Medizininformatik Software Engineering

Transkript

1 Vorlesung Software Engineering Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Software und Medizinprodukt 3. Vorgehensmodelle 4. Strukturierter Entwurf von Echtzeitsystemen 4.1 Echzeit, was ist das? 4.2 Einführung in die Strukturierte Analyse 4.3 Das Hierarchiekonzept 4.4 Das Essentielle Modell 4.5 Das Implementierungsmodell 2 1

2 Reale Welt 3 Phasenmodell des Datenbankentwurfs DBMS unabhängig DBMS abhängig Idee Anforderungsanalyse Konzept Logischer Design e s s s c h r i t men- tdefi- e. Test scher Imple- Daten Physi- Spezifikation -ioneller... P r o z Entwurf Entwurf tierung nition Entwurf Systemintegration Produkt (vs. Ziel) Wartung Pflege Prozesse Projekt z.b. Entity Relationship Modell z.b. Relationales Datenmodell z.b. RDBMS Oracle, etc. 4 2

3 - Ebenenarchitektur - Ebenenarchitektur bei der Datenmodellierung Reale Welt Schnittstellen definition Ausgangspunkt für Datenhaltung Transformations regeln Transformations regeln Datenbanksystem 5 - Ebenenarchitektur - 3-Ebenenmodell Abstraktionsgrad Externe Ebene Konzeptionelle Ebene Interne Ebene 6 3

4 Entity Relationship Modell, kurz: ERM oder ERD 1976 von Peter Chen vorgeschlagen semantisches Datenmodell für die konzeptionelle Entwurfsphase auf große Datenmengen ausgelegt beschreibt statische Eigenschaften und Integritätsbedingungen unterstützt verschiedene Abstraktionsmechanismen (Aggregation, Verallgemeinerung) leichte Übersetztbarkeit ins RDM (Transformationsregeln) 7 Grundelemente des ERM Entity: Objekte der realen oder einer virtuellen Welt beschrieben durch Eigenschaften (Attribute) Attribute Eigenschaft von Entities oder Beziehungen. Attribute sind von einem bestimmten Typ und haben Werte. Entity: Ferrari Entity: Comicfigur Attribute: Hersteller, Fahrzeugtyp, Farbe, Leistung, Verbrauch,.. Attribute: Name, Wohnort, Alter, Größe, 8 4

5 Grundelemente des ERM Entity Set: ähnliche Entities; beschrieben durch gleiche Attribute, werden zu Entity Set zusammengefasst. z.b: Entity Set Auto, Patient Krankenstation Graphische Darstellung: Tabellarische Darstellung: 9 Grundelemente des ERM Textuelle Darstellung: ENTITY SET: Name : <Name> Attribute: Attribut1 :-1-INTEGER(4) Attribut2 : CHAR (35). Attributn : CHAR (20) KEY: Attribut1 Foreign Key: Weitere Integritätsbedinbgungen Textuelle Darstellung ist die vollständigste; Graphische Darstellung bietet den besten (Schnell)überblick. 10 5

6 Grundelemente des ERM Primärschlüssel/ primary Key: der Primärschlüssel ist ein besonderes Attribut/ besondere Attributkombination tk bi ti => eindeutig identifizierend für ein Entity / Tupel der Tabelle. jedes Entity Set und jede Relation besitzt einen Primärschlüssel oft werden künstliche Schlüssel verwendet => z.b. PersonalID, Personalausweisnr, Rentenversicherungsnummer auch zusammengesetzter Schlüssel möglich, dann mehrere Attribute z.b. Krankenkasse & Versichertennummer die Menge aller Attribute eines Entity Sets ist immer eindeutig identifizierend Im ERD werden Primärschlüsselattribute unterstrichen 11 Grundelemente des ERM Relationship, Relationship Set, Beziehungstyp Abstraktion der Beziehung zwischen Entity-Sets zu einem Beziehungstyp. Inhalt: Schlüsselattribute der beteiligten Entity Sets zusätzliche eigene sind Attribute möglich. 12 6

7 Beispiel 13 Grundelemente des ERM Spezielle Beziehungstypen: IS-A Relationship Entitätstyp A ist Teilmenge eines allgemeineren Entitätstyps B => (A ist Spezialisiserung von B, oder A is-a B) beteiligte Entity Sets werden über eine gerichtete Kante miteinander verbunden, Kante ist auf das auf das allgemeine Entity Set gerichtet ist. Entity Set A erbt alle Attribute vom Entity Set B und wird i.d.r. durch weitere spezialisierende Attribute beschrieben. Die Angabe spezieller Beziehungsattribute ist zulässig und erfolgt wie bei Relationship Sets. Spezialisiserung geht üblicherweise bei Übersetzung in das RDM verloren. 14 7

8 Grundelemente des ERM Hierarchy Relationship Vater-Sohn Beziehung zwischen Entities desselben Entity Sets Typ: 1:n 15 Bisher können wir nicht modellieren, dass z.b. einer Pflegestation mindestens drei Pfleger zugeordnet sein müssen das die OP eines Patienten t von genau einem und nur einem Arzt durchgeführt wird usw. => Einführung von Kardinalitäten 16 8

9 1:1 Beziehung jedem Entity vom Typ E1 ist maximal eine Entity vom Typ E2 zugeordnet und umgekehrt Beispiel: Ein Mann ist mit maximal einer Frau verheiratet und jede Frau mit maximal einem Mann 1:n Beziehungen jedem Entity vom Typ E1 können beliebig viele Entities vom Typ E2 zugeordnet sein, aber zu jedem Entity aus E2 gibt es maximal ein Entity aus E1 Beispiel: ein Hausarzt betreut n Patienten, bzw. e in Patient hat genau einen Hausarzt 17 n:m Beziehung jedem Entity vom Typ E1 können beliebig viele Entities vom Typ E2 zugeordnet werden und jedem Entity vom Typ E2 können beliebig viele Entities vom Typ E1 zugeordnet werden Beispiel: Ein Facharzt kann beliebig viele Patienten betreuen ein Patient kann bei beliebig vielen Fachärzten in Behandlung sein 18 9

10 Beispiel: Aber, immer noch keine Unterscheidung möglich: genau 1, mindestens 1 höchstens 1 Hierfür: Einführung min/max Notation 19 Min/Max Notation die mögliche Anzahl von Instanzen der beteiligten Entity-Typen an einer Beziehung wird eingeschränkt, indem ein minimaler und ein maximaler Wert definiert wird Für e1 E1 und e2 E2 gilt: e1 nimmt an mindestens min1 und höchstens max1 Beziehungen vom Typ R teil e2 nimmt an mindestens min2 und höchstens max2 Beziehungen vom Typ R teil Beispiel: i Jedes Rad eines Entity-Sets t E1 gehört zu keinem oder genau einem Fahrzeug eines Entity-Sets E2. Jedes Fahrzeug des Entity Sets E2 besitzt 2 oder 4 Räder des Entity-Sets E

11 -Beispiele: Einfache ERD- 1.) 2.) 3.) 1.) Genau ein A hat eine Beziehung R mit genau einem B und umgekehrt. 2.) Ein A hat eine Beziehung R mit einem oder mehreren (n) B s. Ein B hat eine Beziehung mit 1 oder beliebig vielen (*) A s 3.) Ein A hat eine Beziehung R mit keinem oder genau einem B und umgekehrt. 4) 4.) 4) 4.) Ein A hat eine Beziehung R mit keinem, einem oder beliebig vielen B s oder umgekehrt. 21 -Beispiele: Einfache ERD

12 - Das Relationenmodell- E. F. Codd(1970) Grundkonzept: der mathematischen Begriff der Relation Anschaulich: Jede Relation kann als Tabelle mit n Spalten dargestellt werden. ALLE Informationen werden in Relationen abgelegt => Unterscheidbarkeit Entity Set, Relationship geht verloren Einfache Regeln zur Übersetzung des ERM in das RDM 1. Der Name einer Relation sollte sich aus dem ERM ableiten lassen. 2. Die Spalten tragen einen eindeutigen Namen, der sich aus dem Attributnamen aus dem ERM ableiten lässt. 3. Zu jeder Relation existiert t ein Primärschlüssel l (ggf. weitere Schlüssel- l kandidaten.) 23 - Das Relationenmodell- Übersetzung des ERM in das RDM Beispiel: ERM Primärschlüsselattribut Relation Stationen Name Fachrichtung Betten ACH Allgemeine Chirugie 24 HNO Hals-Nasen-Ohren 30 GYN Gynäkologie und Geburtshilfe

13 Übersetzung des ERM in das RDM Beispiel: ERM Name der Relation Attribute/ Attributnamen - Das Relationenmodell- Relation Patienten Patienten-ID Vorname Nachname Geburts -datum Aufnahmedatum Müller Hein Meier Heike Primärschlüsselattribut Jede Zeile der Tabelle enthält genau ein Tupel bzw. den Datensatz genau eines Patienten 25 - Das Relationenmodell- Übersetzung des ERM in das RDM Beispiel: ERM Relation Auf Name Patienten ID ACH HNO GYN NULL Attribute sind die Primärschlüssel der beteiligten Relationen Erlaubt, weil im ERM so angegeben. Wäre die Notation (1,30), dann keine leeren Werte Primärschlüssel dürfen nie NULL sein 26 13

14 - Das Relationenmodell- Primärschlüsselattribut Relation Stationen Name Fachrichtung Betten ACH Allgemeine Chirugie 24 HNO Hals-Nasen-Ohren 30 GYN Gynäkologie und Geburtshilfe 20 Auch möglich: Der Primärschlüssel der Relation Stationen ist zugleich Fremdschlüssel der Relation Patienten Relation Patienten Patienten-ID Vorname Nachname Geburtsdatum Aufnahme Station -datum Müller Hein ACH Mustermann Heike HNO 27 - Das Relationenmodell Weiteres Vorgehen: 1. Normalisierung Schrittweise Reduktion redundanter Informationen 2. Implementierung des Datenbankschemas Data Definition Language, z.b. SQL 3. Implementierung von Sichten und Abfragen Data Query Language (SQL) 4. Benutzerführung Diese Schritte werden hier nicht weiter betrachtet => Spezialvorlesung. l z.b. Prof. Fuhr: Datenbanken 28 14