Sig Datum - WordPress.com

Datenbankentwurf

Das Telefonbuch als Datenbasis
Das herkömmliche Telefonbuch...
... ist eine Ansammlung vieler Daten
... besteht aus einzelnen Teilnehmern als Datensätze
... ist nach festem Schlüssel sortiert (Ort, Name, Vorname, ...)
... enthält keine Möglichkeit zum Eintragen, Ändern, Löschen oder Umsortieren
... ist deshalb nur eine Datenbasis, keine Datenbank.
Straße
ER-Modell „Telefonbuch“
Hausnr
Vorname
Name
Teilnehmer
 Eine Telefonbuch-CD...
... enthält exakt die gleiche Datenbasis wie das Telefonbuch
Nummer
Vorwahl
... ist durch die zusätzliche Software eine Datenbank
... kann durch Änderung der Sortierschlüssel wesentlich mehr Information bereitstellen:
landesweite Namensuche
Nachbarsuche (Adressbuch)
Rufnummeridentifikation (Datenschutzkonflikt!)
... hat (oft) keine Möglichkeit zum Ändern/Löschen/Hinzufügen von Datensätzen
Ort
Datenbankentwurf
Datenschutz
 Früher: alles ist erlaubt, was nicht verboten ist!
 Heute: alles ist verboten, was nicht erlaubt ist!
Das Bundesdatenschutzgesetz unterscheidet Datenverarbeitung
 bei Behörden und öffentlichen Stellen (z.B. Einwohnermeldeamt)
 bei nicht öffentlichen Stellen für eigene Zwecke (z.B. Banken)
 bei nicht öffentlichen Stellen für fremde Zwecke (z.B. Kundenkarte)
Jeder Bürger hat das Recht auf
 Auskunft über die gespeicherten Daten
 Berichtigung bzw. Sperrung oder Löschung von fehlerhaften Daten
Recht auf informationelle Selbstbestimmung, d.h.
Daten dürfen nur mit Einverständnis und für bestimmte Zwecke
gespeichert werden!
Beispiel:
Die Telekom darf Verbindungsdaten zum Zwecke der Rechnungsstellung speichern. Danach
müssen sie gelöscht werden. Eine Verwendung für andere Zwecke ist nur in Ausnahmefällen
erlaubt (Zugriff durch die Polizei?).
Datenbankentwurf
Datenbanken mit persönlichen Inhalten
 bei Behörden und öffentlichen Stellen
Einwohnermeldeamt
Polizei
Sozialamt
Finanzamt
...
 bei nicht öffentlichen Stellen für eigene Zwecke
Bank
Krankenkasse, Ärzte
Telekommunikationsunternehmen, Provider
Arbeitgeber, auch Schule?
Maut
...
 bei nicht öffentlichen Stellen für fremde Zwecke
Kundenkarte
Gewinnspiele
...
Datenbankentwurf
Eine Tabellenkalkulation als Datenbankwerkzeug
Eine Tabellenkalkulation ist in Ansätzen als Datenbankwerkzeug
einsetzbar:
 Es können Tabellen für die Datensätze angelegt werden
 Die Datenfelder sind (in Ansätzen) typisierbar
 Es besteht die Möglichkeit zur Umsortierung bzw. Suche
 Datensätze können direkt eingefügt/geändert und gelöscht werden
 Es existieren spezielle Datenbankbenutzeroberflächen
 Es existieren Schnittstellen zu anderen Datenbankwerkzeugen
 Es besteht die Möglichkeit, eigene Oberflächen zu erschaffen
... aber:
es besteht in der Regel keine Möglichkeit, Tabellen zu verknüpfen, Rechte gezielt zu vergeben
oder die Datenbank mehreren Nutzern gleichzeitig zur Verfügung zu stellen.
Datenbankentwurf
Datenbasis
Datenbank
DBMS
Datum
Datenfeld
Datensatz
Datenfeldname
ER-Diagramm
Primärschlüssel
Fremdschlüssel
Relationale DB
Sortierschlüssel
SQL
kleines Begriffslexikon
Die Gesamtmenge der abgespeicherten Daten.
Datenbasis + Software zur Eingabe, Verwaltung und Ausgabe
der Daten.
Datenbankmanagementsystem: Datenbank + vorgeschaltete
Software zum Regeln der Zugriffsrechte usw.
Eine Einzelinformation.
Spalte einer Datentabelle.
Zeile einer Datentabelle.
Überschrift einer Spalte der Datentabelle.
Entity-Relationship-Diagramm: grafisches Werkzeug zum
Modellieren einer Miniwelt (Objekte, Attribute und Beziehungen).
Datenfeld, das für jeden Datensatz der Tabelle einen unterschiedlichen Wert annehmen muss.
Datenfeld, dessen Wert in einer anderen Tabelle als
Primärschlüssel vorkommen muss.
Datenbankentwurf, bei dem einzelne Tabellen miteinander in
Beziehung stehen (durch Fremd- und Primärschlüssel).
Datenfeld, nach dem die Datensätze sortiert vorliegen.
Structured Query Language: Datenbanksprache zur
Kommunikation des Anwenders mit dem DBMS.
Datenbankentwurf
allgemeine Vorgehensweise
• Aufgabenstellung konkretisieren (Analyse der Realität/Miniwelt)
– Charakteristische Vorgänge, benötigte Informationen, ...
• Erstellen eines ER-Modells der Miniwelt
– Bestimmung der Objekte, Attribute, Relationen und Schlüssel
• Wahl des (Datenbank-) Werkzeugs
– Excel, Access, MySQL, ...
• Erstellen der Tabellen und Strukturen
– Tabellen und Felder anlegen, Attribute mit geeignetem Typ
festlegen, Schlüssel festlegen, ...
• evtl. Erstellung von Oberflächen
–
–
–
–
Excel: Maske / SVERWEIS
Access: Abfragen / Formulare / Berichte
MySQL: phpMyAdmin als Standardoberfläche
MySQL: eigene PHP-Internetseiten zum Eintragen / Abfragen / ...
• Daten eintragen, abfragen, ändern, auswerten, ...
Datenbankentwurf
ER-Diagramm CD-Liste Versuch 1
Probleme:
Titel
Interpret
CDnr
CD
Liedzahl
1.Die einzelnen Lieder sind nicht aufgeführt!
Laenge
2.Jede CD kann nur Lieder von einem
Interpreten enthalten!
Allgemeines zu ER-Diagrammen
(entity-relationship)
CD
Interpret
CDnr
Titel
Zahl
Text
1
Waterloo
2
The Wall
3
Interpret
Text
...
Laenge
Zahl
Abba
49:32
9
Pink Floyd
66:12
5
...
Attribut eines Objekts
Liedzahl
Zahl/Zeit
...
Objekt (entity)
...
CDnr
leitet
1
Schlüsselattribut eines
Objekts, muss für jedes Objekt
unterschiedlich sein!
Beziehung (relation)
zwischen 2 Objekten
Kardinalität der Beziehung
(1:1, 1:n, n:1 oder n:m)
Datenbankentwurf
ER-Diagramm CD-Liste Versuch 2
Titel
Titel
Interpret
CDnr
CD
Liedzahl
Interpret
Liednr
1
n
enthält
Lied
Redundanz!
Die Information
steht schon in der
CD-Liste!
Laenge
Probleme:
Laenge
1.Jede CD kann nur Lieder von einem
Interpreten enthalten!
2.Jedes Lied kann nur auf einer CD sein!
CDnr
Titel
Zahl
Text
1
Interpret
Text
To the bone
2
So far
3
...
Kinks
Bryan Adams
...
Laenge
Liedzahl
Zahl/Zeit
Zahl
49:32
67:12
...
Liednr
CDnr
Titel
Laenge
Interpret
Zahl
Zahl
Text
Zahl/Zeit
Text
12
1
2
Summer of `69
3:35
B.Adams
14
2
2
Heaven
4:03
B.Adams
3
1
...
Apeman
4:06
Kinks
Fremdschlüssel „CDnr“:
Der Eintrag im Datenfeld CDnr der Tabelle Lied muss als Primärschlüssel in der Tabelle CD vorkommen!
Datenbankentwurf
Auf jeder CD
können mehrere
Interpreten sein!
Titel
Interpret
CDnr
CD
Liedzahl
ER-Diagramm CD-Liste Versuch 3
Titel
Interpret
Liednr
1 m
Lied
n
enthält
Laenge
Laenge
Jede m:n - Relation
bekommt ihre eigene
Zuordnungstabelle!
Jedes Lied kann auf
mehreren CDs sein!
CDnr
Titel
Zahl
Text
Interpret
Text
1
To the bone
2
So far
3
...
Kinks
Bryan Adams
...
Laenge
Liedzahl
Cdnr
Liednr
Zahl/Zeit
Zahl
2
49:32
12
67:12
14
...
...
Liednr
CDnr
Titel
Laenge
Interpret
1
Zahl
Zahl
Text
Zahl/Zeit
Text
2
2
1
2
3:35
B.Adams
1
3
2
2
...
...
3
1
Summer of `69
Heaven
Apeman
4:03
4:06
B.Adams
Kinks
Datenbankentwurf
ER-Diagramm CD-Liste Versuch 4
Adresse
Name
Intnr
Plattenfirma
Umsatz
Adresse
Name
Pnr
m
Interpret
n
engagiert
1
1
vertreibt
nimmt
auf
CDnr
Interpret
Liednr
n
m
n
enthält
Lied
Eine m:n - Relation kann
auch Attribute besitzen!
Laenge
Titel
Ich will mehr
Information über
den Interpreten!
n
CD
Liedzahl
Alter
Position
Titel
Laenge
Datenbankentwurf
ER-Diagramm der Miniwelt Schule
name
raumart
raumnr
sitze
1
fach1
kuerzel
Raum
1
leitet
Lehrer
1
fach2
1
klassenname
schülerzahl
1
gehört
findet
statt in
Klasse
1
1
jahrgang
hält
1
wohnort
unr
snr
stunde
n
Schüler
name
n
gehört
zu
n
hat
Unterricht
tag
n
fach
Datenbankentwurf
Beispiel aus Datenbanken.pps (Dr.Becker)
Aufgabe: Worin besteht der Unterschied zwischen den beiden Modellen?
Leser
LNr
Name
Ausleihe
...
Leser
LNr
Name
Datum
Buch
Sig
Ausleihe
...
Datum
Autor
Buch
Sig
Autor
Datenbankentwurf
Aufgabe zu ER-Diagrammen
Miniwelt Sportverein
Ein Sportverein besteht aus Mitgliedern (z.B. Heike Drechsler, geb.23.3.1966, Karlsruhe), die zu bestimmten
Trainingszeiten (z.B. Montag, 19 Uhr, Leichtathletik, Frauen) teilnehmen und Sport treiben. Für das Training
stehen dem Verein verschiedene Sportstätten (z.B. Rasenplatz, große Halle, kleine Halle, Tennisplatz , ...) zur
Verfügung. Jede Sportstätte befindet sich an einem bestimmten Ort und hat Öffnungszeiten (z.B.
Schwimmbad, Herxheim, 9-21 Uhr).
Aufgabe: Erstellen Sie aus der obigen Beschreibung die Miniwelt Sportverein als ER-Diagramm! Sorgen Sie
bei den Objekten für sinnvolle Primärschlüssel und geben Sie auch jeweils die Art der Relation (1:1,1:n,...) an.
Miniwelt Bibliothek
Leihdatum
Titel
Standort
Jahr
Buch
Autor
n
BNummer
leiht
aus
m
Name
Benutzer
Wohnort
Alter
Rückgabedatum
Warum ist die Relation “leiht aus” eine m:n-Relation?
Welche Tabellen müssen anhand dieses Modells angelegt werden? Geben Sie für jede Tabelle den
Tabellennamen und die Namen und Typen der Datenfelder an.
Sorgen Sie für geeignete Primärschlüssel für die Tabellen!
Datenbankentwurf
Umsetzung eines ER-Diagramms in Tabellen
• Jedes Objekt braucht eine eigene Tabelle
– Die Attribute des Objekts sind die Datenfelder.
– Jedes Datenfeld bekommt einen Datentyp: Speicherbedarf, Vorgriff
auf die Variablentypen der Programmiersprachen.
– Ist das Objekt auf der „n-Seite“ einer (1:n) - Beziehung, so kommt
der Primärschlüssel des Beziehungsobjekts als Fremdschlüssel
hinzu.
– Ist das Objekt Teil einer (1:1) - Beziehung, so kommt (zur
Redundanzvermeidung) nur bei einem der beiden Objekte der
Primärschlüssel des jeweils anderen Objekts hinzu.
– Bei (m:n) - Beziehungen kommt nichts hinzu, denn:
• Jede (m:n) - Beziehung braucht eine eigene Tabelle
– Die Primärschlüssel der beiden dazugehörigen Objekte tauchen als
Fremdschlüssel auf.
– Alle weiteren Attribute der Beziehung tauchen als Datenfeld auf.
Datenbanksystem
DB
Sammlung von
Daten
DB
VS
Software zur
Verwaltung der
Daten
Anwender
Anwender
Datenbanksystem
Ein Datenbanksystem ist eine systematisch strukturierte,
langfristig verfügbare Sammlung von Daten (DB)
einschließlich der zur sicheren Bearbeitung und Verwaltung
dieser Daten erforderlichen Software (DBVS).
Datenbanksysteme sind überall
Beispiele:
- Bibliothek
- Bank
- Reisebüro: Buchungssystem
- Bahn: Auskunftssystem
- Suchmaschine im Internet
- ...
Das Modellierungsproblem
Miniwelt
Zustand:
Gerd Müller ist registrierter
Leser der Bibliothek. Er hat
am 12.2.2002 das Buch
„Fußball ist mein Leben“
von Franz Beckenbauer
ausgeliehen. ...
DB-Modellwelt
?
Vorgang:
Gerd Müller gibt das Buch
... zurück.
Informationen über die
Miniwelt
Ziel: Repräsentation von Information
Repräsentation mit Tabellen
Information:
Gerd Müller ist registrierter Leser der Bibliothek. Er hat am 12.2.2002 das
Buch „Fußball ist mein Leben“ von Franz Beckenbauer ausgeliehen.
Repräsentation:
Sig
Autor
F1 Beckenbauer
I2 Gaardner
...
Titel
Fußball ist
Sofies Welt
Jahr
Name
1980 Müller
1995 Müller
Vorname
Wohnort
Gerd
München
Peter
Landstuhl
Straße
Ausleihdatum
Kirchstr. 13
02.02.02
Hauptstr. 7
18.01.02
Redundanz und Inkonsistenz
Ausleihen
Sig
I1
I2
D1
D2
Autor
Balzert
Gaardner
Musil
Kafka
Titel
Informatik
Sofies Welt
Der Mann
ohne
Das Schloß
Jahr
1999
1995
1978
1990
Ausleihdatum
02.02.2002
18.01.2002
16.02.2002
31.12.2001
Name
Schreiner
Müller
Schreiner
Müller
Vorname
Rudolf
Peter
Rudi
Peter
Wohnort
Bann
Landstuhl
Bann
Landstuhl
Straße
Kirchstr. 13
Hauptstr. 7
Kichstr. 13
Hauptstraße 7
Das Tabellenmodell ist redundant: Informationen werden hier z.
T. mehrfach repräsentiert.
Eine Transaktion (Ändern) führt leicht zu inkonsistenten
Modellen: Informationen werden auf unterschiedliche Weise
repräsentiert.
Verknüpfte Tabellen
Primärschlüssel
LNr
0
1
2
3
...
13
14
15
Sig
D1
D2
D3
D4
D5
M1
M2
M3
P1
P2
P3
Ph1
Ph2
Ph3
Name
Christ
Eberle
Friedrich
Frisch
Vorname
Benjamin
Gerrit
Andy
Johannes
Teubner
Thielen
Wollenweber
Ruth
Clemens
Lisa
Autor
Goethe
Mann
Mann
Kafka
Grass
Euklid
Singh
Padberg
Heisenberg
Einstein
Weinberg
Gardner
Kant
Russell
Titel
Faust
Dr. Faustus
Der
Zauberberg
Das
Schloss
Ein weites Feld
Die Elemente
Fermats letzter
Satz
Elementare
Zahlentheorie
Der Teil und
das
Ganze
Relativitätsthe
orie
Die ersten drei
Minuten
Sofies Welt
Kritik der
reinen
Geschichte der
Philosophie
GebJahr
83
84
83
84
Stamm
kursleit
ROE
TM
HB
TM
84 HEI
84 TM
84 TM
Jahr
1973
1937
1940
1930
1997
1970
1998
1999
1955
1960
1989
1995
1958
1952
Fachbereich
Deutsch
Deutsch
Deutsch
Deutsch
Deutsch
Mathematik
Mathematik
Mathematik
Physik
Physik
Physik
Philosophie
Philosophie
Philosophie
Fremdschlüssel
LNr
Ausleihdatum
2
16.01.02
5
30.12.01
3
25.02.02
12
03.03.02
2
18.01.02
Die Verknüpfung von Tabellen erfolgt mit Hilfe von Schlüsseln.
Verknüpfte Tabellen
Leser
Buch
Ausleihe
LNr
0
1
2
3
...
13
14
15
Name
Christ
Eberle
Friedrich
Frisch
Vorname
Benjamin
Gerrit
Andy
Johannes
Teubner
Thielen
Wollenweber
Ruth
Clemens
Lisa
Sig
D1
D2
D3
...
Ph1
Ph2
Ph3
Autor
Goethe
Mann
Mann
LNr
4
8
11
13
13
14
15
Gardner
Kant
Russell
Sig
D2
M1
P1
D5
Ph2
D1
M3
GebJahr
83
84
83
84
Stamm
kursleit
ROE
TM
HB
TM
84 HEI
84 TM
84 TM
Titel
Faust
Dr. Faustus
Der Zauberberg
Sofies Welt
Kritik der reinen Vernunft
Geschichte der
Philosophie
Datum
29.10.01
03.11.01
16.08.01
12.09.01
12.09.01
06.12.01
12.10.01
Jahr
1973
1937
1940
Fachbereich
Deutsch
Deutsch
Deutsch
1995 Philosophie
1958 Philosophie
1952 Philosophie
Tabellenspezifikation
Leser:
LNr
0
1
2
3
...
13
14
15
Name
Christ
Eberle
Friedrich
Frisch
Vorname
Benjamin
Gerrit
Andy
Johannes
Teubner
Thielen
Wollenweber
Ruth
Clemens
Lisa
GebJahr
83
84
83
84
Stamm
kursleit
ROE
TM
HB
TM
84 HEI
84 TM
84 TM
Das logische Schema einer Tabelle wird durch eine endliche
Menge von Attributspezifikationen (Attributname; Datentyp)
festgelegt.
TABELLE Leser
LNr:
Name:
Vorname:
GebJahr:
Stammkurs:
Zahl
Zeichenkette
Zeichenkette
Zahl
Zeichenkette
Datentypen / Datenstrukturen
Ein Datentyp legt einen Wertebereich fest einschließlich der
Operationen, die auf die Werte angewandt werden dürfen.
Bsp.: Datentyp Zahl
Eine Datenstruktur legt den Aufbau von komplexen
Wertebereichen aus elementaren Wertebereichen fest.
Bsp.: Datenstruktur Tabelle (bzw. Relation)
Relation
Eine Relation kann in Tabellenform dargestellt werden.
{
}
(1; “Meier”; “Karin”),
(2; “Schmitt”; “Otto”),
(3; “Breuer”; “Hans”)
LNr
Name
1 Meier
2 Schmitt
3 Breuer
Vorname
Karin
Otto
Hans
Beachte:
Die Reihenfolge der Zeilen (Tupel) ist ohne Bedeutung.
Die Reihenfolge der Spalten (Attribute) ist ohne Bedeutung.
Relationale Datenbank
Eine relationale Datenbank besteht aus einer endlichen
Menge von Relationen.
Bem.: Das relationale Datenmodell wurde 1970 von E. F.
Codd entwickelt.
Datenbank Bibliothek:
- Relation Leser
- Relation Buch
- Relation Ausleihe
Schlüssel
Primärschlüssel:
Ein (Primär-) Schlüssel für eine Tabelle ist ein Attribut oder eine
Attributkombination, mit dem / mit der jeder Datensatz der
Tabelle eindeutig identifiziert werden kann. Schlüssel müssen
immer minimal gewählt werden; d. h. man kann auf kein
Attribut verzichten.
Leser
LNr
0
1
2
3
...
13
14
15
Ausleihe
Name
Christ
Eberle
Friedrich
Frisch
Vorname
Benjamin
Gerrit
Andy
Johannes
Teubner
Thielen
Wollenweber
Ruth
Clemens
Lisa
GebJahr
83
84
83
84
Stamm
kursleit
ROE
TM
HB
TM
84 HEI
84 TM
84 TM
LNr
4
8
11
13
13
14
15
Sig
D2
M1
P1
D5
Ph2
D1
M3
Datum
29.10.01
03.11.01
16.08.01
12.09.01
12.09.01
06.12.01
12.10.01
Schlüssel
Fremdschlüssel:
Wird ein Primärschlüssel einer Tabelle in einer anderen Tabelle
benutzt, so stellt er dort einen Fremdschlüssel dar. Mit Hilfe von
Fremdschlüsseln werden Bezüge zwischen Tabellen hergestellt.
Ausleihe
LNr
4
8
11
13
13
14
15
Sig
D2
M1
P1
D5
Ph2
D1
M3
Datum
29.10.01
03.11.01
16.08.01
12.09.01
12.09.01
06.12.01
12.10.01
Referentielle Integrität
Buch
Ausleihe
Sig
D1
D2
D3
...
Ph1
Ph2
Ph3
LNr
4
8
11
13
13
14
15
Autor
Goethe
Mann
Mann
Gardner
Kant
Russell
Sig
D0
M1
P1
D5
Ph2
D1
M3
Titel
Faust
Dr. Faustus
Der Zauberberg
Sofies Welt
Kritik der reinen Vernunft
Geschichte der
Philosophie
Jahr
1973
1937
1940
Fachbereich
Deutsch
Deutsch
Deutsch
1995 Philosophie
1958 Philosophie
1952 Philosophie
Datum
29.10.01
03.11.01
16.08.01
12.09.01
12.09.01
06.12.01
12.10.01
Referentielle Integrität
Wenn in einer Tabelle ein Fremdschlüssel vorhanden ist, dann
muss jeder Fremdschlüsselwert auch als Primärschlüsselwert in
der korrespondierenden Tabelle vorkommen.
Übungen - Aufgabe 1
Miniwelt „Schule“
Herr P. Müller (MP) unterrichtet die Klasse 5a (Raum M21) in den
Fächern Mathematik und NWU. Frau A. Albrecht (AL) unterrichtet die
5a in Französisch. Sie ist auch Klassenlehrerin der 5a. Die
Französischstunden finden Mo 3 | Di 2 | Mi 6 | Fr 1 statt. (...)
Entwerfen Sie ein relationales Datenmodell zu dieser Miniwelt und
implementieren Sie es mit Access. Erstellen Sie hierzu die
entsprechenden Tabellen (in der Entwurfsansicht), geben Sie einige
Testdaten ein und verknüpfen Sie die Tabellen (Primärschlüssel
festlegen und Beziehungen knüpfen).
Aufgabe 1 - Lösungsvorschlag
Miniwelt „Schule“
Herr P. Müller (MP) unterrichtet die Klasse 5a (Raum M21) in den
Fächern Mathematik und NWU. Frau A. Albrecht (AL) unterrichtet die
5a in Französisch. Sie ist auch Klassenlehrerin der 5a. Die
Französischstunden finden Mo 3 | Di 2 | Mi 6 | Fr 1 statt. (...)
Kürzel
AL
BEC
MP
...
Name
Albrecht
Becker
Müller
Bez
5a
5b
5c
...
Klasse
5a
5a
5a
5a
5a
...
Stufe
Vorname
Anni
Klaus
Peter
5
5
5
Klassenlehrer
AL
MP
BEC
Fach
FR
FR
FR
FR
NWU
AL
AL
AL
AL
MP
Telefon
45678
12345
23456
Lehrer
Tag
DI
FR
MI
MO
MI
Stunde
3
2
6
1
1