Entwurf von Datenbanken (Normalisierung)

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1 Grudlage MS-Access97 Exkurs Datebake-Theorie 1/6 Etwurf vo Datebake (Normalisierug) Bevor ma mit der Implemetierug eier Datebak i eiem real existierede Datebaksystem begit, ist es otwedig, die Datebak auf eier kozeptioelle Ebee zu modelliere ud aschließed die Datebakstrukture zu optimiere. Das Etity-Relatioship-Modell ud die Normalisierug sid geeigete Werkzeuge zur Modellierug eier Datebak. Etity-Relatioship-Modell: Das ERM wurde 1976 vo Peter Che etwickelt ud diet als Modellierugswerkzeug für Datebake. Ziel des ERM ist es, auf eier kozeptioelle Ebee (d. h. uabhägig vo der datebakspezifische Modellierug i eiem Datebaksystem) die Darstellug vo Date ud Beziehuge zu ermittel. Das Modell beihaltet zwei Grudelemete, ämlich Etitäte (=Etities) ud Beziehuge (=Relatioships). Etitiy-Typ: Ei Etity ist ei realer Gegestad, ei abstraktes Kozept oder ei Ereigis. Beispielsweise ist ei Kude, ei Artikel, ei Mitarbeiter oder eie Maschie ei Objekt, das ei Etity darstellt. Mehrere Gleichartige Etities (z. B. Kude Weiler, Kude Schmidt, Kude Meier) werde zu eiem Etitytyp zusammegefasst. Darstellug: Etitytype werde im ERM als Recheck dargestellt. I das Rechteck schreibt ma die Bezeichug des Etitytype. Kude Relatioship: Eie Relatioship ist eie Beziehug zwische zwei Etities, die meist durch ei Verb beschriebe werde ka. Beispielsweise erteilt ei Kude eie Auftrag, ei Mitarbeiter arbeitet a eier Maschie oder ei Schüler gehört zu eier Klasse. Darstellug: Beziehuge werde im ERM i Form vo Raute dargestellt. I die Raute selbst schreibt ma de Name der Beziehug (=Verb) erteilt We wir die Darstellug eier Beziehug im Zusammehag betrachte, so erkee wir, dass die Raute die über die Beziehug verküpfte Etitiytype (mit eier Liie) verbidet. Kude erteilt Auftrag Komplexität vo Beziehuge (Kardialitäte): Die Komplexität eier Beziehug gibt das Verhältis der beide Etitytype i Bezug auf die Beziehug a. Beispielsweise ist i userem Kulturkreis ei Ehema mit eier Ehefrau verheiratet. Es hadelt sich hierbei um eie 1:1 Beziehug. Bei der Aalyse der Beziehug zwische Kude ud Auftrag erkee wir, dass ei Kude mehrere Aufträge erteile ka, ei bestimmter Auftrag auf der adere Seite geau eiem Kude zugeordet werde ka. Hier habe wir eie 1: Beziehug. Ka auf beide Seite eie Beziehug zwische mehrere Objekte bestehe (verschiedee Rechuge ethalte mehrere Artikel) so spricht ma vo eier m: Beziehug. Darstellug: Die Komplexität eier Beziehug wird a de Verbidugsliie zwische zwei Etitymege verzeichet. Die Beziehuge zwische de Etitytype lasse sich folgedermaße darstelle:

2 Grudlage MS-Access97 Exkurs Datebake-Theorie 2/6 Beziehugstype i userem Beispiel: 1:1 Beziehug 1 ist 1 Ehema verheiratet Ehefrau 1: Beziehug Kude 1 erteilt Auftrag m: Beziehug Rechug m ethält Artikel Attribute (Properties): Attribute (=Eigeschafte) beschreibe die Etitiytype äher. Der Etitytyp Auftrag wird z. B. durch die Attribute Auftragsummer, Auftragsbeschreibug, Liefertermi usw. beschreibe. Es gibt Nichtschlüssel-Attribute wie z. B. die Auftragsbeschreibug, de Liefertermi oder die Zahlugsbediguge ud es gibt ei oder mehrere Attribute, die der eideutige Idetifizierug des Etities ierhalb eies Etitytyps diee (=Schlüsselattribut). Die miimal idetifizierede Attributkombiatio ist ei Schlüsselkadidat ud ka als Primärschlüssel festgelegt werde. Darstellug: Attribute werde i Form vo Ellipse dargestellt. We das Attribut de Primärschlüssel darstellt, wird es uterstriche. Auftragsummer Auftrag Auftragsbezeichug Liefertermi Zusammefassedes Beispiel:Vereisverwaltug Der Kassierer eies Sportvereies will die Mitgliederverwaltug, die derzeit kovetioell mit Karteikarte durchgeführt wird, ratioalisiere. Hier ei Beispiel eier Erfassugskartei: Name Musterma Mitgliedsummer 1000 Vorame Has Eitrittsdatum Straße Bergstr. 1 PLZ Musterdorf Geburtstag Beitragsart Vollmitglied Abteiluge Fußball, Teis Beitrag 20,00 BLZ Koto Bakame Stadtsparkasse Musterdorf Bakort Musterdorf Nebe Fußball gibt es och die Abteiluge Teis (1), Hadball (2), Baseball (3), Leichtathletik (4), Schwimme (5), Tischteis (6) ud seit kurzem auch Judo (7). Die Beitragssätze sid uterschiedlich. Vollmitglieder (VM) zahle 20,00, Ehremitglieder (EM) sid vo der Beitragszahlug befreit. Jugedliche (J) zahle 10,00, volljährige Familiemitglieder (VF) 15,00. Passive Mitglieder (PM) zahle 10,00, der Jugedwart (JW) 12,00 sowie Traier (T) 8,00. Stelle Sie das gegebee Beispiel als Etity-Relatioship-Modell dar.

3 Grudlage MS-Access97 Exkurs Datebake-Theorie 3/6 Ziele der Normalisierug Die Ziele des Normalisierugsprozesses sid: Erzeuge eier flexible, stabile Datebak, bei der Veräderuge leicht durchzuführe sid. Vermeide vo Regelwidrigkeite (Aomalie) beim Äder (=Äderugsaomalie), Lösche (=Löschaomalie) ud Eifüge (=Eifügeaomalie) vo Datesätze. Möglichst gerige Redudaz ud somit geriger Speicherplatzbedarf. Uormalisierte Datebak Ausgagspukt des Normalisierugsprozesses ist die uormalisierte Datebak. Betrachte wir dazu ei Beispiel: die Date zur Erzeugug eier Rechug solle i eier Datebak abgespeichert werde. Die Rechug hat folgedes Aussehe: PictoNellCom Systemhaus GmbH Bahhofstr Coesfeld RECHNUNG Datum: Karl Subke Kudeummer: 1223 Feldbergstr. 21 Rechugsummer 123/ Dülme Bei Zahlug bitte agebe. Artikelummer Artikelbezeichug Preis/Eiheit Stückzahl Gesamtpreis NoName CD-ROM 0,99 DM ,00 DM Toer 75,00 DM 2 150,00 DM Etikette 25,00 DM ,00 DM : 499,00 DM + 16% MwSt: 79,84 DM Brutto 578,84 DM Bitte überweise Sie de Betrag auf eies userer Kote ierhalb vo 14 Tage etto ohe Abzug Die Aalyse der Rechug führt zu eier Tabelle mit folgede Felder: Rechug uormalisiert Kudeummer Kudeame Kudeadresse RNR Datum ANRPos1 ArtBezPos1 StueckzahlPos1 PreisProEiheitPos1 ANRPos2 ArtBezPos2 StueckzahlPos2 PreisProEiheitPos2 ANRPos3 ArtBezPos3 StueckzahlPos3 PreisProEiheitPos3 Die Werte für die Mehrwertsteuer ud de Bruttobetrag sowie der betrag eier Rechugspositio werde icht als Felder i der Tabelle Rechug uormalisiert agelegt, da sie sich jederzeit wieder bereche lasse. Das Feld Rechugsummer (RECHNR) ist der Primärschlüssel. Die Tabelle Rechug uormalisiert ist gegeüber Aomalie sehr afällig, wie die folgede Beispiele zeige: Eifügeaomalie (Isertaomalie): Die Date für eie Artikel köe ur da aufgeomme werde, we es eie Rechug gibt, i der dieser Artikel berechet wird. Produkte useres Sortimets, für die es gegewärtig keie Bestellug gibt, köe icht erfasst werde. Löschaomalie (Deleteaomalie): Wird aus der Tabelle die (eizige) Rechug eies Kude gelöscht, gehe alle Kudedate verlore. Bei eier eue Bestellug müsse alle Kudeiformatioe eu erfasst werde. Äderugsaomalie (Updateaomalie): Ädert sich die Aschrift eies Kude, für de bereits mehrere Rechuge erfasst sid, müsse i alle betroffee Zeile die Werte korrigiert werde. Wird das a eier Stelle vergesse, etsteht ei ikosisteter Datebestad (der Kude hat zwei verschiedee Adresse, vo dee ur eie richtig ist). Zusätzlich ethält die Tabelle viele redudate Date. Erhält ei Kude mehrere Rechuge, sid die Kudedate für jede eizele Rechug erfasst. Gleiches gilt für die Artikeldate, we ei Artikel i mehrere Rechuge erscheit.

4 Grudlage MS-Access97 Exkurs Datebake-Theorie 4/6 1. Normalform Damit eie Tabelle i der 1. Normalform (1NF) vorliegt, müsse folgede Bediguge erfüllt werde: Alle Attributwerte müsse atomar sei (Felder dürfe sich icht weiter uterglieder lasse). Es dürfe keie Wiederholugsgruppe existiere. Die Tabelle Rechug widerspricht zwei Bediguge der 1. Normalform: 1. Die Felder Kudeame ud Kudeadresse sid icht atomar. Das Feld Kudeame lässt sich uterglieder i die Felder Kudevorame (Vorame) ud Kudeachame (Nachame). Das Feld Kudeadresse ist ebefalls icht atomar. Es lässt sich i die Felder Postleitzahl,, Strasse ud Hausummer aufsplitte. Diese Aufteilug i atomare Attributwerte ist wichtig, we wir beispielsweise alle Kude aschreibe wolle, die ihre Geschäftssitz i eiem bestimmte habe. Durch die Aufteilug i eizele Felder lässt sich das recht eifach realisiere. 2. Es existiert eie Wiederholugsgruppe i der Tabelle Rechug I der Beispielrechug hat der Kude drei uterschiedliche Artikel bezoge. Für jede Artikel musste deshalb je ei Feld für die Artikelummer, die Artikelbezeichug, die Stückzahl ud de Preis pro Eiheit agelegt werde. Theoretisch müsste ma die Struktur der Tabelle och erweiter, so dass für eie maximale Azahl vo Rechugspositioe (z. B. i eier Rechug werde maximal 20 Positioe ausgewiese) diese vier Felder jeweils verfügbar sid. Bei der Dimesioierug mit der maximale Azahl vo Rechugspositioe wird viel Speicherplatz verschwedet, da die Felder für jede Rechug agelegt werde (auch für solche mit weiger Positioe) ud es besteht auf der adere Seite immer die Gefahr, dass die Datebakstruktur gespregt wird, we mehr als 20 Positioe auf eier Rechug ausgewiese werde solle. Das Problem vo Wiederholugsgruppe lässt sich durch die Zerlegug der ursprügliche Tabelle i mehrere Relatioe behebe. Tabelle der Datebak Rechug i 1. Normalform Rechug 1NF 1 Positioe 1NF RNR ArtNR Kudeummer RNR Name ArtBez Vorame Stueckzahl Postleitzazhl PreisProEiheit Strasse Hausummer Datum Die sich wiederholede Attribute (ArtNR, ArtBez, Stueckzahl, PreisProEiheit) wurde aus der Ursprugstabelle etfert ud die eue Tabelle Positioe 1NF übertrage. Um eie Verküpfug mit de Kudedate herstelle zu köe (jetzt Tabelle Rechug 1NF) muss zusätzlich das Attribut RECHNR i die Tabelle Positioe 1NF aufgeomme werde. I der Tabelle Rechug 1NF ist das Feld RECHNR das Primärschlüsselfeld. I der Tabelle Positioe 1NF setzt sich der Primärschlüssel aus de Felder ArtNR ud RECHNR zusamme, de weder die Artikelummer och die Rechugsummer idetifi- ziere eie Zeile eideutig. Die Rechugsummer wiederholt sich, we eie Rechug mehrere Positioe ethält ud die Artikelummer wiederholt sich, we ei gleicher Artikel i verschiede Rechuge berechet wird. 1. Normalform (1NF) Eie Tabelle liegt i der 1. Normalform vor, we a jeder Stelle der Tabelle (d. h. i jeder Zelle) ur ei Wert steht. 2. Normalform Wege der ach wie vor bestehede Redudaz sid die Tabelle i der 1NF och afällig für Aomalie. Beispielsweise wiederholt sich i der Tabelle Positioe 1NF für eie i mehrere Rechuge ethaltee Artikel die Artikelbezeichug. Die Ursache hierfür liegt dari, dass der Artikelame icht vom gesamte Schlüssel, soder ur vo eiem Teil des Schlüssels abhägig ist. I der 2. Normalform (2NF) muss die Datebak ebe de Bediguge der 1. Normalform och folgeder Aforderug geüge:

5 Grudlage MS-Access97 Exkurs Datebake-Theorie 5/6 Jedes Nichtschlüsselattribut muss voll fuktioal abhägig vom Gesamtschlüssel, icht aber vo Teile des Gesamtschlüssels sei. Tabelle der Datebak Rechug i 2. Normalform Rechug 2NF 1 Positioe 2NF 1 Artikel 2NF RechNR ArtNR ArtNR KudeNR RNR ArtBez Name Stueckzahl PreisProEiheit Vorame Postleitzahl Strasse Hausummer Datum I der Tabelle Rechug 1NF sid alle Nichtschlüsselfelder vom Primärschlüssel abhägig, de der Primärschlüssel besteht aus eiem eizige Feld. Für die Relatio Positio 1NF gilt das jedoch icht. I dieser Tabelle sid die Felder ArtBez ud PreisProEiheit icht vom Gesamtschlüssel (Felder ArtNR ud RECHNR) abhägig, soder ur vo eiem teil des Schlüssels, ämlich vom ArtNR. Um die Datebak i die 2. Normalform zu brige. müsse wir die Iformatio der Relatio Positioe 1NF auf zwei Tabelle verteile. Die Relatio Positioe 1NF wird i der 2. Normalform auf die beide Tabelle Positioe 2NF ud Artikel 2NF verteilt. I der eue Relatio Artikel 2NF wird ei Primärschlüssel für das Feld ArtNR defiiert. Über dieses Feld lässt sich die Verküpfug zur Tabelle Positioe 2NF herstelle. 2. Normalform (2NF) Eie Tabelle liegt i der zweite Normalform vor, we sie sich i der 1NF befidet ud jedes Nicht-Schlüsselattribut vom Gesamtschlüssel ud icht bereits vo eiem Teil des Gesamtschlüssels voll fuktioal abhägig ist. 3. Normalform Auch eie Tabelle i der 2NF ist och icht ausreiched vor Aomalie geschützt. Ei Kude ka beispielsweise ach wie vor icht erfasst werde, we er keie Rechug erhält. Dieses Problem tritt auf, weil die Date eies Kude i der Tabelle Rechug 2NF icht direkt vom Schlüssel RECHNR abhäge. I der 3. Normalform (3NF) muss die Datebak ebe de Bediguge der 1. ud der 2. Normalform och folgede Bedigug erfülle: Es dürfe keie fuktioale Abhägigkeite zwische Attribute existiere, die icht als Schüssel defiiert sid, d. h. alle Attribute, die icht zum Primärschlüssel gehöre, müsse direkt vo diesem abhägig sei. Es dürfe keie idirekte ( trasitive ) Abhägigkeite bestehe. Tabelle der Datebak Rechug i 3. Normalform Rechug 2NF 1 Positioe 2NF 1 Artikel 2NF RechNR ArtNR ArtNR KudeNR RechNR ArtBez Datum Stueckzahl PreisProEiheit 1 Kude 3NF KudeNR Name Vorame Postleitzahl Strasse Hausummer Die Tabelle Rechug 2NF ethält och Abhägigkeite zwische Nichtschlüsselattribute. Die Felder Name, Vorame, Postleitzahl,, Strasse ud Hausummer sid icht vom Primärschlüssel dieser Tabelle (RECHNR) soder vom Feld KudeNR abhägig. Auch trasitive Abhägigkeite köe aufgelöst werde, idem die Felder der Tabelle auf verschiedee Relatioe verteilt werde. I der eue Tabelle Kude werde die Felder KudeNR, Name, Vorame, Postleitzahl,, Strasse ud Hausummer defiiert. Alle Felder sid vo der KudeNR abhägig. Dieses Feld muss als Primärschlüssel i der Relatio Kude defiiert sei. Nach diese Veräderuge befide alle Tabelle i der 3. Normalform. 3. Normalform (3NF) Eie Tabelle liegt i der dritte Normalform vor, we sie sich i der 2NF befidet ud jedes Nicht-Schlüsselattribut direkt (icht trasitiv) vom Primärschlüssel fuktioal abhägig ist. Aufgabe: Bei der Abspaltug eier Tabelle i eie weitere Tabelle muss die eu geschaffee Tabelle auf alle drei Normalforme hi überprüft werde. Welche Vorschlag köe Sie für die Tabelle Kude 3 NF mache, um auch diese Tabelle korrekt zu ormalisiere?

6 Wirtschaftsiformaitk - Oberstufe Exkurs Datebake-Theorie 6/6 Übugsaufgabe Normalisierug: 1) Folgede uormalisierte Datebestäde sid für die Persoa-Zeitarbeit GmbH i eier Excel-Tabelle aufgeführt. Überführe Sie diese Datebestäde schrittweise i die dritte Normalform. Achte Sie dabei darauf, dass abgesoderte Tabelle über eie Primärschlüssel (Darstellug: Uterstreiche des Schlüsselattributs) eideutig de jeweilige Datesatz bestimme. Stelle Sie das Ergebis der Normalisierug i eiem Etity-Relatioship-Modell dar. Name ud Adresse Geburtsdatum Job Fremdsprache Studeloh Arbeitszeit Studeazahl Zulagestu de Willi Wahrberg, Weißdorrig 20, Darup, Tel.: Mechaiker 18,20 325,00 - Basis 10 3 Gudru Kauer, Holtkamp 13a, Darup, Tel.: Mechaiker Eglisch, Frazösisch 18,20 Teilzeit 25 4 Traugott Taugeicht, Holtkamp 52, Darup, Tel.: Koch Eglisch 15,90 Vollzeit Eglisch, Spaisch 13,80 Vollzeit Leoie Graf, Holtkamp 25, Darup, Tel.: Viktor Nolte, Holtkamp 22c, Darup, Tel.: Veroika Töies, Weißdorrig 8, Darup, Tel.: Ralph Deckers, Lodoer Weg 68, Darup, Tel.: Trudi Zwergstei, Lodoer Weg 2, Darup, Tel.: Tio Wuttke, Reddagstrasse 52, Darup, Tel.: Haushaltshilfe Flieseleger 17,80 325,00 - Basis 8 8 Haushaltshilfe 13,80 Vollzeit Dachdecker Russisch 20,00 Teilzeit 64 8 Dachdecker 20,00 Vollzeit Gärter Eglisch 14,50 Beate Wizger, Birmighamstrasse 22, Darup, Tel.: Putzfrau 325,00 - Basis 12 0 Italieisch, Spaisch 12,30 Teilzeit Simoe Witrup, Holtkamp 14, Darup, Tel.: Putzfrau Eglisch 12,30 Vollzeit Cordula Wacker, Dubliweg 2, Darup, Tel.: Haushaltshilfe Spaisch 13,80 Vollzeit Falls Sie die Studazahl ud Zulagestude icht i eier eigee Tabelle platziert habe: Welche Grüde spreche für eie Treug dieser beide Attribute aus der Mitarbeitertabelle ud i welcher Beziehug stüde die eu geschaffee Tabelle zur Mitarbeitertabelle? 2) Führe Sie eie Normalisierug der Vereisverwaltug durch, i dem Sie: a) Etehme Sie der Beispielkarteikarte alle Attribute ud erstelle Sie damit eie uormalisierte Tabelle. b) Begrüde Sie ahad der uormalisierte Tabelle die Notwedigkeit ud Vorteile der Normalisierug. c) Normalisiere Sie das Datebakmodell bis zur 3. Normalform. Begrüde Sie kurz die eizele Normalisierugsschritte, idem Sie agebe, welche Normalform warum verletzt ist. Gebe Sie die so etstadee Tabelle i Kurzschreibweise a. Aus der Kurzschreibweise solle Relatiosame, Attribute ud Schlüsselattribute ersichtlich sei.

7 Wirtschaftsiformaitk - Oberstufe Exkurs Datebake-Theorie 7/6 Musterlösug ERM: B-Art Beitrag Beitrag 1 Eitritt Name M-Nr Mitglieder M-Nr Abt-Nr 1 1 Abt-Nr Abt Abteilug Vorame Geb- Straße Koto 1 Wohort 1 Bakverbidug PLZ BLZ Bak Ba- Musterlösug Normalisierug: