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DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Übersicht Inhalt: Überblick Entity Relation Ship Diagramm Attribute Relationenmodell (Tabellendarstellung) Normalisierung Integritätsbedingungen Christoph Riewerts Seite 1 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Überblick Phasen: Begriffe/Merkmale: Analyse-Phase Informationsobjekte ERD (oder auch ERM) Design-Phase Tabellen Datenbankschema Integritätsbedingung Programmier-Phase Datensätze, Indizes Speicherstrukturen Seite 2 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm ER-Diagramm (ERD): Ein ER-Diagramm ist die grafische Darstellung von Informationsobjekten (auch Entitäten genannt) und deren Beziehungen untereinander (Peter Chen). Informationsobjekt: Ein Informationsobjekt ist ein individuelles und identifizierbares Exemplar von Dingen, Personen oder Begriffen der realen oder der Vorstellungswelt. • gezeichnet im ERD als Rechteck • Namensvergabe: Substantiv • wird durch Attribute näher beschrieben • Beispiele (für Personen, Dinge, Aktionen und abstrakte Begriffe): Kündigung Mitarbeiter Projekt Bestellung Fertigmeldung Artikel Abteilung Seite 3 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm Beziehung: Eine Beziehung assoziiert wechselseitig zwei (oder mehr) Entitäten (Informationsobjekte): • gezeichnet im ERD als Raute mit einer Linie zur jeweiligen Entität • Namensvergabe: – Verb, um die Darstellung Entität-Beziehung-Entität von links nach rechts lesen zu können oder – Substantiv, wenn aus Gründen der Vereinheitlichung ein Hauptwort gefordert ist oder mehr als 2 Entitäten assoziiert sind. • wird durch Attribute näher beschrieben • Es gibt drei Typen von Beziehungen (nach Chen): 1:1, 1:n und n:m, die man mit dem Konditionalzeichen c erweitern kann, so dass Kann- und Muss-Beziehungen unterschiedlich dargestellt werden können, wie z.B. 1:c, 1:mc und n:mc mit n = 1,2,3,4,… und m = 1,2,3,4,… c = 0 oder 1 und mc = 0,1,2,3,4,… Seite 4 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm 1:1-Beziehung (Muss-Beziehung) 1:c-Beziehung (Kann-Beziehung) 1:n-Beziehung (Muss-Beziehung): Zu jedem Vater gibt es ein oder mehrere Kinder, jedes Kind hat genau einen Vater. 1:mc-Beziehung (Kann-Beziehung): Es gibt Männer, die haben keine Kinder. Seite 5 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm n:m-Beziehung (Muss-Beziehung): Ein Schüler muss mindestens einen Kurs besuchen. Umgekehrt muss jeder Kurs von mindestens einem Schüler belegt werden. nc:mc-Beziehung (Kann-Beziehung): Ein Schüler kann ein Fach oder mehrere Fächer belegen, ein Fach kann von mehreren Schülern belegt sein, jedoch auch von keinem. Implizite Beziehung: (heißt im INNOVATOR „hierarchische Beziehung“) 1 Buch gibt es als mc Bibliotheksexemplar Seite 6 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm Implizite Beziehung (is part of): Implizite Beziehung (is a): • Artikel auf Lager oder auch nicht • Geschäftspartner kann ein Lieferant oder ein Kunde sein. 1 n Rechnung 1 Sortimentsartikel Rechnungsposition enthält c Lagerartikel ist vorh. als c Lieferant 1 Geschäftspartner ist ein c Kunde Rekursive Beziehung (mit Rollenbezeichnungen): c Baugruppe besteht aus Bauteil mc Teil Mitarbeiter c ist Chef von Vorgesetzter mc Mitarbeiter Untergebener Seite 7 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm Gegenüberstellung von (1,m,n)- und (min, max)-Notation: Eine Beziehung R = (E1, E2) wird in der (min, max)-Notation durch Angabe der zwei Komplexitätsgrade Comp(E1, R) und Comp(E2, R) beschrieben, wobei für die Eckwerte von min und max gilt: 0 ge min ge 1 ge max ge * mit ge = grössergleich: (1,M,N)-Notation Weitere alternative Darstellungsformen der Kardinalität („Krähenfüße“): (min, max)-Notation Comp(E1, E2) Comp(E1, R) Comp(E2, R) 1:1 (1,1) (1,1) 1:c (0,1) (1,1) 1:n (1,*) (1,1) 1:nc (0,*) (1,1) mc:nc (0,*) (0,*) Bitte bei (min, max)-Notation Umkehrung beachten! Seite 8 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm Übung: Tragen Sie in das nebenstehende ERD zusätzlich die (min, max)-Notation ein. Lieferant 1 besitzt c Konto 1 erhält mc Bestellung nc enthält m Artikel 1 besteht aus n Bestellposition Seite 9 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Attribute Attribute von Entitäten: • Identifizierende Attribute (Schlüsselattribute): – Primärschlüssel (i. d. R. durch Unterstrich gekennzeichnet, obligatorisch, kann zusammengesetzt sein) – Sekundärschlüssel (alternativer Primärschlüssel) – Fremdschlüssel (existiert in anderen Entitäten als Primärschlüssel) • Beschreibende Attribute (sind optional): – sollten funktional vom Primärschlüssel abhängen (2.Normalform) – sollten untereinander nicht funktional abhängen (3. Normalform) • Darstellung: – als Liste Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum) – in einer Ellipse als Erweiterung im ERD: Kontostand Kontonr Konto Seite 10 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Attribute Attribute von Beziehungen: • Primärschlüssel von den assoziierten Informationsobjekten ( = Fremdschlüssel) • Beschreibende Attribute (sind optional) • Beispiel: n:m-Beziehung Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum, ..) Projekt = (Projekt-ID, Projektlaufzeit, ..) Primärschlüssel Mitarbeiter n Primärschlüssel arbeitet in mc Projekt arbeitet in = (Pers-Nummer, Projekt-ID, Kapazität) Kapazität ist ein beschreibendes Attribut Seite 11 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Relationenmodell Relationenmodell: • Beim Übergang von der Analyse zum Design und damit bei der Wahl einer Relationalen Datenbank wird das Datenmodell in ein Relationenmodell überführt. • In einer relationalen Datenbank sind alle Informationen explizit auf der logischen Ebene genau auf eine Art repräsentiert: als Werte in Tabellen (= Relationen) (E.F. Codd) Primärschlüssel • • • Reihenfolge der Zeilen und Reihenfolge der Spalten sind ohne Bedeutung. Die Raute des Informationsmodells wird umgesetzt und erscheint als FremdschlüsselBeziehung in einer Tabelle. Attributwerte sind immer vom gleichen Typ (Domäne) Vormerkung BuchSignatur Name Datum SN-32 Mayer 01.02.2007 BB-45 Mayer 01.02.2007 AW-90 Müller 06.02.2007 SN-32 Müller 13.02.2007 Ausprägung (Tupel) Attribute (Spalte) Seite 12 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Relationenmodell 1:n Beziehung im Relationenmodell: Der Primärschlüssel der 1-Relation erscheint als zusätzliches Attribut in der n-Relation und wird dort als Fremdschlüssel bezeichnet: Abteilungs-_ Kürzel Abteilung Tabelle Name Anzahl MA 1 beschäftigt n AngestellterID Angestellter Seite 13 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Relationenmodell Übung zur 1:n Beziehung im Relationenmodell: Wie sehen die 2 Tabellen aus incl. Fremdschlüssel, wenn man die Relation „beschäftigt“ nicht dem Angestellten zuordnet - wie vorgeschrieben - , sondern der Abteilung (s. Bild)? Diskutieren Sie diese Alternative. Abteilungs-_ Kürzel Abteilung Tabelle Name Anzahl MA 1 beschäftigt n AngestellterID Angestellter Seite 14 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Relationenmodell Mehrfachattribute: • Sind in der 1. Normalform (s. Normalisierung) nicht erlaubt • Beispiel: Mitarbeiter ist in mehreren Wohnorten gemeldet Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adressen, Name) • Lösung 1, wenn Anzahl der Wohnsitze begrenzt und bekannt Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adresse1, Adresse2, Adresse3, Name) • Lösung 2 (Entität statt Attribut) Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Name) Adresse = (Wohnsitz) • Frage: wenn jetzt mehrere Mitarbeiter dieselbe Adresse haben? Seite 15 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Relationenmodell n:m Beziehung im Relationenmodell: Aus einer n:m Beziehung im Datenmodell werden zwei 1:n Beziehungen mit einer sogenannten Beziehungsentität: Mitarbeiter Tabelle n arbeitet in mc Projekt Seite 16 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung Unnormalisierte Tabelle: • Redundante Datenhaltung • Speicheroperationen wie Neuzugang, Löschen und Aktualisieren können zu einer inkonsistenten Datenhaltung führen • Schwierige Handhabung (z.B. wegen der Mehrfach-Attribute) Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname 112224 Meyer E7 Entwicklung 80 20 S30001 S30002 SW-Installation HW-Installation 112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz 112226 König K Konstruktion 20 80 S30020 S30021 PM-Einsatz CASE-Konzept 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf 100 S30022 PC-Angebot Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 1. Normalform. Seite 17 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung 1. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 1. Normalform, wenn jedes Attribut zu einem bestimmten Schlüsselwert höchstens einen(!) Attributwert besitzt Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname 112224 Meyer E7 Entwicklung 80 S30001 SW-Installation 112224 Meyer E7 Entwicklung 20 S30002 HW-Installation 112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz 112226 König K Konstruktion 20 S30020 PM-Einsatz 112226 König K Konstruktion 80 S30021 CASE-Konzept 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf 100 S30022 PC-Angebot Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 2. Normalform. Seite 18 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung 2. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 2. Normalform, wenn sie in der 1. Normalform ist und jedes nicht dem Schlüssel angehörende Attribut funktional abhängig ist vom Gesamtschlüssel, nicht aber von einzelnen Schlüsselteilen. Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Projektzugehörigkeit 112224 Meyer E7 Entwicklung 112225 Graf K Konstruktion 112226 König K Konstruktion 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf Projekt Projektnr Projektname S30001 SW-Installation S30002 HW-Installation S30020 PM-Einsatz S30021 CASE-Konzept S30022 PC-Angebot MA-Nr. Projektnr Zeit [%] 112224 S30001 80 112224 S30002 20 112225 S30020 100 112226 S30020 20 112226 S30021 80 112227 S30022 100 Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle(n) in die 3. Normalform. Seite 19 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung 3. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 3. Normalform, wenn sie in der 2. Normalform ist und jedes Attribut direkt vom Schlüssel abhängig ist. Abteilung Mitarbeiter MA-Nr. Name 112224 Meyer E7 112225 Graf K 112226 König K 112227 Keiser ZEU Projekt Projektnr Abt-Nr Abt-Nr Projektname S30001 SW-Installation S30002 HW-Installation S30020 PM-Einsatz S30021 CASE-Konzept S30022 PC-Angebot Abt-Name E7 Entwicklung K Konstruktion ZEU Zentraleinkauf Projektzugehörigkeit MA-Nr. Projektnr Zeit [%] 112224 S30001 80 112224 S30002 20 112225 S30020 100 112226 S30020 20 112226 S30021 80 112227 S30022 100 Seite 20 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung Übung: Kennzeichnen Sie in den vier Tabellen aus dem Normalisierungsbeispiel (s.v.) diejenigen Attribute, die Fremdschlüssel sind. Wandeln Sie danach die Tabellen in ein ERD um unter Verwendung der Tabellennamen für die Entitäten. Die richtigen Kardinalitäten können aus den Beispieleinträgen abgeleitet werden. Spezifizieren Sie abschließend bitte noch den Prozess „Mitarbeiter-Tabelle zusammenstellen“, der aus den einzelnen Attributen der normalisierten Tabellen die unnormalisierte Mitarbeiter-Tabelle erzeugt. Verwenden Sie dazu das DFD (mit dem Innovator) und modellieren Sie die normalisierten Tabellen als Datenspeicher. Seite 21 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Integritätsbedingungen Integritätsbedingungen sind notwendig, um mit den Abhängigkeiten der Tabellen (Fremdschlüsselbeziehungen) „richtig“ umgehen zu können: • Anwendungsbezogene Integrität (domain integrity): – Zwischen den Attributen bestehen inhaltliche Abhängigkeiten, z.B. Summenattribut – Wertebereich von Attributen soll eingehalten werden – Zwei Beziehungen sollen sich gegenseitig ausschließen – …. • Ganzheitliche Integrität (entity integrity): – Kein Attribut, das Teil eines Primärschlüssels einer Tabelle ist, darf Nullwerte annehmen. • Referenzielle Integrität / Beziehungsintegrität (referential integrity): – Für jeden vom Nullwert verschiedenen Fremdschlüssel muss ein entsprechender Primärschlüssel aus derselben Domäne existieren. – Für jeden Fremdschlüssel sind festzulegen: • Darf der Fremdschlüssel Nullwerte annehmen? • Was soll mit dem Fremdschlüssel geschehen, wenn der Primärschlüssel gelöscht bzw. modifiziert wird? Seite 22 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Integritätsbedingungen Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 1.) Weitergabe der Löschung (CASCADE), d.h. alle Tupel der Tabelle mit einem Fremdschlüssel, der dem gelöschten Primärschlüssel entspricht, werden ebenfalls gelöscht. Seite 23 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Integritätsbedingungen Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 2.) Bedingte Löschung (RESTRICT, default), d.h. ein Tupel in der Tabelle mit dem Primärschlüssel kann nur dann gelöscht werden, wenn in der referierenden Tabelle kein Tupel mehr mit einem Fremdschlüssel existiert, der dem Primarschlüssel entspricht. Seite 24 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Integritätsbedingungen Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 3.) Nullsetzen bei der Löschung (SET NULL), d.h. alle Fremdschlüsselwerte, die dem Primärschlüssel entsprechen, werden in der referenzierten Tabelle zu Null gesetzt. Seite 25 DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012 Informationsmodellierung Normalisierung Lösung der Übungsaufgabe aus dem Vorlesungsskript, speziell das DFD: Seite 26
