die bestimmte gemeinsame Entitäten aufweisen, jedoch auch gewisse Unterschiede Beispiel: Entität 1: Person mit den Attributen Name, Straße, Stadt eine Person kann klassifiziert werden, z. B. in Kunde oder Mitarbeiter Kunde und Mitarbeiter werden mittels Attributen beschrieben. Dabei sind alle Attribute, die zur Person gehören enthalten sowie zusätzliche, die den Kunden bzw. den Mitarbeiter näher beschreiben (z. B. hat der Kunde eine Kundennummer und der Mitarbeiter eine Personalnummer und ein Gehalt derartige Sachverhalte werden im E-Diagramm durch Spezialisierung ausgedrückt 26 13

14 Name Spezialisierung und Generalisierung Kunde Straße Person Ist ein ( is a ) Stadt Telefon Mitarbeiter Ist ein ( is a ) Direktor Sekretär Techniker Unternehmen Vorgesetzter Abteilung Abteilung 27 Zusammenfassung: E-Diagramme Entwurf des Datenbankschemas grafische Darstellung der logischen Struktur einer Datenbank einfach, klar ( qualities that may well account in large part for the widespread use of the E-model, Silberschatz et al. 2002) konzeptionelles Datenmodell, Umsetzung in logisches Datenmodell einfach relationale Datenmodellierung 28 14

15 Zusammenfassung: E-Diagramme Entwurf (Design) erfordert Entscheidungen des Modellierers: welche Entitäten sollen Berücksichtigung finden? soll ein Objekt als Entität oder als Attribut repräsentiert werden? sind weiche ( weak ) Entitäten bzw. Schlüsselabhängigkeiten vorhanden/notwendig? Generalisierung/Spezialisierung? welche Schlüsselkandidaten gibt es? Welche Attribute sind optional, welches sind Pflichtattribute? 29 Erweiterte E-Notation echtecke Entitätstypen Ellipsen Attribute auten Beziehungstypen Linien Verbindungen zwischen Attributen und Entitätstypen sowie Entitäten und Beziehungstypen Dreiecke Generalisierung/Spezialisierung Doppelte Ellipsen Attribute mit Multiwerten Gestrichelte Ellipsen hergeleitete Attribute Doppelte Linien total participation : ein Entitätstyp muss mindestens in einem Beziehungstyp einer Menge von Beziehungstypen enthalten sein Doppelte echtecke weakentitysets Doppelte aute Identifizierende Beziehung 30 15

16 E-Notationen im Vergleich Die Chen-Notation von Peter Chen, Die IDEF1X als Standard aus den U.S.A. Die Bachman-Notation von Charles Bachman. Die Martin-Notation (Krähenfuß-Notation) Die (min, max)-notation von J.. Abrial, UML als Standard Alle nebenstehenden Notationen drücken auf ihre Art den folgenden Sachverhalt aus: Eine Person ist in maximal einem Ort geboren. Ein Ort ist Geburtsort von beliebig vielen Personen. Ein Ort kann ein Geburtsort sein, muss es aber nicht sein. Bis auf das Chen-Diagramm wird diese Aussage ergänzt um: Eine Person muss in einem Ort geboren sein; bzw. ist in genau einem Ort geboren. Quelle: Wikipedia 31 Alternative Darstellungsformen für die Mengenbeziehungen 1) Martin 2) HSHarz 2) Chen 1 : : n 1 n m : n m n 32 16

17 Alternative Darstellungsformen für die Mengenbeziehungen 1) Martin 2) HSHarz 4) Chen c : 1 c 1 1 : cn 1 cn m : cn m cn 33 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung M1 M2 M3 M4 M5 M6 Hinweis: Hier nicht alle Linien m r1 a1 r2 r3 a2 r4 a3 r5 a4 Hier alle Linien Jede Abteilung hat mindestens einen Mitarbeiter Nicht jeder Mitarbeiter arbeitet in einer Abteilung (CEO) Nach links: eine oder mehrere Nach rechts: keine oder eine Verbindung c 36 17

18 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung Das c bestimmt sich aus der Anzahl der Linien 37 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung M1 M2 M3 M4 M5 M6 Hinweis: Hier alle Linien Jede Abteilung hat kein, ein oder mehrere Mitarbeiter Jeder Mitarbeiter arbeitet in einer Abteilung (CEO) Nach links: kein, eine oder mehrere Nach rechts: eine Verbindung r1 r2 r3 r4 r5 r6 cm 1 Hier nicht alle Linien a1 a2 a3 a

19 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung Das c bestimmt sich aus der Anzahl der Linien 39 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung M1 M2 M3 M4 M5 M6 Hinweis: Hier nicht alle Linien Hier nicht alle Linien r1 r2 r3 r4 r5 r6 cm Jede Abteilung hat kein, ein oder mehrere Mitarbeiter Nicht jeder Mitarbeiter arbeitet in einer Abteilung (CEO) Nach links: kein, eine oder mehrere Nach rechts: keine, eine Verbindung c a1 a2 a3 a

20 Krähenfuss-Notation: Mitarbeiter vs. Abteilung Mitarbeiter Arbeitet für Abteilung Das c bestimmt sich aus der Anzahl der Linien 41 Beispiel Krähenfuß -Notation Jeder Mitarbeiter arbeitet in keine oder einer Abt. Jede Abteilung hat einen oder mehrere Mitarbeiter gehört zu besteht aus 42 20

21 Übung (2er-Gruppen) E-Diagramm für Ihren Arbeitsplatz: Entitäten? Attribute? Beziehungen? Mengenbeziehungen? 43 Übung (2er-Gruppen) Sitzplatz-eservierung in der Eisenbahn: (Jeder Zug hat nur ein Waggon, eine Lok, nur eine Klasse) Entitäten? Attribute? Beziehungen? Mengenbeziehungen? 44 21