Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers

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1 3. Vorlesung: Datenorganisation Wintersemester 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Datenmodellierung + Datenbankentwurf 3 Datenmodellierung und Datenbankentwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 2 1

2 Modellbegriff ital. modello, lat. modulus (Maß) seit 16. Jahrhundert: Vorbild, Muster, Entwurf Der Begriff des Modells umfaßt die Abbildung eines Gebildes (verstanden als Entwurf) Vorbild für ein Gebilde in verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen unterschiedliche Verwendung Praktisch wird seit der Antike in Modellen gedacht Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 3 Funktionen eines Modells nach Herbert Stachowiak (Allgemeine Modelltheorie, Berlin: Springer 1973): Abbildungsfunktion (mengentheoretische Zuordnung von Attributen des Originals zu Attributen des Modells) Verkürzungsfunktion (Berücksichtigung nur von relevanten Merkmalen) Pragmatische Funktion (Modelle sind Abbildungen für einen bestimmten Nutzer in einem bestimmten Zeitraum) Modell: -wovon -wozu -warum -für wen Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 4 2

3 Modelle Ein Modell ist eine Realisation eines (mindestens) fünfstelligen Prädikats X ist Modell des Originals Y für den Verwender K in der Zeitspanne t bezüglich der Intention Z Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 5 Von der Realwelt zum Modellsystem Subjektive, zweckorientierte Interpretation Diskurswelt Objektsystem Realwelt Modellwelt Quelle: In Anlehnung an Stegmüller 1981 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 6 3

4 Von der Realwelt zum Modellsystem Subjektive, zweckorientierte Interpretation Diskurswelt Objektsystem Abbildungsrelation Modellsystem Realwelt Modellwelt Abbildungssprache Metamodell Quelle: In Anlehnung an Stegmüller 1981 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 7 Von der Realwelt zum Modellsystem Subjektive, zweckorientierte Interpretation Prüfung auf Struktur und Verhaltenstreue Diskurswelt Objektsystem Abbildungsrelation Modellsystem Realwelt Modellwelt Abbildungssprache Quelle: In Anlehnung an Stegmüller 1981 Metamodell Prüfung auf Konsistenz und Vollständigkeit Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 8 4

5 Grundsätze ordnungsmäßiger Modellierung (GOM) Grundsatz der syntaktischen (strukturellen) und semantischen (inhaltlichen) Richtigkeit Grundsatz der Relevanz Grundsatz der Wirtschaftlichkeit Grundsatz des systematischen Aufbaus Grundsatz der Vergleichbarkeit Grundsatz der Klarheit Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 9 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3 Datenmodellierung und Datenbankentwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 10 5

6 Datenmodell Beschreibung der in einem Unternehmen oder einem Informationssystem zu verwendenden Datenelemente Unterscheidung zwischen: Konzeptioneller Datenmodellierung Logischer Datenmodellierung Physischer Datenmodellierung Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 11 Konzeptionelles Datenmodell (auch konzeptuelles oder semantisches Datenmodell) formale Beschreibung der Daten und deren Beziehungen zueinander unabhängig von einer bestimmten Anwendung (logisch) unabhängig von einem bestimmten Datenbanksystem (physisch) Das konzeptionelle Modell ist ein reines Beschreibungsmodell mit graphischer Notation und reichhaltigen Modellierungskonstrukten, um die Gesetzmäßigkeiten der realen Welt möglichst anschaulich abbilden zu können Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 12 6

7 Bedeutung konzeptioneller Datenmodelle ungeeignet für unmittelbare Verwendung zur Speicherung und Verwaltung von Daten notwendig zur unabhängigen Analyse von Datenstrukturen Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 13 Logisches Datenmodell beschreibt die logische Struktur der Daten in einer Datenbank unter Verwendung des jeweiligen Datenbankmodells unabhängig von einer bestimmten Anwendung (logisch) Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 14 7

8 Physisches Datenmodell beschreibt die physische Form der Speicherung und den Datenzugriff ist die endgültige Überführung des logischen Datenmodells in das ausgewählte Datenbanksystem ein physisches Datenmodell kann getunt werden (Verbesserung der Performance) Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 15 Datenbankmodelle (logische Datenmodelle) Kurzer Überblick: Hierarchisches Modell Netzwerk Modell Relationales Modell Objektorientiertes Modell Die derzeit auf dem Markt verfügbaren Datenbanksysteme basieren im Wesentlichen auf dem relationalen oder dem objektorien- tierten Datenbankmodell. Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 16 8

9 Betrachtungsebenen von Daten 3 Datenmodellierung und Datenbankentwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 17 Betrachtungsebenen für Daten Abstraktionsgrad 1. reale Welt 2. verbale Beschreibung der realen Welt 3. Modell der realen Welt 4. konzeptionelles Datenmodell 5. logisches Datenmodell 6. gespeicherte Information 7. Speichermedium Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 18 9

10 Betrachtungsebenen für Daten 1. Reale Welt 2. Beschreibung der realen Welt Der rote Sportwagen gehört Donald 3. Modell der realen Welt PKW Eigentümer 4. Konzeptionelles Datenmodell PKW gehört Eigentümer 5. Logisches Datenmodell 6. Gespeicherte Information Speichermedium Quelle: In Anlehnung an Schwarze 2000 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 19 Abstraktionskonzepte für Daten 3 Datenmodellierung und Datenbankentwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 20 10

11 Klassifikation Daten beziehen sich auf reale oder abstrakte Phänomene bzw. Gegenstände, die als Objekte bezeichnet werden können. Gleichartige Objekte können zu Objektmengen zusammengefasst werden und durch einen Objekttyp beschrieben werden. Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 21 Beziehungen zwischen Objekten Zwischen Objekten können Beziehungen bestehen. Beziehungen können zu Beziehungsmengen zusammengefasst werden, die durch Beziehungstypen beschrieben werden. Beziehungstypen können Eigenschaften besitzen. Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 22 11

12 Aggregation Daten beziehen sich auf die Eigenschaften oder Attribute von Objekten Die interessierenden Eigenschaften eines Objekttyps sind für alle dazugehörigen Objekte gleich. Ein konkretes Objekt hat bestimmte Ausprägungen oder Werte von Eigenschaften (Attributwerte). Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 23 Spezialisierung und Generalisierung Spezialisierung und Generalisierung von Objekttypen Mitarbeiter Generalisierung kaufmännisch Angestellter technisch Facharbeiter Arbeiter Ungelernter Spezialisierung Maurer Elektriker Maler Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 24 12

13 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3 Datenmodellierung und Datenbankentwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 25 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung Weder bei der strategischen Informationssystemplanung noch in der Analysephase kann es ein vollständiges Bild eines Informationssystems geben Notwendigkeit ergänzender Methoden Notwendigkeit der Harmonie dieser Methoden mit der Datenmodellierung Abhängig von Paradigmen der Softwareentwicklung Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 26 13

14 Kennzeichen prozeduraler Software-Entwicklung Grundkonstrukt Anweisung Zusammenfassung von Anweisungen zu Prozeduren (umfangreichere Anweisungen) Prozeduren und Teilprogramme, die weitgehend unabhängig von anderen arbeiten, werden als Module bezeichnet Module sind in Schichten angeordnet Datenhaltung meist in relationalen Systemen Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 27 Kennzeichen objektorientierter Softwareentwicklung Daten und Funktionen werden in Klassen Objekten definiert von Programmablauf als Interaktion von Objekten Kapselung und Vererbung als Grundpfeiler der Objektorientierten Programmierung Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 28 14

15 Datenbankentwurf 3 Datenmodellierung und Datenbank-entwurf entwurf 3.1 Begriff des Modells 3.2 Datenmodelle und Datenbankmodelle 3.3 Betrachtungsebenen von Daten 3.4 Abstraktionskonzepte für Daten 3.5 Datenmodellierung innerhalb der Softwareentwicklung 3.6 Datenbankentwurf Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 29 Modellierung großer Schemata Bewältigung von Komplexität als Hauptproblem Problematik der Visualisierung: Teilsichten auf Schemata notwendig Sicherstellung der Vollständigkeit des zu modellierenden Realitätsausschnitts Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 30 15

16 Informationssystemlebenszyklus Nutzenanalyse Anforderungsanalyse Entwurf Implementierung Validation Betrieb Quelle: Vossen 1999, S.69f Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 31 Informationssystem-/ Datenbank-lebenszyklus Informationssystem Nutzenanalyse Anforderungsanalyse Entwurf Implementierung Validation Betrieb Datenbank Systemdefinition Entwurf Implementierung Laden und Datenkonversion Anwendungskonversion Test und Validation Betrieb Überwachung und Wartung Modifikation und Reorganisation Quelle: Vossen 1999, S.69f Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 32 16

17 Ein einfaches Vorgehensmodell Phasen des Entwurfprozesses Unternehmensmodellierung - enterprise modeling Konzeptionelles Datenmodell - conceptuel data modeling Logisches Datenmodell - logical database design Physischer Datenbankentwurf - physical database design Implementierung der Datenbank - database implementation Wartung der Datenbank - database maintenance Quelle: in Anlehnung an McFadden/Hoffer 1994, S.37 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 33 Elemente der Anforderungsanalyse Statische Anforderungen Objekttypen Beziehungstypen Attribute Wertebereiche Beziehungen Datenschlüssel Dynamische Anforderungen Operationen Benutzungshäufigkeit Umfang Zugangsbestimmungen Datenschutz, Datensicherheit Verfügbarkeit Sorgfältige Anforderungsanalyse als Grundvoraussetzung für die spätere Akzeptanz! Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 34 17

18 Aktivitäten der Anforderungsanalyse Identifikation der Benutzergruppen und Anwendungsbereiche Sichtung existierender Dokumentation Fragebögen und Interviews Ergebnisse der Anforderungsanalyse sind Anforderungsspezifikation oder Pflichtenheft, Informationsanforderungen der zu modellierenden Welt (Miniwelt) und der Datenverarbeitungsvorgänge. Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 35 Vorgehensweisen beim konzeptionellen Entwurf Top-down Schrittweise Verfeinerung der Modelle Bottom-up Schrittweise Verallgemeinerung Einzelsicht-orientiert Globalsicht-orientiertorientiert Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 36 18

19 Aspekte der Qualitätssicherung Aspekte der Qualitätssicherung beim Entwurf eines konzeptionellen Schemas Vollständigkeit Korrektheit Minimalität Lesbarkeit Modifizierbarkeit Quelle: Vossen 1999, S.71f Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 37 Phasen des Datenbank-Entwurfsprozesses Anforderungsanalyse analysierte Anforderungen (DBMS-unabhängiger) konzeptioneller Entwurf konzeptionelles Schema Wahl des DBMS Quelle: Vossen 1999, S. 73 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 38 19

20 Technische Einflußfaktoren zur Auswahl eines DBMS Ausdruckskraft des Datenbankmodells Verfügbare Anfragesprachen Benötigte Programmiersprachen-Schnittstellen Benchmark-Ergebnisse vergleichbarer Systeme Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 39 Ökonomische und organisatorische Einflußfaktoren Herstellerbindung Vorhandene Hard- und Software Beschaffungs- und Wartungskosten Migrationskosten Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 40 20

21 Phasen des Datenbank-Entwurfsprozesses Anforderungsanalyse analysierte Anforderungen konzeptionelles Schema logisches Schema (DBMS-unabhängiger) konzeptioneller Entwurf logischer Entwurf physischer Entwurf Wahl des DBMS Quelle: Vossen 1999, S. 73 Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 41 Physischer Entwurf Definition des internen Schemas und der damit zusammenhängenden Systemparameter Dateiformate Speicherstrukturen Parameterfestlegungen für Hash-Funktionen Zugriffsmechanismen (z.b. über Indexdateien) Indexauswahl Denormalisierung, falls erforderlich Festlegung von Seitengröße Gruppierung von Blöcken zu Clustern Hauptspeicher und externe Speicher Festlegung der Größe für Pufferspeicher Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 42 21

22 Phasen des Datenbank-Entwurfsprozesses Anforderungsanalyse analysierte Anforderungen konzeptionelles Schema logisches Schema physisches Schema (DBMS-unabhängiger) konzeptioneller Entwurf logischer Entwurf physischer Entwurf Dokumentation Wahl des DBMS Implementierung Prototyping Quelle: Vossen 1999, S. 73 Aufbau des Datenkataloges Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Datenorganisation WiSe 2008/09 Leibniz Universität Hannover Institut für Wirtschaftsinformatik Dr. Günter Wohlers Folie 44 22