Datebak Ihaltsverzeichis EINFÜHRUNG. Beispiel eier Datebak, Teil I.2 Itegrierte Iformatiosverarbeitug 2.3 Ziele der Dateorgaisatio 3.4 Dateisysteme ud Datebaksysteme 4 2 DATENBANKARCHITEKTUR 5 2. Das Kozept des Datebaksystems 5 2.2 Aufbau vo Datebaksysteme 6 2.2. Das ANSI-Architekturmodell (3-Schichte-Architektur) 7 2.2.2 Kozeptioelles Schema 8 2.2.3 Iteres Schema 8 2.2.4 Exteres Schema 8 2.3 Arbeitsweise 9 3 DATENMODELLIERUNG 0 3. Iformatiosstruktur ermittel 0 3.. Ermittlug aufgrud vo Realitätsbeobachtuge 0 3..2 Ermittlug aufgrud vo Beutzersichtaalyse 3..3 Ermittlug aufgrud vo Datebestadsaalyse 3.2 Datestruktur modelliere 3.2. Elemete des E-R-Modells 3.2.. Etitäte 3.2..2 Beziehuge zwische Etitäte 2 3.2..3 Attribute 3 3.2.2 Umsetzug des sematische Modells i ei logisches Datebakmodell 4 3.2.3 Idetifikatiosschlüssel 5 3.2.4 Etwicklug des relatioale Datebakschemas mit Hilfe vo Abbildugsregel 5 3.2.5 Normalforme 5 3.2.6 Strukturelle Itegritätsbediguge 7 4 BEISPIEL EINER DATENBANK, TEIL II 9 4. Sematisches Modell 9 4.2 Zusammefassug ud relatioales Modell 22 4.3 Erweiterug des Modells 23 4.3. Fall : Verei5 ( ei Traier / Betreuer pro Maschaft) 23 4.3.2 Fall 2: Verei6 ( mehrere Traier / Betreuer pro Maschaft) 24 4.4 Abfrage 25 4.4. Grudlage 25 4.4.2 Verschiedee Arte vo Abfrage 25 4.4.3 Verküpfugseigeschafte 26 4.4.4 Elemetare Afrage a die Datebak 26 4.4.5 Komplexe Afrage a die Datebak 28 4.4.6 Übugsaufgabe 29
Datebak Ihaltsverzeichis 5 REALISIERUNG DES LOGISCHEN MODELLS MIT MS-ACCESS 32 5. Alege eier eue Datebak 32 5.. Erstelle ud Äder vo Tabelle im Modell Verei 33 5..2 Äderuge i eier Tabelle 34 5..3 Zusammespiel der Datebakkompoete vo Access 35 5..4 Eifache Abfrage im Modell Verei 35 5..5 Erstelle ud Apasse eies eifache Formulars im Modell Verei 37 5..6 Apasse des Eigabeformulars zur Datepflege 37 5..7 Erstelle eies eifache Berichts im Modell Verei 38 5.2 Erweiterug des Modells die Datebak Verei3 39 5.2. Die eue Tabelle PLZ - Tabelle für die Postleitzahle erstelle 39 5.2.. Verküpfe der Tabelle Mitglieder mit der Tabelle PLZ 39 5.2..2 Formular für die Dateeigabe i die Tabelle Mitglieder erstelle 40 5.2..3 Formblatt für die Dateeigabe i die Tabelle PLZ erstelle 40 5.2..4 Eifüge des Listefeldes für die Auswahl der Ortskezahl 40 5.2.2 Die eue Tabelle Sportarte ud Zuordug: M-Nr Sport-Nr 42 5.2.2. Tabelle für Sportarte erstelle 42 5.2.2.2 Tabelle für Zuordug: Mitglieder-Sportart erstelle 42 5.2.2.3 Verküpfe aller Tabelle 42 5.2.2.4 Formular für die Eigabe vo Date i die Tabelle Sportart 42 5.3 Formular 43 5.3. Grudlage 43 5.3.2 Das Formular HF Mitglieder mit dem Uterformular UF Sportarte 43 5.3.3 Befehlsschaltfläche / Kombiatiosfelder 44 5.3.4 Details vo Haupt- ud Uterformular 45 5.3.5 Formular Sportarte ud Mitglieder 46 5.4 Bericht 47 5.5 Makros 49 5.5. Grudlage 49 5.5.2 Aweduge i de Beispieldatebake Verei4a bzw. Verei6a 49 5.5.3 Weitere Hiweise 50
Datebak Seite Eiführug. Beispiel eier Datebak, Teil I Die Verwaltug der Mitglieder eies Sportvereis soll mit Hilfe eier Datebak gemaagt werde. Tabellestruktur mit Feldame: M-Nr Vorame Nachame m/w Straße PLZ Ort Sportart Beitrag Ulrich Becker m Maxweg 4 85408 Gammelsdorf S 80,00 2 Ulrich Becker m Maxweg 4 85408 Gammelsdorf H 55,00 3 Julia Berger w Fischweg 22 85395 Attekirche H 55,00 4 Mauela Fiedma w Bahhofstr. 23 85406 Zollig L 55,00 5 Otto Fischer m Karlweg 2 85375 Neufar F 75,00 6 Georg Frohma m Meierweg 99 85408 Daberg F 75,00 7 Has Huber m Postweg 2 85368 Brugschlag S 80,00 8 Has Huber m Postweg 2 85368 Brugschlag F 75,00 Dabei trete bei der Verwaltug der Vereismitglieder i eier Tabelle Probleme auf: a) We ei Mitglied i mehrere Abteiluge aktiv ist, muss der gesamte Datesatz des Mitgliedes (vollstädiger Name ud Adresse) ereut eigegebe werde. Dadurch ergibt sich bei der automatische Erstellug der M-Nr das Problem, dass bei Mitgliedschafte i mehrere Abteiluge ei Mitglied verschiedee M-Nr erhält Ikosistez. Außerdem ist dies eie Fehlerquelle sowohl bei der ereute Eigabe als auch bei Äderuge (vgl. M-Nr, Straße mit M-Nr 2, Straße). Beim Äder vo Persoedate muss überprüft werde, i wie viele Abteiluge das betreffede Mitglied aktiv ist, so dass die Äderuge durchgeführt werde köe, da aderfalls ukorrekte Datesätze existiere. Etspreched bekommt ma Probleme, we der Beitrag eier Abteilug geädert werde soll. So muss dies bei alle Mitglieder dieser Abteilug durchgeführt werde. Wird eier übersehe, ist die Datebak icht mehr kosistet (Äderugsaomalie). b) Beim Lösche vo Mitglieder tritt das gleiche Problem auf wie i a). Uter Umstäde wird eie gaze Abteilug gelöscht, falls alle mometa i der Abteilug aktive Mitglieder gelöscht werde (vgl. M-Nr 4), das Gleiche gilt auch für eie Ort (Löschaomalie). c) We eie eue Abteilug aufgemacht werde soll, ka dies ur i Verbidug mit zugehörige Mitglieder geschehe, da aderfalls der Datesatz icht i diese eie Tabelle eigegebe werde ka, etsprechedes gilt für eue Orte (Eifügeaomalie). Aus diese Grüde muss ma sich eie adere Aufteilug der Date überlege, so dass die obe geate Fehlerquelle bzw. Aomalie icht auftrete köe. Dazu erfasst ma zuerst die Iformatiosstruktur des zu erstellede Vereismodells:. Folgede Date solle vo de eizele Mitglieder verwaltet werde: Mitglieds-Nr, Vorame, Nachame, Geburtsdatum, Geschlecht, Straße, PLZ, Wohort, betriebee Sportart sowie der zu zahlede Abteilugsbeitrag. 2. Ei Mitglied ka i verschiedee Sportabteiluge aktiv sei; i eier Sportabteilug köe aber auch mehrere Mitglieder sei. 3. Vo jedem Mitglied wird ur eie Adresse (Hauptwohsitz) erfasst; aber i eiem Ort köe mehrere Mitglieder wohe. Die weitere effektive Verarbeitug dieser Iformatioe im obige Sie erfordert aber theoretische Grudketisse, die i de folgede Kapitel bereitgestellt werde.
Datebak Seite 2.2 Itegrierte Iformatiosverarbeitug Iformatioe zu sammel, abzulege, wiederzufide ud ach verschiedee Kriterie auszuwerte ist eie wesetliche Tätigkeit im Beruf aber auch im Privatbereich. Recherchetechike wie das gezielte Durchforste vo Meübäume bzw. Hyperliks sowie die effektive Formulierug vo Abfrage bekomme i bestimmte Bereiche die Bedeutug vo Kulturtechike wie Lese, Schreibe ud Reche. Um die immer weiter awachsede Iformatiosflut i de Griff zu bekomme, werde i zuehmedem Maße Datebake zur Verwaltug der Iformatioe eigesetzt. Ketisse darüber, mit welche Verfahre solche Iformatioe verküpft ud ausgewertet werde köe, trage auf zwei Arte zur Müdigkeit des Bürgers bei: Als Aweder ka er die ihm zur Verfügug stehede Date effizieter für sich utze; er ka aber auch besser abschätze, welche Aussage aus der Zusammeführug vo Date über ih gewoe werde köe. Durch ukotrolliert wachsede Datebestäde ist jedoch i bestimmte Bereiche ei Datechaos etstade, das weiter fortschreitet ud zum Jahrhudertproblem der Iformatik werde ka. Verursacht wird das Datechaos u. a. durch die eigestädige isolierte Datehaltug für eizele Aweduge. Beispielsweise ka es i eiem Betrieb vorkomme, dass Kudedate für uterschiedliche Aweduge jeweils eu gespeichert werde, z. B. für Abrechuge, für die Zusedug vo Iformatiosmaterial, für Service ud Beratug. Mit der Mehrfachspeicherug gleicher Iformatioe (Redudaz) wird icht ur Speicherplatz verschwedet, soder sie führt auch dazu, dass die Iformatiosverarbeitug icht effiziet geug ist (mehrfache Datepflege ist otwedig). Die schwerwiegedste Fehler köe aber dadurch etstehe, dass bei Mehrfachspeicherug der Date uterschiedliche Äderuge i de eizele Aweduge vorgeomme werde; dadurch sid die Date icht mehr widerspruchsfrei (Verletzug der Dateitegrität). Dieser Zustad führt da zum Chaos i der Dateorgaisatio. Was sich ahört wie eie Erzählug aus lägst vergagee Zeite der Iformatiostechik, ist i viele Orgaisatioe bittere Realität. Zur Lösug dieser Probleme soll die itegrierte Iformatiosverarbeitug beitrage. Sie bedeutet Dateitegratio ud Vorgagsitegratio. Itegrierte Iformatiosverarbeitug Dateitegratio Vorgagsitegratio Datebaksystem Dateitegratio wird durch eie Datebasis (Datebak) erreicht, die vo mehrere Aweduge i uterschiedliche betriebliche Fuktiosbereiche gemeisam geutzt wird. Ziel ist die zusammefassede Abbildug der gesamte Orgaisatio ud ihrer Beziehuge zur Umwelt i eier eizige Datebasis (globales Modell). Vorgags-, Fuktios- oder Prozessitegratio erfolge durch die EDV-techische Verküpfug vo arbeitsteilig i verschiedee Abteiluge abzuwickelde Vorgäge zu Ablaufkette (z. B. Auftragsabwicklug vom Kudeauftrag bis zur Auslieferug ud Etsorgug).
Datebak Seite 3.3 Ziele der Dateorgaisatio Uter dem Begriff Dateorgaisatio werde alle Verfahre zusammegefasst, die dazu diee, Date zu strukturiere ud auf Dateträger zu speicher (schreibeder Zugriff) ud für de lesede Zugriff verfügbar zu halte. Ziele der Dateorgaisatio sid: ) Dateuabhägigkeit Uabhägigkeit vom Awedugsprogramm: Die Date sid awedugseutral gespeichert, d. h. uabhägig vom erzeugede oder beutzede Awedugsprogramm (im Gegesatz zur itegrierte Verarbeitug mit Dateiorgaisatio). Uabhägigkeit der logische vo der physische Dateorgaisatio: Der Beutzer muss ur die Datestrukture kee. Methode zum Suche, Äder, Eifüge ud Lösche vo Datesätze werde vom Datebakverwaltugssystem zur Verfügug gestellt. Physische Dateuabhägigkeit: Das Datebakverwaltugssystem steuert ud überwacht (im Zusammespiel mit dem Betriebssystem) die periphere Geräte, blockt bzw. etblockt Sätze, kotrolliert Überlaufbereiche, belegt Speicherräume oder gibt sie frei usw. 2) Beutzerfreudlichkeit Leicht zu erlerede Beutzersprache ermögliche sowohl dem professioelle Beutzer (Systemetwickler, Programmierer) als auch dem Edbeutzer eie eifache Hadhabug der Date. Die Beutzersprache sollte durch grafische Bedieoberfläche uterstützt werde. 3) Mehrfachzugriff 4) Flexibilität 5) Effiziez 6) Dateschutz Jeder, der autorisiert ist, darf im Mehrbeutzerbetrieb auf die gespeicherte Date zugreife. Die Date müsse i beliebiger Form verküpfbar sei (mehrdimesioaler Zugriff, Vielfachzugriff). Sie müsse sowohl de fortlaufede als auch de wahlfreie Zugriff ermögliche. Die Zeite für die Abfrage ud für die Verarbeitug müsse kurz sei, ebeso für Äderuge ud Ergäzuge des Datebestades. Die Date sid vor ubefugtem Zugriff (Missbrauch) zu schütze. Typische Frage sid Ist der Teilehmer überhaupt zugriffsberechtigt? Ist der Teilehmer ur zu bestimmte Date zugriffsberechtigt? Ist der Teilehmer ur zu Abfrage oder auch zu Äderuge berechtigt? 7) Datesicherheit Die Date müsse gege Programmfehler ud Hardware-Ausfälle gesichert sei. Das Datebaksystem soll ach Störugsfälle de korrekte Zustad wiederherstelle (recovery). Die Speicherug laglebiger Date wird auch als Datepersistez bezeichet. 8) Dateitegrität Die Date müsse vollstädig, korrekt ud widerspruchsfrei sei. Beispielsweise muss jeder Wert eies Fremdschlüssels i eiem verküpfte Primärschlüssel auch als Wert im etsprechede Primärschlüssel vorkomme (referetielle Itegrität). Date, die redudat gespeichert sid, müsse dasselbe aussage (Datekosistez). Die Forderug ach Datesicherheit wird gelegetlich i die Dateitegrität eibezoge. 9) Redudazfreiheit Jedes Dateelemet sollte möglichst ur eimal gespeichert werde, z. B. die Kudeaschrift icht wie i der Dateiorgaisatio gleichzeitig bei der Auftragsbearbeitug, der Fakturierug ud der Debitorebuchhaltug. Die geate Aforderuge sid idealtypisch ud stehe miteiader i Kokurrez. Mehr Redudaz wird z. B. mit gerigerer Flexibilität ud Effiziez erkauft.
Datebak Seite 4.4 Dateisysteme ud Datebaksysteme Bei de weitere Überleguge solle ausschließlich solche Datebaksysteme betrachtet werde, mit dee die i Kapitel.2 ud.3 aufgestellte Forderuge weitestgehed erfüllt werde köe. Systeme, bei dee die Date i verschiedee Dateie gespeichert werde, die icht miteiader verküpft werde köe, solle als Dateisysteme bezeichet werde. Typisch für die kovetioelle Dateverarbeitug auf der Basis vo Dateisysteme ist, dass die Dateie i der Regel für eie Awedug oder für eg zusammehägede Aweduge etworfe werde. Jeder Programmierer baut sich seie Dateie selbst auf, uabhägig ud vielleicht sogar ohe Ketis der Dateie aderer Programmierer. Der Dateiaufbau ist umittelbar a die jeweilige Verarbeitug agepasst, ud i dieser Form ist die Datei auch abgespeichert. Die grudsätzliche Situatio ist i Bild - zusammegefasst. Programm Datei A Spielerauswahl Datei Mitgliederdate B Datei 2 Abteilugszugehörigkeit Sportarte C Datei 3 Spielerauswahl Maschafte Bild -: Ege Kopplug zwische Programm ud Datei bei der Dateiverwaltug Diese Vorgehesweise ka bei der Verwaltug vo Date zu schwerwiegede Probleme führe: () Redudaz Da die Date jeweils speziell für bestimmte Aweduge etworfe werde, werde dieselbe Date i verschiedee Dateie wieder auftauche (z. B. Name ud Adresse vo Lehrer i der Datei für die Lehrer ud i der Datei für die Klasse). Redudaz führt zu Speicherverschwedug ud zu erhöhte Verarbeitugskoste, vor allem bei Äderuge. Schlimmer jedoch ist es, dass diese Redudaz i der Regel icht zetral kotrolliert wird, so dass Kosistezprobleme auftrete. (2) Ikosistez Die Kosistez der Date (d. h. die logische Übereistimmug der Datei-Ihalte) ka ur schwer gewährleistet werde. Bei der Äderug eier Größe müsste alle Dateie geädert werde, die diese Größe beihalte ud diese Äderuge müsste so miteiader abgestimmt geschehe, dass icht verschiedee Programme zum selbe Zeitpukt uterschiedliche Werte derselbe Größe sehe köe. (3) Date-Programm-Abhägigkeit Ädert sich der Aufbau eier Datei oder ihrer Orgaisatiosform, so müsse darauf basierede Programme geädert werde. Wird beispielsweise für eie Awedug ei weiteres Dateelemet i eiem Satztyp beötigt (z. B. zweite Telefor. eies Schülers), so müsse ifolge der otwedige Neudefiitioe der Datei alle Programme geädert werde, ob sie dieses eue Dateelemet sehe wolle oder icht. (4) Iflexibilität Da die Date icht i ihrer Gesamtheit soder ur awedugsbezoge gesehe werde, ist es i viele Fälle sehr kompliziert, eue Aweduge oder Auswertuge vorhadeer Date zu realisiere. Dies gilt isbesodere für Auswertuge, die Date aus verschiedee Dateie beötige. Die Orgaisatio ach diesem kovetioelle Vorgehe ist sehr weig apassugsfähig a die sich veräderde Aforderuge i eiem Uterehme bzw. i eier Schule.
Datebak Seite 5 2 Datebakarchitektur 2. Das Kozept des Datebaksystems Uter eiem Datebaksystem stellt ma sich ei System vor, das es erlaubt, große Datemege abzuspeicher, ach beliebige Kriterie Date wiederzufide ud Date zu veräder. Beispielsweise möchte ma, we ma die Date über alle Schüler eier Schule abgespeichert hat, die Afrage stelle köe: Liste alle Schüler auf, die icht i Augsburg wohe ud 8 Jahre alt sid. Datebaksysteme werde im folgede als ei Orgaisatiosmittel betrachtet, das folgede Aufgabe i eier Orgaisatio abdeckt: Die Date der Orgaisatio sid für alle Beutzer i eier gemeisame Datebasis (der Datebak) abgespeichert. Viele Beutzer mit uterschiedliche Aforderuge arbeite mit diese Date. Das Datebaksystem überimmt de Zugriff ud die Darstellug der gewüschte Date. Das Datebaksystem kotrolliert de Zugag zu de Date, es zeigt Date ur berechtigte Beutzer. Beispiel 2-: Verschiedee Beutzersichte für Schulleiter, Lehrer ud Programmierer auf die Datebak: Herr Spiekig, ei Eglischlehrer, beötigt folgede Sicht auf die Date: S-Nr Schüler-Name Vorame Klasse Fach Fachlehrer Note 427 Abel Fraz 2TA E Spiekig 3 428 Bod Regie 2TA E Spiekig 429.................. 430.................. Der Schulleiter iteressiert sich mometa ur für alle Lehrer mit der Fächerkombiatio M/Ph, er möchte deshalb seie Date folgedermaße sehe: L-Nr Lehrer-Name Lehrer-Vorame Amtsbez Fächerkombiatio 2 Kalkulus Carl-Friedrich StD M/Ph 6 Neer Marie StRi M/Ph/If............... Ei Programmierer möchte die Date vielleicht so sehe: uterrichtet ethält m Lehrer Klasse Schüler c ist Klasseleiter hat Klassesprecher Wie die Date tatsächlich i der Datebak gespeichert sid, sieht keier der drei Beutzer - es ist für sie auch völlig uerheblich.
Datebak Seite 6 I Bild 2- ist das Kozept eies Datebaksystems i seie wesetliche Grudzüge zusammegefasst. Datebasis Awedugsprogramm Sicht Beutzer Sicht 2 Beutzer 2 Sicht 3 DB-Software DBMS DB Datebaksystem Bild 2-: Kozept des Datebaksystems Der Begriff Datebak wird als Bezeichug für die Datebasis eies Datebaksystems verwedet. I der Literatur wird der Begriff auch als Kurzwort für das gesamte Datebaksystem beutzt. Eie Datebak ka folgedermaße beschriebe werde: Eie Datebak ist eie itegrierte Asammlug vo Date, die Beutzer verschiedeer Aweduge als gemeisame Basis für die Pflege ud Gewiug vo Iformatioe diet. Die Date sid so strukturiert, dass jede - auch zuächst och ugeplate - Awedug i der beötigte Weise auf die Date zugreife ka. Die Abspeicherug der Date geschieht mit Hilfe vo Tabelle. Dabei etspricht eie Zeile der Tabelle eiem Datesatz ud eie Spalte der Tabelle eiem Datefeld. Die Datesätze werde vo verschiedee Beutzer ach uterschiedliche Kriterie sortiert. Ifolgedesse spielt die Reihefolge der Eigabe der Datesätze keie Rolle. Eie Datebak bietet die Möglichkeit des gleichzeitige Zugriffs auf mehrere Dateie bzw. Tabelle (Vielfachzugriff), um Date aus de uterschiedliche Dateie (Tabelle) miteiader zu verküpfe (Flexibilität), ud auf diese Weise zusätzliche Iformatioe aus de bereits bestehede Dateie (Tabelle) zu gewie. Hizu kommt die Möglichkeit der komfortable Beatwortug vo Afrage des Beutzers mit Hilfe eier itegrierte Abfragesprache. 2.2 Aufbau vo Datebaksysteme Die Hauptkompoete eies Datebaksystems sid:. die Datebasis (Datebak) (z. B. Tabelle wie Schüler, Lehrer, Kurse) 2. das Datebakmaagemetsystem, auch Datebakverwaltugssystem (DBMS) (z. B. dbase, Oracle, Paradox, MS-Access) Ei Datebaksystem ermöglicht es dem Beutzer, über ei Datebakmaagemetsystem (DBMS = Data Base Maagemet System) die Struktur eier Datebasis aufzubaue (Datedefiitio), Date zu pflege: Datesätze eigebe, äder ud lösche (Datemaipulatio), Iformatioe aus der Datebasis zu gewie (Dateabfrage), Zugags- ud Zugriffsrechte zu verwalte (Datekotrolle), Date zu sicher, zu exportiere ud zu importiere (Dateübertragug). Datebaksystem Datebasis DBMS Bild 2-2: Kompoete eies Datebaksystems
Datebak Seite 7 2.2. Das ANSI-Architekturmodell (3-Schichte-Architektur) Urheber des ANSI-Architekturmodells ist das America Natioal Stadards Istitute, d. h. der atioale Normeausschuss der USA, der dem DIN i der Budesrepublik Deutschlad etspricht. Mit dem im Jahre 975 herausgegebee Architekturmodell uterbreitete ANSI eie Vorschlag für die prizipielle Architektur vo Datebaksysteme, a dem sich sowohl die Hersteller vo Datebaksoftware als auch die Betreiber vo Datebake orietiere sollte. Der Ker dieser Architektur ist die kozeptioelle Ebee (kozeptioelles Schema). Hier wird der Teil der Realität, de das Datebaksystem (DBS) achbilde soll, i seier logische Gesamtheit beschriebe. I dieser Ebee werde alle Date ud ihre Beziehuge zueiader modelliert. Darüber hiaus ist sie uabhägig vo de hardwaremäßige Gegebeheite ud de Aforderuge eizeler Beutzer. Über bzw. uter der kozeptioelle Ebee liege die itere ud die extere Ebee. I der itere Ebee wird die Orgaisatio der Date ud ihrer Zugriffspfade auf de physische Speicher festgelegt. Die extere Ebee legt fest, welche Date bestimmte Beutzer bzw. Programme sehe ud bearbeite köe. Außerdem legt das ANSI-Architekturmodell och die ebeeweise Zuordug vo persoelle Istaze fest, die als Awedugs-, Uterehmes- ud Datebakadmiistrator bezeichet werde ud für die extere, kozeptioelle ud itere Ebee zustädig sid. Nutzer... Nutzer Beispiel: Lehrer Extere Ebee (Beutzersichte) Awedug Awedug Abfrage Berichte Formulare Kozeptioelle Ebee (logische Sicht) Beschreibug des Datemodells (logische Datestruktur) E-R-Diagramm Itere Ebee (physische Sicht) Physische Datestrukture Physikalische Speicherug der Date HD: C:\Date\Schüler Bild 2-3: Datebakebee im ANSI-Architekturmodell Hiweis: Das ANSI-Architekturmodell zeigt icht die Schritte der Datebaketwicklug, soder die verschiedee Teile eies Datebakkozepts.
Datebak Seite 8 2.2.2 Kozeptioelles Schema Ei kozeptioelles Schema beet ud beschreibt alle logische Dateeiheite sowie die Beziehuge zwische de Dateeiheite für de eier Datebak zugrude liegede Realitätsausschitt. Die Form der Beschreibug ud die Beschreibugsmöglichkeite werde durch das Datemodell festgelegt, das zur Erstellug des kozeptioelle Schemas heragezoge wird. So ka ei hierarchisches, ei etzwerkartiges oder ei relatioales Datemodell i Frage komme. Keiesfalls ethält ei kozeptioelles Schema Agabe zur physische Orgaisatio vo Datestrukture. Als ei awedugsübergreifedes Istrumet zur Strukturierug ud Beschreibug der Datewelt eies Uterehmes zeichet sich das kozeptioelle Schema durch folgede Vorteile aus: Es bildet eie relativ stabile iformatioelle Datebakbeschreibugsbasis für alle aktuelle ud küftige Aweduge eies Uterehmes. Es dokumetiert die Iformatioszusammehäge eies Uterehmes i eier eiheitliche Form. Es ädert sich im Vergleich zu de eizele Aweduge ur lagsam. Es sei darauf higewiese, dass das kozeptioelle Schema eies Uterehmes keie Dateihalte ethält. Es beschreibt lediglich die Datewelt eies Uterehmes i awedugsübergreifeder Form. 2.2.3 Iteres Schema Als iteres Schema bezeichet ma die Beschreibug der physikalische Orgaisatio der i eiem kozeptioelle Schema defiierte logische Datestrukture. Ei iteres Schema legt also die physikalische Realisierug eies kozeptioelle Schemas auf Speichermedie fest. Es ethält daher Agabe zur Läge ud zum Typ vo Dateeiheite, zur Speicherugsform vo zusammegehörige Dateeiheite, zu Zugriffspfade usw. 2.2.4 Exteres Schema Ei exteres Schema beschreibt eie Ausschitt aus dem kozeptioelle Schema eies Uterehmes, der auf die spezielle Datesicht eier bestimmte Beutzergruppe zugeschitte ist. Da ei exteres Schema ur eie Teil der kozeptioelle Gesamtsicht wiedergibt, bezeichet ma es auch als Subschema. Das auf die Bedürfisse eier Beutzergruppe abgestimmte extere Schema soll die Dateeiheite ud Beziehuge icht ethalte, die diese Beutzer icht sehe wolle oder icht sehe solle. Ei exteres Schema verbirgt also die logische Gesamtsicht vor der betroffee Beutzergruppe; es gibt ur de Teil der logische Gesamtsicht preis, der für die Aweduge der Beutzergruppe vo Iteresse ist. I eiem Uterehme werde i der Regel mehrere Beutzergruppe auftrete. Es sid daher mehrere, uterschiedliche Subschemata zu etwickel - je eies pro Beutzergruppe (vgl. auch Beispiel 2- sowie die Bilder 2- ud 2-3).
Datebak Seite 9 2.3 Arbeitsweise Datebakverwaltugssysteme (DBMS) stelle die Verbidug zwische der Datebasis ud de Datebakbeutzer bzw. Awedugsprogramme her. Dabei erfolgt der Zugriff der Aweduge auf die Datebasis icht direkt, soder ur über das DBMS (vgl. Bild 2-). Das folgede Diagramm veraschaulicht, wie das Datebakverwaltugssystem eie Afrage (Query) abarbeitet. Awedug 0 2 Exteres Schema 9 DBMS 3 Kozeptioelles Schema Systempuffer 8 5 4 Iteres Schema 7 Betriebssystem 6 Datebak Bild 2-4: Abarbeitug eier Afrage Beispiel: Der Klasseleiter beötigt für die Eiladug zum Elterabed die Adressetikette der Elter aller miderjährige Schüler.. Das DBMS empfägt de Befehl des Awedugsprogramms, ei bestimmtes Objekt zu lese. (Abfrage: Klasse - miderjährige Schüler - Elter - Etikette) 2. Das DBMS holt sich die beötigte Defiitioe des etsprechede Objekttyps aus dem zugehörige extere Schema. (Abfrage öffe) 3. Das DBMS stellt fest, auf welche kozeptioelle Objekte sich die Afrage bezieht. (Klasse - Schüler) 4. Das DBMS stellt fest, welche physische Objekte zu lese sid. 5. Das DBMS übergibt dem Betriebssystem die Nummer der zu lesede Speicherblöcke. 6. Das Betriebssystem greift auf die physische Speicherblöcke i der Datebak zu. (C:\DATEN\SCHÜLER) 7. Das Betriebssystem übergibt die verlagte Blöcke a das DBMS i eie Systempuffer. 8. Das DBMS stellt aus de vorhadee physische Sätze im Systempuffer das verlagte Objekt zusamme. 9. Das DBMS übergibt das Objekt dem Awedugsprogramm i seie Arbeitsspeicher. 0. Das Awedugsprogramm verarbeitet die vom DBMS übergebee Date. ( Ausdruck)
Datebak Seite 0 3 Datemodellierug Für die Verwaltug der Klasse i eier Schule soll die Struktur der Datebasis etworfe ud mit eiem relatioale Datebakmaagemetsystem verwaltet werde. Das Datemodell, das die für ei Iformatiossystem otwedige Date ud Datebeziehuge beschreibt, wird i vier Phase etwickelt. Extere Phase Ermittlug des Iformatiosbedarfs der Beutzer Strukturierug dieser Iformatioe Iformatiosstruktur Kozeptioelle Phase sematisches Modell formale ud strukturierte Beschreibug aller relevate Objekte ud dere Beziehuge utereiader. Logische Phase logisches / relatioales Modell Umsetzug des sematische Datemodells i ei relatioales Datebakmodell. Physische Phase Implemetierug mit Software Modellierug der Datebakstruktur mit eiem relatioale Datebakmaagemetsystem (z. B. MS-Access) DBMS uabhägig DBMS abhägig Hiweis: Ei Modell ist eie zweckorietiert vereifachte ud strukturgleiche Abbildug der Wirklichkeit. Für Modell wird auch der Begriff Schema verwedet. Zum Zweck der Verarbeitug gebildete Iformatioe (zweckorietiertes Wisse) heiße Date. 3. Iformatiosstruktur ermittel I der extere Phase wird die Iformatiosstruktur des Datemodells geplat. Dazu wird der Iformatiosbedarf der Beutzer ermittelt ud strukturiert. Es muss herausgefude werde, welche Iformatioe das Datebaksystem liefer soll (Output) ud welche Iformatioe dafür bereitzustelle sid (Iput). Aus dieser Aalyse ergibt sich die Iformatiosstruktur. Der Iput bildet später die Datebasis der Datebak (z. B. Geschäftsobjekte wie Schüler ud Klasse), der Output die zu erzielede Ergebisse, die Beutzersichte, z. B. i Form vo Berichte ud Formulare (Darstellugsobjekte wie Schülererfassugsmaske, Klasseliste ud Zeugisse). Es lasse sich zwei grudsätzliche Asätze uterscheide: Top-dow-Asatz (globales Datemodell) Die Iformatiosaforderuge aller spätere Datebakutzer (icht die eizele Awedug) bestimmt die Iformatiosstruktur. Beispiel: Alle für die Schule relevate Objekte (Schüler, Lehrer, Klasse, Fächer, Elter, Räume, Ausstattug usw.) werde erfasst. Es wird zuächst eie grobes Datemodell etworfe ud da schrittweise verfeiert, so dass eizele Aweduge (Applikatioe) etstehe. Bottum-up-Asatz (awedugsorietiertes Datemodell) Ei spezielles Problem ist Ausgagspukt für die Datebaketwicklug. Für die Lösug des Problems wird eie Awedug etwickelt. Beispiel: Um Zeit zu spare, solle die Zeugisse ud Schulbesuchsbescheiiguge über eie EDV-Alage ausgefertigt werde. Die Itegratio der eizele Aweduge ka zu eiem globale Datemodell führe. 3.. Ermittlug aufgrud vo Realitätsbeobachtuge Dieses Verfahre eiget sich zur Kostruktio eies globale wie auch eies awedugsorietierte Grobmodells, ka aber auch bei der Verfeierug eigesetzt werde. Betrachtet ma die Miiwelt Schule, erket ma gewisse Objekte ud Objektmege wie das Fach Frazösisch, eie Schüler ames Meier, eie Lehrer ames Müller, eie Schulleiter ames Direx, eie Klasseleiter ames Huber, eie Raum mit der Nummer 2. Für Objekt wird auch der Begriff Etität oder Istaz verwedet; etspreched für Objektmege der Begriff Etitätsmege. Um das Beispiel icht zu komplex zu gestalte, soll eie Beschräkug auf die Objektmege Schüler, Lehrer ud Klasse vorgeomme werde. Zwische diese Objekte bestehe Beziehuge, die bestimmte Abläufe (Prozesse) oder Abhägigkeite i der Miiwelt darstelle. Die Uterrichtsbelegug stellt die Beziehug zwische eiem Lehrer ud de vo ihm uterrichtete Klasse dar.
Datebak Seite Um zum Datemodell zu gelage, stellt ma Objekte ud Beziehuge mit gleichartige Attribute zu Type zusamme. Somit ergebe sich für das gewählte Beispiel die Objekttype Schüler, Lehrer ud Klasse der Beziehugstyp uterrichtet Lehrer uterrichtet Klasse Objekttyp Beziehugstyp Objekttyp Bild 3-: Objekttype der Klasseverwaltug Alle Lehrer bilde die Objektmege Lehrer, alle Klasse die Objektmege Klasse ud alle Uterrichtsbeleguge die Beziehugsmege uterrichtet. Jeder Objekt- ud Beziehugstyp defiiert bestimmte Eigeschafte (Merkmale, Attribute). Die Attribute des Objekttyps Lehrer sid: Lehrerummer, Nachame, Vorame, Amtsbezeichug, Fächerkombiatio. Für de Objekttyp Klasse lasse sich z. B. folgede Eigeschafte feststelle: Klassebezeichug, Ausbildugsrichtug, Klasseleiter L-Nr, Klassesprecher S-Nr. Dem Beziehugstyp uterrichtet lasse sich z. B. die Merkmale L-Nr, Klassebez, Fach zuorde. Hiweis: Die Begriffe Etität ud Etitätsmege werde häufig syoym verwedet. 3..2 Ermittlug aufgrud vo Beutzersichtaalyse Die Beutzersicht ist die Sicht, aus der der eizele Beutzer die Date sieht. Beutzersichte stelle zum Beispiel Formulare ud Berichte dar. Bei der Beutzersichtaalyse köe z. B. die Klasseliste, Lehrerliste ud Zeugisausdrucke als Grudlage für die Dateaalyse heragezoge werde. So ka aus dem Zeugis oder eier Klasseliste die Iformatiosstruktur abgeleitet werde. Mit Hilfe dieses Verfahres lässt sich ei Grobmodell verfeier ud ei detailliertes, awedugsorietiertes Datemodell erstelle. 3..3 Ermittlug aufgrud vo Datebestadsaalyse Dieses Verfahre ermöglicht die Itegratio existiereder Datebestäde i ei eues Datemodell. Beispielsweise soll i der Schulverwaltug vo der Dateiorgaisatio zur Datebakorgaisatio übergegage werde. Der Übergag vo eiem System auf ei aderes wird als Migratio bezeichet. 3.2 Datestruktur modelliere Um eie Datebak aufzubaue, muss ei möglichst exaktes Abbild der relevate Welt defiiert werde, ei Datemodell. Der Teilausschitt der Welt, der zu aalysiere ist, wird Miiwelt geat. Das Datemodell soll die Miiwelt mit ihrem vollstädige Bedeutugsgehalt (sematisch vollstädig) abbilde. Dazu müsse alle relevate Objekte ud Beziehuge zwische de Objekte i eiem sematische Datemodell erfasst ud beschriebe werde. Diese Abschitt bezeichet ma auch als kozeptioelle Phase. Bei der Strukturierug, Bearbeitug ud Auswertug vo Date soll mit dem Etity-Relatioship-Modell (E- R-Modell) gearbeitet werde. Daach wird eie Trasformatio i ei relatioales Modell durchgeführt, da sich das relatioale Datebakmodell als das leistugsfähigste bewährt hat. Die Elemete des E-R-Modells sid Etitäte, Beziehuge zwische Etitäte ud Attribute zur Charakterisierug vo Etitäte. 3.2. Elemete des E-R-Modells 3.2.. Etitäte Eie Etität ka sei: ei Idividuum (z. B. der Schüler Meier) ei reales Objekt (z. B. der Raum mit der Nr 2) ei abstraktes Kozept (z. B. der Kurs Iformatik) ei Ereigis (z. B. eie müdliche Prüfug)
Datebak Seite 2 Defiitio: Eie Etität (egl. etity) ist eie eideutig idetifizierbare Eiheit. Defiitio: Eie Etitätsmege (egl. etity set) fasst alle Etitäte zusamme, die durch gleiche Merkmale, icht otwedigerweise aber durch gleiche Merkmalsauspräguge, charakterisiert sid. Zur grafische Darstellug vo Etitätsmege werde Rechtecke verwedet. Bild 3-2 zeigt eiige Beispiele. Schüler Lehrer Uterrichtsfächer Bild 3-2: Etitäte Die eizele Etitäte eier Etitätsmege uterscheide sich i verschiedee Werte der Attribute bzw. Attributkombiatioe (vgl. Bild 3-7). 3.2..2 Beziehuge zwische Etitäte Eie Beziehug assoziiert wechselseitig zwei (oder mehrere) Etitäte. Assoziatio bedeutet, dass eie Etität eie adere Etität ket ud mit ihr i Wechselwirkug steht. Die Kardialität eier Assoziatio a(e, E2) gibt a, wie viel Etitäte der Etitätsmege E2 eier beliebige Etität der Etitätsmege E zugeordet sei köe. Defiitio: Eie Beziehug zwische zwei Etitätsmege E ud E2 besteht aus der Assoziatio a(e, E2) ud der dieser Assoziatio etgege gerichtete Assoziatio a*(e2, E). Beispiel: Eie Klasse ka vo mehrere Schüler besucht werde (a(klasse, Schüler)). Ei Schüler besucht geau eie Klasse (a*(schüler, Klasse)). Klasse: Klassebez... TA... WB......... 2 GA......... Schüler: Name Vorame Klasse Bach Klaus TA Himmel Rosa TA Strom Dieter TA......... Kust Maria 2 GA Pisel Gerd 2 GA......... Bild 3-3: Beziehug zwische de Etitäte Schüler ud Klasse Defiitio: Die Kardialität eier Assoziatio a(e, E2) gibt a, wie viele Etitäte der Etitätsmege E2 eier beliebige Etität der Etitätsmege E zugeordet sei köe. Zur grafische Darstellug eies Beziehugstyps verwedet ma, wie Bild 3-4 zu etehme ist, eie Raute. Dabei werde die Verbiduge zu de etsprechede Etitätsmege durch Liie repräsetiert. Hiweis: Für de Kardialitätstyp mehrfach werde die Symbole m oder verwedet. A (E2, E) E Beziehugsbeschreibug A (E, E2) E 2 Bild 3-4: Grafische Darstellug eies Beziehugstyps Wichtig für die spätere Betrachtuge sid drei verschiedee Arte vo Beziehuge:
Datebak Seite 3 Beziehugstyp Beispiel - Klasse hat Klasseleiter - Klasse ethält Schüler -m Lehrer uterrichtet m Klasse 3.2..3 Attribute Bild 3-5: Beispiele für Beziehuge Über das Wese der abgebildete Phäomee mache Etitätsmege ud Beziehuge ur grobe Aussage. Iteressierede Eigeschafte vo Phäomee lasse sich durch Attribute (Merkmale) erfasse, die ma de Etitätsmege ud Beziehuge zuordet. Auf der physikalische Ebee wird für Attribut auch der Begriff Feld verwedet. Defiitio: Ei Attribut (egl. attribute) beschreibt eie bestimmte Eigeschaft, die sämtliche Etitäte eier Etitätsmege oder sämtliche Eizelbeziehuge eier Beziehug aufweise. Wie bei eier Variable ist bei eiem Attribut zwische seiem Name ud seiem Wert zu uterscheide. Währed der Name ei Attribut beet ud idetifiziert, gibt der Wert die kokrete Ausprägug des Attributs für eie bestimmte Etität oder Beziehug a. Welche diskrete Werte ei Attribut aehme ka, legt sei Wertebereich (domai) fest. Attribut (Merkmal) Attributs-Name Attributs-Ihalt (Wert, Ausprägug) Beispiel: Amtsbez OStR Bild 3-6: Attributame ud -wert
Datebak Seite 4 Attribute Etitätsmege Schüler S-Nr Schüler-Name Schüler-Vorame Klasse Etität Adam Heiz WA Etität 2 2 Blod Brigitte WA Etität 3 3 Descartes Albert WA Etität Pumuckl Fraz 2GD Attributwerte Bild 3-7: Attribute ud Attributwerte der Etitätsmege Schüler Wertebereiche (Domäe) der Attribute: Wertebereich vo S-Nr: [..2000], Wertebereich vo Schüler-Name: Zeichekette der Läge 50, Wertebereich vo Schüler-Vorame: Zeichekette der Läge 40, Wertebereich vo Klasse: Zeichekette der Läge 5. 3.2.2 Umsetzug des sematische Modells i ei logisches Datebakmodell Das sematische Modell hat zwei Kostruktioselemete: Etitätsmege ud Beziehuge. Das logische Modell (relatioale Modell) ket aber ur ei Kostruktioselemet: die Tabelle Aus diesem Grud köe -- ud --Beziehuge umittelbar vom sematische is logische Modell abgebildet werde, aber keie -m-beziehuge. Der Übergag vom sematische Datemodell zum relatioale Datemodell ist icht ohe weiteres möglich, da das relatioale Modell zwar -- ud --Beziehuge umittelbar abbilde ka, aber keie komplex-komplexe Beziehuge (-m-beziehuge). Die im sematische Modell defiierte Klasse etspreche deshalb i der Regel icht der Struktur der Relatioe (Tabelle) des logische Datebakschemas. Komplex-komplexe Beziehuge köe jedoch i --Beziehuge (eifach-komplexe Beziehuge) aufgelöst werde, we für die Beziehugsmege eie eigestädige Tabelle (Relatio) defiiert wird. Auch we für die Beziehugsmege eie eigee Relatio kostruiert wurde, ka zwische dieser Relatio ud eier Etitätsmege och eie -m-beziehug bestehe. Die Beziehugsmege-Relatio muss da i eie zweite Beziehugsmege-Relatio (Detailtabelle) uterteilt werde. Eie feste Beziehug (Verküpfug) zwische de Relatioe (Tabelle) wird über Fremdschlüssel hergestellt. Der Fremdschlüssel muss i der adere Relatio (Tabelle) ei Primärschlüssel (Idetifikatiosschlüssel) sei.
Datebak Seite 5 3.2.3 Idetifikatiosschlüssel Jeder Datesatz eier Tabelle muss eideutig idetifizierbar sei. Dies ka durch ei Feld oder eie Kombiatio vo Felder gewährleistet werde. Ei Idetifikatiosschlüssel (egl. idetificatio key) besteht aus eiem Attribut oder aus eier Kombiatio vo Attribute, welche jede Etität eier Etitätsmege eideutig idetifiziert. Bei der i Bild 3-7 agegebee Etitätsmege Schüler ist z. B. das Attribut S-Nr oder die Attributkombiatio aus Name, Vorame ud Klasse grudsätzlich als Idetifikatiosschlüssel geeiget. Nicht geeiget ist dagege ei eizeles Attribut (außer S-Nr), da es für verschiedee Etitäte de gleiche Wert aehme ka. Hizuweise ist och auf zwei Schlüsselbegriffe, de Primärschlüssel ud de Sekudärschlüssel. Ei Primärschlüssel (egl. primary key) idetifiziert eideutig die Etitäte eier Etitätsmege ud ist daher zugleich auch ei Idetifikatiosschlüssel. Dagege ist ei Sekudärschlüssel ei Attribut, welches für mehrere Etitäte de gleiche Wert aehme ka. Ei Sekudärschlüssel diet also der Zusammefassug vo Etitäte zu Teilmege mit eier gleiche Eigeschaft ud hilft zum schellere Suche bzw. Sortiere. Beispielsweise köte das Attribut Klasse eier Etitätsmege Schüler als Sekudärschlüssel Verwedug fide. Ei Fremdschlüssel FS i eier Tabelle 2 ist ei Feld oder eie Feldkombiatio, welche(s) i eier Tabelle de Primärschlüssel PS bildet. PS ist mit FS verküpft. Bei dem Beispiel i Bild 3-7 ist die Klassebezeichug Fremdschlüssel der Tabelle (Etitätsmege) Schüler ud Primärschlüssel i eier Tabelle (Etitätsmege) Klasse. I dem später behadelte Beispiel der Vereisdatebak werde die Primärschlüssel i der Feldbezeichug mit der Edug ID gekezeichet ud die zugehörige Fremdschlüssel mit der Edug Nr (z. B. M-ID bzw. M-Nr sowie Ort-ID bzw. Orts-Nr ud Sport-ID bzw. Sport-Nr). Dies diet der bessere Verstädlichkeit, ist aber icht otwedig; geauso köte die beide Felder deselbe Feldame besitze. 3.2.4 Etwicklug des relatioale Datebakschemas mit Hilfe vo Abbildugsregel Das sematische Modell ka im Eizele mit de achfolgede Abbildugsregel i ei logisches Modell umgesetzt werde: Etitätsmege, Beziehug Abbildugsregel für das relatioale Modell Etitätsmege Regel Jede Etitätsmege muss als eigestädige Relatio defiiert werde. :-Beziehug Regel 2 Es geügt eie Relatio. Aus Dateschutzgrüde oder für selte beötigte Iformatioe ka eie eigee Relatio defiiert werde. :-Beziehug Regel 3 Primärschlüssel der -Relatio ist Fremdschlüssel i der -Relatio. Keie eigee Beziehugsmege-Relatio otwedig. m:- -Beziehug Regel 4 Jede komplex-komplexe Beziehugsmege muss als eigestädige Relatio defiiert werde. Die Primärschlüssel der zugehörige Etitätsmege trete als Fremdschlüssel i der Beziehugsmege-Relatio auf. Tabelle 3-: Abbildugsregel 3.2.5 Normalforme Das Verstädis der achfolgede Regel hilft, die im vorherige Abschitt verwedete Abbildugsregel zu utermauer. Bei eiem saubere Etwurf ach dem E-R-Modell ud Awedug der Abbildugsregel befide sich die erzeugte Relatioe häufig scho i der 3. Normalform. Da aber beim Etwurf des sematische Datemodells die Attribute icht systematisch daraufhi utersucht werde, ob sie ur elemetare Werte ethalte ud ob icht uerwüschte fuktioale Abhägigkeite zwische ihe bestehe, sid die Normalforme icht immer automatisch erfüllt. Es ist deshalb zweckmäßig, mit Hilfe der achfolgede Regel zu überprüfe, ob die Relatioe de Normalforme geüge. Tabelle (Relatioe) sollte so geplat werde, dass logische Widersprüche (Ikosisteze, Aomalie) i der Datebasis ud Dateredudaz (Mehrfachspeicherug gleicher Date) vermiede sowie eie höchstmögliche Flexibilität ud scheller Zugriff gewährleistet werde. Deshalb sollte beim Etwurf vo Tabelle die achfolgede Normalforme beachtet werde:
Datebak Seite 6 Erste Normalform ( NF) Eie Relatio (Tabelle) ist i der erste Normalform, we die Werte der Attribute elemetar (atomar) sid. Damit sid z. B. Mege, Folge ud Arrays als Attributwerte ausgeschlosse. Elemetar bedeutet, dass der Wert als Gazes zu sehe ist ud keie Teile des Wertes getret verarbeitet werde solle. Beispiel : M-ID Mitglied Ulrich Becker Tel.: 08234 / 23 XYZ Maxweg 4 85408 Gammelsdorf 2 Julia Berger Tel.: 0823 / 456 ABC Fischweg 22 85395 Attekirche Geburtsdatum 0-02-73 02-04-80 Im obige Beispiel sid die Werte des Attributs Mitglied icht elemetar. Zum Beispiel wird bei eiem Schreibe a das Mitglied im Adressfeld die Telefoummer icht gebraucht. Das Attribut Mitglied sollte i die Attribute Nachame, Vorame, Straße, PLZ, Ort, ud Telefo aufgespaltet werde. Das Geburtsdatum setzt sich zwar aus de Kompoete Tag, Moat ud Jahr zusamme, es ist aber als Gazes azusehe. Dem widerspricht icht, dass über spezielle Fuktioe auf eizele Kompoete des Datums zugegriffe werde ka (z. B.: Gruppiere die Geburtstage der Mitglieder ach Moate). I eiige relatioale Datebaksysteme köe auch komplexe Objekte wie Bilder, Videosequeze ud Tofolge als elemetare Attribute gespeichert werde. Dies bedigt, dass keie Abfrage auf bestimmte Ihalte der Attribute durchgeführt werde köe (z. B.: Suche ach eier bestimmte Tofolge). Wichtiger Hiweis: Die weitere Normalforme setze die jeweils vorhergehede Normalform voraus, ohe dass dies im Folgede ausdrücklich gesagt wird. Zweite Normalform (2 NF) Die zweite Normalform ist ur relevat, we sich der Primärschlüssel aus mehrere Attribute zusammesetzt. Eie Relatio (Tabelle) ist i der zweite Normalform, we alle Nichtschlüssel-Attribute voll fuktioal abhägig vom Primärschlüssel sid. Beispiel 2: Der Primärschlüssel wird durch die Attribute M-Nr ud Sport-Nr gebildet. Kritik: Relatio Abteilugszugehörigkeit M-Nr Sport-Nr Abteilugsame Fußball 2 Hadball 2 3 Schwimme 3 Fußball Wäre der Abteilugsame vom zusammegesetzte Primärschlüssel M-Nr, Sport-Nr voll fuktioal abhägig, da müsste er eie adere Wert aehme, we sich der zusammegesetzte Primärschlüssel ädert. Dies ist jedoch icht der Fall. Vielmehr ist der Abteilugsame ur vo eiem Teil des Primärschlüssels abhägig, ämlich der Sport-Nr. Ädert sich die Sport-Nr, da ädert sich auch der Abteilugsame. Es besteht also keie volle fuktioale Abhägigkeit des Attributs Abteilugsame vom Primärschlüssel. Die Relatio Abteilugszugehörigkeit verstößt damit gege die zweite Normalform. Lösug: Das Attribut Abteilugsame gehört zu eier eigee Relatio Sportabteiluge ud icht zur Relatio Abteilugszugehörigkeit.
Datebak Seite 7 Dritte Normalform (3 NF) Eie Relatio befidet sich i der dritte Normalform, we alle Nichtschlüssel-Attribute voeiader fuktioal uabhägig sid. Beispiel 3: Der Primärschlüssel ist die M-ID. Kritik: Relatio Mitglieder M-ID Nachame Geburtsdatum Alter Becker 0-02-73 25 2 Berger 02-04-80 8 3 Fischer 05-06-8 7 Das Alter ist vom Geburtsdatum abhägig. Ädert sich der Zeitpukt der Asicht der Tabelle, so ka sich auch das Alter äder (auf jede Fall ei Jahr später). Das Geburtsdatum ist kei Primärschlüsselattribut ud somit ei Nichtschlüsselattribut. Also ist das Alter vo eiem Nichtschlüssel-Attribut fuktioal abhägig. Damit liegt ei Verstoß gege die dritte Normalform vor. Lösug: Das Alter ka aus dem Geburtsdatum jederzeit i eier Abfrage berechet werde. Es ist also überflüssig, es als Attributwert zu speicher. Beispiel 4: Kritik: M-ID Nachame Vorame... Abteilug Abteilug2 Becker Ulrich... Fußball Hadball 2 Berger Julia... Schwimme 3 Fischer Otto... Leichtathletik Fußball Damit ist zwar die dritte Normalform erfüllt (kei Nichtschlüssel-Attribut ist vo eiem adere Nichtschlüssel-Attribut abhägig). I der kokrete Awedug ka diese Lösug jedoch zu Probleme führe: Ei Mitglied ka i mehr als zwei Abteiluge sei, so dass eue Spalte eigefügt werde müsse. Die Formulierug vo Abfrage wird uötig verkompliziert: Eie Abfrage Welche Mitglieder sid i der Fußball-Abteilug? wäre zu formuliere als Bei welche Mitglieder ist Abteilug = Fußball oder bei welche Mitglieder ist Abteilug2 = Fußball? Saubere Lösug des Problems: Für die Aufzählugswerte eie eigee Tabelle defiiere. Mitglieder Abteilugszugehörigkeit Sportabteiluge M-ID Nachame : M-Nr Sport-Nr : Sport-ID Abteilug Becker Fußball 2 Berger 2 2 Hadball 3 Fischer 2 3 3 Schwimme 3 4 Leichtathletik 3 4 3.2.6 Strukturelle Itegritätsbediguge Uter dem Begriff Itegrität oder Kosistez versteht ma die Widerspruchsfreiheit vo Datebestäde. Eie Datebak ist iteger oder kosistet, falls die gespeicherte Date fehlerfrei erfasst sid ud de gewüschte Iformatiosgehalt korrekt wiedergebe. Die Dateitegrität ist dagege verletzt, we Mehrdeutigkeite oder widersprüchliche Sachverhalte auftrete. Bei eier kosistete Tabelle Lehrer setzt ma beispielsweise voraus, dass L-Name, L-Vorame, Amtsbezeichuge etc., korrekt sid ud real auch existiere. Strukturelle Itegritätsbediguge zur Gewährleistug der Itegrität sid solche Regel, die durch das Datebakschema selbst ausgedrückt werde köe. Bei relatioale Datebake zähle die folgede Itegritätsbediguge zu de strukturelle: Die Eideutigkeitsbedigug: Jede Tabelle besitzt eie Idetifikatiosschlüssel (Merkmal oder Merkmalskombiatio), der jedes Tupel i der Tabelle auf eideutige Art bestimmt. Die Wertebereichsbedigug: Die Merkmale eier Tabelle köe ur Datewerte aus eiem vordefiierte Wertebereich aehme.
Datebak Seite 8 Die referetielle Itegritätsbedigug: Jeder Wert eies Fremdschlüssels muss effektiv als Primärschlüsselwert i der referezierte Tabelle existiere. Die Eideutigkeitsbedigug verlagt pro Tabelle eie festgelegte Schlüssel. Natürlich köe ierhalb derselbe Tabelle mehrere Schlüsselkadidate vorkomme. I diesem Fall muss aufgrud der Eideutigkeitsbedigug ei Schlüssel als Primärschlüssel deklariert werde. Das Prüfe auf Eideutigkeit vo Primärschlüssel wird dabei vom Datebaksystem überomme. Die Wertebereichsbedigug ka higege icht vollstädig vom Datebaksystem gewährleistet werde. Zwar köe die Wertebereiche eizeler Tabellespalte spezifiziert werde, doch decke solche Agabe ur eie gerige Teil der Validierugsregel ab. Bei der Prüfug vo Ortsbezeichuge oder Straßeame auf Korrektheit ist es mit der Defiitio eies Wertebereichs icht geta; so sagt beispielsweise die Spezifikatio Character (20) für eie Zeichekette ichts über sivolle Orts- oder Straßeame aus. Wie weit ma bei eier Validierug vo Tabelleihalte gehe möchte, bleibt weitgehed dem Aweder überlasse. Eie wichtige Klasse vo Prüfregel wird uter dem Begriff referetielle Itegrität zusammegefasst. Eie relatioale Datebak erfüllt die referetielle Itegritätsbedigug, we jeder Wert eies Fremdschlüssels als Wert beim zugehörige Primärschlüssel vorkommt. Das Bild 3-8 macht dies deutlich: Die Tabelle Klasse hat die Klassebezeichug Klassebez als Primärschlüssel. Dieser wird i der Tabelle Schüler als Fremdschlüssel mit dem Merkmal Klasse verwedet, um die Klassezugehörigkeit eies Schülers zu fixiere. Die Fremd-Primärschlüssel-Beziehug erfüllt die Regel der referetielle Itegrität, falls alle Klassebezeichuge des Fremdschlüssels aus der Tabelle Schüler i der Tabelle Klasse als Primärschlüsselwerte aufgeführt sid. I dem Beispiel sieht ma, dass keie Uterstellug die Regel der referetielle Itegrität verletzt. Schüler Fremdschlüssel S-Nr Schüler-Name Schüler-Vorame Klasse Adam Heiz SA 2 Blod Brigitte SA............ 890 Latzke Wolfgag 2TK 895 Spellig Mafred 2TK............ Primärschlüssel referezierte Tabelle Klasse Klassebez Ausbildugsrichtug... SA Sozialwese......... 2SD Sozialwese............ 2TK Techik... GA Gestaltug............ Bild 3-8: Gewährleistug der referetielle Itegrität Nimmt ma a, ma möchte i die Tabelle Schüler, wie sie Bild 3-8 zeigt, ei eues Tupel 567, Müller, Tobias, 2SF eifüge. Die Eifügeoperatio wird abgewiese, falls das Datebaksystem die referetielle Itegrität uterstützt. Der Wert 2SF wird ämlich als ugültig erklärt, da dieser Wert i der referezierte Tabelle Klasse icht vorkommt. Die Gewährleistug der referetielle Itegrität hat ebe der Eifügeproblematik atürlich Eifluss auf die übrige Datebakoperatioe. Wird ei Datesatz i eier Tabelle gelöscht, der vo adere Datesätze aus eier Fremdtabelle refereziert wird, so sid mehrere Variate vo Systemreaktioe möglich (eie davo sei hier erwäht): Bei der sogeate restriktive Löschug wird eie Löschoperatio icht ausgeführt, solage der zu löschede Datesatz auch ur vo eiem Datesatz eier Tabelle refereziert wird. Möchte ma z. B. de Datesatz 2TK, Techik,... i Bild 3-8 etfere, so wird ach der restriktive Löschregel die Operatio verweigert, da die beide Schüler Spellig ud Latzke och die Klasse 2TK besuche. Erst ach dem Lösche sämtlicher Schüler der Klasse 2 TK ist ei Lösche der gesamte Klasse möglich.
Datebak Seite 9 4 Beispiel eier Datebak, Teil II 4. Sematisches Modell Aufgrud der Iformatiosstruktur aus Kapitel. ergibt sich das folgede sematische Datemodell: wohe i Orte Mitglieder betreibe Sportarte Bild 4-: E-R-Diagramm des Modells Sportverei Die Ermittlug der Beziehugstype (Kardialität der Beziehuge) geschieht folgedermaße: Beziehug Mitglieder wohe i Orte: a (Mitglieder, Orte)? I wie viele Orte ka ei Mitglied wohe? Ei Mitglied ka i eiem Ort wohe. Kardialität der Assoziatio: a*(orte, Mitglieder)? Wie viele Mitglieder köe i eiem Ort wohe? I eiem Ort köe mehrere Mitglieder wohe. Kardialität der Assoziatio: Ergebis : Die Beziehug Mitglieder wohe i Orte ist eie --Beziehug; es ist keie eigee Beziehugsmege-Relatio otwedig (Regel 3). Mitglieder wohe i Orte Bild 4-2: Beziehug Mitglieder wohe i Orte Mitglieder Friedma Mauela Maier Klaus Malefiz Pumuckl...... Meister Eder Seifert Karl...... Orte Allershause Nadlstadt... Zollig Bild 4-3: Beispieldate für die Beziehug Mitglieder wohe i Orte Beziehug Mitglieder betreibe Sportarte: a(mitglieder, Sportarte)? Wie viele Sportarte ka ei Mitglied betreibe? Ei Mitglied ka eie oder mehrere Sportarte betreibe. Kardialität der Assoziatio: a*(sportarte, Mitglieder)? Wie viele Mitglieder köe eie Sportart betreibe? m Eie Sportart ka vo mehrere Mitglieder betriebe werde. Kardialität der Assoziatio: m
Datebak Seite 20 Ergebis 2: Die Beziehug Mitglieder betreibe Sportarte ist eie -m-beziehug; es ist eie eigee Beziehugsmege-Relatio otwedig (Regel 4). Mitglieder m betreibe Sportarte Bild 4-4: Beziehug Mitglieder betreibe Sportarte Mitglieder Huber Has Klaubma Aita Müller Petra...... Liebel Sieglide Sportarte Fussball Hadball... Schwimme Bild 4-5: Beispieldate für die Beziehug Mitglieder betreibe Sportarte Es liegt also eie komlex-komplexe Beziehug (Regel 4) vor. Nach de Abbildugsregel muss folglich für die Beziehugsmege betreibe eie eigee Relatio Zuordug: M-Nr-Sport-Nr kostruiert werde. Mitglieder Zuordug: M-Nr-Sport-Nr Sportarte Bild 4-6: Relatioe Mitglieder, Zuordug: M-Nr-Sport-Nr, Sportarte Im ächste Schritt sid die sich aus der Iformatiosstruktur ergebede Kardialitätstype der Assoziatioe zu ermittel: Beziehug Mitglieder - Zuordug: M-Nr-Sport-Nr a(mitglieder, Zuordug: M-Nr-Sport-Nr)? Wie viele Sportarte ka ei bestimmtes Mitglied betreibe? Eie oder mehrere Kardialität der Assoziatio: a*(zuordug: M-Nr-Sport-Nr, Mitglieder)? Wie oft ka ei bestimmtes Mitglied eie Sportart betreibe? Eimal. Kardialität der Assoziatio: Ergebis 3: Die Beziehug Mitglieder - Zuordug: M-Nr-Sport-Nr ist eie --Beziehug; es ist keie eigee Beziehugsmege-Relatio otwedig (Regel 3). Mitglieder Zuordug: M-Nr-Sport-Nr Bild 4-7: Beziehug Mitglieder- Zuordug: M-Nr-Sport-Nr Mitglieder M-Nr Name Vorame Huber Has......... 4 Klaubma Aita 5 Berger Julia......... Zuordug: M-Nr-Sport-Nr M-Nr Sport-Nr 4...... 4 2 4 4 5 2...... Bild 4-8: Beispieldate für die Beziehug Mitglieder - Zuordug: M-Nr-Sport-Nr