1. Datenbanken – Einführung 1.1 Redundanz und Inkonsistenz

1. Datenbanken – Einführung
1.1 Redundanz und Inkonsistenz Erklären Sie die Bedeutung beider Begriffe und erläutern Sie mittels eines Beispiels aus der Praxis
deren negativen Folgen. (4 Punkte)
Redundanzen sind fehlerhafte oder schlecht geformte Datenbanken. Redundanzfreie Datenbanken sind daher Datenbanken in
denen alle sich wiederholende Informationen beseitigt und auf einen einzelnen Eintrag reduziert wurden. Ein Informations-Schwund darf
dabei nicht entstehen. In Ausnahmefällen kann eine „Kontrollierte Redundanz“ in zB SQL Datenbanken die Geschwindig/Übersicht/Leistung
erhöhen. Grundsätzlich sollen Redundanzen immer Vermieden werden.
Beispiel
Bei Doppelexistenz von Daten wird in der Praxis oft vergessen beide Einträge zu Editieren, zB bei Veränderungen. Außerdem
sind Tippfehler schwerer zu finden.
In der Informatik bedeutet Inkonsistenz von Daten Abweichung zwischen verschiedenen Daten. Sobald Zusammenhänge
zwischen Einträgen nicht mehr eindeutig sind, meist wegen Fehlern verbunden mit dem Verbindungsschlüssel. Falls dieser auf zu
wenig/falsche oder zu viele Einträge verweist.
Beispiel
Bei Inkonsistenzen können von falschen Lieferadressen bis Verlinkungsfehlern bei Preisen hohen Firmenkosten entstehen.
1.2 Beschreiben Sie die 3-Schichten-Architektur aktueller Datenbanksysteme. Erklären Sie dabei auch physische und logische
Datenunabhängigkeit. (7 Punkte)
1.
Externe Ebene
Konzeptionelle Ebene
physische Sicht auf die Daten, die interne Ebene
Dies ist die oberste Ebene der Anwedung. In der Ansichtsebene werden Informationen angezeigt die sich
auf Dienste beziehen. Warenkauf, Einkaufswagen, oder Preisänderungen. Diese Ebene ist mit den anderen
Ebenen verknüpft um die Informationen in einem Client oder Browser ausgeben zu können. Benutzer
können über die Ansichtsebene mit der Datenbank interagieren.
2.
logische Gesamtsicht auf die Daten, die konzeptionelle Ebene
Die Konzeptionelle Ebene wird aus der Präsentationseben abgeleitet und als eine eigene Ebene steuerte sie
die Funktionalität einer Anwendung durch Ausführen der eingebenen Befehle.
3.
Interne Ebene
Die Interne Ebene steuert Datenfreigabe, den Server und Zugriffsschichten. Durch die Vermeidung von
Abhängigkeiten von den Speichermechanismen können Aktualisierungen oder Änderungen vorgenommen
werden, ohne dass die Benutzer der Anwendungsebene von der Änderung betroffen sind oder in Kenntnis
gesetzt werden. Bei der Trennung jeder Ebene entstehen Kosten für die Implementierung und oft Kosten
für die Leistung im Austausch für verbesserte Skalierbarkeit und Wartbarkeit.
4.
Physikalische
Unabhängigkeit:
Physikalisch
„Höhere Ebenen einer Datenarchitektur sind unberührt von Verändrungen auf der nächst tieferen Ebene.“ gitta.info
Die physische Datenunabhängigkeit befasst sich mit dem Ausblenden der Details der Speicherstruktur aus
Benutzeranwendungen. Die Anwendung sollte nicht in dessen Problemen miteinbezogen werden.
5.
Logische
Unabhängigkeit:
Benutzersichten auf die Daten, die externe Ebene
Logisch
Eine logische Struktur von Daten wird als "Schema-Definition" beschrieben. Wenn eine
Benutzeranwendung auf einer Untermenge der Attribute einer Relation zugreift, sollte sie später nicht
beeinflusst werden, wenn neue Attribute zu dieser Relation hinzugefügt werden. Die logische
Datenunabhängigkeit zeigt an, dass das konzeptionelle Schema geändert werden kann, ohne die bereits
vorhandenden Schemata zu beeinflussen.
1.3 Vergleichen Sie Dateisysteme mit Datenbanksystemen Was sind die Schwächen von Dateisystemen? Wodurch können
Datenbanksysteme die Schwächen von Dateisystemen kompensieren? Was sind die charakteristischen Eigenschaften von und Vorteile
von Datenbanksystemen? (6 Punkte)
Grundsätzlich wird eine Datenbank zum Abspeichern von zusammenhängenden, strukturierten Daten mit wohldefinierten Datenformaten
in effizienter Weise zum Einfügen, Aktualisieren und Abrufen benutzt. Außerdem ist ein Dateisystem ein unstrukturierter Datenspeicher
zum Speichern von willkürlichen, wahrscheinlich nicht verwandten Daten. Das Dateisystem ist Globaler und Datenbanken werden auf den
allgemeinen Datenspeicherungsdiensten des Dateisystems erstellt.
Bei sehr komplexen Operationen ist das Dateisystem im Normalfall langsam.
Datenbankmanagementsystem Vorteile:
+ Tabellen sind miteinander verwandt
+ SQL-Abfrage- / Datenverarbeitungssprache
+ Server-Implementierung (Eine Art von vorgepeicherte Erweitungen)
Bei der Handhabung kleiner Datensätze mit beliebigen, wahrscheinlich nicht verwandten Daten sind die Daten effizienter angelegt als in
der Datenbank. Einfache Operationen wie lesen, schreiben, Dateivorgänge sind dabei schneller und einfacher.
1.4 Erklären Sie folgende Begriffe aus dem Bereich Datenmodelle und Datenbanken: Datenmodell Datenbankschema Datenbank
Management System Datenbasis Datenbanksystem (5 Punkte)
Datenmodell
Datenbankschema
Ein Datenmodell ist ein abstraktes Modell, das Datenelemente organisiert und standardisiert und der
Eigenschaften und Beziehungen verwaltet. Zum Beispiel kann ein Datenmodell mit dem Datenelement identisch
sein.
Das Datenbankschema eines Datenbanksystems ist seine Struktur. Diese wird in einer vom
Datenbankverwaltungssystem unterstützten Formsprache beschrieben wird. Der Begriff "Schema" bezieht sich
auf die Organisation von Daten als Entwurf für den Aufbau der Datenbank (bei relationalen Datenbanken in
Datenbanktabellen aufgeteilt).
Datenbank
Management
System
Ein Datenbank Management System ermöglicht Endbenutzern das Lesen , Erstellen, Löschen und Aktualisieren
von Daten in einer Datenbank. Das DMS ist ein Organisationsystem, die für die Entwicklung und Implementierung
von Datensystemen benutzt wird.
Datenbasis
Eine Datenbank ist eine strukurierte Ansammlung von Daten. Eine relationale Datenbank dagegen ist eine
Sammlung von Tabellen, Schemas, Abfragen und diversen anderen Funktionen.
Datenbanksystem
Ein Datenbanksystem wird für die Datenverwaltung benutzt. Datenmengen müssen hierbei effizient,
widerspruchsfrei (frei von Redundanz und Inkonsistenz) gespeichert werden.
1.5 Nennen Sie die 4 Phasen des Datenbankentwurfs und erklären Sie folgende beiden Phasen genauer:
Konzeptueller Entwurf (4 Punkte)
Externe Phase
Anforderungsanalyse
Informationsbeschaffung
Die Anforderungsanalyse umfasst jene Aufgaben, die die Bedürfnisse oder Bedingungen für ein neues oder
verändertes Projekt unter Berücksichtigung der Anforderungen der verschiedenen Analysen und
Dokumentation betrifft. Systemanforderungen und DBMS muss auch berücksichtigt werden.
Konzeptionaller
Entwurf
Semantisches Modell
Logischer Entwurf
Logisches Datenmodell
Physische Phase
Datenbankschema
In diesem Entwurf werden die in der vorherigen Phase ermittelten Bedürfnisse als Grundlage für die
Entwicklung des neuen Systems herangezogen. Die Anforderungen werden hiermit in ein technologisch
umsetzbares Design umgewandelt mithilf von Entwürfen.