Informationsmanagement - Informatik und Informationswissenschaft

Information Engineering
FB Informatik und Informationswissenschaft
Universität Konstanz
Informationsmanagement
Vorlesung WS 07/08
Kapitel 2
Grundlagen
Prof. Dr. Marc H. Scholl
2 Grundlagen
2.1 Grundlagen des Informationsmanagements
2.1.1 Strategisches Informationsmanagement
2.1.2 Administratives Informationsmanagement
2.1.3 Operatives Informationsmanagement
2.2 Grundlagen des Datenmanagements
2.2.1 Begriff des Informationssystems
2.2.2 Idee und Aufgaben von Datenbankmanagementsystemen
2.2.3 Datenmodelle und Architektur
2.3 Grundlagen des Software-Managements
2.3.1 Idee und Aufgaben des Software-Managements
2.3.2 Vorgehensmodelle und Phasen des Software-Lebenszyklus
2.3.3 Phasen des Software-Managements
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-2
2.1 Grundlagen des
Informationsmanagements
2.1.1
Strategisches Informationsmanagement
2.1.2
Administratives Informationsmanagement
2.1.3
Operatives Informationsmanagement
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-3
Stufen des Informationsmanagements (1)
IV. Management der
strategischen
Informationsnutzung
IV. Management der
Information als
Wettbewerbsinstrument
Geschäftserfolg
III. Management der Information
als Produktionsfaktor und
Vermögensbestandteil
II. Management der
Informations- und
Kommunikationstechnologie
I. Management
des Papierkrams
strategische Orientierung
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-4
Stufen des Informationsmanagements (2)
Stufe Systeme
Bewertungskriterien
8
Business Transformation
Gesamte Transformation
7
Strategic Systems
Strategischer Nutzen
6
Inter-organizational Systems
Vorteile aller Partner
5
Infrastructure
Kosten, IS-Strategie
4
Management Information Systems /
Interne Verrechnung,
Decision Support Systems
"Soft Benefits"
3
Direct Value Added Systems
Kundennutzen
2
Automation
Finanzielle Kriterien
1
Mandatory Change
Kosten
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-6
Ziele des Informationsmanagements (1)
•
Sachziel
– Erreichung der Unternehmensziele durch Schaffung und Aufrechterhaltung
einer geeigneten Informationsinfrastruktur
•
Formalziel
– Wirtschaftlichkeit, d.h., die Erreichung des Sachziels soll so erfolgen, dass
bei gegebenen Kosten der Informationsinfrastruktur der realisierte Nutzen
maximal wird
•
Informationsinfrastruktur (IIS)
– Einrichtungen, Mittel und Maßnahmen zum Erzeugen, Verbreiten und
Verarbeiten von Informationen
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-7
Ziele des Informationsmanagements (2)
niedrig
relative
Kosten
hoch
niedrig Differenzierungsgrad
hoch
relative Kosten =
Differenzierungsgrad =
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-8
Aufgaben des Informationsmanagements (1)
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-10
Aufgaben des Informationsmanagements (2)
Strategische Ebene:
Strategische
Aufgaben
Administrative
Aufgaben
Operative
Aufgaben
Administrative Ebene:
Operative Ebene:
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-11
Strategisches Informationsmanagement (1)
•
– unternehmensweite Planung, Überwachung und Steuerung der
Informationsinfrastruktur
– langfristige, die nachgeordneten Aufgabenebenen bindende Vorgaben
– unternehmensweit gültige, langfristig wirksame Voraussetzungen für die
Gestaltung und Nutzung der Informationsinfrastruktur auf der
administrativen Aufgabenebene
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-13
Strategisches Informationsmanagement (2)
•
•
•
Frage nach dem Leistungs- und Erfolgspotential des
Informationsmanagements
– Leistungspotential: Art und Umfang der Informations- und
Kommunikationsfunktionen als Beitrag zum Unternehmenserfolg
– Erfolgspotential: Eigenschaft der Informationsinfrastruktur zur
Umsetzung des Leistungspotentials in Unternehmenserfolg
Festlegen der strategischen Ziele, an denen sich zunächst die Planung und
darauf aufbauend die Überwachung und Steuerung der
Informationsinfrastruktur orientieren soll
Entwickeln von Informatikstrategien (Gesamt- und Teilstrategien), in deren
Rahmen sich die Planung, Überwachung und Steuerung der
Informationsinfrastruktur bewegen soll
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-15
Strategisches Informationsmanagement (3)
•
Erarbeiten des strategischen Projektportfolios, mit dem die strategischen
Maßnahmen festgelegt werden, die zum Aufbau des Erfolgspotentials der
Informationsinfrastruktur führen
•
Informationsbeschaffung für die Planung und Überwachung und Steuerung
aller Prozesse, die zur wirksamen und wirtschaftlichen Schaffung und Nutzung
der Informationsinfrastruktur erforderlich sind
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-17
Administratives Informationsmanagement (1)
•
•
•
Planen, Überwachen und Steuern von Projekten zum Aufbau der
Informationsinfrastruktur, insbesondere Projekte der InformationssystemPlanung
Planen, Überwachen und Steuern des unternehmensweiten Datensystems
unabhängig vom einzelnen Informationssystem und der Art seiner
Implementierung
Pflegen und Weiterentwickeln des unternehmensweiten Bestandes an
Informationssystemen
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-19
Administratives Informationsmanagement (2)
•
•
•
•
Beschaffen und Führen des Personals für die Informationsinfrastruktur,
insbesondere des Personals der Informations- und KommunikationssystemAbteilung (IKS)
Schaffen und Aufrechterhalten der Sicherheit der Informationsinfrastruktur
Schützen der Informationsinfrastruktur vor Katastrophen
Gestalten der Rechtsbeziehungen, insbesondere durch Verträge mit Partnern
des Informatikmarktes, und Verwalten des Vertragsbestandes
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-21
Operatives Informationsmanagement
•
Legt fest, wie Information und Kommunikation für und durch die
Benutzer produziert werden
•
•
•
Erhalten der Verfügbarkeit der Informationssysteme,
insbesondere des Rechenzentrumsbetriebs
Erkennen und Beseitigen jeder Art von Störungen
des Produktionsbetriebs
Betreuen der Benutzer in den Fachabteilungen,
dessen Bedeutung drastisch zunimmt
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-23
Aktuelle Herausforderungen an das IM
Einsatz von IT zur Steigerung
des Unternehmenserfolges
4,29
Globale Netzwerke
4,17
Einsatz von IT zur Unterstützung
von Schlüsselprozessen
4,11
Sicherheit der
Informationstechnologie
4,04
Schnelle Änderung der
Informationstechnologie
3,99
Einsatz von IT zur Erleichterung
wiederkehrender Tätigkeiten
Die Bedeutung des
Faktors
(2) = nimmt ab
(3) = bleibt gleich
(4) = nimmt zu
3,94
Return on Investment der
Informationstechnologie
3,8
3,4
3,6
3,8
Informationsmanagement, WS 2007/08
4
4,2
4,4
2-25
2.2 Grundlagen des
Datenmanagements
2.2.1
Begriff des Informationssystems
2.2.2
Idee und Aufgaben von Datenbankmanagementsystemen
2.2.3
Datenmodelle und Architektur
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-26
Begriff des Informationssystems
•
Informationsystem (IS)
– Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine (DV-Anlage) zur
Erzeugung und Benutzung von Information
IS
– automatisiert (weistestgehend) die Erfassung, Speicherung, Übertragung
und Transformation von Information
– besteht aus Daten und Anwendungsprogrammen (codiertes Wissen), die
Daten lesen, erzeugen, ändern und löschen
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-27
Beispiele für Informationssysteme (1)
Universitäts-IS
Daten: Abteilungen, Studenten, Prüfungen, Vorlesungen, Hörsäle, Dozenten, ...
Anwendungen: Erstellung der Prüfungspläne und Prüfungserfassung,
Statistiken, Stundenplanerstellung, Hörsaalbelegung, ...
Bank-IS
Daten: Kunden, Konten, Devisen, Wertschriften, Kredite, Hypotheken, ...
Anwendungen: Buchhaltung, Zahlungsverkehr (> 50000 pro Tag),
Anlageberatung, Kreditprüfung, Risikomanagement, ...
IS einer Fluggesellschaft
Daten: Flüge (> 1000 pro Tag), Passagiere, Reservationen und Buchungen (> 5
Mio. pro Jahr), Gepäckstücke, Flugzeuge (> 1000), Flugpersonal, ...
Anwendungen: Reservationen und Buchungen (von > 10000 Terminals,
bis zu 20 pro Sekunde), Check-In, Gepäckzustellung,
Einsatzplanung, Flugplanoptimierung, ...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-29
Beispiele für Informationssysteme (2)
Krankenhaus-IS
Daten: Patientendaten (> 10000 stationäre Patienten pro Jahr), Labordaten,
Arzneikataloge, Berichte über Krankheitsgeschichten und Therapien,
Radiologische Untersuchungen: Röntgenbilder, Tomographien, ...
(> 50000 Untersuchungen pro Jahr, jeweils > 10 MBytes), ...
Anwendungen: Abrechnung der Kosten, "Buchführung" über Laborresultate,
Diagnosen und Therapien, Archivierung, Statistische Analysen (z.B. zur
Krebsforschung u.ä.), Unterstützung bei Diagnosen, ...
IS für CIM (Computer-Integrated Manufacturing)
Daten: Teilesortiment (> 500000 z.B. in der Autoindustrie), Lagervorrat,
Stücklisten, Aufträge, Maschinen, Werkstückgeometrie, Werkstoffe,
Fertigungstoleranzen, ...
Anwendungen: Lagerverwaltung, Auftragsverwaltung,
CAD (Computer-Aided Design): Konstruktion von Teilen,
CAM (Computer-Aided Manufacturing): Steuerung des Fertigungsprozesses,
PPS (Produktionsplanung und -steuerung): Optimierung von Rüstzeiten,
Maschinenauslastungen, Materialfluss, Lagerhaltungskosten, ...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-30
Beispiele für Informationssysteme (3)
Bibliotheks-IS
Daten: Dokumente: Bücher, Zeitschriftenbände, Forschungsberichte,
Mikrofichen, Videos (z.T. > 20 Mio. Dokumente), Titel, Autoren,
Kategorien, Deskriptoren, Abstracts, ...
Anwendungen: Recherchen nach relevanter Literatur (z.T. 100 pro Sekunde)
Fahrplanauskunft
Daten: Züge, Bahnhöfe, Postautos, Haltestellen, Kursbuch, Tarife, ...
Anwendungen: Reiseberatung, ...
Verkehrs-IS
Daten: Straßenkarten, zusätzliche Daten über Gelände und Bauwerke,
Verkehrsaufkommen, Wetter und Straßensituation, ...
Anwendungen: Routenplanung, ...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-31
Beispiele für Informationssysteme (4)
IS eines Postdienstes
Daten: Kunden, Pakete, Briefe, Transportwege, Verteilerzentralen, ...
Anwendungen: Auftragserfassung und -abrechnung, Kundennachfragen, ...
Genforschung
Daten: DNS-Sequenzen (> 1 Mio. Nukleotide bei einfachen Bakterien)
Anwendungen: Suche nach ähnlichen DNS-Sequenzen
Finanz-IS
Daten: Finanzinstrumente: Aktien, Obligationen, Optionen, ... (> 300000 Titel),
Gesellschaften, Börsen (ca. 100), Kurse (> 100 pro Sekunde)
Anwendungen: Anfragen und "Alarmierung" von Händlern
Meinungsforschungs-IS
Daten: Daten zur Bevölkerungsstruktur (Einkommen, Beruf, ...),
Umfragestichproben, ...
Anwendungen: Meinungsumfragen, Hochrechnung von Wahlergebnissen, ...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-32
Beispiele für Informationssysteme (5)
Informationssuchdienst
Daten: Rechtsfälle, Patentdaten, Wirtschaftsnachrichten, chemische
Verbindungen (>10 Mio. niedermolekulare organische Verbindungen), ...
Anwendungen: Recherchen nach relevanter Information (> 100 pro Minute)
Geographische IS / Umwelt-IS
Daten: Topographische Karten, Verwaltungskarten (Kantone, Gemeinden, ...),
Meßdaten über Luft-/Wasser-/Bodenverschmutzung, Wetterdaten,
Flächennutzungsdaten, Demographische Daten, ...
Anwendungen: Produktion thematischer Karten, Grundstückskataster,
Städteplanung, Analyse von Umweltschäden, ...
IS für "Global Change Research"
Daten: Topographische Karten, Satellitendaten (NASA Earth Observation
System: 1 Terabyte pro Tag, > 5 Petabytes in 15 Jahren)
Anwendungen: Analysen von Klimaveränderungen (Treibhauseffekt,
Austrocknung von Seen u.ä.), Analyse und Vorhersage der
Umweltkatastrophen, Visualisierung der Daten, ...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-33
Beispiel eines geographischen Informationssystems
Neigungswinkel
HöhenDigitales
messwerte Höhenmodell
Topo-Karte Neigungsanalyse
Neigungslängen
Erosionsmodell
Felsmessungen
Satellitenbilder
Vegetationsmessungen
Regenmengenmessungen
Felserosion
Vegetations- Vegetationskarte
modell
Niederschlagsmodell
RaumInterpolationsmodell
Vegetationsevolutionsmodell
Vegetationsänderungen
Schätzungen
Regenmengen
Räumliche
Regenverteilung
Informationsmanagement, WS 2007/08
Sturm und
StrömungsModelle
Wasserwirtschaft
2-34
Komponenten eines Informationssystems
Informationssystem (IS) = Daten + Anwendungsprogramme
häufig: IS = (stukturierte) Daten (Datenbank; DB) +
Datenbankmanagementsystem (DBMS) +
Anwendungsprogramme
[+ Middleware für verteilte Architekturen]
[+ graphische Benutzerschnittstellen, ...]
oder:
IS = (unstrukturierte) Daten +
Information-Retrieval-System (IRS) +
Anwendungsprogramme
[+ graphische Benutzerschnittstellen, ...]
oder:
IS = Wissen (z.B. Fakten und Regeln) +
Wissensbasiertes System (WBS) +
Anwendungsprogramme
[+ graphische Benutzerschnittstellen, ...]
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-35
Informationssysteme und Datenbanken
AP
DBMS
DB
DBS
IS
DBS
IS
=
=
=
=
=
AP
AP
... AP
DBMS
=
=
DB
DB
...
DB
DBS
AS
GUI
IS
=
=
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-36
Einordnung von DBMS
•
Betriebssysteme
– MSDOS, Windows, UNIX, ...
•
System-Software
– DBMS, Benutzerschnittstellen (z.B.
Motif, ODBC, JDBC), ...
•
Basis-Software
– Graphiksysteme, Textverarbeitungssysteme (Winword,
Framemaker, LaTeX), ...
•
Anwendungs-Software
– TP-Monitore, CAD-Systeme, ...
•
Individual-Software
– Eigenentwicklungen, Fremdsoftware
Informationsmanagement, WS 2007/08
Individual-Software
Anwendungs-Software
Basis-Software
System-Software
Betriebssystem
2-38
Historie von Informationssystemen (1)
1960
1965
1965
1970
1970
1985
1985
1990
1990
Dateisysteme
Generalisierte
Zugriffsmethoden
DBMS
DBMS
mit Trigger,
Trigger,
Methoden und
Prozeduren
MiddlewareMiddlewareLösungen,
TP-Monitore
AP
...
AP
AP
...
AP
AP
GUI
AP
Middleware
AP
Dateien
...
AP
DBMS
SAM
ISAM
Dateien
...
...
GUI
Dateien
Dateien
DB
Informationsmanagement, WS 2007/08
DBMS
mit Trigger,
Methoden
und Stored
Procedures
DB
DBMS
DB
2-39
Historie von Informationssystemen (2)
1990
200X
Branchenspezifische
Anwendungen (SAP)
Anwendungsserver
Globale Koordination von Diensten (Services)
Evolution von Workflows
Datenbanken höherer Ordnung
GUI ... GUI ... GUI
AS
...
DBMS
DB
AS
GUI
...
GUI
Service
Coordinator
Services
(AS+DBMS)
DB
...
...
GUI
...
GUI
Service
Coordinator
Services
...
(AS+DBMS)
Services
(AS+DBMS)
DB
Informationsmanagement, WS 2007/08
DB
GUI
...
...
GUI
Service
Coordinator
...
AS
AS
AS
AS
DBMS
DBMS
DB
DB
2-40
Die frühe Datenverwaltung
•
Dateisysteme
– Geräteabhängigkeit
– Datenredundanz und Inkonsistenzen
•
Dateiverwaltungssysteme (SAM, ISAM)
– Geräteunabhängigkeit
– Datenredundanz und Inkonsistenzen
– navigierender Zugriff plus Sortier- (teilw. Such-) Funktionen
•
Hierarchische und Netzwerk-DBMS
– schwache Trennung zwischen interner und konzeptueller Ebene
– Zeigerstrukuren zwischen den Daten
– navigierende Anfragesprachen
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-41
Datenverarbeitung mit Dateisystemen
•
Beispiel: dateibasierte Datenverarbeitung in einer Versicherung
– drei Kundenberater Alfred, Beatrice und Carlo, die je nach Art des
Versicherungstyps Kunden betreuen.
– jeder der Kundenberater benutzt für den Zugriff auf die Kundendaten ein
eigenentwickeltes Programm
– jeder Berater hat seine eigene Kundendatei (basierend auf eigenen
Dateiformaten)
Berater Alfred
Programm
KundenVonA
Datei
Berater Beatrice
Programm
KundenVonB
Datei
Berater Carlo
Programm
KundenVonC
Datei
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-42
Probleme ohne DBMS (1)
•
Daten durch Anwendungssoftware direkt erzeugt
– Verschwendung von Speicherplatz durch Redundanz
("Semantisch äquivalente Daten mehrfach verwaltet")
– Inkonsistenzen im Datenbestand durch Redundanz
("Semantisch äquivalente Daten unabhängig voneinander erzeugt")
– keine Optimierung: ineffiziente Verarbeitung großer Datenmengen
•
Zugriff auf Daten durch anwendungsspezifische Programme
– kein Standardformat: hoher Aufwand bei der Kombination von Daten aus
mehreren Dateien ("Anwendungsprogrammierer muß die jeweilige interne
Repräsentation kennen")
– hoher Aufwand für die Entwicklung einer großen Anzahl
maßgeschneiderter, aber unflexibler Programme
– Insellösungen: kein Zugriff auf die Daten anderer Benutzer
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-43
Probleme ohne DBMS (2)
•
Dateninkonsistenz bei konkurrierendem Zugriff
– Benutzer und Anwendungen können nicht gleichzeitig mit demselben
Datenbestand arbeiten, ohne sich zu stören
•
Datenverlust beim Absturz der Anwendungsprogramme
•
Datenschutz und Datensicherheit nicht gewährleistet
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-44
Datenverarbeitung mit DBMS
•
Nach einer Umstrukturierung ist der Zugriff auf die Daten nur über das DBMS
möglich
Berater Alfred
Berater Beatrice
DBMS
DB
Berater Carlo
•
Es gibt nur einen zentralen Datenbestand mit folgendem Inhalt:
– (eigentliche) Daten
– Metadaten ("Daten über die Daten")
– auf den Daten ausführbare Funktionen
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-45
Relationale und Postrelationale DBMS
•
Relationale DBMS
– einfache Datentypen (flache Tabellen)
– Geräte- und Datenunabhängigkeit
– Redundanzfreiheit und Datenkonsistenz
– deklarative Anfragesprachen
•
Objektorientierte DBMS (OODBMS)
– komplexe Datentypen und benutzerdefinierte Operationen
– deklarative und navigierende Anfragesprachen
•
Objektrelationale DBMS (ORDBMS)
– Erweiterung relationaler DBMS um Unterstützung für komplexe
Datentypen und benutzerdefinierte Operationen
– deklarative Anfragesprachen
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-46
Aufgaben eines DBMS
•
Persistenz:
•
Datenunbhängigkeit, Schichtenarchitektur, Data Dictionary:
•
Integration:
•
Anfragesprachen:
•
Transaktionen, Synchronisation:
•
Datenintegrität:
•
Datensicherung, Datenverfügbarkeit:
•
Datenschutz, Zugriffskontrolle:
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-47
Die Neun Codd'schen Regel
1.
Integration:
2.
Operationen:
3.
Katalog:
4.
Benutzersichten:
5.
Datenintegrität:
6.
Datenschutz:
7.
Transaktionen:
8.
Synchronisation:
9.
Datensicherung:
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-49
DBMS - grobe Architekturübersicht
Dienstnehmer / Clients
(Anwendungsprogramme,
Ad-hoc Benutzer, etc.)
Datenbanksystem-Schnittstelle
(Dienstfunktionen)
Datenbankmanagementsystem
(Ressourcen-Verwalter)
Datenbank
(Ressource)
Datenbank
(Ressource)
Diensterbringer / Server
Datenbank
(Ressource)
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-51
Abstraktionsebenen in DBMS
Ebenen
Ansätze
Abstraktion von Datenspeicherung
Relationale DBMS, SQL (Structured Query
Language), ESQL (Embedded SQL)
Abstraktion von
Methodenimplementierungen
Objektrelationale DBMS mit Methoden,
Trigger und Stored Procedures
Abstraktion von Einflüssen
bei konkurrierendem Zugriff
und bei Fehlern
DBMS und TP-Monitore mit
Transaktionsverwaltung, Synchronisation
und Recovery, Integritätssicherung
Abstraktion von Verteilung,
Heterogenität und Autonomie
Verteilte und föderierte DBMS, Koordination
bzw. Integration von Datenbanken
Abstraktion von Mobilität und
Entkoppeltsein
Mobile DBMS, Replikation,
Datensynchronisation, Konfliktauflösung
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-52
Datenmodelle
•
Trennung zwischen
–
–
•
Datenmodell
– bietet Konzepte zur Beschreibung der Daten und der Beziehung zwischen
den Daten
– legt Syntax und Semantik von Datenbeschreibungen fest
•
Typischerweise besitzt ein DBS mind. zwei Datenmodelle
–
–
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-53
Abstraktionsstufen
DB-Schema
Datenmodell



primitive Typen
Typkonstruktoren
Operationen
Grundsätzliche
Organisation des
DBMS
DB-Entwurf


konkrete Typen
Integritätsbedingungen
Organisation der DB
für eine bestimmte
Miniwelt
Informationsmanagement, WS 2007/08
DB-Instanz
DB-Betrieb

konkrete Daten
(Elemente der
Typen aus
dem DB-Schema)
Beschreibung eines
bestimmten Zustands
der Miniwelt
2-55
Logische Datenmodelle (1)
•
– Datensätze hierarchisch strukturiert
– Beziehungen über hierarchische Struktur ausgedrückt
– navigierender Zugriff
•
– Datensätze zu einem Netzwerk verkettet
– Verkettung über zweistellige funktionale Beziehungen
– navigierender Zugriff
•
– Daten als (ungeschachtelte) Tabellen
– Beziehungen über Wertegleichheit ausgedrückt
– mengenorientierter Zugriff
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-56
Logische Datenmodelle (2)
•
– Erweiterung des Relationenmodells um geschachtelte Tabellen
– Beziehungen über Wertegleichheit ausgedrückt
– mengenorientierter Zugriff
•
– abstraktes Modell (für den Datenbankentwurf)
– beliebige Beziehungen (Relationships) zwischen Datensätzen (Entities)
•
– Erweiterung des ER-Modells um weitere Abstraktionskonzepte
(Spezialisierung, Generalisierung, Aggregation, Assoziation)
– beliebige Beziehungen zwischen Objekten über Aggregation und
Assoziation ausgedrückt
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-58
Logische Datenmodelle (3)
•
– Daten als Objekte (mit eingekapseltem Zustand und
Schnittstellenfunktionen)
– Beziehungen zwischen Objekten über Referenzen ausgedrückt
– navigierender und mengenorientierter Zugriff
– Standard ODMG-93
•
– Synthese aus dem (geschachtelten) Relationenmodell und
objektorientierten Datenmodellen
– aktueller Datenbankstandard SQL-99 hat ein objektrelationales
Datenmodell
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-60
Historische Einordnung und Bezüge zwischen
den vorgestellten Datenmodellen
implementierungsnah
ab Mitte 1960
1970
abstrakt
HM
NWM
RM
ER
SQL
NF2
1980
SDM
OODM
1990
ODMG-93
2000
ORDM
SQL-99
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-62
Drei-Ebenen-Schema-Architektur
•
Externes Schema
–
•
Konzeptuelles Schema
–
•
Physisches Schema
–
Externes ... Externes
Schema
Schema
Konzeptuelles
Schema
Internes
Schema
Bem.: Anwendungsprogramme setzen
idealerweise auf einem externen Schema auf
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-63
Konzeptuelle Ebene
•
Flache Tabellen im Relationenmodell
– Attribute beschreiben Eigenschaften
– Beziehungen über Verweise auf Schlüsselattribute ausgedrückt
•
Beispiel:
– Tabellen für Bücherdaten
– Bezug über BuchID hergestellt
Buch BuchID Titel
Jahr
Autor Name
Saake
ISBN
Pos BuchID
2
4711
Schmitt 2
1369
Heuer
1
4711
1369
Objektdatenbanken
1997 3-8266-0258-7
Türker
3
1369
4711
Datenbanken
1995 3-8266-0619-1
Saake
1
1369
...
...
...
...
...
...
...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-65
Externe Ebene (1)
•
Flache Tabellen im Relationenmodell
– berechnet mittels Anfragen
•
Beispiel:
– Büchertitel sollen aufbereitet in einer flachen Tabelle präsentiert werden
Buchtitel
Autor
Pos Titel
Jahr
ISBN
Heuer
1
Datenbanken
1995
3-8266-0619-1
Saake
1
Objektdatenbanken
1997
3-8266-0258-7
Saake
2
Datenbanken
1995
3-8266-0619-1
Schmitt
2
Objektdatenbanken
1997
3-8266-0258-7
Türker
3
Objektdatenbanken
1997
3-8266-0258-7
...
...
...
...
...
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-66
Externe Ebene (2)
•
Geschachtelte Tabellen im NF2-Modell
– berechnet mittels Anfragen
•
Beispiel:
– Büchertitel sollen aufbereitet in einer geschachtelten Tabelle präsentiert
werden
Buchtitel Autoren Titel
Jahr
ISBN
{Autor}
Heuer
Saake
Datenbanken
1995 3-8266-0619-1
Saake
Schmitt
Türker
Objektdatenbanken
1997 3-8266-0258-7
...
...
...
Informationsmanagement, WS 2007/08
...
2-67
Physische Ebene
•
Interne Datenstrukturen für optimierten Zugriff
•
Beispiel:
Baumstruktur über
Autorennamen
+
Hash-Tabelle über
Buchtitel
...
Conrad
Türker
Weber
...
...
Saake
Schwarz
...
...
...
Saake
1
Saake
2
Türker
...
...
Türker
3
...
...
Informationsmanagement, WS 2007/08
...
...
100010
Datenbanken & Java
100011
Objektdatenbanken
...
...
110101
Datenbanken
...
...
2-68
Datenunabhängigkeit
•
Allgemeine Definition
–
•
Physische Datenunabhängigkeit
–
– Beispiel: "Autorennamen" über eine Hash-Tabelle indexieren
•
Logische Datenunabhängigkeit
–
– Beispiel: Tabelle "Autor" um eine Spalte "Adresse" erweitern
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-69
Datenbanksprachen
•
Datendefinitionssprache (DDL; Data Definition Language)
– zum Anlegen und Manipulieren des Datenbankschemas
– zur Spezifikation von Implementierungsdetails
•
Datenmanipulationssprache (DML; Data Manipulation Language)
– zum Einfügen, Ändern und Löschen von Datensätzen
•
Anfragesprache (QL; Query Language)
– zum Selektieren von Datensätzen
– deklarativ: Benutzer spezifiziert nur, welche Daten gesucht werden, nicht
aber wie die Daten gefunden werden sollen
– prozedural (oder navigierend): Benutzer muß auch angeben, wie die
Daten gefunden werden sollen
Informationsmanagement, WS 2007/08
2-71
Komponenten eines DBMS
(Vereinfachte Architektur)
DB-Administrator
Naive Benutzer
(Anwendungen)
DDL-Compiler
Query-Compiler
DML-Compiler
DML-Precompiler
Datendefiniton
Anfragen
Updates
Embedded SQL
Optimierer
Zugriffskontrolle
Scheduler
Auswertung
Data Dictionary
Recovery-Manager
Sichtdefiniton
Dateiorganisation
Ad-hoc Anfragen
& Updates
Plattenzugriff
DB
DB
Informationsmanagement, WS 2007/08
DB
Anwendungsprogrammier
DBMS
DBS
2-72
Weitere DBMS-Aspekte
•
– Immunität gegen Stromverlust, Laufzeit- und andere Fehler
– Wiederherstellung eines konsistenten Zustands nach Fehlerfall
•
– Paralleles Arbeiten am selben Datenbestand
– Gewährleistung der Konsistenz durch Koordination der Benutzer, ohne
dabei die Systemleistung drastisch zu reduzieren
•
– Ausschluß semantisch inkorrekter DB-Zustände durch Überwachung von
Integritätsbedingungen
(Beispiel: Arbeitnehmer müssen älter sein als 15 Jahre)
– Verhindern unerlaubter Datenbankzugriffe durch Überwachung von
Zugriffsrechten
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-73
Data Dictionary (1)
•
Data Dictionary (Systemkatalog) verwaltet die Metadaten
•
Metadaten zur Tabellenverwaltung
–
–
–
–
–
•
Metadaten zur Benutzerverwaltung
–
–
–
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-75
Data Dictionary (2)
•
Metadaten zur Anfragebearbeitung
–
–
•
Häufig: Data Dictionary ist selbst Teil der Datenbank
–
–
•
Verwaltete Objekte
–
–
–
–
Informationsmanagement, WS 2007/08

2-77