FH Bingen 1 EnDa SS 2003

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1 FH Bige 1 EDa SS Grudkozepte für die Architektur vo Datebaksysteme (DaBa) 1.1Ausgagssituatio Frühere Awedugssysteme sid gekezeichet, dass zusammegehörige Programme auf viele Dateie operiere. : Verwalte vo Projekte eier Firma 1. Es gibt 3 Dateie Datei 1: Datei 2: Datei 3: Date aller laufede, aller eue ud aller abgeschlossee Projekte Date aller Mitarbeiter Date, die belege welches Projekt vo welchem Agestellete betreut wird 2. Es gibt 3 Programme Programm 1 Eitrage euer Projekte (Zugriff auf Datei 1) Programm 2 Eitrage euer Mitarbeiter (Zugriff auf Datei 2) Programm 3 Verwalte der Projekte (Zugriff auf alle Dateie) Programm 1 Programm 2 Programm 3 P1/IBM/4 WocheMeier/Has/5000 Bsp. Datesatz Nachteile: Datei 1 Datei 2 Datei 3 hohe Redudaz : Meier/Has/P1/IBM/4 Woche viele Dateie ethalte Iformatioe, die i adere scho ethalte sid hohe Speicherkapazität hoher Aufwad bei der Aktualisierug der Date Probleme der Ikositez: Bei der Aktualisierug köe Fehler aufttrete, da u.u. icht i alle Dateie geädert wird hoher Grad der Dateabhägigkeit Logische Dateabhägigkeit: Jedes Programm muss wisse, wie die Date aufgebaut sid. Ädert sich die Struktur, so müsse u.u. die darauf zugreifede Programme geädert werde. z.b. Aufbau vo Datei 2 ist eu: Meier/meier@t-olie.de/Has/5000 Programm 3 muss geädert werde. Physische Dateabhägigkeit: Programme müsse wisse, wo sich die Dateie auf der Festplatte befide. Ädert sich z.b. der Ort, so muss auch das Programm geädert werde hoher Wartugsaufwad Dateschutz ud Datesicherheit Aweder köe auf Date zugreife, schutzwürdig sid (z.b. Gehalt i Datei 2 im Bsp.). Aweder köe uberechtigterweise Date veräder (z.b. Gehalt erhöhe).

2 FH Bige 2 EDa SS Kozeptio vo DABA Aforderu g: Vermeidug der logische ud physische Dateabhägigkeit Vermeidug des ukotrollierte Zugriffs auf die Date Es werde zwei Elemete beötigt: Datebasis Mege aller Date, die vo de Programme beötigt werde die Date werde ach eiheitliche Regel abgelegt Datebakmaagemetsystem (DBMS) Kotrollprogramm, über das der Zugriff auf die Date möglich ist es existiert eie Schittstelle, über die die Programme dem DBMS Aufträge gebe. Programm 1 Programm 1 Programm 1 ext..schicht Datebaksystem DBMS SQL structure query laguage Date basis Jedes Programm hat auf die Date seie eigee Sicht. Das bedeutet, ur die für das Programm otwedige Date sid zu greife. : Ei Programm, das sie Projektdate verwaltet, ka icht auf die Mitarbeiterdate zugreife. Dies muss dem DBMS mitgeteilt werde ( view eirichte). 1.3Vorteile der Orgaisatio der Date i Datebake Vermiderug der Redudaz Date sid ach eiheitliche Regel abgelegt. Falls Redudaz otwedig, erfolgt diese uter Kotrolle des DBMS MA# Name MA# Projekt# 1 Meier Has Logische Dateuabhägigkeit Da jedes Programm seie spezifische Sicht hat, muss es icht geädert werde,we z.b. eie Spalte i der Datebasis hizugefügt wird (z.b. Adresse). Physische Dateuabhägigkeit Programme sid uabhägig vo der itere Dateorgaisatio Gewährleistug vo Datekosistez Sematische Itegrität: DBMS muss wisse, dass z.b. i eier Spalte keie egative Werte vorkomme dürfe, oder dass für eie Spalte auf jede Fall ei Wert agegebe sei muss. Operatioale Itegrität Das DBMS muss wisse, wie Date aus verschiedee Tabelle miteiader verküpft sid Mitarbeiter MA# MA Name... Projekte MA#... Gewährleistug vo Dateschutz Kotrolle muss das DBMS wisse Fremdschlüssel Da jedes Programm seie extere Sicht hat, ka es ur auf Date zugreife, die der Sicht zugeordet sid.

3 FH Bige 3 EDa SS Das 3-Ebee Architektur-Kozept wichtiger Schritt für de Etwurf der Datebasis 1975 etwickelt vo ANSI-SPARC-Komitee Idee Beschreibug der Date auf 3 verschiedee Ebee auf jeder Ebee hat ma eie adere Sichtweise vorgeschlagee Ebee extere Ebee kozeptioelle Ebee itere Ebee Kozeptioelle Ebee beschreibt Gesamtschau der Date Date werde logisch beschriebe, d.h. uabhägig vo Gesichtspukte der Dateverarbeitug wird mit Hilfe der Data Descritptio Laguage (DDL) beschriebe. DDL gehört zur SQL Ergebis: kozeptioelles Schema Extere Ebee idividuelle Sicht auf die auf die Date Date werde i eiem eigee extere Modell dargestellt Ergebis: exteres Schema Itere Ebee physische Dateorgaisatio, u.a. Agabe über de Aufbau der gespeicherte Datesätze, Zugriff darauf i dieser Ebee muss die Art ud Weise, wie das gewählte DBMS die Date ablege möchte, berücksichtigt werde Ergebis: iteres Schema Die drei Schemata werde zu de eigetliche Date (z.b. die MA-Date) i der Datebak abgelegt. Ma bezeichet diese auch als Metadate, da sie Iformatioe über die Date ethalte. I der Datebakwelt werde die Metadate auch als DATA DICTIONARY bezeichet. Auf diese greift das DBMS zu, um etscheide zu köe, ob der Zugriff erlaubt ist. Verwalte der Ebee durch das DBMS 8 Besy 7 DBMS Apl.1 ext. Schema 1 Trasformatio Kozeptioelles Schema iteres Schema Apl.1 ext. Schema 1. Befehlsübergabe 2. Afrage, ob Zugriff zulässig 3. Afrage, wie ist der Zugriff i koz.schema realisiert 4. Wie ist der phys. Zugriff 5. bes bekommt de Auftrag, Date vo der HD zu hole oder zu schreibe 6. bes übergibt de Auftrag a die Festplatte 7. Festplatte liefert Date a Betriebssystem 8. bes liefert Date a DBMS 9. DBMS übergibt Date a Awedug, es muss vorher aber das dazu geh. ext. Schema berücksichtige

4 FH Bige 4 EDa SS Datebaketwurf 2.1Defiitio Datebaketwurf Datebaketwurf legt die logische ud physische Struktur der Datebasis fest. Die Festlegug erfolgt mit dem Ziel, die Iformatiosbedürfisse der Aweder zu berücksichtige 2.2Datebak-Aomalie Vorlesug-Professore Prof.# Name Prof. Raum# Vorl.# Vorl. Name Sem.Wo.Std 212 Rösch ENDA Rösch DABA Lag DATÜ Rausch IGRU ? dummy UNIX 4 Trage Vorlesug UNIX ei, die och keiem Professor zugeordet ist Führt ma für die icht bekate Werte Dummywerte ei, muss jede Awedug wisse, was die Werte bedeute. Ma spricht vo eier INSERT- ANOMALIE Lösche Vorlesug DATÜ. Es ist die eizige Vorlesug, die LANG hält. Durch das Lösche wird i diesem Fall auch die Iformatio über LANG gelöscht. Ma spricht vo eier DELETE-ANOMALIE Ädere Raum# bei RÖSCH Iformatioe existiere mehrmals, d.h. a viele Stelle muss die Raum-Nr. geädert werde. Falls dies icht gemacht wird, kommt es zu eier Dateikositez. Auch ist die Äderug uötig aufwedig. Ma spricht vo eier UPDATE-ANOMALIE Es ist eie Methode otwedig, mit der das Auftrete der Aomalie verhidert wird. 2.3Qualitätskriterie Was muss die Methode erfülle? 1. Vollstädigkeit Alle Aspekte müsse erfasst sei, die für die Datebasis relevat sid. 2. Korrektheit Das zugrude liegede Datemodell muss korrekt agewedet worde sei 3. Miimalität Jeder Aspekt kommt ur eimal vor. Muss ei Aspekt mehrmals aufgeführt werde (Redudaz), muss dies dem DBMS mitgeteilt werde 4. Lesbarkeit Diagrammtechik, verüftige Nameswahl, gute Dokumetatio 5. Normalität Falls das relatioale Datemodell verwedet wird, muss sichergestellt sei, dass die Relatioe ormalisiert sid. ( siehe später)

5 FH Bige 5 EDa SS Etwurfsphase Dateaforderug operatioale Aforderug Aforderugs aalyse aalysierte Aforderug kozept. Schema logisches Schema Physisches Schema Kozeptioeller Ewurf Logischer Ewurf Physischer Ewurf Wahl des DBMS Aforderugsaalyse statische Iformatio welche Iformatio Beschreibug der Objekte dyamische Aktivitäte welche Operatioe wie häufig welches Datevolume Beutzerkreis wer arbeitet damit welche Rechte welche Aufgabe kozeptioeller Etwurf Abstraktio vo der reale Miiwelt Etity-Relatioship-Modell logischer Etwurf Umsetzug des kozeptioelle Schemas i die Sprache des Zieldatemodells relatioales Datemodell physischer Etwurf Berücksichtigug der Besoderheite des Ziel-DBMS Miimalisierug der Zugriffe bzw. der Zugriffszeite

6 FH Bige 6 EDa SS Das ENTITY-RELATIONSHIP-Modell 3.1Allgemei 1976 vo Peter Che vorgeschlage hat hohe Bedeutug erreicht, vor allem beim Datebaketwurf ermöglicht eie grafische Darstellug eifach leicht verstädlich 3.2 Elemete Etity (Etität) wohl uterscheidbare Dige der reale Welt Bsp: kokreter Professor: RÖSCH LANG kokrete Vorlesug: DABA DATÜ Etitäte zusammehägede Etitäte werde zu eiem Etity-Set (Etitäte-Mege) zusammegefasst. Grafische Darstellug: Name des Häufig besteht zwische Etitäte eie Beziehug Bsp: RÖSCH LANG e: Profess- Fore Relatioship (Beziehug) Vor- Lesug Etity-Sets DATÜ DABA Beziehuge, a dee Etitäte vom gleiche Typ beteiligt sid, werde zu eiem Relatioship-Set (Beziehugsmege) zusammegefasst. Grafische Darstellug: Attribute (Eigeschafte) sowohl Etitäte, als auch Beziehuge köe Attribute aufweise Schlüssel Grafische e Darstellug: miimale Mege vo Attribute, dere Werte eie Etität eideutig idetifiziere Grafische Darstellug Name d. Real.-Chip- Sets hält Attributsame Professor Vor- Lesug Name Büro Note Professor Prof. prüft Studi. Schlüssel wird durch uterstreiche gekezeichet Es ka mehrere Schlüsselkaditate gebe A1 Etity- Set A2

7 FH Bige 7 EDa SS 2003 Miiwelt FH Es gibt viele Studierede Es gibt viele Professore Es gibt viele Assistete Es gibt viele Vorlesuge Professore halte Vorlesuge Studierede höre Vorlesuge Assistete arbeite für die Professore Studierede werde vo eiem Professor über de Stoff eier Vorlesug geprüft. Sie erhalte eie Note Es gibt Vorlesuge, die de Stoff eier adere Vorlesug voraussetze Mat# Studierede Assistete A_Pers# S_Name Es wird festgehalte, welcher Studet vo welchem Professor i welcher Vorlesug geprüft wird. (Mat#, V#, P_Pers#, Note) A_Name prüfe höre 1:m:p arbeite für 3.3 Kompatibilität vo Beziehuge Note V# V_Name Vorlesug Professore P_Pers# halte P_Name Voraussetzug (Mat#, V#) (P_Pers#) (P_Pers#, V#) (Mat#) 1 m (Mat#, P_Pers#) (V#) m 1:1 Beziehug: Jeder Etität e 1 aus der Etitätsmege E 1 ist höchstes eie Etität e 2 aus E 2 zugeordet (ud umgekehrt). 1:1 Mäer verheiratet Fraue E1 1 1 E2 1: Beziehug: Jeder Etität e 1 aus E 1 köe beliebig viele (mehrere oder auch keie) Etitäte aus E 2 zugeordet sei. Eier Etität aus E 2 ist höchstes eie Etität aus E 1 zugeordet. 1: Studierede ausleihe Bücher i Bibliothek E1 1 E2 Beziehug: Jeder Etität aus E 1 köe beliebig viele Etitäte aus E 2 zugeordet sei (ud umgekehrt). Artikel hat Farbe Farbe ROT BLAU GRÜN E1 m E2

8 FH Bige 8 EDa SS Miimum-Maximum Notatio Präzisere Agabe für die Komplexität vo Beziehuge köe über die (mimax)-notatio gemacht werde. Es werde dabei geauere Ober- ud Utergreze festgelegt. E1 (mi,max) (mi,max) E2 Soderfälle 1.Gibt es Etitäte, die mit keier adere i Beziehug stehe, schreibt ma mi=0 2.Gibt es Etitäte, die mit beliebig viele i Beziehug stehe, schreibt ma max=* Präzisierug für das FH- 1.Vorlesug werde vo mid. 3 Studierede gehört (sost fidet sie icht statt). 2.Assistete sid geau eiem Professor zugeordet 3.Eie Vorlesug wird vo geau eiem Professor gehalte 4.Professore köe vom Vorlesugsbetrieb freigestellt werde Mat# S_Name Studierede höre (0,*) (3,*) V# V_Name Vorlesug Es wird festgehalte, welcher Studet vo welchem Professor i welcher Vorlesug geprüft wird. (Mat#, V#, P_Pers#, Note) prüfe 1:m:p Note halte Voraussetzug Assistete Professore A_Pers# A_Name arbeite für P_Pers# P_Name Sportgeschäft Ei Sportgeschäft bietet verschiedee Artikel a, wie Jacke Rai vom Typ Regejacke. Die Artikel weise uterschiedliche Merkmale auf (wie wasserdicht, widdicht ). Sie existiere i uterschiedliche Größe ud Farbe. Die Artikel werde vo Produzete geliefert. Ei kokreter Artikel wird vo geau eiem Produzete geliefert. Das Sportgeschäft möchte über die Datebak wisse, es ka mehrere Artikel diese Typs gebe (z.b. Regejacke); im ur ei Prod./ Artikel welche Artikel auf Lager arsid NameudTyp Preis verschiedee Größe köe uterschiedliche Preise habe welche icht. Artikel auf Lager Produzet Merkmal uterschiedliche Artikel köe diese Merkmale (z.b. widdicht ) habe z.b. grü=5 ka mehr als ur diese eie Artikel liefer rot=1

9 FH Bige 9 EDa SS 2003 pr p_name Produzet 1 1: liefert hat_f fr f_name Farbe falls Preis vo Farbe ud Größe abhägig ar fr gr preis preis mr m_name Merkmale hat_m ar a_name Artikel 1: hat_t 1 Typ preis hat_g Größe hat_p awz ist_auf_lager falls Preis vo Größe abhägig t_r t_name gr g_name Wie wird mit Artikel umgegage, die icht auf Lager sid? We ur weige Artikel i der Regel auf Lager sid, ist es sivoll, auch ur diese i ist_auf_lager zu erfasse. Bildede Kust Es solle Küstler verwaltet werde, die im Laufe ihres Lebes Bilder gemalt habe. Diese befide sich i Galerie. Es gilt: 1 Bild wurde vo geau eiem Maler gemalt ud befidet sich geau im Besitz eier Galerie. I Ausstelluge werde Bilder gezeigt. Eie Ausstellug wird geau vo eier Galerie durchgeführt. kr kname Küstler 1: 1 malt br bname Bilder wird_gezeigt ar m a_name 1: besitzt Ausstellug 1 Galerie 1 1: orgaisiert gr gname

10 FH Bige 10 EDa SS 2003 Geeralisierug wird eigesetzt, um eie bessere Strukturierug der Etitätsmege zu erreiche Gleiche Eigeschafte vo verschiedee Etitätsmege werde i eier Obermege zusammegefasst. verschiedee Eigeschafte verbleibe i der jeweilige Etitätsmege. Grafische Darstellug: E1 Obermege is_a FH-Welt is-a-beziehug E2 ar aname pr pname Ass Profs is_a tel# we ur Profs Telefo habe, da ist tel# i Etitätsmege Profs Persr Persoal Name we ar ud pr i Obermege als Persr geführt sid, köe sie icht gleich sei. Aggregatio wird eigesetzt, um uterschiedliche Etitätsmege, die i ihrer Gesamtheit eie Obermege bilde, eiader zuzuorde. Die Aggregatio ist eie is-part-of Verküpfug Grafische Darstellug is part of wird verwedet, we Beziehug sehr eg ist (ka icht ohe adere Etität existiere). ege Beziehug KEINE ege Beziehug Haus Zimmer Haus Bewoher Fahrrad i.p. o. Rahme i.p. o. Räder i.p. o. i.p. o. Felge Speiche

11 FH Bige 11 EDa SS Logischer Etwurf 4.1Allgemei Beim logische Etwurf wird das ER-Diagramm i das Datemodell des zu verwededem DBMS umgesetzt. I der Praxis ist das relatioale Datemodell das gägigste. Für die Umsetzug gibt es Trasformatiosregel, die kosequet agewedet werde müsse. 4.2Das relatioelle Datemodell Alle Iformatioe werde über Relatioe festgehalte. Speziell die Beziehuge werde über ihaltliche Agabe über eie Relatio festgehalte, z.b. steht Farbe mit Artikel i Beziehug. Die Beziehug wird ihaltlich über fr ud ar festgehalte. fr Farbe hat_f ar Artikel Zur Wiedergewiug vo Iformatioe gibt es 3 Operatioe Selektio (Auswahl bestimmter Zeile) Projektio (fr, ar) (Auswahl vo Spalte) Joi (Verbud) (Zeige Beziehug) 4.3Tabelle ud Relatioe Was ist eie Relatio? formal: Kartesisches Produkt vo zwei Mege M 1, M 2 M 1 M 2 ={ m 1, m 2 m 1 M 1, m 2 M 2 } M 1 = {rot, blau, grü} M 2 = {(JackeBlitz)(HoseTaifu)} M 1 X M 2 {(r,jb), (r, HT), (bl,jb), (bl,ht), (g,jb), (g, HT)} Eie Relatio R ist eie Teilmege vo M 1 X M 2 R={(r,JB),(g,HT),(bl,HT)} Was ist eie Tabelle? ar aame fr 1 Jacke Blitz rot 2 Hose Taifu grü, blau icht atomar: bei eier Tabelle sid icht atomare Spalte möglich, bei eier Relatio icht Eie Tabelle etspricht eier Relatio, we die Spalte der Tabelle ur atomare Werte aufweist.

12 FH Bige 12 EDa SS Trasformatioe icht atomarer Attribute Fall 1:zusammegesetzte Attribute : Ei zusammegesetztes Attribut wird durch seie Kompoete ersetzt Name Adresse Meier Bige, Rochusallee 15 Trasform atio Name Wohort Straße Meier Bige Rochusallee 15 Fall 2:mehrwertige Attribute : artikel(ar, aame, farbe) farbe ist mehrwertig bzgl. ar Die Relatio ist i zwei Relatioe aufzuteile. Die eie Relatio ethält das mehrwertige Attribut ud das Schlüsselattribut, die adere Relatio ethält de Rest icl. Schlüsselattribut artikel(ar, aame, farbe, preis) artikel(ar, aame, preis) hat_f(ar, farbe) artikel(...)={(1,jackeb,blau,50),(2,hoset,rot,200)} grü artikel={(1,jackeb,50),(2,hoset,200)} hat_f={(1,blau),(1,grü),(2,rot)} Die mehrwertige Attribute köe icht auftrete, we der kozeptioelle Etwurf korrekt gemacht wurde. 4.5Trasformatiosregel Regel 1: Etitäsmege Jede Etitäsmege wird durch eie eigestädige Relatio (Tabelle) mit eiem eideutige Primärschlüssel umgesetzt. Regel 2: Beziehugsmege Jede Beziehugsmege ka als eigestädige Relatio (Tabelle) defiiert werde. Primärschlüssel der Beziehugsmege ist der aus de Fremdschlüssel zusammegesetzte Schlüssel. Ei Fremdschlüssel wird gebildet durch de Primärschlüssel eier adere Relatio (Tabelle). ar aame fr fame Artikel Farbe hat_f Relatioe aus TrR 1 artikel(ar,aame) farbe(fr,fame) aus TrR 2 hat_f(ar,fr) ar i der Relatio hat_f ist ei Fremdschlüssel zur Relatio artikel Regel 3: Beziehug Jede Beziehug muss als eigestädige Tabelle defiiert werde. Der Primärschlüssel ist ei zusammegesetzter Schlüssel, wobei die Primärschlüssel der beteiligte Etitäsmege als Fremdschlüssel verwedet werde. ach Regel 1: artikel a# (a#,...) m# Artikel hat_m merkmal ar ist Primärschlüssel i artikel fr ist Primärschlüssel i farbe merkmal(m#,...) Fremdschlüssel: Wert vo a# i hat_f muss vorher i artikel defiiert sei ach Regel 3: hat_m(a#,m#) eideutige Werte (1,3)(1,3)(1,4)

13 FH Bige 13 EDa SS 2003 Regel 4: 1: Beziehug Eie 1: Beziehug ka als eigestädige Tabelle defiiert werde. Falls 1: Beziehuge ohe eigee Tabelle festgehalte werde soll, muss der Primärschlüssel derjeige Tabelle i die adere Tabelle aufgeomme werde, für de die Mehrfachbeziehug gilt. artikel hat_p 1 produzet ach Regel 1: artikel(a#,aame,...) produzet(p#,pame,...) 1:m Regel 5: 1:1 Beziehug ach Regel 4: artikel(a#,aame,...,p#) produzet(p#,pame,...) Fremdschlüssel Eie 1:1 Beziehug ka ohe eigestädige Tabelle festgehalte werde. Dazu wird der Schlüssel der eie Tabelle als Fremdschlüssel i die adere Tabelle aufgeomme. p# pame z# hat_z größe ach Regel 1: prof(p#,aame,...) zimmer(z#,größe,...) prof 1:1 zimmer Regel 6: Geeralisierug ach Regel 5: prof(p#,pame,...,z#) Möglichkeit 1 zimmer(z#,größe,...) Fremdschlüssel prof(p#,pame,...) Möglichkeit 2 zimmer(z#,größe,...,p#) Fremdschlüssel Jede Etitäsmege eier Geeralisierugshierarchie wird eie eigestädige Tabelle. Der Primärschlüssel der übergeordete Tabelle ist auch Primärschlüssel der utergeordete Tabelle. a# aname FH-Agehöriger ach Regel 6: FH-Agehöriger(a#,aame,...) prof(p#,fachgebiet,...) ass(ass#,x,...) Fremdschlüssel Prof is_a Ass p# Fachgeb a# x

14 FH Bige 14 EDa SS 2003 FH-Miiwelt s# Studierede same v# vame hört Vorlesug setzt_ voraus prüft Note 1: hält Assistete :p 1: 1 1 Professore Regel 1 arbeitet_für studierede(s#,same,...) vorlesug wird ersetzt prof(p#,pame,...) durch Regel 4 assistete Regel 3 hört(s#,v#) prüft(s#,p#,v#,ote) setzt_voraus(v#,vorausgesetzte_r) Regel 4 vorlesug(v#,vame,...,p#) prof(p#,pame,...,a#) (v#,vame,...) (a#,aame,...) Zusammefassug s# studierede(s#,same,...) vorlesug(v#,vame,...,p#) p# prof(p#,pame,...,a#) a# assistete(a#,aame,...) v# hört(s#,v#) v# prüft(s#,p#,v#,ote) v#,p# s#,v# setzt_voraus(v#,voraus_gesetzte_r) voraus_gesetzte_r wird auf v# abgebildet I prüft wird z.b. (1,2,3,1) eigetrage. DBMS überprüft, ob s#=1 i studierede defiiert ist v#=2 i vorlesug defiiert ist p#=3 i prof defiiert ist Der Datesatz wird i prüft eigetrage, obwohl studierede die kokrete Vorlesug evtl. och gar icht gehört hat. Daher muss i prüft ei zusammegesetzter Fremdschlüssel defiiert werde. Diagramm s# s# v# setzt voraus v# voraus_gesetzte_r v# voraus_gesetzte_r Studierede s# v# hört (s#,v#) Vorlesug v# p# p# prüft (v#,p#) a# p# s# v# p# Assistete Professore a#

15 FH Bige 15 EDa SS Normalisierug Ziel der Normalisierug ist die Optimierug des logische Etwurfs (Optimierug der Relatioe). Prizipie der Normalisierug köe beim ER-Diagramm berücksichtigt werde. Grudsätzliche Vorgehesweise: Feststelle der Dateabhägigkeite Falls welche auftrete, wird die betroffee Relatio i geeigete kleiere Relatioe zerlegt Abhägigkeite zwische Attribute Relatio R(A 1, A 2,..., A ) eie beliebige Kombiatio daraus: Attribut Kombiatio Y=(A i1, A i2,..., A ik) Das Attribut A ν ist vo Y fuktioal abhägig, we für jede Wert vo Y auf A ν geschlosse werde ka Y A ν ν=1... A ν heißt voll fuktioal abhägig vo Y, we Y A ν d.h. fuktioal abhägig Für jede T Y : T A ν A ν heißt trasitiv abhägig vo Y, we Y A μ es existiert ei μ A μ A ν Y A μ A ν A μ Y R(s#, ame, z#, t#, kurs, sem, Note) Zimmer Nr im Stud. Wohheim Tel Nr im Zimmer Sem. Sem., i.d. der Kurs geprüft wurde Ermittlug der Abhägigkeite s# ame s# z# s# t# z# t# t# z# s# Kurs Sem. z# ame t# ote (s#, kurs, sem) ote R(s#, ame, z#, t#, kurs, sem, Note) Als Relatioeschlüssel S eier Relatio R wird das Attribut bzw. die Attributkombiatio bezeichet, für die gilt: s A 1, A 2,, A Für jede Teilmege T vo s T A 1, A 2, A s ist miimal Verfügt eie Relatio über mehrere Relatioeschlüssel, so heiße diese Kaditateschlüssel. Wählt ma eie für das weitere aus, so heißt dieser Primärschlüssel. Primärschlüssel vo R ist (s#, ame, sem)

16 FH Bige 16 EDa SS 2003 Wie fidet ma eie Relatioeschlüssel? Reduktiosverfahre Start: K=(A 1,..., A ) Reduktiosschritt: 1.) Etfere ei A i (i=1...) K*=K\{A i} 2.)Überpüfe, ob A i aus dem Rest (d.h. K*) herleitbar ist. 3.)Falls ja: K=K* wiederhole Reduktiosschritt Start: 1.Red.Schritt: Falls ei: A i muss i K bleibe wiederhole Reduktiosschritt mit aderem A i Falls dies für alle A i aus K scheitert, stellt K de gesamte Schlüssel dar K=(s#,ame, z#, t#, kurs, sem, ote) s# etfere K*=(ame, z#, t#, kurs, sem, ote) überprüfe K* s# (Müller,1,2,DaBa,SS02,3) ei! K=K* {s#} 2.Red.Schritt: ame etfere K*=(s#, z#, t#, kurs, sem, ote) überprüfe K* s# s# ame ja! K=K*=(s#, z#, t#, kurs, sem, ote) 3.Red.Schritt: z# etfere überprüfe K*=(s#, t#, kurs, sem, ote) z# ja! K=K* 4.Red.Schritt: t# etfere, überprüfe ja! K=(s#, kurs, sem, ote) 5.Red.Schritt: Kurs ei! 6.Red.Schritt: sem ei! 7.Red.Schritt: ote ja! K=(s#, kurs, sem) Hausaufgabe R(A, B, C, D, E, F) (A,B) (D,F) (A,D) (F) (D) (B) (F) (C) Lösug (A, D, E) (A, B, E)

17 FH Bige 17 EDa SS 2003 Ma uterscheidet: Primärattribute sid alle Attribute, die midestes i eiem Kaditateschlüssel ethalte sid Sekudärattribute alle adere Attribute Eie Relatio R befidet sich i der erste Normalform (1NF), we alle Attribute atomar sid. Eie Relatio R befidet sich i der zweite Normalform (2NF), we jedes Sekudärattribut vo jedem beliebige Schlüssel voll fuktioal abhägig ist. R(s#, ame, z#, t#, kurs, sem, ote) Primärattribute (s#, kurs, sem,) ame Diese Relatio ist icht i 2NF wege s# ame Normalisierug: existiert eie Attributkombiatio Y, die vom Schlüssel S ur partiell abhägig ist, so wird Y mit dem partielle Schlüsselteil i eie eigee Relatio projeziert. R(s#, ame, z#, t#) ka Aomalie verursache R(s#, kurs, sem, ote) R 1 & R 2 sid 2NF Eie Relatio R befidet sich i der dritte Normalform (3NF), falls alle Sekudärattribute vo jedem Schlüssel direkt ud trasitiv abhägig sid. Normalisier } R(S, X, Y, Z) S X Y ug: R 1 (X,Y) R 2 (S,X,Z) R(A 1,A 2,..., A ) S=(A i1,a i2,...,a ik ) Z=(A j1,...,a jp ) j 1, j p {i 1,...,i x } S A j A m j,m {i,...,i k } R 1 (A j,a m ) R 2 (A i1,...,a jk,a j,a j1,...,a jp ) S X Z R 11 (s#, same, z#) R 12 (z#,t#) R 2 (s#,kurs,sem,ote) Etstehe die gleiche Relatioe, we mit ER-Diagramm gearbeitet wird? s# same se# seame Studet 1: woht 1 Zimmer wird_ geprüft Note Semester Kurs wird_ gehalte z# t# k# kurs

18 FH Bige 18 EDa SS 2003 Trasformatio 1. studierede(s#, same) zimmer(z#, t#) kurs(k#,kurs) Trasformatiosregel 3 sem(se#,sem) 2. studierede(s#,same,z#) gehalte(k#,se#) Fremdschlüssel geprüft(s#,k#,se#,ote) Zusammefassug: studierede(s#,same,z#) R 11 zimmer(z#, t#) R 12 geprüft(s#,k#,se#,ote) R 2 Boyce-Codd-Normalform (BCNF) Utersuchug der fuktioale Abhägigkeit zwische Primärattribute Defiitio der Determiate: A heißt Determiate vo D, we gilt 1. A B fuktioal abhägig 2. T A T B Defiitio der Boyce-Codd sche Normalform Eie Relatio ist i der BCNF, we jede Determiate der Relatio ei Kaditateschlüssel ist. Normalisierug R (A 1,...,A ) } X Y R 1 (X,Y) X kei Kaditateschlüssel R 2 (X,A i1...a ik ) Z=alle adere Attribute R(s#, ame, z#, t#, kurs, sem, Note) Determiate bestimme: s# weil s# same z# t# s#,kurs,sem weil (s#,kurs,sem) ote z# weil z# t# t# weil t# z# Kaditateschlüssel bestimme (s#,kurs,sem) R ist icht i BCNF, weil es 3 Determiate gibt, die keie Kaditateschlüssel darstelle. Normalisiere: 1. z# t# R 1 (z#,t#) z# kei Kaditateschlüssel R 2 (s#,same,z#,kurs,sem,ote) R 1 i BCNF, R 2 icht } 2. s# same R 21 (s#,same,z#) z# s# kei Kaditateschlüssel R 22(s#,kurs,sem,ote) R 21 i BCNF, R 22 i BCNF }

19 FH Bige 19 EDa SS 2003 Vierte Normalform (4NF) 1)Defiitio: mehrfach abhägig I eier Relatio R(A 1,...,A ) heißt B mehrfach abhägig vo A, we zu jedem A mehrere Werte vo B exitiere. A-->>B Artikel Farbe. hat_f(a#,f#) a# f# 1 2 a#-->>f# 1 3 I eier Relatio R(...) liegt eie icht triviale mehrfache Abhägigkeit vor, we folgedes gilt A-->>B A-->>C Defiitio 4NF: Eie Relatio befidet sich i 4NF, we sie i der BCNF ud keie icht triviale Abhägigkeite auftrete Normalisierug } R(A,B,C,Y) R 1 (A,B) A-->>B R 2 (A,C) A-->>C R 3 (A,Y) Artikel Farbe hat_f Größe. hat_g Aderer Asatz: farbe & größe zusamme i eie Etitäsmege ar fr gr ar-->>fr ar-->>gr Normalisierug R 1 (ar,fr) R 2 (ar,gr) R 3 (ar,...)

20 FH Bige 20 EDa SS 2003 Umsetzug der Relatioe i die DDL DDL (data descriptio laguage) ist eie Teilmege der SQL-Sprache. Zu der DDL gehöre z.b. create table, mit dem Tabelle eigerichtet werde köe oder create user, mit dem Beutzer eigerichtet werde köe. Mit create table hat ma die Möglichkeit : 1)Spalte ud dere Datetype zu defiiere 2)Sematische Itegrität zu defiiere } 3)Etitäs-Itegrität zu defiiere Costrait-Bediguge (Itegritäts-Bediguge) 4)Referetielle Itegrität zu defiiere Es sid folgede Datetype möglich : char (size) size gibt a, wie groß das Zeichearray sei soll varchar (size) Zeichearray der max. Läge size, asoste ist die Läge variabel log Zeichestrig vo variabler Läge bis zu 6 GByte umber (p,s) Zahl mit p Ziffer, davo s Ziffer hiter dem Komma iteger Itergerzahl raw (size) Biärdate bis zu size Bytes date Datum für das eifache Alege eier Tabelle : create table produzet (pr pame Tabelle-Name Spalteame Gewählter Datetyp iteger, char(20)) Bei diesem Aufruf fehle sämtliche Itegritätsagabe Sematische Itegrität: ot ull i der Spalte sid keie Nullstelle erlaubt (d.h. es muss ei Wert i der Spalte eigetrage werde.) ull Nullwerte erlaubt default Setze eies default-wertes check Überprüfe eies Wertes auf Bediguge uique Nullwerte erlaubt. sost ur eideutige Werte Etitätsitegrität: Primärschlüssel Referetielle Itegrität: Fremdschlüssel Itegritätsbediguge köe defiiert werde als Spaltebezogee Bediguge (Colum( costrait) Bediguge, die sich eideutig auf eie Spalte beziehe (pr,pame) Tabellebezogee Bediguge (table costrait) lager (ar,fr,gr,az) we farblose Artikel möglich sid, da (ar,fr,gr) als uique vereibare. (1,,2,7) (3,,2,7) (2,3,2,8) (1,,5,8) produzet Bediguge, die sich auf mehrere Spalte beziehe hat_f(pr,fr)

21 FH Bige 21 EDa SS 2003, bei dem für die Costraits kei Name vergebe wird : create table produzet (pr iteger primary key, pame char(20) ot ull) create table produzet (pr iteger costrait PK_produzet primary key, pame char(20) costrait NN_produzet ot ull) artikel(ar,aame,pr) create table artikel(ar iteger costrait PK_artikel primary key, aame iteger costrait FK_artikel_produzet refereces produzet, o delete cascade) produzet pr pame 1 ike 2 addidas artikel ar,aame,pr Automatisches Lösche i der utergeordete Tabelle (artikel()), we i der übergeordete Tabelle (produzet) ei Satz gelöscht wird größe (ar,gr) hat_g (ar,fr) ar aame artikel hat_f farbe artikel(ar, aame) hat_f(ar,fr) farbe(fr,fame) create table artikel(ar iteger primary key, aame char(20) ot ull) create table farbe(fr iteger primary key, fame char(20) ot ull) fr fame create table hat_f(ar iteger refereces artikel, fr iteger refereces farbe, primary key(ar,fr)) Adere Möglichkeit: (Fremdschlüsselagabe) create table artikel(ar iteger, fr iteger, primary key(ar,fr), foreig key(ar) refereces artikel(ar), foreig key(fr) refereces farbe) create table lager(ar iteger, fr iteger, gr iteger, az iteger check(az>0), primary key(ar,fr,gr), foreig key(ar,fr) refereces hat_f, foreig key(ar,gr) refereces hat_g) ar fr gr az

22 FH Bige 22 EDa SS 2003 Farblose Artikel existiere auf Lager: hat_f artikel farbe lager(ar,fr,gr,az) größe hat_g create table lager(ar iteger ot ull, fr iteger, gr iteger, az iteger check(az>0), uique(ar,fr,gr), foreig key(ar) refereces artikel, foreig key(ar,fr) refereces hat_f, foreig key(ar,gr) refereces hat_g) lager(ar,fr,gr,az) ar fr gr az NULL 1 5 FALSCH 2 NULL NULL 8 Es ist ei Artikel eigetrage, desse Farbe mit NULL eigetrage ist. Dieser Artikel ist aber kei farbloser Artikel, soder ei Artikel, de es i 2 Farbe gibt (fr=1 rot, fr=2 blau) keie Fehlermeldug (uique)