Vorläufige Version der Handreichung zum neuen Lehrplan für das Fach. Informatik" an beruflichen Gymnasien (AG, EG, SG und WG) Jahrgangstufe 1

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1 Landesinstitut für Schulentwicklung Vorläufige Version der Handreichung zum neuen Lehrplan für das Fach Informatik" an beruflichen Gymnasien (AG, EG, SG und WG) Jahrgangstufe 1 Relationale Datenbanken Stand April 2009

2 Inhaltsverzeichnis: Teil 2 Jahrgangstufe 1 5 Relationale Datenbanken S Entwicklung eines Datenmodells S Einrichten des Datenbankmodells auf einem Datenbankserver und Auswertung der erfassten Daten S Arbeiten mit Datenbanken unter Eclipse S Datenbankverwaltung mit Hilfe von OpenOffice Base S Arbeiten mit Datenbanken unter phpmyadmin S Übungsaufgaben zur ER-Modellierung S Übungsaufgaben zu SQL S. 143 Anhang 1 Anlagen zum SQL-Teil Anhang 2 Nutzen vorhandener Access-Datenbanken Autoren: Rainer Federle, Kaufmännische Schule Ehingen Gernot Hege, Kaufmännische Schule Nord Stuttgart Lothar Wiedemer, Kaufm. u. Hausw. Schulen Donaueschingen Koordination: Dr. Joachim Fels, Gebhard-Müller-Schule Biberach 1

3 Vorwort Die Einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Berufliche Informatik (Beschluss der Kultusministerkonferenz vom i.d.f. vom ) sind in Kraft getreten. Dies erforderte eine Überarbeitung des bisherigen Lehrplans für das Fach Datenverarbeitung. In diesem Zusammenhang ist auch die Änderung der Fachbezeichnung von Datenverarbeitung in Informatik zu sehen. Die vorliegende Handreichung soll den Lehrkräften als Hilfestellung für die Auswahl und Anordnung des im Unterricht thematisierten Stoffes dienen. Die durch die Handreichung formulierten Inhalte und Vorgehensweisen müssen von den Lehrkräften durch eigene Unterrichtsbeispiele und auf die jeweilige Klassensituation angepasste Materialien ergänzt werden. Dennoch kann die Handreichung dazu dienen, landesweit einheitliche Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler zu etablieren. Die Handreichung lässt für die eingesetzte Unterrichtsmethodik große Spielräume. Dadurch ist es möglich, auf den jeweiligen Lernprozess abgestimmte und schülerzentrierte Arbeitsformen zu wählen. Dies kommt einem problem- und projektorientierten Informatikunterricht entgegen. Die Darstellung von informatischen Lehrplaninhalten in einer Handreichung ist notwendigerweise immer mit der Auswahl von konkreten Softwareprodukten verbunden. Hierbei wurde versucht, den starken Wünschen nach frei verfügbarer Software an möglichst vielen Stellen gerecht zu werden. Selbstverständlich können alle in der Handreichung aufgeführten Beispiele jedoch auch auf andere Weise umgesetzt werden. Unter können digitale Materialien zum Fach Informatik heruntergeladen werden. Hierunter finden sich digitale Versionen der in der Handreichung angesprochenen Übungsaufgaben sowie Lösungen für durchgearbeitete Unterrichtsbeispiele. 2

4 5 Relationale Datenbanken 5.1 Entwicklung eines Datenmodells Eingangssituation Kai Carlsson ist Inhaber der Fahrradvermietung "Rent A Bike e.k." in Meersburg. Er hat zur Zeit 36 verschiedene Fahrräder im Angebot, die vor allem an Urlauber für einen oder mehrere Tage vermietet werden. Kai Carlsson beschließt, die Verwaltung seines Unternehmens in Zukunft Computer unterstützt zu organisieren. Vorgesehen ist eine Datenbank, mit der zunächst die Vermietung der Fahrräder abgewickelt werden kann. In einer ersten Analysephase wurden bei der Fahrradvermietung folgende Beobachtungen gemacht: 20. Mai: Angelika Schlauch, Neck-Allee 81, Berlin, mietet vom bis zum das Fahrrad "Scale 70" der Marke "Scott". 21. Mai: Andreas Hennes, Lindenallee 12, Heidelberg, mietet: vom bis zum das Fahrrad "Viale Abruzzi Gent" der Marke " Bianchi", vom bis zum das Fahrrad "Lady Lite Comfort" der Marke "Maxcycles". Aufgaben 1 Bestimmen Sie die Objekte, die in der ersten Analysephase angesprochen wurden und erläutern Sie die Beziehungen, die zwischen den einzelnen Objekten bestehen. 2 Bilden Sie Gruppen, die Objekte mit gleicher Struktur zusammenfassen. 3

5 Objekte und deren Beziehungen Notwendigkeit der Datenmodellierung Situation: In einem weiteren Interview nennt Kai Carlsson die Daten, die in der zu entwickelnden Datenbank gespeichert werden sollen: "Von allen Mietern müssen Vorname, Name und Anschrift gespeichert werden können. Die Fahrräder sind mit Bezeichnung, Rahmennummer, Hersteller, Jahr der Anschaffung, Anschaffungskosten und Mietpreis pro Tag zu speichern. Die Fahrradhersteller sollen mit ihrem Namen sowie ihrer -Adresse erfasst werden. Zu jedem Vermietvorgang sind das Mietdatum, der Mietbeginn und das Mietende zu speichern. Von den Wohnorten ist der Ortsname und die Postleitzahl zu erfassen." Aufgabe: Entwickeln Sie aufgrund der beschriebenen Anforderungen an die zu erstellende Datenbank ist ein allgemeingültiges Datenmodell. 4

6 Warum Datenmodellierung? Daten und ihre Verarbeitung, die Funktionen, sind zwei Grundsteine unserer Informatiksysteme. Verschiedene Funktionen benötigen die gleichen Daten. Aber jede Funktion bzw. dann auch jedes Programm sieht diese Daten mit anderen Augen. Ziel muss es daher sein: feste, allgemeingültige Regeln zu schaffen, nach denen Informatiksysteme aufgebaut werden können, diese Daten müssen soft- und hardwareunabhängig sein, Daten sind unabhängig von der Anwendung zu speichern. Auftretende Probleme: mangelnde Planung und Koordination, Kommunikationsprobleme zwischen IT-Abteilung und Fachabteilung, unkontrollierte Datenredundanzen, die zu inkonsistenten Datenbeständen führen. Deshalb die Forderung: implementierungsunabhängige Datenanalyse, Orientierung an fachlichen Zusammenhängen ( Funktionsanalyse), Aufbau der Daten für alle Systeme unabhängig von den einzelnen Anwendungen ( Datenanalyse), Verwendung eines gemeinsamen Kommunikationsmediums von Anwendungsund IT-Fachleuten ( ERD), Vermeidung von Redundanzen. Diese Forderungen lassen sich durch ein implemetierungsunabhängiges Vorgehen bei der Analyse sowie durch Verwendung eines Datenmodells erfüllen Regeln für die Datenmodellierung (Entity-Relationship-Modellierung) Ein Entity-Relationship-Modell stellt einen Standard für die Datenmodellierung dar. Es bildet die Datenstrukturen ab und dient zum einen in der konzeptionellen Phase der Anwendungsentwicklung der Verständigung zwischen Anwendern und Entwicklern. Zum anderen ist das ER-Modell in der Implementierungsphase die Grundlage für das Design der Datenbank. Die Umsetzung der in der Realwelt erkannten Objekte und Beziehungen in ein Datenbankschema erfolgt dabei in mehreren Schritten (Regeln für die Entity-Relationship-Modellierung nach Peter Chen 1) ): a) Entitäten und Beziehungen identifizieren b) Identitätsschlüssel für Entitäten bestimmen c) Festlegen der Entitäts- und Beziehungstypen d) Festlegen der Beziehungskardinalitäten e) Attribute und ihre Wertebereiche (Domänen) ermitteln f) Entity-Relationship-Diagramme (ERD) für Entitäts- und Beziehungsmengen zeichnen g) Definieren von Primär- und Fremdschlüsseln h) Attribute und ihre Wertebereiche in Tabellen eintragen 1) Peter Chen, US-amerikanischer Informatiker, entwickelte 1976 die Entity-Relationship-Modellierung. Mit dieser grafischen Darstellungsform revolutionierte er die Datenmodellierung und legte den Grundstein zur grafischen Softwareentwicklung 5

7 5.1.4 Phasen der Datenmodellierung a) Beteiligte Objekte und deren Beziehungen erkennen Zu Beginn des Datenmodellierungsprozesses müssen alle Objekte des zu analysierenden Projektes identifiziert werden. Unter einem Objekt ist dabei nicht nur ein konkreter Gegenstand (Fahrrad, Haus, etc.) zu verstehen. Vielmehr sind auch Lebewesen (Mensch, Tier, Pflanze) und abstrakte Dinge wie Rollen von Personen (Kunde, Mitarbeiter etc.) oder Ereignisse (Vermietung, Bestellung etc.) als Objekte zu verstehen. Hinweis: Zur Vereinfachung des Modells wird unterstellt, dass die Fahrradvermietung von jedem Fahrradmodell nur ein Exemplar im Bestand hat. Mit der Analyse der beschriebenen Beobachtungen lassen sich folgende Objekte identifizieren: "Lady Lite Comfort" der Marke "Maxcycles"; Kaufpreis "780,00 "; Mietpreis "11,00 je Tag"; Rahmen-Nr. "CB/098"; angeschafft am " " "Viale Abruzzi Gent" der Marke "Bianchi"; Kaufpreis "399,00 "; Mietpreis "15,00 je Tag"; Rahmen-Nr. " "; angeschafft am " " "Scale 70" der Marke "Scott"; Kaufpreis "750,00 "; Mietpreis "21,00 je Tag"; Rahmen-Nr. "88/07"; angeschafft am " " Firma "Maxcycles" -Adresse Firma "Bianchi" -Adresse Firma "Scott" -Adresse "Angelika Schlauch" aus "Berlin", "Neckallee 81" "Andreas Hennes" aus "Heidelberg", "Lindenallee 12" "10865" "Berlin" "69126" "Heidelberg" Vermietung am "20. Mai" von "Lady Lite Comfort" vom "20.05." bis "25.05." an "Angelika Schlauch" Vermietung am "21. Mai" von "Viale Abruzzi Gent" vom "22.05." bis "25.05." "Scale 70" vom "22.05." bis "28.05." an "Andreas Hennes" In der Datenbanktheorie werden Objekte als Entitäten bezeichnet. Im zweiten Schritt müssen die Beziehungen, die zwischen je zwei Objekten (Entitäten) bestehen, identifiziert werden. Bei der Beobachtung der Fahrradvermietung lassen sich folgende Beziehungen erkennen: 6 "Maxcycles" ist Hersteller des Fahrrads "Lady Lite Comfort", "Bianchi" ist Hersteller des Fahrrads "Viale Abruzzi Gent", "Scott" ist Hersteller des Fahrrads "Scale 70", "Angelika Schlauch" hat ihren Wohnsitz im Wohnort "Berlin", "Andreas Hennes" hat seinen Wohnsitz im Wohnort "Heidelberg", "Angelika Schlauch" ist Mieterin des Fahrrads "Lady Lite Comfort", "Andreas Hennes" ist Mieter des Fahrrads "Viale Abruzzi Gent", ist Mieter des Fahrrads "Scale 70",

8 "Angelika Schlauch" vereinbart einen Mietvertrag am "20. Mai", "Andreas Hennes" vereinbart einen Mietvertrag am "21. Mai", "Lady Lite Comfort" ist Gegenstand der Vermietung vom "20. Mai", "Viale Abruzzi Gent" ist Gegenstand der Vermietung vom "21. Mai", "Scale 70" ist Gegenstand der Vermietung vom "21. Mai". b) Identitätsschlüssel für Entitäten bestimmen Jede Entität muss durch ein Merkmal (Attribut) oder durch eine Kombination von Merkmalen (Attributkombination) eindeutig identifizierbar sein. Eine minimale Attributkombination, die jede Entität einer Entitätsmenge eindeutig identifiziert, wird als Schlüsselkandidat bezeichnet. Bei mehreren Möglichkeiten ist eine fest auszuwählen, die als Primärschlüssel (Primary Key) bezeichnet wird. Wenn keine geeigneten Attribute für einen Primärschlüssel existieren, so muss ein künstliches Schlüsselattribut (z.b. fortlaufende Nummer - Datentyp: Auto-Increment) eingeführt werden. Für die identifizierten Entitäten des Projektes "Fahrradvermietung" können folgenden Identitätsschlüssel bestimmt werden: Entität: Lady Lite Comfort, "CB/098", 780,00, Viale Abruzzi Gent, " ", 780,00, Scale 70, "88/07", 750,00, Maxcycles Bianchi Scott möglicher Identitätsschlüssel: Attribut Rahmennummer Attribut Rahmennummer Attribut Rahmennummer Attribut Herstellername Attribut Herstellername Attribut Herstellername Angelika Schlauch, Neck-Allee 81, Berlin künstliches Schlüsselattribut Andreas Hennes, Lindenallee 12, Heidelberg künstliches Schlüsselattribut (wegen fehlender Eindeutigkeit) Berlin künstliches Schlüsselattribut Heidelberg künstliches Schlüsselattribut (wegen fehlender Eindeutigkeit) 20. Mai "Lady Lite Comfort" an "Angelika Schlauch" Kombination aus allen Attributen 21. Mai "Viale Abruzzi Gent" an "Andreas Hennes" Kombination aus allen Attributen "Scale 70" an "Andreas Hennes" Kombination aus allen Attributen Aufgrund mangelnder Eindeutigkeit ist bei allen Entitäten die Wahl eines künstlichen Schlüsselattributs vorzuziehen. 7

9 c) Festlegen der Entitäts- und Beziehungstypen In einer weiteren Phase der Datenmodellierung werden alle Objekte, die eine gleiche Struktur aufweisen und gleich beschrieben werden können, zu Gruppen (Entitätstypen) zusammengefasst. Im relationalen Datenbanksystem wird jeder Entitätstyp durch eine Datenbanktabelle abgebildet. Bei den identifizierten Entitäten des Projektes "Fahrradvermietung" können folgende Gruppierungen vorgenommen werden (Entitätstypen): "Lady Lite Comfort" der Marke "Maxcycles"; Kaufpreis "780,00 "; Mietpreis "11,00 "; Rahmen-Nr. " CB/098"; angeschafft am " "; "Viale Abruzzi Gent" der Marke "Bianchi"; Kaufpreis "780,00 "; Mietpreis "15,00 "; Rahmen-Nr. " "; angeschafft am " "; "Scale 70" der Marke "Scott"; Kaufpreis "750,00 "; Mietpreis "21,00 "; Rahmen-Nr. " 88/07"; angeschafft am " "; Entitätstyp Fahrrad Firma "Maxcycles" Firma "Bianchi" Firma "Scott" "Angelika Schlauch" aus "Berlin", "Neckallee 81", "Andreas Hennes" aus "Heidelberg", "Lindenallee 12", Entitätstyp Hersteller Entitätstyp Kunde "10865 Berlin", "69126 Heidelberg", Entitätstyp Wohnort Vermietung am "20. Mai" von "Lady Lite Comfort" Vermietung am "21. Mai" von "Viale Abruzzi Gent" "Scale 70" an "Angelika Schlauch" an "Andreas Hennes" an "Andreas Hennes" Entitätstyp Vermietung Ebenso wie die einzelnen Objekte zu Gruppen zusammengefasst werden, sind die ermittelten Beziehungen, die zwischen je zwei Objekten bestehen, gemäß der gebildeten Entitätstypen zu Beziehungstypen zusammenzufassen. Aus den Beziehungen "Maxcycles" ist Hersteller des Fahrrads "Lady Lite Comfort", "Bianchi" ist Hersteller des Fahrrads "Viale Abruzzi Gent", "Scott" ist Hersteller des Fahrrads "Scale 70", wird der Beziehungstyp "Hersteller liefert Fahrrad" Aus den Beziehungen "Angelika Schlauch" hat ihren Wohnsitz im Wohnort "10865 Berlin ", "Andreas Hennes" hat seinen Wohnsitz im Wohnort "69126 Heidelberg ", wird der Beziehungstyp "Kunde wohnt in Wohnort" Aus den Beziehungen "Angelika Schlauch" ist Mieterin des Fahrrads "Lady Lite Comfort", "Andreas Hennes" ist Mieter des Fahrrads "Viale Abruzzi Gent" ist Mieter des Fahrrads "Scale 70" wird der Beziehungstyp "Kunde mietet Fahrrad" 8

10 Aus den Beziehungen "Angelika Schlauch" ist Partnerin der Vermietung vom "20. Mai", "Andreas Hennes" ist Partner der Vermietung vom "21. Mai", wird der Beziehungstyp "Kunde ist Vertragspartner einer Vermietung" Aus den Beziehungen "Lady Lite Comfort" ist Gegenstand der Vermietung vom "20. Mai", "Viale Abruzzi Gent" ist Gegenstand der Vermietung vom "21. Mai", "Scale 70" ist Gegenstand der Vermietung vom "21. Mai", wird der Beziehungstyp "Fahrrad ist Gegenstand der Vermietung" d) Festlegen der Beziehungskardinalitäten In der nächsten Phase des Modellierungsprozesses muss für jeden Beziehungstyp die mögliche Anzahl der beteiligten Objekte (Kardinalität) festgestellt werden. Die Kardinalität eines Beziehungstyps gibt dabei an, mit wie viel anderen Entitäten eine Entität eines bestimmten Entitätstyps in einer konkreten Beziehung stehen muss bzw. kann. Für den Beziehungstyp "Hersteller liefert Fahrrad" gilt: Ein Hersteller liefert kein, ein oder mehrere Fahrrad/Fahrräder ein Fahrrad wird von genau einem Hersteller geliefert. In diesem Fall spricht man von einer 1:N Beziehung. Für den Beziehungstyp "Kunde wohnt in Wohnort" gilt: Ein Kunde wohnt in genau einem Wohnort in einem Wohnort wohnen kein, ein oder mehrere Kunde/n. In diesem Fall spricht man ebenfalls von einer 1:N Beziehung. Für den Beziehungstyp "Kunde mietet Fahrrad" gilt: Ein Kunde mietet ein Fahrrad oder mehrere Fahrräder ein Fahrrad wird von keinem, einem oder mehreren Kunden gemietet. In diesem Fall spricht man von einer M:N Beziehung. und und und Beziehungen zwischen Entitäten werden in relationalen Datenbanken mit Hilfe von Schlüsselattributen hergestellt, wobei das Primärschlüsselattribut der einen Relation (Entitätstypen werden bei der Überführung in ein relationales Datenbanksystem zu Relationen) als Fremdschlüssel in die andere aufgenommen wird. Bei M:N-Beziehungen bestünde somit eine Ü- berkreuzverknüpfung und würde eine eindeutige Zuordnung unmöglich machen. Somit können M:N-Beziehungen in einem relationalen Datenbanksystem nicht abgebildet werden und müssen in zwei 1:N-Beziehungen aufgelöst werden. Im vorliegenden Fall geschieht dies mit dem Entitätstyp Vermietung. Für den Beziehungstyp "Kunde ist Vertragspartner einer Vermietung" gilt: Ein Kunde ist Vertragspartner von einer oder mehrerer Vermietung/en eine Vermietung hat genau einen Kunden als Vertragspartner. In diesem Fall spricht man von einer 1:N Beziehung. Für den Beziehungstyp "Fahrrad ist Gegenstand der Vermietung" gilt: Ein Fahrrad ist Gegenstand keiner, einer oder mehrerer Vermietungen eine Vermietung bezieht sich auf genau ein Fahrrad. In diesem Fall spricht man ebenfalls von einer 1:N-Beziehung. und und Die Ergebnisse der Modellierung werden in einem Entity-Relationship- Diagramm (ERD) grafisch dargestellt (siehe unten, Seite 11). 9

11 e) Attribute und ihre Wertebereiche (Domänen) bestimmen In einer weiteren Modellierungsphase sind die Eigenschaften jedes Entitätstyps zu bestimmen. Darunter fallen die Bestimmung der Attribute sowie die Festlegung des identifizierenden Attributs (Schlüsselattribut). Gegebenenfalls können hier bereits die Datentypen der jeweiligen Attribute sowie deren Format bestimmt werden. Ebenso können für einzelne Attribute deren Wertebereiche bestimmt werden. Am Beispiel der Postleitzahlen sind dies die Werte zwischen "01001" und "99998". Exkurs: Datentypen für eine SQL-Datenbank Für die Attribute eine Datenbanktabelle sind jeweils geeignete Datentypen zu bestimmen. In der folgenden Übersicht finden Sie die gängigen Datentypen für eine SQL-Datenbank: Datentyp Beschreibung Speicherplatz TINYINT Ganzzahlen von 0 bis 255 bzw bis Byte SMALLINT Ganzzahlen von 0 bis bzw bis Bytes INT Ganzzahlen von 0 bis ~4,3 Mill. bzw. ~ -2,15 Mill. - ~ +2,15 Mill. 4 Bytes INTEGER Alias für INT FLOAT Fließkommazahl, vorzeichenbehaftet; Wertebereich von -3, ^38 bis -1, ^38, 0 und 1, ^38 bis 3, ^38 4 Bytes DOUBLE Fließkommazahl, vorzeichenbehaftet, Wertebereich von ~ -1,798^308 bis ~ -2,225^-308, 0 und ~ 2,225^-308 bis ~ 1,798^ Bytes REAL Alias für DOUBLE CHAR Zeichenkette mit fester Länge N (für N von 0 bis 255) N Bytes VARCHAR Zeichenkette mit variabler Länge N zwischen 0 und 255 N+1 Bytes (Siehe hierzu auch Seite 30) DATE Datum im Format "JJJJ-MM-TT" Wertebereich von bis Bytes DATETIME Datum im Format " JJJJ-MM-TT hh:mm:ss" Wertebereich entspricht DATE 8 Bytes TIME Zeitangabe zwischen -838:59:59 und +839:59:59 3 Bytes YEAR Jahreszahl zwischen 1901 und Byte AUTO-INCREMENT ist kein eigenständiger Datentyp. Vielmehr dient ein Attribut vom Typ AUTO-INCREMENT zur Erzeugung einer eindeutigen Kennung von Datensätzen. Er ordnet jeder neuen Zeile einen um Eins größeren Wert zu als der vorherige höchste Wert dieses Attributs. In seiner Standarddefinition ist dieses Attribut vom Typ INT. Für die fünf Entitätstypen sind folgende Attribute mit den entsprechenden Datentypen anzulegen: Hersteller: Fahrrad: 10 Herstellername CHAR(30), CHAR(30) Bezeichnung CHAR(50), Rahmennummer CHAR(10), Tagesmietpreis DOUB- LE, Wert DOUBLE, Kaufdatum DATE, Name CHAR(30), Vorname CHAR(20), Strasse CHAR(30) Kunde: Vermietung: Mietdatum DATE, von DATE, bis DATE Wohnort: Plz CHAR(5), Ort CHAR(50)

12 f) Entity-Relationship-Diagramm (ERD) für Entitäts- und Beziehungsmengen zeichnen Kunde 1 vereinbart N Vermietung N bezieht sich auf 1 Fahrrad N N wohnt in geliefert von 1 1 Wohnort Hersteller Erläuterungen zum Erstellen eines Entity-Relationship-Diagramm finden Sie unter Kapitel Seite 15ff. g) Definieren von Primär- und Fremdschlüsseln Jede Entität muss durch ein Merkmal eindeutig identifizierbar sein. Hierzu erhält jeder Entitätstyp ein so genanntes Primärschlüsselattribut. Wie oben bereits angeführt, sollte dabei ein zusätzliches, künstliches Attribut gewählt werden. In einem relationalen Datenbanksystem wird die Beziehung zwischen zwei Entitätstypen durch die Verknüpfung von Schlüsselattributen erzeugt. Hierzu muss auf der N-Seite des Beziehungstyps der Primärschlüssel des Entitätstyps der 1-Seite als Fremdschlüssel eingefügt werden. Beispiel: 1 N Hersteller liefert Fahrrad Das Primärschlüsselattribut des Entitätstyps Hersteller (Herstellernr) wird als Fremdschlüsselattribut dem Entitätstyp Fahrrad hinzugefügt. Für die Entitätstypen des Projekts "Fahrradvermietung" ergeben sich folgende Festlegungen: Entitätstyp Hersteller: Attribut Datentyp Länge/Format Herstellernr Character 5 Herstellername Character 30 Character 30 Primärschlüssel: Herstellernr 11

13 Entitätstyp Fahrrad: Attribut Datentyp Länge/Format Fahrradnr Character 5 Bezeichnung Character 50 Rahmennummer Character 10 Tagesmietpreis Double 4-stellige Zahl, 2 Dezimalstellen Wert Double 6-stellige Zahl, 2 Dezimalstellen Kaufdatum Date Herstellernr Character 30 Primärschlüssel: Fahrradnr Fremdschlüssel: Herstellernr Entitätstyp Kunde: Attribut Datentyp Länge/Format Kundennr Character 5 Name Character 30 Vorname Character 20 Strasse Character 30 Ortnr Integer Primärschlüssel: Kundennr Fremdschlüssel: Ortnr Entitätstyp Wohnort: Attribut Datentyp Länge/Format Ortnr Integer PLZ Character 5 Ort Character 50 Primärschlüssel: Ortnr Entitätstyp Vermietung: Attribut Datentyp Länge/Format Vermietnr Character 5 Mietdatum Date von Date bis Date Fahrradnr Character 5 Kundennr Character 5 Primärschlüssel: Vermietnr Fremdschlüssel: Fahrradnr Fremdschlüssel: Kundennr Die Konkretisierung des ERD durch Attribute werden im Relationenmodell sichtbar (Erläuterungen zum Relationenmodell befinden sich im Kapitel 5.1.5, Seite 15) Relationenmodell (Fahrrad) KUNDEN (Kundennr, Name, Vorname, Strasse, Ortnr) VERMIETUNGEN (Vermietnr, von, bis, Fahrradnr, Kundennr) FAHRRAEDER (Fahrradnr, Bezeichnung, Rahmennummer, Tagesmietpreis, Wert, Kaufdatum, Herstellernr) HERSTELLER (Herstellernr, Herstellername) WOHNORTE (Ortnr, PLZ, Ort) (Allgemeine Regeln zum Relationenmodell befinden sich auf Seite 17.) 12

14 Bevor nun das Datenmodell mit Hilfe eines relationalen Datenbankmanagementsystems implementiert wird, muss überprüft werden, ob jeder Entitätstyp einen Primärschlüssel aufweist und alle Attribute atomare Inhalte enthalten. Darüber hinaus müssen alle Attributswerte direkt vom Primärschlüssel und nicht nur von Schlüsselteilen abhängen. Dieser Schritt erhält seine Bedeutung durch die Forderung, Redundanzen innerhalb der zu erstellenden Datenbank zu verhindern. (Von Redundanz spricht man dann, wenn gleiche Informationen mehrfach gespeichert werden.) Darüber hinaus ist die Gewährleistung der genannten Bedingungen Voraussetzung dafür, dass in der zu erstellenden Datenbank die referentielle Integrität (siehe unten) sichergestellt werden kann. Falls sich hierbei Widersprüche ergeben, muss der Modellierungsprozess nochmals durchlaufen werden. Nachdem die logische Struktur der relationalen Datenbank vorliegt, kann sie in ein relationales Datenbankmanagement-System (RDBMS) übertragen werden. Referentielle Integrität Werden Daten in einer Datenbank erfasst, geändert oder gelöscht, muss sichergestellt sein, dass die Inhalte der Tabellen widerspruchsfrei bleiben. Die referentielle Integrität garantiert die Korrektheit zwischen den Attributen von Tabellen und der Erhaltung der Eindeutigkeit ihrer Schlüssel. Sie gewährleistet, dass in einer Detailltabelle (N-Seite einer Beziehung) die Fremdschlüssel nur solche Werte annehmen können, die in der betreffenden Mastertabelle (1-Seite einer Beziehung) bereits als Primärschlüsselattribute angelegt worden sind. Referentielle Integrität liegt in einer Datenbank somit dann vor, wenn jedem Wert, der unter einem Fremdschlüssel eingetragen wird, auch tatsächlich ein identischer Eintrag in der Relation entspricht, in der das Attribut Primärschlüssel ist. In einer Detailtabelle dürfen somit nur Datensätze eines Objektes enthalten sein, das in der Mastertabelle vorkommt; "Kinder" ohne Eltern" darf es nicht geben. Am Beispiel der Tabellen FAHRRAD und HERSTELLER bedeutet dies, dass bei einem Fahrrad nur die Identifikationsnummer eines Herstellers erfasst werden kann, die bereits einem Hersteller in der Tabelle HERSTELLER als Primärschlüssel zugeordnet wurde. Darüber hinaus können die Daten eines Herstellers nicht gelöscht werden, solange er noch als Hersteller eines Fahrrads gespeichert ist. Übungsaufgabe Nachdem mit Kai Carlsson, Inhaber der Fahrradvermietung "Rent A Bike e.k.", die Ergebnisse der ersten Phase der Datenmodellierung besprochen wurden, bittet er Sie, dass die folgenden Sachverhalte auch noch in der zu erstellenden Datenbank Berücksichtigung finden: Für alle Fahrräder soll eine Kategorisierung in Fahrradtypen ("Mountain-Bike", "Herren City Bike", "Jugendfahrrad", etc.) möglich sein. Dabei soll auch eine kurze Erläuterung dieser Fahrradtypen ("Geländefahrrad mit Federung", "Herrenräder für Straßen und Wege", "Fahrrad für Jugendliche", etc.) festgehalten werden. Herr Carlsson beschäftigt mehrere Aushilfskräfte, welche die regelmäßig durchzuführenden Inspektionen der Fahrräder vornehmen. Festgehalten werden soll, wer (Vorname, Name) an welchem Tage (Datum) welches Fahrrad gewartet hat. Darüber hinaus sind die Inspektionsdauer (Dauer_in_Minuten) sowie der Wert der benötigten Ersatzteile zu erfassen. Ergänzen Sie das vorliegende Datenmodell. (Name: Fahrradvermietung - erweitert) 13

15 Ergebnis der Datenmodellierung (Fahrradvermietung - erweitert) Der Modellierungsprozess erfolgt analog zu der auf den Seiten 4-12 dargestellten Vorgehensweise. Für die zusätzlich identifizierten Entitätstypen des Projekts "Fahrradvermietung - erweitert" ergeben sich folgende Festlegungen: Entitätstyp Fahrradtypen: Attribut Datentyp Länge/Format Typnr Character 5 Typbezeichnung Character 30 Kurzerlaeuterung Character 60 Primärschlüssel: Typnr Entitätstyp Monteure: Attribut Datentyp Länge/Format Monteurnr Character 5 Vorname Character 20 Name Character 30 Primärschlüssel: Monteurnr Entitätstyp Inspektionen: Attribut Datentyp Länge/Format Inspektionnr Character 5 Datum Date Dauer Integer 3-stellige Ganzzahl Ersatzteilwert Double 6-stellige Zahl, 2 Dezimalstellen Fahrradnr Character 5 Monteurnr Character 5 Primärschlüssel: Inspektionnr Fremdschlüssel: Fahrradnr Fremdschlüssel: Monteurnr Der bereits festgelegte Entitätstyp Fahrrad erhält ein weitere Fremdschlüsselattribut (Typnr): Entitätstyp Fahrrad: Attribut Datentyp Länge/Format Fahrradnr Character 5 Bezeichnung Character 50 Rahmennummer Character 10 Tagesmietpreis Double 4-stellige Zahl, 2 Dezimalstellen Wert Double 6-stellige Zahl, 2 Dezimalstellen Kaufdatum Date Herstellernr Character 5 Typnr Character 5 Primärschlüssel: Fahrradnr Fremdschlüssel: Herstellernr Fremdschlüssel: Typnr 14

16 5.1.5 Begriffe und Definitionen Ausgangspunkt des ER-Modells ist der Begriff der Entität. Eine Entität ist ein individuelles und identifizierbares Exemplar von Dingen, Personen oder Begriffen der realen oder der Vorstellungswelt. Die Entität wird durch Attribute näher beschrieben. Die Entitäten, die durch dieselben Eigenschaften beschrieben werden, werden zu einem Entitätstyp zusammengefasst und in einem Rechteck dargestellt. Die Bezeichnung des Entitätstyps steht im Singular. Fahrrad Die Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zwischen Entitäten werden durch Beziehungen dargestellt. Die Zusammenfassung gleichartiger Beziehungen zwischen Entitäten erfolgt durch Beziehungsmengen, Assoziationen genannt. Eine Assoziation wird nach Chen grafisch durch eine Raute dargestellt. Als Name sollte ein Verb gewählt werden. Die Diagramme werden von oben nach unten beziehungsweise von links nach rechts gelesen. geliefert von Die Beziehung wird durch eine Verbindungslinie, zwischen der die Assoziationsraute steht, dargestellt. Fahrrad wird geliefert von Hersteller Entität - Entitätstyp Die Entität (Entity) ist das konkrete, individuell identifizierbare Objekt bzw. Exemplar von Dingen, Personen oder Begriffen der realen oder der Vorstellungswelt, für das auf einem Datenträger Sachverhalte festzuhalten sind. Beispiele: Individuen: Schüler Hans Dampf; Kunde Hennes, Mitarbeiterin Braun; Reales Objekt: Fahrrad Lady Lite Comfort; Ersatzteil Lenker; Ereignis: Vermietung; Zahlung; Buchung; Start; Landung Abstraktes: Unterricht; Dienstleistung; Verarbeitungsart; Zahlungsart... Die Entität ist Mitglied einer Gruppe (Klasse), dem Entitätstyp. Der Schüler Hans Dampf ist ein konkretes individuell identifizierbares Objekt, über den Informationen abgespeichert werden müssen. Er gehört zur Gruppe der Schüler. Man kann auch sagen, er ist vom Entitätstyp Schueler. Alle Informationen, die über Schüler abgespeichert werden, sind von der Struktur her gleich. Attribut Attribute beschreiben die Entitäten. Beispiel: Schueler(Schuelernr, Vorname, Name,...) Man unterscheidet zwischen identifizierenden Attributen (z.b.: Schuelernr, Kundennr;...) beschreibenden Attributen (z.b.: Name, Kundenname, Bezeichnung;...) 15

17 Beziehungstyp - Kardinalitäten Zwischen den Entitätstypen Hersteller und Fahrrad besteht ein Beziehungstyp liefert. Wenn es einen solchen Beziehungstyp gibt, so kann (muss) eine konkrete Beziehung zwischen einem Paar der dazu gehörenden Entitäten bestehen: Hersteller 1 liefert N Fahrrad Man liest: Hersteller liefert Fahrrad bzw. Fahrrad wird geliefert von Hersteller. Beziehungsattribute sind die beschreibenden interessierenden Merkmale der Beziehung. Beispiel zwischen Schüler und Fächern: Note. Die verschiedenen und für die Praxis relevanten Beziehungstypen werden im Folgenden dargestellt. Die 1:1-Beziehung Mitarbeiter 1 1 gehört Firmenausweis Zwischen zwei Objekten A und B besteht eine 1:1-Beziehung, wenn Folgendes gilt: Zu jedem Objekt von A gibt es genau ein Objekt von B und umgekehrt. Die 1:C-Beziehung PKW 1 enthält C Tempomat Es gibt aber auch Entitäten, zwischen denen eine Beziehung stehen kann. Für diesen Fall führt man die konditionale Beziehung ein. Auf der Seite, auf der die Beziehung optional ist, wird ein C geschrieben. (Ein Pkw hat keinen oder einen Tempomat.) Die 1:MC-Beziehung Mann 1 MC ist Vater von Kind Analog der 1:C-Beziehung ist es hier darüberhinaus auch zulässig, wenn es Objekte in Mann gibt, denen kein, ein oder mehrere Kind(er) zugeordnet sind. Die M:N-Beziehung Zwischen zwei Objekttypen A und B besteht eine M:N Beziehung, wenn Folgendes gilt: Zu jedem Objekt von A gibt es ein oder mehrere Objekte von B und umgekehrt. Ein Schüler muss mehrere Kurse belegen. Umgekehrt müssen immer mehrere Schüler in einem Kurs sein. Kurs M wird belegt von N Schueler 16

18 Die MC:NC-Beziehung Es ist auch möglich, dass einer Entitätsmenge aus der M:N-Beziehung kein, ein oder mehrere Elemente aus der anderen Entitätsmenge zugeordnet ist. In diesem Fall steht analog zur 1:MC-Beziehung das Konditionalzeichen C. Kunde MC mietet NC Fahrrad Im Relationenmodell ist eine M:N-/ bzw. MC:NC-Beziehung nicht umsetzbar (siehe oben, Seite 9) Sie muss deshalb in 1:N-Beziehungen aufgelöst werden, d. h., die Beziehung wird eine eigene Tabelle (Verbindungsentity). So wird im Beispiel "Kunde mietet Fahrrad" Vermietung"als Verbindungsentität eingefügt. Kunde vereinbart 1 N NC Vermietung bezieht sich auf 1 Fahrrad Für die Auflösung von M:N Beziehungen ist eine Verbindungsentität erforderlich. Im Relationenmodell nimmt dabei die Tabelle, die die Assoziationen darstellt, den Primärschlüssel der beteiligten Tabellen als Fremdschlüssel auf. Die beiden Schlüssel zusammen können als Primärschlüssel der Assoziationstabelle dienen. Weitere Attribute in dieser Tabelle sind in der Regel möglich. Für die 1:M Beziehung ist keine eigene neue Relation erforderlich, sondern sie wird durch Aufnahme des Schlüsselattributes des übergeordneten Entitytyps in die Relation des untergeordneten Entitytyps hergestellt. Das aufgenommene Schlüsselattribut wird dann als Fremdschlüssel bezeichnet. In den nun folgenden Übungen zum ER-Modell werden die Kardinalitäten ohne Conditional-Optionen (C in den Kardinalitäten) dargestellt. Dies ist zum einen als didaktische Reduktion sinnvoll, weil sich das ER-Modell dann auf das Wesentliche konzentriert. Zum anderen ergeben sich die Conditional-Optionen oft nur im zeitlichen Ablauf und sind dauerhaft nicht sehr sinnvoll (Ein Kunde ohne Anfrage oder Auftrag macht eigentlich keinen Sinn, dennoch wird ein Kunde, der gerade angelegt wird, erst in einem weiteren Schritt mit einem Geschäftsprozess verbunden. In einer Datenbank muss demnach ein Kunde zunächst isoliert von Geschäftsprozessen existieren können). Relationenmodell Ein Relationenmodell (Relationenschema) besteht aus einer Menge von Attributen, die gemeinsame Eigenschaften von Objekten darstellen. Das Relationenmodell ist daher ein wertebasierendes Datenbankmodell. Die Ausprägung der Attribute wird über Standard-Datentypen (Integer, Real, Character,... ) beschrieben. Syntax: Relationenname(attribut1, attribut2, attribut3,... attribut_n) Hinweis: Der Name der Relation steht im Plural. Das Primärschlüsselattribut wird unterstrichen dargestellt; Fremdschlüssel erhalten einen senkrechten Pfeil ( ) vorangestellt. 17

19 5.1.6 Modellierungsergebnisse Projekt "Fahrradvermietung - erweitert" Entity-Relationship-Diagramm Kunde 1 N vereinbart Vermietung Fahrradtyp N N 1 wohnt in bezieht sich auf kategorisiert 1 Wohnort 1 Fahrrad N N 1 geliefert von gewartet bei 1 N Hersteller Inspektion N durchgeführt von Relationenmodell Erweiterung: 1 FAHRRADTYPEN (Typnr, Typbezeichnung, Kurzerlaeuterung) INSPEKTIONEN (Inspektionnr, Datum, Fahrradnr, Monteurnr) MONTEURE (Monteurnr, Vorname, Name) Monteur FAHRRAEDER (Fahrradnr, Bezeichnung, Rahmennummer, Tagesmietpreis, Wert, Kaufdatum, Herstellernr, Typnr) 18

20 5.1.7 Zusammenfassung Entität: Eindeutig bestimmbares, von anderen wohlunterscheidbares Objekt der realen Welt oder unserer Vorstellung (z. B.: Vorgang, Prozess). In der Datenbank ist sie durch eine Zeile einer Tabelle repräsentiert. Entitätstyp: Beschreibung des Bauplans einer jeden Entität gleichen Typs (ist in der Datenbank durch die Tabellenüberschrift beschrieben) Beziehung (Relationship): Beschreibt einen Zusammenhang zweier Objekte. Beziehungstyp: Beziehung zweier Entitätstypen. Attribut: Ein gemeinsames Merkmal aller Entitäten eines Entitätstyps (wird in der Datenbank die Tabellespalte) Attributswert: Eine Ausprägung eines Merkmals einer Entität, bzw. der Schnittpunkt zwischen Zeile und Spalte ( In der Datenbank die Zelle) Relationenmodell (Relationenschema): Ist die Beschreibung des Aufbaus einer Entität (Tupel). Unterschied Entity - Relation: Entity: Nach der Realität funktional zusammen gehörende Attribute Relation: Menge von Attributen Beispiele: Entität (Entity) Entitätstyp Attribute (Eigenschaften) Attributswerte (Ausprägungen) Relationenmodell (Relationenschema) Schüler Hans Dampf Schueler Name Strasse Dampf Rosenweg 3 SCHUELER (Schuelernr, Vorname, Name, Strasse, Ortnr) Lady Lite Comfort Fahrrad Tagesmietpreis Kaufdatum 780, FAHRRAEDER (Fahrradnr, Bezeichnung, Rahmennummer; Herstellernr) Herr Andreas Hennes Kunde Name Vorname Hesses Andreas (Beispiel für Primärschlüssel: Schuelernr ; Beispiel für Fremdschlüssel: Ortnr) KUNDEN (Kundennr, Name, Vorname, Ortnr) Hinweis: Weitere Beispiele, die als alternative Problemstellungen für den Einstieg in die Datenmodellierung verwendet werden können, finden Sie in Kapitel 5.6, Seite 115ff. 19

21 5.2 Einrichten des Datenbankmodells auf einem Datenbankserver und Auswertung der erfassten Daten Vorbemerkung Die Schülerinnen und Schüler sollen in die Lage versetzt werden, die Anwendung und den Gebrauch von Datenbanken im Kontext von Client-Server-Architekturen zu verstehen und zu interpretieren. Beim Einsatz von Software sind verschiedene Szenarien denkbar. Bereits das Modellieren der Datenbank kann softwareunterstützt erfolgen. Dieses Vorgehen empfiehlt sich insbesondere für leistungsstarke Kurse und für Kurse, die in der Jahrgangsstufe 2 eine Vertiefung der Datenbankkenntnisse in Verbindung mit dynamischen Webseiten mit Datenbankanbindung erfahren (siehe Lehrplaneinheit "7 Design und Realisierung von Internetseiten"). Für die Modellierung stehen mehrere Free-Tools zur Verfügung. In dieser Handreichung wird als Modellierungstool Azzurri Clay unter Eclipse verwendet (siehe unten, Seite 64 ff.). Wird beim Modellieren der Datenbank auf Softwareeinsatz verzichtet, kann die Überführung des ER-Modell in eine relationale Datenbank dennoch mit Hilfe unterschiedlicher Softwaretools erfolgen. Folgende Szenarien sind im Unterricht denkbar und werden in den nachfolgenden Ausführungen dargestellt. Aufgabenstellung Umsetzung im Unterricht ER-Modellierung Softwareunterstützt - Eclipse (Azzurri Clay) Theoretisch Überführung in eine Datenbank Datenoperationen mit SQL - SQLExplorer - SQLExplorer Datenbankserver: MySQL Frontend: - Query Browser - phpmyadmin - Open Office Base Open Office Base Nachdem ein grundlegendes Verständnis für die Datenmodellierung entwickelt ist, soll nun mit der Abfragesprache SQL das Datenbankmanagementsystem MySQL genutzt werden, um die entworfene relationale Datenbank einzurichten. Dabei wird methodisch so vorgegangen, dass zunächst die Client Server Umgebung eingeführt und eingerichtet wird. Anschließend wird die Datenbank Fahrrad eingerichtet und eine Tabelle aus dem Modell angelegt. Anhand dieser Tabelle werden dann die SQL-Befehle zur Datenmanipulation und zur Datenbankabfrage eingeführt. Dabei sollen wichtige Grundbegriffe geklärt werden. Im zweiten Schritt werden Beziehungen zwischen den Tabellen eingerichtet und umfangreichere Datenbankabfragen bearbeitet. Der Lehrplaninhalt "Datenoperationen mit SQL" kann mit jedem beliebigen relationalen Datenbankmanagementsystem (RDBMS) unterrichtet werden. In dieser Handreichung wird als RDBMS die Open-Source-Software MySQL verwendet. Diese Entscheidung fiel insbesonde- 20

22 re im Hinblick auf die in der Lehrplaneinheit "7 Design und Realisierung von Internetseiten" der Jahrgangsstufe 2 enthaltenen Inhalte "serverseitige dynamische Webseiten" und "Zugriff auf Datenbanken". MySQL bietet als bevorzugtes Einsatzgebiet die Datenspeicherung für Web-Services und wird häufig in Verbindung mit dem Webserver Apache und PHP, einer Skriptsprache, die hauptsächlich zur Erstellung von dynamischen Webseiten verwendet wird, eingesetzt. Diese Kombination wird entsprechend der Anfangsbuchstaben der beteiligten Software als LAMP, MAMP bzw. WAMP bezeichnet, je nachdem ob als Betriebssystem Linux, Mac OS oder Windows benutzt wird. Die Erarbeitung der Lehrplaninhalte erfolgt in dieser Handreichung mit Hilfe eines WAMP- Servers. Er lässt sich mit Hilfe der Software XAMPP einfach (auch ohne Windows-Administratorrechte) installieren. Für den Unterricht sollte die Installation des Webservers in Abhängigkeit der Netzkonfiguration erfolgen. Hierzu liegen Installationshinweise der ZPG-Netze vor. Die Installation im Schulnetz sollte nur in Absprache mit den zuständigen Netzadministratoren erfolgen. Die folgenden Ausführungen sind in erster Linie für Einzelplatzrechner zu verstehen. Damit können Lehrerinnen und Lehrer sowie Schülerinnen und Schüler auf ihren privaten PCs mit geringem Aufwand einen Apache-Server installieren und zur Unterrichtsvorbereitung bzw. zum Üben der Unterrichtsinhalte nutzen. Als Softwareumgebung wird serverseitig der MySQL-Server aus dem XAMPP-Paket und als Frontend auf dem Client PC MySQL Query Browser eingesetzt. Die anderen Varianten werden an späterer Stelle (siehe Seite 62 ff.) vorgestellt Das Client Server Prinzip In einer Client Server Umgebung bieten bestimmte Rechner (Server) Funktionen (Dienste) an andere Rechner (Clients) an, die diese Dienste nutzen. Der Server nimmt die Anfragen der Clients entgegen und sendet diesen daraufhin die angeforderten Daten über das Netz. Als Server bezeichnet man den zentralen Rechner (oder das zentrale Programm), der in einem Computer-Netz Dienste (zum Beispiel ), Anwendungsprogramme und Daten (zum Beispiel eine Adressdatenbank) bereitstellt. Der Client ist ein Computer oder ein Programm, das über eine Datenverbindung auf einen Server zugreift, um bestimmte Datenverarbeitungsprozesse durchzuführen oder um Daten abzurufen. Die meisten Computer- Netze, insbesondere das Internet, sind nach dem Client-Server-Prinzip aufgebaut. Die Begriffe "Client" und "Server" bezeichnen nicht nur die entsprechenden Computer, (Hardware), sondern auch die erforderlichen Computerprogramme (Software). Beispiele für Client Server Architekturen: Client-Programm Browser, z. B. Internetexplorer programm, z. B. Outlook FTP-Client, z.b. Wise Ftp Datenbank-Frontend - MySQL Query Browser - Eclipse/SQLExplorer - phpmyadmin : Server Webserver Mailserver Ftp- Server Datenbankserver, z. B. MySQL 21

23 Hinweis: In der Praxis ist die physikalische Unterscheidung zwischen Client und Server nicht immer eindeutig, weil ein Computer auch beide Funktionen wahrnehmen kann. So können auf einem Arbeitsplatzrechner gleichzeitig der Datenbankserver mit den Datenbanken (MySQL) und das Programm zur Kommunikation mit dem Datenbankserver (MySQL Query Browser) installiert sein. Im Unterricht ist es zu empfehlen, die Client Server Architektur zu visualisieren (Siehe Seite 24) Herstellen einer Client Server Umgebung Java Runtime Environment installieren Bevor mit dem Apache-Webserver gearbeitet werden kann, muss sichergestellt sein, dass auf dem Rechner eine Java-Plattform vorhanden ist. Unter steht die aktuelle Version des benötigten Java Runtime Environment zum Download bereit, die kostenlos und ohne Registrierung installiert werden kann. XAMPP "installieren" - Laden Sie von der Seite "http://www.apachefriends.org/de/xampp-windows.html#631" die Datei "xampp-win zip" herunter. (Es handelt sich hierbei um die, bei der Erstellung dieser Handreichung, aktuelle Version - Dezember 2008.) Mit dem Entpacken dieser Datei wird in einem individuell festgelegten Installationslaufwerk ein Ordner "xampp" angelegt, in den alle notwendigen Daten kopiert werden. Das Installationsverzeichnis sollte sich auf der Root-Ebene eines beliebigen Laufwerks befinden, wobei dies auch ein Netzlaufwerk, beispielsweise H:\XAMPP sein kann. - Im Ordner XAMPP muss anschließend die Datei "setup_xampp.bat" ausgeführt werden. Dabei werden die Pfadangaben des Serverlaufwerks festgelegt. Damit ist ein kompletter WAMP-Server mit Apache-Webserver und php-unterstützung, MySQL-Datenbank und phpmyadmin als webbasiertes Frontend zur Datenbankadministration installiert. ("phpmyadmin" ist ein Managementsystem für MySQL-Datenbanken. Es hilft, typische Aufgaben wie das Anlegen von Datenbanken, das Bearbeiten von Strukturen, die Benutzerverwaltung etc. zu vereinfachen. - Siehe hierzu die Ausführung unter Kapitel 5.5, Seite 108 ff.) (1) Mit der Datei xampp_start.exe im Ordner xampp wird der WAMP-Server gestartet. (1) (2) 22

24 Wichtig: Das sich öffnende DOS-Fenster muss während der Bearbeitung geöffnet bleiben! Falls sich das Systemfenster wieder schließt, liegt eine parallele Nutzung von Ressourcen vor. So kann beispielsweise ein anderes Programm den gleichen Port nutzen. In diesem Fall deaktivieren Sie die andere Applikation (siehe Hinweis). (2) Zum Beenden der Sitzung muss xampp_stop.exe im Ordner xampp ausgeführt werden. Damit wird auch das DOS-Fenster wieder geschlossen. Ein Server auf dem eigenen Rechner (der local host) ist unter der IP-Adresse " " oder unter dem Namen "localhost" erreichbar. Mit der Installation werden folgende Standardpfade festgelegt: Für MySQL-Datenbanken../xampp/mysql/data Für HTML- bzw. php-dokumente../xampp/htdocs Aufruf von phpmyadmin: (siehe hierzu unten, Seite 110 ff.) Aufruf von lokalen Webseiten: Hinweis: Für den Betrieb von XAMPP ist darauf zu achten, dass kein anderes, konkurrierendes Webserver-Programm (z.b. Internet Information Server IIS) aktiv ist, da sonst der Apache-Webserver behindert würde. Um mit dem lokalen Webserver kommunizieren zu können, muss gegebenenfalls das Internet-Telefonierprogramm "Skype" deaktiviert (heruntergefahren) werden. MySQL GUI Tools "installieren" Die "MySQL GUI Tools" beinhalten u.a. den "MySQL Query Browser", mit dem MySQL-Datenbanken erzeugt werden können bzw. auf bestehende MySQL-Datenbanken zugegriffen werden kann (siehe Seite 25 ff.). Daneben gehört das "MySQL Migration Toolkit" zu diesen GUI Tools. Mit ihm lassen sich vorhandene Access-Datenbanken sehr einfach in MySQL-Datenbanken migrieren (siehe hierzu unten, Seite Anhang 2-1). Die "MySQL GUI Tools" stehen im Internet zum kostenlosen Download bereit: "www.mysql.de/products/tools/migration-toolkit/". Die dort zur Verfügung gestellte Datei mysql-gui-tools-noinstall-5.0-r12-win32.zip ermöglicht die Nutzung des Toolkit ohne Installation. Die zip-datei ist lediglich zu entpacken. 23

25 Elemente der Client Server-Umgebung Clients Server LAN (1) Proxyserver (2) Internet Fileserver (Pro gramme + Daten) server - Webserver Datenbankserver (3) MySQL Datenbankserver (4) (1) In einer Client Server Umgebung nehmen die Clients mit Hilfe geeigneter Software (Client Software) Serverdienste in Anspruch. (2) Die Serverdienste können im lokalen Netz (LAN) oder im Internet zur Verfügung stehen. (3) Die Kommunikation mit dem Datenbankserver MySQL erfolgt mit Hilfe der Datenbanksprache SQL (Structured Query Language). Die SQL-Befehle werden mit Hilfe einer geeigneten Clientsoftware wie beispielsweise MySQL Query Browser zum Datenbankserver gesandt und dort bearbeitet. (4) Der Datenbankserver liefert dann dem Client das Ergebnis. (5) Bevor die Clientsoftware zum Arbeiten mit dem Datenbankserver MySQL genutzt werden kann, muss der MySQL-Datenbankserver gestartet sein. Dies geschieht aus dem Anwendungsserver XAMPP mit Hilfe des Buttons (Verzeichnis H:\XAMPP) Das Fenster des Servers muss während der Arbeit geöffnet bleiben! Wird der MySQL-Server nicht mehr benötigt, wird er mit dem Button beendet. 24

26 Der MySQL Query Browser als Frontend Ein einfaches Werkzeug zum Kommunizieren mit MySQL-Datenbanken ist der MySQL Query Browser. Er ist Bestandteil der "MySQL GUI Tools". Als Frontend ist eine Eingabemaske zu verstehen, mit der ein User Daten eingeben und an das für ihn nicht sichtbare "Backend" - in diesem Fall eine Datenbank auf einem Server - zur Weiterverarbeitung weiterleitet. Nach dem Starten des Programms müssen zunächst die Verbindungsinformationen zum (zuvor gestarteten) Datenbankserver eingegeben werden (siehe Seite 23). - Name der Verbindung (optional) - Name des Servers; localhost, wenn Der Server lokal läuft. Soll auf einen entfernten Server zugegriffen werden, wird die IP-Adresse eingegeben. - Standardnutzername root Das nachfolgende Fenster mit der Aufforderung zur Angabe eines Vorgabeschemas für die Verbindung kann mit "Ignorieren" übergangen werden. Nach dem Start des Query Browsers liegt der folgende Bildschirm vor (zunächst ohne Daten im Ergebnisfenster): Fenster für die Eingabe der SQL-Befehle Button zum Ausführen der SQL- Anweisungen. Beim Ausführen einer SQL-Anweisung muss die entsprechende Datenbank im Schemata-Fenster markiert sein. Fenster der Datenbanken (Schemata). Die Tabellen der aktivierten Datenbank werden angezeigt. Fenster für programmbegleitende Hilfe. Ergebnisfenster 25

27 5.2.3 Datenoperationen mit SQL (Structured Query Language) Zum Bearbeiten der Datenbank wird die Standardsprache für moderne Datenbanken SQL (Structured Query Language) verwendet. Die Sprache SQL wird verwendet für: Datendefinitionen Data Definition Language (DDL) Datenbankabfragen Data Query Language (DQL) Datenmanipulationen Data Manipulation Language (DML) Datenkontrollen Data Control Language (DCL) Im Lehrplan für das Fach Informatik an Beruflichen Gymnasien sind in der Lehrplaneinheit Relationale Datenbanken "Datenoperationen mit SQL" vorgesehen, wobei in der Hinweisspalte lediglich ein Verweis auf mögliche Befehle gemacht wird. Die nachfolgenden Ausführungen zu den SQL-Befehlen gehen teilweise erheblich über die Anforderungen des Lehrplans hinaus. Vor allem der erste Teil, in dem die Datenbank aus dem Modell auf einem Datenbankserver implementiert wird (Seiten 73ff) sollte im Unterricht sehr dosiert oder allenfalls als generierte Vorlage zur Analyse verwendet werden. Trotzdem sollen in dieser Handreichung die grundlegenden SQL-Befehle zu diesen Thematiken angesprochen werden. Wenn auch diese Befehle nicht selbst formuliert werden müssen, so sollen sie von den Schülerinnen und Schülern doch nachvollzogen und interpretiert werden können. Dabei ist es notwendig, dass der/die Lehrende über das notwendige Hintergrundwissen verfügt. Es obliegt dem Urteilsvermögen des/der Lehrenden, die Stoffauswahl unter Berücksichtigung des Leistungsvermögens der Klasse vorzunehmen. In den nachfolgenden Ausführungen wird zunächst auf dem MySQL-Server eine Datenbank mit einer Tabelle eingerichtet und mit dieser Tabelle gearbeitet. Die Datenbank wird dann um eine zweite Tabelle erweitert, die Beziehung zwischen diesen Tabellen wird eingerichtet und SQL-Anweisungen mit mehreren Tabellen werden erarbeitet. Als Arbeitsumgebung werden der Datenbankserver aus dem XAMPP-Paket sowie als Frontend der MySQL Query Browser eingesetzt: 1. Datenbankserver starten 2. MySQL Query Browser starten 26

28 Einrichten einer Datenbank, Erzeugen, Ändern und Löschen einer Tabelle Problemstellung: Kai Carlsson, Inhaber der Fahrradvermietung Rent A Bike GmbH hat für seine Fahrradvermietung folgendes Entity-Relationship-Diagramm entwickelt. Die Daten der zu vermietenden Fahrräder mit der Bezeichnung "Scott" sollen in einem ersten Schritt in der Tabelle Fahrraeder_1 der Datenbank Fahrrad gespeichert werden. Anlegen der Datenbank Bevor Tabellenstrukturen erzeugt und Werte in die Datenbanktabellen eingetragen werden können, muss die Datenbank angelegt werden. Syntax: CREATE DATABASE <datenbankname>; Merke: Jedes SQL-Statement endet mit einem Semikolon. Beispiel: Für die Fahrradvermietung Rent A Bike soll eine Datenbank "Fahrrad" erzeugt werden. Das SQL-Statement zum Erstellen der Datenbank lautet demnach CREATE DATABASE Fahrrad; Dieser Befehl wird im SQL-Fenster eingegeben und ausgeführt. Schaltfläche: 27

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