Datenbanken. Günter M. Goetz 1. Inhalt der Veranstaltung. Konzept und Architektur von Datenbanksystemen Datenbankentwurf Datenbankmodelle Schwerpunkt:

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1 Dr. Günter M. Goetz Günter M. Goetz 1 Inhalt der Veranstaltung Konzept und Architektur von Datenbanksystemen twurf Datenbankmodelle Schwerpunkt: relationale SQL Erweiterungen und Alternativen zum relationalen Datenbankkonzept Datenaustauschformate Zugriffsschnittstellen Günter M. Goetz 2 1

2 Lernziel Fähigkeit zum: Entwurf einer Datenbank für ein relationales Datenbanksystem. schnelles Einarbeiten in andere Datenbanksysteme. Erkennen von Problemen in Datenmodellen Fähigkeit zur selbstständigen Entwicklung einer Datenbank, bzw. Qualitätskontrolle von Dritter. Günter M. Goetz 3 Voraussetzungen grundlegende Kenntnisse der Mengenlehre. Fähigkeit zu logischem Denken. Wille, sich auch ausserhalb der 2SWS mit der Thematik auseinanderzusetzen. Günter M. Goetz 4 2

3 Literatur Allgemeine Literatur: A. Heuer, G. Saake (2000) : Konzepte und Sprachen - 2. Auflage mitp-verlag, Bonn G.Kuhlman, F. Müllmerstadt (2000) SQL - Der Schlüssel zu relationalen Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek N. Paton et al. (1996) Programmiersprachen für Prentice Hall, München Günter M. Goetz 5 Literatur Literatur zu speziellen Themen: T. Kobert ( 1999) XML bhv, Kaarst G. Koch, K. Loney (1999) Oracle 8 - Die umfassende Referenz - 2. Auflage Carl Hanser Verlag, München Microsoft (1999) SQL Server Datenbank Implementierung Microsoft Press, Unterschleißheim Desweiteren im Internet verfügbare Online- Referenzen der unterschiedlichen. Günter M. Goetz 6 3

4 Datenbanksysteme und hersteller Liste von bekannter Hersteller ohne Anspruch auf Vollständigkeit: rdbs ADABAS (Software AG) Access (Microsoft) DB2 (IBM) FileMaker (Filemaker Inc.) Informix (IBM) Ingres (Computer Associates) Interbase (Borland) mysql (mysql AB) Oracle (Oracle) SQL Anywhere (Sybase) SQL-Server (Microsoft) odbs Cache (InterSystems) Fast Objects (Poet) Günter M. Goetz 7 Datenbank "Sammlung von Daten, die deren Sortierung, Strukturierung und Bearbeitung dient. Mit einer Datenbank ist die Verwaltung einer Vielzahl von Daten nach dem System eines Karteikastens möglich. Die Strukturierung der Daten erfolgt dabei in Felder und Datensätze. Haupteinsatzbereich von ist die Verwaltung großer, strukturierter Datenbestände, wie sie beispielsweise im World Wide Web benötigt werden. Bekannte sind beispielsweise Dbase und MS-Access." (Multimedia Lexikon 2001) Günter M. Goetz 8 4

5 Datenbank (DB) "Eine Datenbank ist eine integrierte Ansammlung von Daten, die allen Benutzern eines Anwendungsbereiches als gemeinsame Basis aktueller Information dient." (Schlageter, 2000) Günter M. Goetz 9 Datenbank-Management-System (DBMS) Die gesamte Kontrolle der Datenbank liegt beim Datenbankmanagementsystem (DBMS). Es ermöglicht: eine Datenbank zu definieren, Daten zu speichern, zu verändern und zu löschen, sowie Abfragen an die Datenbank zu stellen. Günter M. Goetz 10 5

6 Datenbanksystem (DBS) Das DBMS isoliert die Datenbank von den Anwendungsprogrammen. Datenbank und Datenbankmangementsystem bilden zusammen das Datenbanksystem (DBS). Datenbankmanagementsystem Datenbank Datenbankmanagementsystem Datentabelle Datentabelle Datentabelle Günter M. Goetz 11 historischer Exkurs: Dateisysteme Jeder Anwendungsprogrammierer definiert die Dateien (Daten), die er für seine Anwendung braucht. Bsp.: Im Prüfungsamt der FH wird eine Datei über die Studierenden und deren Leistungen verwaltet. Im Studierendensekretariat wird eine Datei über die Studierenden und deren Zahlungen und Semesterzahl verwaltet.? Die Namen und Adressen der Studierenden werden in zwei verschiedenen Dateien geführt. Änderungen hier sind umständlich in beiden Dateien durchzuführen. Günter M. Goetz 12 6

7 historischer Exkurs: Dateisysteme Typische Dateianlage: Programm A Datei 1 B 2 C 3 Günter M. Goetz 13 historischer Exkurs: Dateisysteme COBOL Common Business Oriented Langauge "Da bei Cobol starker Wert auf die Ein/Ausgabeoperationen gelegt wurde, ist sie für viele Bereiche der kaufmännischen Datenverarbeitung besonders geeignet, speziell für alle Probleme, bei denen häufig nur Datensätze eingelesen, formatiert, ausgegeben und einfache Berechnungen ausgeführt werden.... Als Anweisungen kennt Cobol Befehle zum Öffnen und Schließen einzelner Datenzätze, die Wertzuweisung, Befehle für arithmetische Berechnungen, Sprünge, einfache bedingte Anweisungen und Schleifen. Zur Aufbereitung von numerischen Ausgabedaten gibt es in Cobol besondere Hilfsmittel um verschiedene Ausgabeformate (führende Nullen, Vorzeichen etc.) einfacher zu programmieren." (Duden, Informatik; 2. Auflage 1993) Günter M. Goetz 14 7

8 historischer Exkurs: Dateisysteme Probleme bei der Verwendung von Dateisystemen: Redundanz Inkonsistenz Daten-Programm-Abhängigkeit Inflexibilität Günter M. Goetz 15 Datenbank Philosophie Die Daten werden einmal definiert und für alle Benutzer zentral verwaltet.? Vermeidung von Redundanz Programm und Daten sind durch das DBMS getrennt.? Datenunabhängigkeit Neue Anwendungen können schnell auf dieser Datenbasis aufgesetzt werden und sogar ad-hoc Anfragen sind möglich.? Flexibilität Zentrale Verwaltung von Kontrollroutinen und Prüfprogrammen.? Integrität Günter M. Goetz 16 8

9 Datenbankphilosophie Vorteile Es gibt eine gemeinsame Basis für alle Anwendungen (Vereinheitlichung). Redundanz entfällt; wo Redundanz nützlich ist, ist sie durch das DBMS kontrolliert. Wegen weitgehendem Wegfall der Redundanz entfallen die Konsistenzprobleme traditioneller Dateiorganisationen. Die Anwendungsprogrammierung wird vereinfacht, da der Programmierer nur die ihn interessierenden Eigenschaften der Daten, nicht aber deren spezielle Organisation auf den Speichern kennen muß. Die Abhängigkeit zwischen Programmen und Daten wird reduziert. Da das DBMS die Daten so abliefert, wie sie vom Anwendungsprogramm benötigt werden (Sicht!), führen viele Änderungen in der Datenorganisation nicht zu Änderungen der Anwendungsprogramme. Günter M. Goetz 17 Datenbankphilosophie Vorteile Das Datenbanksystem verschafft mehr Flexibilität für die Datenauswertung. Da alle Daten über den Anwendungsbereich zusammengefaßt definiert und gespeichert sind, ist es wesentlich einfacher, neue Anwendungen zu programmieren oder ungeplante Anfragen zu beantworten. Das Datenbanksystem kann zentral die Korrektheit von Daten überprüfen (Prüfprogramme etc.). Das Datenbanksystem kann zentral Mechanismen zur Wiederherstellung einer korrekten Datenbank nach dem Auftreten von Fehlern bereitstellen. Günter M. Goetz 18 9

10 Basis Funktionen eines DBS nach Codd (1982): Integration Operationen Katalog Benutzersichten Konsistenzüberwachung Zugriffskontrolle Transaktionen Synchronisation Datensicherung E. Codd (1982) Relational Database: A practical foundation for productivity Günter M. Goetz CotACM, Architektur eines DBS Es existieren 3 Datenebenen in einem DBS: Logische Gesamtsicht (Konzeptionelle Sicht) Interne Sicht (Datenorganisation auf den Speichern) Externe Sicht (Sichten einzelner Benutzer und Benutzergruppen) Günter M. Goetz 20 10

11 Architektur eines DBS externe Sichten Logische Gesamtsicht interne Sichten Schlageter G., I, FU-Hagen Günter M. Goetz 21 Interne Sicht Die interne Sicht zeigt die physikalische Speicherung der Daten: Aufbau gespeicherter Datensätze und Daten Die Speicherung als solche Zugriffsmethoden und -pfade Desweiteren sind dort die Transformationsregeln von der internen auf die logische Sicht festgelegt.? Änderungen der internen Sicht lassen die logische Sicht unverändert. Günter M. Goetz 22 11

12 Externe Sicht Nicht jeder Benutzer einer Datenbank braucht alle Daten bzw. darf alle Daten sehen und verändern.? Jeder Benutzer kann und soll seine eigene Sicht auf die Daten haben. Die in der jeweiligen externen Sicht vorhandenen 'Objekte' und Beziehungen müssen nicht mit denen der logischen Sicht identisch sein, aber inhaltlich dort vorhanden sein. Günter M. Goetz 23 Logische Gesamtsicht Die logische Gesamtsicht (auch konzeptionelle Sicht) zeigt die Gesamtheit aller Daten, die in der Datenbank verwaltet werden und deren Beziehungen untereinander in einer logischen und einheitlichen Sicht. Die Daten sind auf logischer Ebene beschrieben, ausgehend von den Strukturen, in denen sie in der Realität existieren, unabhängig von Gesichtspunkten der einzelnen Benutzer und von Gesichtspunkten der physischen Speicherung. Desweiteren sind Bedingungen für die Daten und Regeln für deren Änderung beschrieben. Günter M. Goetz 24 12

13 Sprachelemente in externe Sicht DML/DQL (IQL) - Data Manipulation Language / Data Query Language DBPL - Database Programming Language SDDL/VDL Subscheme Data Definition Language / View Definition Language logische Sicht DDL Data Definition Language DCL Data Control Language TPL Transaction Processing Language interne Sicht SSL Storage Structure Language Günter M. Goetz 25 Erweiternde Komponenten von Datenbanksystemen Tools / Utilities Reportsysteme Tools für twurf und CASE Entwicklungsumgebungen für 4GL Sprachen (SQL wird um weitere z.b. imperative Sprachkonzepte erweitert) Import-/Exportsysteme Data Dictionary und Repository Günter M. Goetz 26 13