Weitere Datenmodelle. Netzwerk-Datenmodell Historie

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1 Weitere Netzwerk-Datenmodell Hierarchisches Datenmodell Vergleich der Seite 1 Netzwerk-Datenmodell Historie etwa gleichzeitig mit dem relationalen Datenmodell entwickelt im Gegensatz zum relationalen Datenmodell (CODD) aus einer Gruppenaktivität entstanden; zahlreiche Einzelvorschläge integriert (nicht immer gut gelungen) Definition des Netzwerk -Datenmodells 1971 durch die DBTG (Data Base Task Group) der CODASYL (Conference on Data Systems Languages) stark von COBOL beeinflußt Standardisierungsvorschlag des ANSI (American National Standard Institute) 1984 Seite 2

2 Netzwerk-Datenmodell Inhalt Netzwerk-Datenbankstrukturen Sätze, Satztypen, Eigenschaften Sammlungstypen und Sammlungsinstanzen Datendefinition und Datenmanipulation Netzwerk-Datendefinitionssprache (DDL) Netzwerk-Datenmanipulationssprache (DML) Seite 3 Netzwerk-Datenstrukturen Sätze, Satztypen, Eigenschaften Datenbasis des NDM ::= Menge von Sätzen + Menge von Sammlungen Jeder Satz besteht aus einer Gruppe zusammengehöriger Datenfelder (Eigenschaften) Die Sätze werden durch Satztypen klassifiziert Satztypen und Eigenschaften erhalten Namen, Eigenschaften auch einen Datentyp Komplexe (mehrwertige) Attribute sind als Vektor (einfache mehrwertige Attribute) oder als Wiederholgruppe (zusammenges. mehrwertige Attribute) zulässig Seite 4

3 Netzwerk-Datenstrukturen Sätze, Satztypen, Eigenschaften Beispiel: Satztyp STUDENT Student Name Matr# Adresse Stgang GebDatum Eigenschaftsname Datentyp Name CHAR (30) Matr# CHAR (9) Adresse CHAR (40) Stgang CHAR (10) GebDatum CHAR (9) Seite 5 Netzwerk-Datenstrukturen Sätze, Satztypen, Eigenschaften Beispiel: Wiederholgruppe Studienverlauf und Semesterbelegung Student Studienverlauf Semesterbelegung Name... Semester Jahr Lehrveranstaltung Erfolg Meier... SS 2002 Mathematik1 2,3 WS 2002 Datenorganisation 3,3 Computergraphik1 1,7 Programmierung3 2, Seite 6

4 Netzwerk-Datenstrukturen Sammlungstypen Ein Sammlungstyp beschreibt eine 1:n-Beziehung zwischen zwei Satztypen Beispiel: Bachmann-Diagramm des Sammlungstyps EINGESCHRIEBEN Studiengang eingeschrieben Student Sammlungstyp ::= Name des Sammlungstyps, Ankertyp (owner), Mitgliedsatztyp (member) Seite 7 Netzwerk-Datenstrukturen Sammlungsinstanzen Sammlungsinstanz = Ankersatz vom Ankersatztyp + Anzahl zusammenh. Mitgliedsätze vom Mitgliedsatztyp Jeder Mitgliedsatz kann nur in einer Sammlungsinstanz vorkommen (1:n) Beispiel: Sammlungsinstanz Informatik... Bernd Schmidt... Erika Müller... Sylvia Bauer... Hans Heinrich... Siegfried Otto... Seite 8

5 Netzwerk-Datenstrukturen Beschränkungen der Sammlungsmitgliedschaft Sammlungsinstanz ist keine Menge (im mathem. Sinne): Ankersatz ist ausgezeichnetes Element Mitgliedsätze sind geordnet Beschränkungen werden ausgedrückt als Einfüge-Optionen (insert option) und Beibehaltungsoptionen (retention option) Seite 9 Netzwerk-Datenstrukturen Einfüge-Optionen automatic: Ein neuer Mitgliedsatz wird automatisch an die "passende" Sammlungsinstanz angehängt (entsprechend eines Zuordnungskriteriums, definiert durch set selection) manual: Ein neuer Satz steht unabhängig in der Datenbank. Falls eine Verbindung zu einer Sammlungsinstanz gewünscht wird, muß diese mit der connect-operation hergestellt werden. Seite 10

6 Netzwerk-Datenstrukturen Beibehaltungsoptionen beschreibt, ob ein Satz "allein" in einer Datenbank existieren kann optional: Er kann allein existieren; mit connect- bzw. disconnect-befehl kann er verbunden bzw. getrennt werden mandatory: Er kann nicht allein existieren; mit dem reconnect- Befehl kann er mit anderer Sammlungsinstanz verbunden werden (Angestellter - Abteilung) fixed: Er kann nicht allein existieren und darf nicht mit einer anderen Sammlungsinstanz verbunden werden (Angestellter - Angehörige) Seite 11 Netzwerk-Datenstrukturen Optionen für die Ordnung von Sammlungen sorted by defined keys: nach Schlüsselwerten system default: an beliebiger Stelle first / last: als erster oder letzter Satz next / prior: nach oder vor dem aktuellen Satz Seite 12

7 Netzwerk-Datenmanipulationssprache Übersicht Auffinden von Sätzen get Inhalt wird in die entspr. Programmvariablen übertragen Navigation find Setzen der aktuellen Zeiger Sätze aktualisieren store Speichern des neuen Satzes in der DB erase Löschen des Satzes aus der DB modify Ändern von Eigenschaften eines Satzes Sammlungen aktualisieren connect Verbinden eines member-satzes mit einer set-instanz disconnect Entfernen eines member-satzes aus einer set-instanz reconnect Verschieben eines member-satzes von einer set-instanz zu einer anderen Seite 13 Hierarchisches Datenmodell Übersicht Historie: dient der natürlichen Abbildung von Hierarchien; häufige Organisationsform kein Basisdokument vorhanden; aus früheren Speicherstrukturen hergeleitet kein eigentliches Datenmodell, doch in kommerziellen Systemen im Einsatz (z.b. IMS von IBM) Inhalt: Hierarchische Datenbankstrukturen Eltern-Kind-Beziehungen Eigenschaften hierarchischer Schemata Hierarchische Instanzenbäume Konsistenzbedingungen Seite 14

8 Hierarchisches Datenmodell Grundlegende Strukturen Sätze (records) = Sammlungen von Feldwerten Die Sätze werden durch Satztypen klassifiziert Eltern-Kind-Beziehungen (parent-child-relationship, kurz: PCR) = 1:n-Beziehungen zwischen zwei Satztypen Satztyp auf der "1"-Seite = Eltern-Satztyp (parent record type), auf der "n"-seite = Kind-Satztyp (child record type) Die Instanz eines PCR-Typs besteht genau aus einem Elternsatz und einer Anzahl (n>=0) zugehöriger Kindsätze Ein hierarchisches DB -Schema besteht aus einer Anzahl hierarchischer Schemata, die sich jeweils aus einer Anzahl Satztypen und PCR-Typen zusammensetzen Seite 15 Hierarchische Datenstrukturen Beispiel: Abteilung - Angestellter - Projekt Satz-Typen: Abteilung PCR-Typen: (Abteilung, Angestellter) (Abteilung, Projekt) Angestellter Projekt Seite 16

9 Hierarchische Datenstrukturen Eigenschaften hierarchischer Schemata Ein Satztyp, die Wurzel des hierarchischen Schemas, ist in keinem PCR-Typ Kind-Satztyp Jeder Satztyp außer der Wurzel ist Kind-Satztyp in genau einem PCR-Satztyp Ein Satztyp kann Eltern-Satztyp in beliebig vielen (>=0) PCR- Typen sein Ein Satztyp, der in keinem PCR-Typ als Eltern-Satztyp auftritt, wird als Blatt des hierarchischen Schemas bezeichnet Ist ein Satztyp Eltern-Satztyp in mehreren PCR-Typen, dann sind seine Kind-Satztypen geordnet und zwar per Definition von links nach rechts Seite 17 Hierarchische Datenstrukturen Darstellung von n:m-beziehungen Problem: m:n-beziehungen können nur bedingt dargestellt werden, z.b. durch Duplikate der Kindsätze Beispiel: Angestellter - Projekt Projekt Angestellte, die am Projekt arbeiten A A1, A3, A5 B A2, A4, A6 C A1, A4 D A2, A3, A4, A5 oder virtuelle PCR: real nur ein Kindsatz; in weiteren PCR wird mit Zeigern darauf verwiesen Seite 18

10 Hierarchische Datenstrukturen Hierarchische Instanzenbäume Für jedes hierarchische Schema existieren in einer Datenbank beliebig viele hierarchische Instanzen; jede kann mit Hilfe einer Baumstruktur (Instanzenbaum) dargestellt werden Beispiel: Hierarchisches Schema einer Unternehmensdatenbank (Ausschnitt) D Abteilung Ebene 0 A Angestellter P Projekt Ebene 1 F Angehöriger U Untergebener M Mitarbeiter Ebene 2 Seite 19 Hierarchische Datenstrukturen Hierarchische Instanzenbäume (Ausschnitt) Ein Instanzenbaum für das angegebene Schema: D Verwaltung A Baum A Fischer A Otto P Qualifizierung P DV-Umstellung F Uli U Baum U Otto M Baum M Fischer M Fischer M Otto Hierarchische Datenbasis = Menge aller Instanzenbäume Seite 20

11 Hierarchische Datenstrukturen Konsistenzregeln DDL und DML sind ähnlich aufgebaut wie bei Netzwerk - Datenmodell Kindsätze müssen immer einem Elternsatz zugeordnet sein: beim Einfügen eines Kindsatzes sofort einem Elternsatz zuordnen beim Löschen der Wurzel eines Unterbaumes wird dieser automatisch gelöscht Regeln aber nicht auf virtuelle Kind- bzw. virtuelle Elternsätze anwendbar Seite 21 Hierarchische Datenstrukturen Konsistenzregeln Für virtuelle Sätze gilt: Ein virtueller Kindsatz muß auf einen existierenden virtuellen Elternsatz verweisen Solange auf einen virtuellen Elternsatz verwiesen wird, kann dieser nicht gelöscht werden Besitzt ein Kindsatz zwei oder mehrere Elternsätze vom gleichen Typ, so muss der Kindsatz dupliziert werden und zwar für jeden Elternsatz einmal Besitzt ein Kindsatz zwei oder mehrere Elternsätze von verschiedenem Typ, so kann dies mit virtuellen Elternsätzen (und nur einem realen Elternsatz) gelöst werden Seite 22

12 Vergleich der Vergleichskriterium relational Netzwerk hierarchisch Modellierung Ausdrucksfähigkeit Komplexität inhärente Konsistenz Abbildung von ERM Schema-Modifikation neutral gering eingeschränkt einfach gut hoch einfach nein schlecht hoch eingeschränkt schwierig nein Sprachen Sprachart Anfrageformulierung Anw.verantwortung für Optimierung Aktualitätszeiger Möglichk. zur Optim. durch Anwender hoch deklarativ gering keine nein niedrig navigierend hoch kritisch niedrig navigierend hoch kritisch Effizienz logische Datenunabhängigkeit inhärente Verarbeitungseffizienz Systembelastung Abhängigkeit von interner Optimierung nein für Anfrageopt. hoch nein Zeigerverwaltg. gering nein gering gering Seite 23

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