Das relationale Modell (Teil 1)

WS 2010/11
Datenbanksysteme
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Vorlesung #2
Das relationale Modell
(Teil 1)
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„Fahrplan“
Feedback Vorlesung#1
Das relationale Modell
Einordnung (wir überspringen die Modellierung,
das kommt im 4. Semester „Datenmanagement“)
Definition, Relationenschema, Ausprägung
Relationale Abfrage-Sprachen (relationale
Algebra, Kalkül)
Fazit und Ausblick Vorlesung #3
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Vorlesung #2 - Das relationale Modell
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Organisatorisches
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Übungsaufgaben vertiefen den
Vorlesungsstoff und beziehen sich nichts auf
das Praktikum
Praktikum
Praktikumsaufgaben sind von Vorlesungen und
Übungen „entkoppelt“.
Es wird erst nach der SQL-Einführung richtig los
gehen
Diejenigen, die sich mit SQL auskennen
können schon heute mit dem Praktikumblatt 1
anfangen
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Vorlesung #2 - Das relationale Modell
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Einordnung
Miniwelt
UML-Klassen
ER-Diagramm
Objektorientiertes
Schema
Relationales
Schema
1.
NetzwerkSchema
DBMS -Speicherparameter
Cluster
Index(e) partitionierte Tabelle(n)
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2.
3.
4
Prerelationale Systeme (1)
Netzwerk-Modell
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Sieht aus wie ein Netzwerk (beliebiger gerichteter
Graph) bestehend aus:
Satztypen (record types) entsprechen den Entitäten
Sammlungstypen (set types) entsprechen den Relationen
zusätzlich: Anker (owner), Glieder (member)
Hilfskonstrukte: link records, dummies
Verbindungen sind wie bei verketteten Listen durch
Zeiger (Pointer) implementiert, die stets beim
Informationszugriff benutzt und gegebenenfalls auch
verändert werden
(-) Keine Rekursion, keine Datenunabhängigkeit,
komplizierte Abfragen
UDS (Siemens), IDMS (CA)
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Prerelationale Systeme (2)
Hierarchisches Modell
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Spezialfall des Netzwerk-Modells, sieht aus wie ein
Baum und nicht wie beliebiger Graph
Nachfolger, die mehrere Vorgänger haben, werden
durch das Kopieren dem jeweiligen Vorgänger
exklusiv zugeordnet, Graph mehrere Bäume
Jeder Datensatz über einen eindeutigen Zugriffspfad
erreichbar, Redundanzvermeidung durch
Implementierung zusätzlicher Zeiger
(-) schlecht für nicht hierarchische Zusammenhänge
wegen unnötiger Redundanz, keine
Datenunabhängigkeit, komplizierte Abfragen
IMS (IBM)
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Orientierung
Postrelationale Modelle
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Objekt-orientiertes Modell
Objekt-relationales Modell (evolutionär)
Deduktives Modell (Datalog)
Verteilte Datenbanken
Web-Datenbanken (XML, XPath, XQuery)
werden nach dem relationalen Modell kurz
vorgestellt
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Orientierung
Warum gerade relational?
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Sehr einfach und intuitiv
Marktbeherrschend
ca. 80% der bereits installierten DatenbankSysteme sind relational (bzw. objekt-relational)
ca. 90% der neu gekauften Datenbank-Systeme
sind relational (bzw. objekt-relational)
Relationales Model bzw. RDBMS hat aber
auch Schwächen in bestimmten
Anwendungsszenarios, die wir als Motivation
für postrelationale DBMS vorstellen
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Geschichte
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Von Edward F. Codd 1970 vorgestellt: "A Relational
Model of Data for Large Shared Data Banks."
Erste Prototypen
System R (IBM)
Ingres (University of California, Berkeley unter Leitung von
M. Stonebraker)
Erste Produkte
Oracle (Software Development Laboratories, später
Relational Systems Inc., später Oracle Corporation)
SQL/DS (IBM), Ingres (Relational Technology Inc.)
...
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Mathematische Definition
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Gegeben sind n atomare, nicht notwendigerweise
unterschiedliche Wertebereiche (Domänen)
D1, D2, ... , Dn
Beispiel: string, string, float, ... , integer
Relation R ist die Teilmenge des kartesischen
Produkts der Domänen
R ⊆ D1 x ... x Dn
Beispiel: Vorlesungen ⊆ integer x string x integer
Ein Tupel ist ein Element aus R
t∈R
Beispiel: t = (4052, „Logik“, 4)
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Relationenschema
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• legt die Struktur der gespeicherten Daten fest
Beispiel:
Vorlesungen: {[VorlNr:integer,Titel:string,SWS:integer]}
VorlNr
Vorlesungen
Titel
SWS
5001
Grundzüge
4
5041
Ethik
3
...
...
...
Ausprägung: der aktuelle Zustand der Datenbasis
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Relationenschema (2)
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Relation (Tabelle, table)
Vorlesungen
VorlNr
5001
Titel
Grundzüge
SWS
4
5041
Ethik
3
...
...
...
Tupel (Zeile, row)
Attribut (Spalte, column)
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Relationenschema (3)
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Trennung zwischen Schema und Ausprägung
sch(R) – Menge der Attribute einer Relation
R – die aktuelle Ausprägung
dom(A) – Domäne eines Attributs
sch(R) = {A1, ... , An}
R ⊆ dom(A1) x ... x dom(An)
Primärschlüssel – identifiziert eindeutig die
Relation, wird unterstrichen
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Relationale
Abfragesprachen
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Man braucht neben der Strukturbeschreibung
(relationales Datenbankschema) auch eine Sprache,
um die Informationen aus der Datenbank gemäß
vorgegeben Kriterien extrahieren zu können
Relationale Algebra
beinhaltet einen relational-algebraischen Ausdruck
wird bei der Anfragenbearbeitung benutzt (wie werden die
Daten selektiert)
Relationenkalkül
Rein deklarativ (was und nicht wie selektiert wird)
Tupelkalkül
Domänenkalkül
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Relationale Algebra
Operatoren (1)
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σ Selektion
π Projektion
x Kreuzprodukt
A Join (Verbund)
ρ Umbenennung
− Mengendifferenz
÷ Division
∪ Vereinigung
∩ Mengendurchschnitt
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Relationale Algebra
Operatoren (2)
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F Semi-Join (linker)
E Semi-Join (rechter)
C linker äußerer Join
D rechter äußerer Join
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Fazit
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Das relationale Modell wurde eingeführt
Einordnung in das Gesamtbild eines
Information-Management Systems
Modellierung (Entity Relationship wird
übersprungen und in 4. Semester behandelt)
Definition des relationalen Modells
Relationenschema und Ausprägung
Relationale Abfragesprachen
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Ausblick Vorlesung #3
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Das relationale Modell
Relationale Modellierung von 1:1, 1:n, n:m
Beziehungen, Generalisierung, schwachen
Entity-Typen etc.
Die Relationale Algebra (Selektion,
Projektion, Vereinigung, relationale Division,
Mengendurchschnitt, Joins, kartesisches
Produkt etc.)
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Vorlesung #2
Ende