01 Einfuehrung Datenbanken

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Fakultät Wirtschaftswissenschaften, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insbes. Systementwicklung
Programmierung und
Datenbanken II
Sommersemester
Agenda
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1. Organisatorisches
2. Exkurs: Gegenstand WI
3. Datenbanken Theorie und Praxis
4. DB Architektur
5. Systematische Datenbankentwicklung
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Folie 2
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ORGANISATORISCHES
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Folie 3
Organisatorisches
Einordnung in den Modulplan
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- Programmierung und Datenbanken II: Bestandteil des
Moduls „Programmierung und Datenbanken“
- 1 SWS Vorlesung / 1 SWS Übung / 1 SWS Tutorium
- 1 Prüfung à 90 Minuten in der regulären Prüfungsperiode
(75% Gewichtung an der Modul-Gesamtnote)
- Sämtliche Informationen zur Veranstaltung sind im OPAL
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Folie 4
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Organisatorisches - OPAL
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Organisatorisches
Vorlesung + Übung
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Vorlesung (Start: HEUTE)
• Theoretische Grundlagen
• Konzepte und Paradigmen
Übung (Start: 25.04.2017)
• 14-tägig im Wechsel
• Vertiefung der Inhalte der Vorlesung
• Wichtig: Aufgaben sollten vor der Übung bearbeitet
werden – in der Übung werden die Lösungen
diskutiert!
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Organisatorisches
Tutorium + Experten-Projekt
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Tutorium (Start: 18.04.2017)
• 14-tägig begleitend zur Übung
• „hands on“ – praktische Arbeit in den PC-Pools
• Hinweis: Sechs Tutorien
Prj. Software Development (Einschreibung in OPAL)
• Eigenständige Veranstaltung (Einschreibung für WS17/18)
• Zusatzangebot für fortgeschrittene Programmierer
Alle Termine im OPAL – „Aktuelle Termine“
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Folie 7
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Kontakt - Verantwortlicher
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Lehrstuhl für
Wirtschaftsinformatik,
insb. Systementwicklung
Dr. Hannes Schlieter
(Dipl.-Wirt.-Inf.)
Tel.: +49 351 463-32173
Raum: SCH-C 62
http://www.helict.de
http://wiseweb.wiwi.tu-dresden.de
[email protected]
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Organisation - Klausuren
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Literatur
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Grundlagen
– [FeSi06] Ferstl, Sinz: Grundlagen der Wirtschaftsinformatik,
Oldenbourg, Kap. 5.1&5.2
– [ElNa02] Elmasri, Navathe: Grundlagen von Datenbanksystemen,
Person Studium, Kap. 3
Datenmodellierung
– [Prei07] Preiß: Entwurf und Verarbeitung relationaler Datenbanken,
Oldenbourg, Kap. 2
– [Moos04] Moos: Datenbankengineering, Vieweg, Kap. 1
Datenbankanwendungen
– [Meie01] Meier: Relationale Datenbanken, Springer, Kap. 2
– [Wo+07] Faeskorn-Woyke et.al. : Datenbanksysteme, Pearson, Kap.
1
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Checkliste Semestervorbereitung
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Einschreibung Übung
•OPAL „Einschreibung Übungen“
•Ab 8.04.2017 – 9.00 Uhr
Einschreibung Tutorium
• OPAL „Einschreibung Tutorium“
• Ab 08.04.2017 – 9.00 Uhr
Besorgen der notwendigen Literatur
• SLUB
Nächste Veranstaltung = Vorlesung am 13.04.2016
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Wozu?
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Anforderungsprofil eines Hochschulabsolventen:
•
•
•
•
•
Breite Ausbildung, Kompetenz ggn. Fachexperten
Entscheidungen treffen, Lösungen bewerten
Unternehmen und deren Prozesse gestalten (auch das IS!!)
Abstraktionsvermögen
Organisationstalent, Führungskompetenz, Teamfähigkeit
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Perspektive
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Perspektive
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EXKURS – GEGENSTAND
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Folie 15
Gegenstand der WI
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„Gegenstand
der
Wirtschaftsinformatik
sind
Informations- und Kommunikationssysteme (IKS) in
Wirtschaft und Verwaltung, die zunehmend auch in die
privaten Haushalte hineinwirken; sie werden kurz als
Informationssysteme (IS) bezeichnet. IS sind
soziotechnische Systeme, d.h., die Aufgaben werden
von personellen und maschinellen Aufgabenträger/inne/n
kooperativ durchgeführt.“ (WKWI 2007, S. 319)
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Soziotechnisches System
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Betriebliches Anwendungssystem
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„Von IS zu unterscheiden sind betriebliche Anwendungssysteme
(AWS).
Anwendungssysteme
sind
automatisierte Teilsysteme von IS. Im weiteren Sinne
umfassen sie die zugehörige Hardware, Systemsoftware,
Kommunikationseinrichtungen und Anwendungssoftware.
Im engeren Sinne wird mit dem Begriff die
Anwendungssoftware bezeichnet.“ (WKWI 2007, S. 319)
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Betriebliches Anwendungssystem
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http://www.carusconsilium.de/projekte/telemedizin/inan-sos
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Folie 19
Betriebliches Informationssystem
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Aufgabensicht
automatisierbarer Teil
Informationsverarbeitungsaufgaben
nicht-automatisierbarer Teil
Kommunikationsaufgaben
Informationsverarbeitungsaufgaben
betriebliche
Aufgabe
Aufgabenträgersicht
maschinell
personell
Anwendungssystem
Präsentationsschicht
Anwendungsebene
Datenbankanwendungssystem
Speicherebene
Informationssystem
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Folie 20
Das IS ist die Nervenbahnen des
Unternehmens
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ERP-System
Kunde
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Folie 21
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Beispiel: Betriebliche
Informationssystem
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Betriebliche Informationssystem
Kundengespräch
Gespräch (Mund zu Mund)
Austausch von E-Mail
Printdokumente
Sekretärin
Ablage von
Informationen
Abruf
Elektronische
Informationen
Chef
ERP-System
Elektronischer
Rechnungseingang
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Folie 22
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Gestaltungsansätze Geschäftsprozessorientierter Ansatz
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•
ARIS (Architektur Integrierter
Informationssysteme)
Vorgehensmodell
Fachkonzept
DV-Konzept
Entwicklung
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Folie 23
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Einordnung in das
Dresdner Architektur Framework
KPI‘s
Tools und
Methoden
Daten und
Informationsobjekte
Rollen und
Organisationen
Prozesse
Ziele
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Unternehmen
Landkarte
Management
Fachebene
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Folie 24
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DATENBANKEN THEORIE &
PRAXIS
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Folie 25
Szenario eines
internationalen Firmennetzwerks
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Fragestellungen:
•
•
•
•
Auslastungsinformationen (Production)
Mitarbeiterzahlen (Human Resources)
Kostentreiber (Financial Controlling)
Handelsbeziehungen & Warenströme (Logistics)
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Folie 26
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DB im privaten Umfeld
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• Wikipedia
• News-Datenbanken
• Google Maps
• Ebay(-Kleinanzeigen)
• iTunes Musikverwaltung
• Soziale Netzwerke
• Amazon
• Geoinformationsdienst
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Folie 27
DB im geschäftlichen Umfeld
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• ERP - SAP R3
• Produkt-DB
• Stücklisten
• Kunden-DB
• Schufa
• Börse
• Projekt-DB
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Folie 28
Möglichkeiten der Datenhaltung
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Folie 29
Möglichkeiten der Datenhaltung
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Datenhaltung
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Im Kopf
Papierbasiert
Speicherung
Verfügbarkeit
Strukturierung
Verfügbarkeit
In einer Textdatei
Mehrbenutzer
Office-Dokumente
Verteilung
Datenbank
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Zugriffsrechte
Verknüpfung
Einstiegshürde?!
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Folie 30
Idee der Datenbanksysteme
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Motivation: Verschiedene Programme, verschiedene
Benutzer, wollen (weltweit) verteilt (mit
unterschiedlichen Intensionen) auf den gleichen
Datenbestand zugreifen.
Anforderungen:
–
–
–
–
–
Performance (Schnelligkeit)
Komfortabel nutzbar und in verschiedenen Sprachen
Leicht anzubinden (Programmierbare Schnittstelle)
Einheitliche Zugriffs- und Verarbeitungslogik
Sicher im Fehlerfall (Systemabstürze, konkurrierender
Zugriff)
– Einfach erweiterbar und skalierbar
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Folie 31
Datenbank(systeme)
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• Datenbank(system) ist eine geordnete Menge von
logisch zusammengehörigen Daten (Datenbasis), die
von einem Datenbankmanagementsystem (DBMS)
elektronisch verwaltet werden.
• Ziele des Einsatzes von Datenbank(system)en:
– Standardisierung der Datenverwaltung
– Umgang mit großen Datenmengen
– Komplexitätsreduktion der Anwendungssoftware
– Portierbarkeit der Anwendungssoftware
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Folie 32
Begriffsklärung
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• Permanenz
– Lat. „Stehen bleiben, verharren“
– Engl. „andauern, beständig“
– Informatik: Speicherung ist persistent, wenn sie
unabhängig von der Laufzeit von Programmen der
Rechner ist.
• Konsistenz
– Wortbedeutung: Stimmigkeit, Geschlossenheit
– Redundanzfrei
• Vermeidung von Einfügeanomalie, Änderungsanomalie,
Löschanomalie
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Folie 33
Datenbankmanagementsystem
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Sinnbild:
Physische Datenbank
DB
Speicherkomponente
Datenbankmanagementsystem
DBMS
Verwaltungskomponente
Quelle: jhagmann.twoday.ne
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Folie 34
Bestandteile Datenbanken
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• Anforderungen an Datenbanksysteme
– kurze Zugriffszeiten
– Minimale Redundanz
– Trennung zwischen Datenorganisation und Anwendungen
– Permanenz und Konsistenz der Daten
• Anforderungen von Datenbankmanagementsystemen
– Bereitstellung von Techniken zur Strukturdefinition und
Datenmanipulation
– Schutz der Datenbasis vor inkonsistenten Änderungen
– Organisation des Mehrbenutzerbetriebs
– Anpassung des Leistungsverhaltens an die jeweiligen
Anforderungen
– Realisierung von Nutzerschnittstellen
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Folie 35
Historie
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• 60er: DBS basierend auf hierarchischem Modell,
Netzwerkmodell
–
–
–
–
Zeigerstrukturen zwischen Daten
Schwache Trennung interne / konzeptuelle Ebene
Navigierende DML
Trennung DML / Programmiersprache
• 70er und 80er:Relationale Datenbanksysteme
–
–
–
–
IBM Forschungsprojekt: System R, erste relationale Datenbank (!!)
Daten in Tabellenstrukturen
3-Ebenen-Konzept
Deklarative DML
– Trennung DML / Programmiersprache
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 36
Historie
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• 80er und 90er
– Immer kleiner Strukturen
– Objektorientierte DBs
– Immer größere Datenmengen
• Heute
– Spezialisierung auf neue Datentypen (Video, Massendaten)
– Auswertung von großen, unstrukturierten Datenmengen
– Loslösung von festen Schemata (NoSql)
[Quelle: HPI]
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Folie 37
Datenbankmodelle
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Datenbankmodelle als Organisationsparadigma von
Datenbanken:
•
•
•
•
•
•
Hierarchische Datenbankmodell
Netzwerk-Modell
Relationale Datenbankmodell
Objektorientiertes Datenbankmodell
Objektrelationales Datenbankmodell
Strukturierte Datenspeicher (NoSQL)
Quelle: http://www.datenbanken-verstehen.de
http://www.computerwoche.de/a/nosql-die-neue-alte-datenbank-generation,2497315,3
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 38
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DB ARCHITEKTUR
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Folie 39
Betriebliches Informationssystem
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Aufgabensicht
automatisierbarer Teil
Informationsverarbeitungsaufgaben
nicht-automatisierbarer Teil
Kommunikationsaufgaben
Informationsverarbeitungsaufgaben
betriebliche
Aufgabe
Aufgabenträgersicht
maschinell
personell
Anwendungssystem
Präsentationsschicht
Anwendungsebene
Datenbankanwendungssystem
Speicherebene
Informationssystem
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 40
Verteilte Systeme: Beispiel Kalender
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Ortsunabhängig Verfügbarkeit
Konsistenz Endgeräteunabhängig Zugriff
Zugriff
WI Systementwicklung
Stimmigkeit
Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 41
Beispiel: Kalender
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Client
Client
Client
BenutzerSchnittstelle
Benutzerschnittstelle
Anwendungsfunktion
Server
Anwendungsfunktion
Server
Anwendungsfunktion
Server
Benutzerschnittstelle
Datenverwaltung
Datenverwaltung
zweistufige Client-Server-Architekturen
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Webserver
Server
Datenverwaltung
dreistufige ClientServer-Architektur
Datenbankserver
Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 42
Exkurs: Client-Server-Architektur
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• Client-Server-Architektur
– bestimmte Rechner stellen als Server Dienstleistungen
zur Verfügung
– andere Rechner nehmen als Clients Dienste in Anspruch
– 3-Schichten-Modell
• Benutzerschnittstelle: Schnittstelle zwischen Benutzer und
Maschine (Präsentationskomponente)
• Anwendungsfunktion: Durchführung der
Verarbeitungsprozeduren (Logikkomponente)
• Datenverwaltung: Speicherung und Verwaltung der Daten
(Datenkomponente)
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 43
Exkurs: Client-ServerArchitekturvarianten
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 44
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3-Schichten-Modell
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WI Systementwicklung
Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 45
3-Ebenen Architekturmodell
nach ANSI/SPARC
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• 1975 verabschiedeter Standard für die Architektur von
Datenbanken
– ANSI: American National Standards Institut
– SPARC: Standards Planning and Requirements Commitee
– Ziel: Datenbankkonzept um Unabhängigkeit von der
Programmiersprache, Datenschema und Hardware zu
erreichen (Entkopplung von Datenhaltung,
Strukturierung und Nutzung)
• Physische Datenunabhängigkeit
• Logische Datenunabhängigkeit
© [Wo+07]
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 46
3-Ebenen Architekturmodell
nach ANSI/SPARC
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• Unterscheidung der Sicht auf eine Datenbank in drei
entkoppelte Ebenen
Ebene
Inhalt
Externe Ebene
Benutzersicht auf die Daten:
Benutzeroberflächen, Schnittstellen
Konzeptionelle Ebene
Logische Gesamtsicht der Daten:
Datenstruktur
Interne Ebene
Physische Sicht auf die Daten:
physische Speicherung
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 47
WISE
Einordnung ANSI-SPARC
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3-Schichten-Modell
3-Ebenen-Architektur (ANSISPARC)
Anwendungssysteme
Datenbanken
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Folie 48
Ebenen
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• Externe Ebene (Benutzersicht bzw. Anwendungssicht)
– Individuell auf Benutzer bzw. Anwendung zugeschnittene
Sichten auf die Datenbasis
• Konzeptionelle Ebene (Logische Sicht)
– Datenmodell spezifiziert die in der DB enthaltenen Daten
– Unterscheidung
• konzeptuelles Schema (ERM), welches noch unabhängig
vom konkret eingesetzten Datenmodell ist
• logisches Datenbankschema (relationales Datenmodell)
• Interne Ebene (Physische Sicht auf die Daten)
– Aufbau der Datenstrukturen auf physischem Speicher
und Zugriffsmechanismen
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 49
3-Ebenen-Architektur nach ANSI
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Vorlesungsbereiche
SQL, Views
Modellierung,
ERM, SERM
Indizes,
Transaktionen
© [Prei07]
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Folie 50
Komponenten eines
Relationalen Datenbanksystems
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Datenbankmanagementsystem:
Anwendung 1
Anwendung 2
Anwendung 3
• Relationale Sprache
• Zentrale Funktion für
Reorganisation, Schutz,
Sicherheit, Nutzerzugriffe,
Geschwindigkeit
Datenbasis:
Datenbankmanagementsystem
DBMS
Verwaltungskomponente
• Daten und Beziehungsinformationen in Tabellenform
Physische Datenbank
• Beschreibungsdaten
(Metadaten) und Systemtabellen
DB
Speicherkomponente
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Folie 51
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SYSTEMATISCHE
DATENBANKENTWICKLUNG
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Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 52
Modellierung in der
Datenbankentwicklung
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Externe
Ebene
Schemadefinition bekannt
Logisches Schema
Kunde(E-Mail, Name)
mietet(E-Mail, von_bis, Kennz.)
Konzeptuelle
Ebene
Autovermietung
Konzeptuelles Schema
Auto(Kennz., Max_Pers.)
Interne
Ebene
WI Systementwicklung
Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 53
Modellierung in der
Datenbankentwicklung
WISE
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Externe
Ebene
Schemadefinition bekannt
Logisches Schema
Kunde(E-Mail, Name)
mietet(E-Mail, von_bis, Kennz.)
Konzeptuelle
Ebene
Autovermietung
Konzeptuelles Schema
Auto(Kennz., Max_Pers.)
Interne
Ebene
WI Systementwicklung
Programmierung und Datenbanken II - 1. Einführung
Folie 54
Grundprinzip der Systementwicklung
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Kunde(E-Mail, Name)
Analysemodell
Entwurf
Entwurfsmodellmietet(E-Mail, von_bis, Kennz.)
p
Im
Abstraktion
Auto(Kennz., Max_Pers.)
An
n
ru
tie
aly
en
se
lem
g
Problem
Ausgangszustand
WI Systementwicklung
Lösung
Transformation
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Zielzustand
Folie 55
Vom Entwurf zur
Anwendung eines RDMS
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• Fachliche Analyse und Entwurf
– Anforderungen der fachlichen Sicht erheben (benötigte
Datenfelder, Relationen)
• DV-technischer Entwurf
– Überführung in relationales Datenmodell und
Optimierung
• Codierung
– Datendefinition (Benutzersichten, Indexierungsoptionen)
– Datenmanipulation (Arbeiten mit der Datenbank)
© [Prei07]
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Folie 56
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