Relationale Datenbanken: eine anwendungsorientierte Einführung

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1 Relationale DB: Einführung Relationale Datenbanken: eine anwendungsorientierte Einführung 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 1

2 Vorgehensweise in Methodische Vorgehensweise in diesem Kapitel: Microsoft Access for for Beginners Praxis anwendungsorientiert "Schnupperkurs" Grundbegriffe relationaler Datenbanken Theorie Prinzipdiskussion wissenschaftliches Fundament Beide Seiten sind wichtig: Lernen Lernen ohne ohne Anwenden nützt nützt nicht nicht viel viel!! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 2

3 Relationale Datenbanken: Allgemeines Der DB-Markt wird heute völlig dominiert von DB-Systemen, die das relationale Datenmodell unterstützen. Führende (kommerzielle) Hersteller von relationalen DB-Produkten: Oracle Microsoft (Access, SQL Server) IBM (DB2, Informix) Sybase Postgres (Freeware) MySQL (Freeware) Bezeichnung "relational" ist motiviert durch das mathematische Konzept der Relation. Relationale Datenbanken sind im wesentlichen Sammlungen von Relationen. Man kann sich Relationen praktisch als Tabellen vorstellen, die aus einzelnen Datensätzen bestehen, die alle dieselbe (homogene) Feldstruktur aufweisen. In der Wissenschaft gibt es ein weites Spektrum an theoretischen Grundlagen für relationale Datenbanken Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 3

4 Relationen: etwas "Nachhilfe" mathematisches Relationskonzept Jede Teilmenge R eines Produkts D 1... D n von n (n > 1) nicht notwendig verschiedenen Mengen D 1,..., D n heisst (n-stellige) Relation über D 1,..., D n. Das (kartesische) Produkt (oder: Kreuzprodukt) von D 1,,..., D n ist die Menge aller (n-)tupel, die aus Elementen von D 1,..., D n gebildet werden können: D D n = def def { ( a 1,..., a,..., a n ) a i D i } D 1... D n = def { ( a 1,..., a n ) a i D i } Mengen sind duplikatfreie,, ungeordnete Sammlungen von Objekten. "Unter "Unter einer einer Menge Menge verstehen wir wir eine eine Zusammenfassung von von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten unserer unserer Anschauung oder oder unseres unseres Denkens zu zu einem einem Ganzen." Georg Cantor ( ), Begründer der Mengenlehre 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 4

5 Beispiel für Produktbildung bei Mengen B 1 5 A 7 A B (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 5

6 Relation als Teilmenge eines Produkts und Tabellendarstellung 2-stellige Relation über A, B A B (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) A B Darstellung dieser Relation im Tabellenformat: Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 6

7 Relationale Datenbanken: Geschichte Die Idee, Daten in Tabellen zu halten, ist uralt. Die Idee, diese Form der Darstellung mit Mitteln der Relationentheorie zu untersuchen, stammt von diesem Mann: Edgar F. Codd Er veröffentlichte 1970 eine bahnbrechen- de Arbeit mit dem Titel Edgar F. Codd Für Für diese diese Pionierleistung Pionierleistung erhielt erhielt Codd Codd den den Turing Turing Award Award der der ACM, ACM, den den "Nobelpreis "Nobelpreis der der Informatik". Informatik". "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks", in der er alle Grundlagen der heutigen relationalen DB in bestechender Klarheit niederlegte Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 7

8 Microsoft Access: Allgemeine Informationen Access ist ein DBMS für relationale Datenbanken, das seit 1992 von Microsoft (weiter-)entwickelt und vertrieben wird. "Access-Homepage" bei Microsoft: microsoft.com/office/access/default. /access/default.aspasp aktuelle Version in Office-Paketen von MS: Access 2000 Access ist sehr gut geeignet für kleine bis mittlere DB-Anwendungen ohne Mehr- benutzerbetrieb. nützliche Internet-Tutorien zu Access (Links auf der entsprechenden Seite zur Vorlesung): Michael Brydons Tutorium an der Simon Fraser University, Canada mis.bus.sfu.ca/.ca/tutorials/msaccess/tutorials.html Maggie Straplands Access-Seiten an der University of Bristol,, UK bris.ac.uk/is/services/software/ /is/services/software/packages/access/ Jakob Lindenmeyers Access-Tutorium an der ETH Zürich, Schweiz inf.ethz.ch/personal/lindenme/publications/access/ /access/accesstutorial.html Im Buchhandel gibt es sehr viele Bücher über den Umgang mit Access Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 8

9 Access-Selbststudium mit der Online-Hilfe Zu allen Konzepten von Access finden Sie ausführliche, gut verständliche Erklärungen durch Aufrufen der Online-Hilfe ("Office Assistent"), z. B. zum Thema "Tabellen": 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 9

10 Warum Access? Warum wird wird Access in in dieser Vorlesung verwendet? Access ist proprietär,, kommerziell... und dazu noch von Bill Gates! aber... fast jeder private PC-Nutzer hat heutzutage Access auf seinem Computer. Access bietet einen idealen Einstieg in die Thematik ohne grossen Aufwand. praktisches Arbeiten mit Datenbanken ist essentiell für jeden Hörer! es gibt reichlich frei verfügbares Material zum Selberlernen. heutzutage gehört das Kennen von Office-Tools fast schon zur Allgemeinbildung. Access ist in seiner Leistungsfähigkeit beschränkt und hat Schwächen, aber... Access bietet auch Funktionalitäten, die (fast) kein anderes DBMS bietet. Access reicht für die Bedürfnisse eines individuellen Studierenden völlig. Access ist leicht zu installieren und benötigt keinen DB-Administrator. Sollte jemand von Ihnen irgendwelche Vorurteile gegenüber Access haben: Es ist keineswegs "unter der Würde" eines Uni-Informatikers Informatikers, ein solches "einfaches" System zu kennen und zu beherrschen! And And by by the the way, way,, it it can can be be great great fun, fun, folks folks!! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 10

11 Tabelle vs. Relation terminologischer "Konflikt" bei der Bezeichnung für die wichtigste Form von Datenbankobjekten: Tabelle Tabelle oder oder Relation? in der Praxis (z.b. bei Access): Betonung auf optischer Darstellung in Tabellenform in der Wissenschaft: : Betonung der mathematischen Grundlage als Relation prinzipielle Unterschiede zwischen beiden Bezeichnungen: Tabelle Relation 2-dim 2-dim.. Array Array aus aus Zeilen/Spalten Menge Menge von von Tupeln Tupeln geordnet ungeordnet geordnet doppelte Zeilen Zeilen möglich duplikatfrei aber: Relationen lassen sich in Tabellenform visualisieren,, wenn man eine bestimmte Anordnung wählt. Tabellen lassen sich als Relationen formalisieren,, wenn man keine Duplikate zulässt und von der Anordnung absieht Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 11

12 Bundesliga-DB 1. Beispiel-Datenbank: Bundesliga-Datenbank... enthält Ergebnisse aller Spiele der 1. Fußball- Bundesliga in der aktuellen Saison 2002/ wird während des Semesters stets aktualisiert.... stets als Access-Datenbank in der Datei bundesliga02.mdb über die Vorlesungs-Webseiten zur Verfügung.... darf natürlich heruntergeladen und verändert werden Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 12

13 Bundesliga-DB: Ergebnisdaten Ergebnisübersicht des 8. Spieltags am : Hertha Hertha BSC BSC Berlin Berlin FC FC Nürnberg 2:1 2:1 VfL VfL Wolfsburg - - Bayer Bayer Leverkusen 2:0 2:0 Bayern Bayern München - - VfL VfL Bochum 4:1 4:1 Werder Werder Bremen - - FC FC Hansa Hansa Rostock 0:0 0:0 Hannover Borussia Dortmund 0:3 0:3 Mönchengladbach - - Arminia Bielefeld 3:0 3:0 FC FC Schalke Schalke Hamburger SV SV 3:0 3:0 VfB VfB Stuttgart - - TSV TSV München 4:1 4: FC FC Kaiserslautern - - Energie Cottbus 4:0 4:0 Ergebnisse Heimspiel Auswärtsspiel (pro Spieltag 9 Spiele bis inklusive 8. Spieltag 72 Spiele) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 13

14 DB-Tabellenformat für Fußballergebnisse Hertha Hertha BSC BSC Berlin Berlin FC FC Nürnberg 2:1 2:1.... Feldnamen Tabellenname Spiele2002 Heim ToreH Auswärts ToreA Datum Hertha Hertha 2 Nürnberg Datensatz Felddatentypen Text Zahl Text Zahl Datum 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 14

15 Access-Tabelle für Spiele: Datenblattansicht Access-Tabelle "Spiele2002": Datenblattansicht 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 15

16 Access-Tabelle für Spiele: Entwurfsansicht Access-Tabelle "Spiele2002": Entwurfsansicht 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 16

17 Access-Pragmatik Pragmatik: : Menüleisten für Tabellenentwurf und -manipulation- in der Entwurfssicht: 1 Wechseln in die alte Datenblattsicht (vor Entwurfsänderung) 2 Abspeichern des aktuellen Entwurfs (vor Öffnen des Datenblatts) in der Datenblattsicht: 1 Wechseln in die Entwurfssicht 12/13 Ordnen der Daten nach einem oder mehreren Feldern 17 Suchen mittels "pattern matching" im Datenblatt 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 17

18 DB-Begriffe: Schema und Zustand einer Datenbank Den beiden unterschiedlichen "Ansichten" einer Tabelle in Access entsprechen zwei grundlegende Begriffe der relationalen Datenbanken: Entwurfsansicht Schema und und Zustand Datenblattansicht Schema einer Relation: Festlegung von Name und Struktur der Relation Zustand einer Relation: Gesamtheit aller aktuell in der Relation enthaltenen Tupel Die Struktur jedes Zustands einer Relation wird festgelegt durch deren Schema. (Zustände werden auch Instanzen des Schemas genannt) Im allgemeinen bleibt bei Zustandsübergängen (DB-Änderungen) das Schema fix. In seltenen Fällen treten auch Schemaänderungen auf, denen sofortige Zustands- anpassungen folgen: Schemaevolution Plural von Schema: Schemata (nicht etwa "Schemen")! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 18

19 Schemata und Zustände Schema 1 Schema 2 Instanzen des Schemas Zustände aktueller Zustand 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 19

20 Bundesliga-DB: Bundeliga-Tabelle Bundesliga-Tabelle nach dem 8. Spieltag: Verein Spiele S U N Punkte Tordifferenz Tore Gegentore Bayern Dortmund Werder Schalke Rostock Wolfsburg Hertha Gladbach Bochum Stuttgart Bielefeld Nürnberg HSV Leverkusen Hannover FCK Cottbus Punkteberechnung: pro Sieg: 3 Punkte pro Unentschieden: 1 Punkt Platzierungskriterien: Punktzahl Tordifferenz erzielte Tore S: Siege U: Unentschieden N: Niederlagen 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 20

21 DB-Tabellenformat für die Bundesliga-Tabelle Auch die (Bundesliga-)Tabelle liesse sich mit einer (Datenbank-)Tabelle modellieren: die doppelte Verwendung des Begriffs geschieht bewusst, der Unterschied zwischen beiden Bedeutungen ist wesentlich! Tabelle Verein Spiele S U N Punkte Tordifferenz Tore Gegentore Bayern Bayern Text Zahl Zahl... Aber es ist keine so gute Idee, dies zu tun... (mehr dazu später)! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 21

22 Terminologievergleich: : relationale Grundkonzepte Leider werden für die relationalen Grundkonzepte unterschiedliche Bezeichnungen verwendet, die als Synonyme zu betrachten sind: Theorie Praxis Access Relation Tabelle Tabelle Datenblatt Tupel Tupel Zeile Zeile Datensatz Attribut Spalte Spalte Feldbezeichner Wertebereich Datentyp Felddatentyp Es wird dringend empfohlen, Begriffe immer konsistent aus einem der drei Begriffssysteme zu wählen - welches ist egal, Hauptsache konsequent! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 22