Datenbanken Die Entwicklung der Datenbanksysteme ist eng an die der Hardware gekoppelt und wird wie jene in Generationen eingeteilt:

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1 Datenbanksysteme Entwicklung der Datenbanksysteme Die Entwicklung der Datenbanksysteme ist eng an die der Hardware gekoppelt und wird wie jene in Generationen eingeteilt: 1. Generation: In den fünfziger Jahren waren die wesentlichen Ein- und Ausgabegabemedien für große Datenmengen Papier und Magnetbänder. Da beide Medien ausschließlich sequentielle Verarbeitung zulassen, gab es in dieser Generation nur den sequentiellen Zugriff auf die Datensätze einer Datei. 2. Generation: In den frühen sechziger Jahren konnten die Rechner erstmalig im Dialog-Betrieb genutzt werden und durch den Einsatz schneller, wahlfreier Speichermedien wie Magnetplatten war ein direkter Zugriff auf einzelne Datensätze möglich. Den Datensätzen wurde dazu eine Adresse zugeordnet, die dann mittels Indexdatei oder Hashfunktion ermittelt wurde. In beiden Generationen bestand eine starre Zuordnung zwischen Datei und Anwenderprogramm. 3. Generation: In dieser Generation (etwa ) wurde die Unterscheidung zwischen logischen und physischen Informationen aufgehoben, die dann nicht nur verarbeitet, sondern auch verwaltet wurden. Damit war eine gemeinsame Nutzung der Dateien und verschiedene Sichten auf die Daten möglich. 4. Generation: Die Systeme dieser Generation (1975 bis ca. 1990) trennen klar zwischen dem physischen Datenmodell (insbesondere der Einmalspeicherung der Daten zwecks zentraler Verwaltung) und dem logischen Datenmodell, wie es in dem relationalen Modell am weitesten entwickelt ist. Diese Datenbanksysteme werden im Drei-Ebenen-Konzept (s.u.) dargestellt. 5. Generation: Objektorientierte Datenbanken (neunziger Jahre) In objektorientierten Datenbanken werden die Daten in Objekten modelliert. Damit sind spezielle Verarbeitungen möglich, die in den früheren Strukturen nur sehr aufwendig realisiert werden konnten (z.b. Vererbung). Datenorganisation Hierarchische Datenorganisation Netzwerk-Organisation Relationale Datenorganisation Eine Datenbank kann aus mehreren Dateien bestehen, die jeweils in Datensätze untergliedert sind. Jeder Satz wird durch den Satztyp deklariert, d.h. festgelegt, aus welchen Komponenten er besteht und welcher Datentyp diesen Komponenten zugeordnet ist. Eine Datei besteht immer aus Sätzen des gleichen Typs. Die Komponenten eines Satzes heißen Felder (Datenfelder oder Datenelemente) und können unterschiedliche Datentypen besitzen. Martin Schreiber Seite 1

2 Weizenbaum, Joseph Literatur Typ Die Macht der Computer Verfasser Text 1982 Titel Text Frankfurt am Main Erscheinungsjahr Zahl j a Erscheinungsort Text ausgeliehen Boolean ausgeliehen am Datum Zusammenhang zwischen Datenbank, Datei, Datenfeld und Datentyp. Mit Festlegung eines Datentyps kann erreicht werden, dass - die Daten effizienter abgespeichert werden können (Y2K-Problem) - datentypspezifische Sortierungen festgelegt werden können (Sigrid<Sigrun, aber 2<12 oder < ) - unterschiedliche Verknüpfungen bei verschiedenen Datentypen verwendet werden können) - Martin Schreiber Seite 2

3 In der Regel enthält jeder Satz einen Schlüssel, d.h. eine Komponente, mit der der Datensatz identifiziert werden kann. In manchen Dateiorganisationsformen wird mit Hilfe dieses Schlüssels organisiert und insbesondere Such- und Sortierroutinen können durch die Verwendung von Schlüsseln erheblich beschleunigt werden. Ein Schlüssel, der aus einem Attribut oder einer Attributskombination besteht und dem genau einem Datensatz zugeordnet ist, wird als Primärschlüssel bezeichnet. Ein Sekundärschlüssel kann zu mehreren Datensätzen führen. Übliche Organisationsformen für das Speichern der Sätze einer Datei sind die sequentielle, die index-sequentielle oder die direkte Organisation. Akronyme DB = Datenbank DBMS = Datenbank Management System DBS = Datenbanksystem DB + DBMS = DBS DDL = Data Description Language DML = Data Manupulation Language DBA = Datenbankadministrator Das Dreischichtenmodell Für die Planung und den Entwurf von Datenstrukturen innerhalb eines DBMS geht man üblicherweise in drei Schritten vor. Konzeptuelle Ebene Auf der konzeptuellen Ebene wird unabhängig von den Anforderungen der DV-Anlage eine logische Gesamtsicht der Daten festgelegt. Dieses konzeptuelle Schema wird durch einen Datenbankadministrator festgelegt. Beispiel: Für eine Bibliotheksanwendung werden die Datenstrukturen für die Bücher, die Benutzer und die Ausleihdaten konzipiert und die dazugehörigen Felder und Dateitypen festgelegt. Externe Ebene Die Daten werden so dargestellt, wie die Benutzer oder die Programme sie benötigen. Beispiel: Für die Bibliotheksmitarbeiter gibt es zum Einarbeiten der Bücher andere Sichten (und Zugriffsrechte) als für Studierende, die Literatur suchen und ausleihen wollen. Martin Schreiber Seite 3

4 Interne Ebene Die Daten werden so auf den Speichern organisiert, daß die Zugriffsanforderungen der verschiedenen Benutzer erfüllt werden können. Beispiel: Für die Autoren- und für die Titel-Felder werden zur Beschleunigung der Suchen Indexe erstellt. Zwischen den Ebenen werden die Transformationsregeln festgelegt, die die Unabhängigkeit der einzelnen Ebenen gewährleisten. Martin Schreiber Seite 4

5 Vorteile einer Datenbank Redundanzfreiheit Die Daten treten in der Datenbank nur einmal auf. Damit wird eine erhebliche Reduzierung des Änderungs- und Speicheraufwands erreicht. Aus Effizienzgründen wird in Datenbanken manchmal mit Redundanz gearbeitet, die dann allerdings zentral durch das DBMS kontrolliert wird. Vielfachverwendbarkeit Verschiedenen Benutzern mit unterschiedlichen Anforderungen können auf dieselbe Datenbank zugreifen. Datenunabhängigkeit Die vom Benutzer gewünschte Datenstruktur ist unabhängig von der physischen Struktur. Programmunabhängigkeit Die Anwenderprogramme sind datenunabhängig, d.h. bei Änderung der Organisationsform der Datei müssen die Programme nicht angepaßt werden. Datenkompatibilität Durch die Festlegung der Datenstruktur wird die Mehrfachverwendung und der Datenaustausch begünstigt. Integrität, Konsistenz Unter Integrität versteht man die Korrektheit und Vollständigkeit der abgespeicherten Daten. Die Verwaltung der Daten durch das DBMS ermöglicht Kontrollroutinen bei der Aufnahme neuer oder Änderung alter Daten und zur regelmäßigen Überprüfung (Recovery) des bestehenden Datenbestandes. Datensicherheit Schutz vor Verlust und Verfälschung der Daten und vor unberechtigtem Zugriff auf die Daten. Martin Schreiber Seite 5