Datenbankanwendungen werden oft über einen sehr langen Zeitraum (z.b. Jahrzehnte) eingesetzt

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Nadine Linden
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1 2. Datenbankentwurf

2 Motivation Datenbankanwendungen werden oft über einen sehr langen Zeitraum (z.b. Jahrzehnte) eingesetzt Fehler sind umso teurer zu beheben, je weiter die Entwicklung bzw. der Einsatz der Datenbankanwendung fortgeschritten sind Datenbankentwurf (d.h. die Planung des Einsatzes der Datenbank) verdient besondere Aufmerksamkeit 2

3 2.1 Phasen des Datenbankentwurf Anforderungsanalyse Welche Aufgaben sollen unterstützt werden? Welche Arten von Objekten gibt es? Ergebnis: Informale Beschreibungen (z.b. Interviewprotokolle) Konzeptueller Entwurf strukturiert Anwendungsbereich (Ausschnitt der realen Welt) unabhängig vom (Typ des) verwendeten DBMS Ergebnis: Konzeptuelles Schema (ERM oder UML) 3

4 Phasen des Datenbankentwurfs Implementationsentwurf setzt Anwendung in Konzepte des verwendeten DBMS um Ergebnis: Relationales Schema (z.b. bei RDBMS) Physischer Entwurf legt Details zur Speicherung und Aufbereitung der Daten fest, um Leistungsfähigkeit zu optimieren Ergebnis: Indexstrukturen sowie Parameter beispielsweise bezüglich Komprimierung und Blockgröße 4

2.2 Entity-Relationship-Modell Entity-Relationship-Modell (ERM) (deutsch: Gegenstands-Beziehungs-Modell) bereits 1976 von Peter Chen [2] vorgeschlagen verbreitetes

5 2.2 Entity-Relationship-Modell Entity-Relationship-Modell (ERM) (deutsch: Gegenstands-Beziehungs-Modell) bereits 1976 von Peter Chen [2] vorgeschlagen verbreitetes Instrument für den konzeptuellen Entwurf wichtiges Mittel zur Kommunikation mit Nicht-Informatikern ARBEilSPlAN ORT < Quelle: Quelle: Scheer [4] 5

6 Entity-Relationship-Modell ARBEilSPlAN ORT < Quelle: Scheer [4] 6

7 2.2.1 Bestandteile des Entity-Relationship-Modells Entity-Relationship-Modell (ERM) strukturiert relevanten Ausschnitt der realen Welt in Entitytypen (entity types) Beziehungstypen (relationships) Achtung: Begrifflichkeiten (z.b. Entity und Entitytyp) werden in der Literatur teilweise austauschbar verwendet In der Literatur finden sich leicht unterschiedliche graphische Darstellungen des ERMs 7

8 Entitäten und Entitytypen Entitäten (entities) (auch: Gegenstände) als wohl unterscheidbare physisch oder gedanklich existierende Konzepte des zu modellierenden Anwendungsbereichs Beispiel: Max Müller, Prof. Dr. Snuggles, Informatikgrundlagen Ähnliche Entitäten werden zu Entitytypen (auch: Gegenstandstypen) (entity types) zusammengefasst Beispiel: Studenten, Professoren, Vorlesungen 8

9 Entitäten und Entitytypen Analogie zur objektorientierten Programmierung Entitytypen entsprechenden Klassen von Objekten 1 public class Professor { 2 3 // Eigenschaften und Methoden 4 5 } Entitäten entsprechen konkreten Objekten 1 Professor snuggles = new Professor() Konzeptuelle Modellierung betrachtet Entitytypen 9

10 Entitytypen im ERM Darstellung: Rechteck um Namen des Entitytyps Studenten Professoren Vorlesungen 10

11 Beziehungen und Beziehungstypen Beziehungen zwischen mehreren konkreten Entitäten (z.b. Prof. Dr. Snuggles liest Datenbanken) werden zu Beziehungstypen (relationships) abstrahiert Beispiel: Beziehungstypen in einer Hochschule Studenten hören Vorlesungen Professoren lesen Vorlesungen Professoren prüfen Studenten in Vorlesungen 11

12 Beziehungstypen im ERM Darstellung: Raute um Namen des Beziehungstyps hören lesen prüfen Raute des Beziehungstyps durch ungerichtete Kanten mit Rechtecken der Entitytypen verbunden Studenten hören Vorlesungen 12

13 Beziehungstypen im ERM Studenten hören Vorlesungen Professoren lesen Vorlesungen Professoren prüfen Vorlesungen Studenten 13

14 Beziehungstypen mathematisch betrachtet Mathematisch betrachtet ist ein Beziehungstyp R eine Untermenge des kartesischen Produkts der teilnehmenden Entitymengen E 1,,E n R E 1... E n Die Zahl n wird als Grad des Beziehungtyps bezeichnet 14

15 Grade von Beziehungstypen Studenten hören Vorlesungen n =2 binär Professoren prüfen Vorlesungen n =3 ternär Studenten Allgemein: Ein Beziehungstyp mit Grad n heißt n-stellig 15

16 Attribute Attribute (attributes) charakterisieren Entitäten oder Beziehungen (z.b. Vorname des Professors, Titel der Vorlesung, Note der Prüfung) Während des konzeptuellen Entwurfs werden die Typen der Attribute (z.b. Zeichenkette oder Zahl) nicht betrachtet 16

17 Attribute im ERM Darstellung: Oval um Name des Attributs Name Titel Note Oval des Attributs durch ungerichtete Kante mit Rechteck des Entitytyps oder Raute des Beziehungstyps verbunden Note Name Professoren prüfen 17

18 Schlüssel Entitytypen wird ein eindeutig identifizierendes Attribut (oder eine Menge von Attributen) als Schlüssel zugeordnet Schlüssel müssen so gewählt werden, dass sie Entitäten nicht nur momentan, sondern immer eindeutig identifizieren Beispiel: Name kein Schlüssel für Professoren 18

19 Schlüssel Künstliche Attribute dienen häufig als Schlüssel (z.b. PersNr, MatrNr, ArtNr) Schlüssel müssen minimal sein, d.h. die gewählte Menge von Attributen soll keine überflüssigen Attribute enthalten Beispiel: PersNr und Name kein Schlüssel für Professoren 19

20 Schlüssel im ERM Darstellung: Name von Schlüsselattributen unterstrichen PersNr Professoren Name Kompaktere Darstellung für Mengen von Attributen PersNr, Name Professoren 20

21 ER-Diagramm für Hochschule MatrNr VorlNr Vorname Studenten hören Vorlesungen SWS Name Titel Semester prüfen lesen Note PersNr Vorname Assistenten arbeiten für Professoren Name Tätigkeit PersNr Fach Vorname Name 21

22 Modellierungsübung Versandhandel Beschreibung: Wir erstellen eine Anwendung für einen Versandhandel von Werkzeugen zur Holzbearbeitung. Kunden tätigen beim Versandhandel Bestellungen. Eine Bestellung setzt sich aus ein oder mehreren Bestellpositionen zusammen. Zu jeder Bestellposition gehört genau ein Artikel mit einer bestimmten Anzahl. Artikel sind in einer bestimmten Mengeneinheit (z.b. Stück oder 5-er Pack) verfügbar. 22

23 Modellierungsübung Versandhandel Kunden tätigen Bestellungen beinhalten Artikel gehören zu Bestellpositionen verfügbar in Mengeneinheiten 23

24 Zusammenfassung Datenbankentwurf Konzeptueller Entwurf Implementationsentwurf Physischer Entwurf Entity-Relationship-Modell für konzeptuellen Entwurf Entitytypen (entity types) (z.b. Studenten) Beziehungstypen (relationships) (z.b. hören) Attribute beschreiben Gegenstände oder Beziehungen Schlüssel identifizieren Gegenstände eindeutig 24

25 Literatur [1] A. Kemper und A. Eickler: Datenbanksysteme Eine Einführung, De Gruyter Oldenbourg, 2015 (Kapitel 2) [2] P. Chen: The Entity-Relationship-Model Towards a Unified View of Data, ACM TODS 1(1), 1976 [3] G. Saake, K.-U. Sattler und A. Heuer: Datenbanken - Konzepte und Sprachen, mitp Professional, 2013 (Kapitel 3 & 5) [4] A.-W. Scheer: Wirtschaftsinformatik Referenzmodelle für industrielle Geschäftsprozesse, Springer,

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