Daten Bank. 2. Vorlesung. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS 2012

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1 Daten Bank 2. Vorlesung Dr. Karsten Tolle PRG2 SS 2012

2 Erstellung einer Datenbank: Erster Schritt Was sind die Anforderungen? Was sind die Ziele? Ist bekannt was gespeichert werden soll? Design des Datenmodells Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

3 Design Engineering und Kunst Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

4 Entity-Relationship-Modell (ER-Modell) Siehe auch: C. Maria Keet: A formal comparison of conceptual datamodeling languages ( 337/paper3.pdf) Picture by: Frank Roeing Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

5 ER-Modell Ziel: Abbildung der Wirklichkeit auf Strukturebene! Beispiel: Instanzebene trainiert werden trainiert von Strukturebene trainiert Fußballmanschaft Trainer werden trainiert von Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

6 ER-Modell Strukturebene trainiert Fußballmannschaft Trainer wird trainiert von in Chen-Notation Fußballmannschaft trainiert Trainer Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

7 Otto Müller lebt in Frankfurt am Main, in der Robert-Mayer-Str. 11. Person lebt_in Haus lebt_in Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

8 Achtung! Im Alltag wird oft gesagt: Objekt (Entity) statt Objekttyp (Entity-Typ) Beziehung (Relation) statt Beziehungstyp (Relationship-Typ) Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

9 (Objekt) Attribute Ein Objekttyp ist durch einen bestimmten Satz von Merkmalen (Attributen) gekennzeichnet. Jedes Merkmal kann Werte (values), das sind in der Umwelt beobachtbare oder messbare Größen, aus einem bestimmten Wertebereich (value set) annehmen. Beispiel: Passagier Name Freigepäck Status Otto Müller 20kg Economy Class Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

10 Prinzipien des digitalen Speicherns Wenn möglich sollten vorhandene Identifizierungsmerkmale als Schlüssel wiederverwendet werden. ISBN TITLE ISBN Nummer Man muss aber auch mögliche Änderungen sinnvoll handhaben: ISBN 10 ISBN 13 Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

11 Schlüssel Ein Schlüsselbesteht aus einer Menge von Attributen, deren Werte eine Instanz (Entity) eines Objekttyps eindeutig bestimmt. Person Personalausweisnummer Person Name Geb.Datum Geb.Ort Name Name des Vaters einfacher Schlüssel zusammengesetzter Schlüssel Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

12 Mathematische Betrachtung Ein Beziehungstyp zwischen zwei Objekttypen kann als eine mathematische Relation aufgefasst werden. Name Geb_Datum Person lebt_in Stadt S_Name Population Instanz: Person = { p1, p2, p3 } Stadt = { c1, c2, c3 } lebt_in = { <p1,c1>, <p1,c3>, <p3,c3> } Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

13 Min/Max Kardinalitäten Person (1,1) (0,n) lebt_in Stadt min_card(person, Lebt_in) = 1 max_card(person, Lebt_in) = 1 min_card(stadt, Lebt_in) = 0 max_card(stadt, Lebt_in) = n lebt_in = { <p1,c1>, <p2,c3>, <p3,c3> } als Mengendiagramm p1 p2 c1 c2 Es gilt immer: min_card <= max_card! p3 c3 c4 Person, verbindlich Stadt, optional Bem.: Es gibt andere Notationen, z.b. wird manchmal nur max_cardangegeben. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

14 Kardinalitäten Instanz: Person = { p1, p2, p3 } Stadt = { c1, c2, c3 } lebt_in = { <p1,c1>, <p2,c2>, <p3,c3> } Instanz: Person = { p1, p2, p3, p4} Stadt = { c1, c2, c3, c4, c5 } lebt_in = { <p1,c1>, <p2,c1>, <p3,c3>, <p1, c4> } p1 p2 p3 c1 c2 c3 p1 p2 p3 p4 c1 c2 c3 c4 Person Stadt Person c5 Stadt Name Geb_Datum Person (1,1) (1,1) lebt_in Stadt S_Name Population Name Geb_Datum Person (0,n) lebt_in (0,n) Stadt S_Name Population Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

15 Aussage: Übung 1 EM 2012 Mannschaften werden von mindestens einem Trainer trainiert. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

16 Mannschaften werden von mindestens einem Trainer trainiert. Fußballmannschaft trainiert Trainer Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

17 (Beziehungs) Attribute Instanz: Passagier = { p1, p2, p3 } Flug = { c1, c2, c3 } bucht = { <p1,c1, D2 >, <p2,c1, D3 >} D1 D2 p1 p2 p3 D2 D3 c1 c2 c3 Gebuchter_Passagier PASSAGIER bucht Gebuchter_Flug FLUG Passagier c4 Flug SITZNR. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

18 Aussage: Übung 2 EM 2012 Bei einem Spiel spielen zwei Mannschaften in einem Stadion an einem bestimmten Tag gegeneinander. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

19 Die Uni Studenten können sich von Professoren über eine Vorlesung mündlich prüfen lassen. Alt. 1: Name Geb_Datum Student prüft Prof Name Gehalt Vorlesung Alt. 2: (N-näre Beziehung) Name Geb_Datum Student prüft Prof Name Gehalt Titel SWS Vorlesung Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

20 Entity-Typ oder Attribut??? Möbelstück Farbe Möbelstück hat Farbe Entities sind Klassen von Objekten der realen Welt und nehmen keine Werte an. Attribute dagegen sind beschreibende Eigenschaften und nehmen Werte an. Die Entscheidung ist abhängig vom Kontext (Situation/Anwendungsfall). Farbe (1,n) besteht aus (1,n) Lack Nr. Name Intensität Menge Dr. Karsten Tolle PRG2 SS Name Preis

21 Generalisierung Hierarchien für Objekttypen (entspricht Klassenhierarchie in OO) Person Mann Frau Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

22 mit Mehrfachvererbung Person Mitarbeiter Student Professor WiMi Tutor Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

23 Aussage: Übung 3 EM 2012 Eine Mannschaft besteht aus Spielern, die sich aufteilen in Verteidiger, Mittelfeldspieler, Angreifer oder Torwart. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

24 Professor hält hält Lehrveranst. hält B B-E B-C B-D D A A-C A-D Ausbilder hält Seminar C E A-E besser so besser so A-C A A-E Personal lehrt Lehrveranst. A-D C D E Professor Ausbilder Seminar B-D B-C B B-E Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

25 ER-Modell Vorteile Unabhängig von Implementierungsdetails Grafische Darstellung (leicht zu lesen) Nachteile Abbildung des ER-Modells in das relationale Modell ist nicht eindeutig nicht automatisch ER-Modell ist statisch Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

26 Ausdruckskraft Ein Angestellter einer Abteilung soll nicht mehr verdienen, als der entsprechende Gehalt Abteilungsleiter. Angesteller arbeitet_ in Abteilung leitet Benötigt zusätzliche Beschreibung, sogenannte Business Rules. Ein Angestellter darf nichtmehr Gehalt bekommen als der Abteilungsleiter, zu dessen Abteilung der Angestellte gehört. Ein Abteilungsleiter muss zu der Abteilung gehören, die er leitet. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

27 Business Rules (im weitesten Sinne) können angesehen werden als: 1. Die semantische Definitioneines für Anwendungen relevanten Konzeptes, genauer, die semantische Definition eines Objektes, eines Attributes, einer Relation des ER-Modells. Für diesen Fall werden natürlichsprachliche Sätze verwendet, da es unmöglich ist hierfür eine präzise Syntax zu definieren. 2. Integritätsbedingungenfür die Daten einer Anwendung (als zusätzliche Beschreibung der im ER-Modell enthaltenen Bedingungen oder zusätzliche Bedingungen). 3. Abgeleitete Bedingungen bzw. Folgerungen aus anderen Bedingungen (z.b. Brutto ist Summe aus Netto plus Steuer). Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

28 ER Zusammenfassung Entitäten und Entity-Typen Beziehungen und Beziehungstypen Attribute für Entitäten(Typen) und Beziehungen(Typen) einfach oder zusammengesetzt ausgezeichnet als Schlüssel Kardinalitäten Generalisierung Business Rules Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

29 Erstellung einer Datenbank: Zweiter Schritt Welches DBMS wird genutzt? Wer soll wie auf die Daten zugreifen? Umsetzung des Datenmodells im DBMS Wir verwenden in PRG2: relationales DBMS insb. MySQL Zugriff über die Anfragesprache SQL Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

30 Relationales Datenbankmodell TabellenmitZeilenund Spaltenum die Daten darzustellen. Employee Attribute EMPNO FIRSTNME LASTNME PHONENO SALARY Tupel 001 Jon Lucas Jon Smith Lucas Jon Jon Smith Schema bzw. Relationenschema: Employee(EMPNO, FIRSTNME, LASTNME, PHONENO, SALARY) Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

31 Namensgebung und Wahl des Schlüssels? Raum Name NM103 NM117 NM123 SR9 Tutorium Name Raum Tag Zeit Sadik NM117 Montag 08:15 Alina NM117 Montag 12:15 Max NM117 Dienstag 14:15 Max SR9 Donnerstag 12:15 Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

32 Alter Table Was geschieht, wenn man nun den Raum SR9 am Riedberg eintragen möchte? Raum Name NM103 NM117 NM123 SR9 in Bockenheim vs SR9 am Riedberg SR9 Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

33 ALTER TABLE raumadd COLUMN `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT, CHANGE COLUMN `name` `name` VARCHAR(40) NULL, DROP PRIMARY KEY, ADD PRIMARY KEY (`id`) ; Raum Name NM103 NM117 NM123 SR9 Raum Name ID NM103 1 NM117 2 NM123 3 SR9 4 Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

34 Datenmodell Nach Edgar F. Codddefiniert sich ein Datenbankmodell aus drei Eigenschaften: Einer generischen Datenstruktur, die die Struktur einer Datenbank beschreibt. Einer Menge von generischen Operatoren, die man bei beliebigen Schemata auf die Datenstrukturen anwenden kann, um Daten einzutragen, zu ändern, abzufragen oder abzuleiten. Einer Menge von Integritätsbedingungen, mit denen man die zulässigen Datenbankinhalte über die Grundstrukturen hinaus weiter einschränken kann. Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

35 DBMS Evolution Datei basiert Hierarchische DBMS Netzwerk DBMS Relationale DBMS Objektorientierte DBMS Objektrelationale DBMS XML DBMS Zeit weitere: Deduktive DBMS, Verteilte Datenbanken, Geoinformationssysteme (GIS), NoSQL(Not only SQL) Dr. Karsten Tolle PRG2 SS

36 Oracle IBM DB2 Microsoft SQL Server MySQL PostgreSQL Caché Wichtige DBMS Company Revenue 2007 Oracle 8,343 Mrd. Dollar 37,6% IBM 4,879 Mrd. Dollar 22,0% Microsoft 4,670 Mrd. Dollar 21,0% Dr. Karsten Tolle PRG2 SS Market share 2007 aus Computerwoche Nr. 3 vom 16. Januar 2009 Zahlen beziehen sich nur auf DBMS-Geschäft

37 Geschätzte Kosten für Ausfallzeiten (Downtimes) Stand: 2002!!!! Geschäftsfeld Aktienhandel Kreditkarten-Gesellschaften Geschätzte Kosten pro Stunde $6,45 Millionen $2,6 Millionen Home Shopping Channel $ Katalog Verkaufs Center $ Fluglinien Reservierung $ Versand Service $ Geldautomat Service $ Nach: Craig S. Mullins Database Administration The Complete Guide to Practices and Procedures 2002 Addison-Wesley ISBN

38 Kosten für Ausfallzeiten (Downtimes) Ausfallzeiten pro Jahr Verfügbarkeit Minuten Stunden Kosten pro Jahr* 99,999% 5 0, $ 99,99% 53 0, $ 99,9% 526 8, $ 99,5% , $ 99% , $ * Bei Kosten für eine Stunde Ausfallzeit von $ Nach: Craig S. Mullins Database Administration The Complete Guide to Practices and Procedures 2002 Addison-Wesley ISBN Stand: 2002!!!!