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Informationssysteme Informationssysteme Sommersemester 2012 http://wwwlgis.informatik.uni-kl.de/cms/courses/ Prof. Dr.-Ing. Stefan Deßloch AG Heterogene Informationssysteme Zi. 36/329, Tel.: 0631 0631-205-3275 205 3275 E-Mail: [email protected] http://wwwlgis.informatik.uni-kl.de/cms/his/staff/dessloch/ © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur Was sind Informationssysteme (IS)? Computergestützte Programmsysteme, • die Informationen erfassen, dauerhaft speichern, verarbeiten, verändern, analysieren, bereit stellen, anzeigen B t i bli h Informationssysteme Betriebliche I f ti t • spiegeln Geschäftsmodell eines Unternehmens wider • organisieren und unterstützen Arbeitsabläufe • integrieren eine Vielzahl von Datenquellen Web-basierte Informationssysteme • stellen Informationsdienste über Web-Schnittstellen zur Verfügung • unterstützen die Abwicklung von Geschäftsvorgängen über das Internet (E-Business) © 2012 LG IS 2 Informationssysteme Beispiele Universitätsinformationssystem Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur verwaltet Daten über Fachbereiche, Studenten, Professoren, Vorlesungen und Prüfungen, um typische Verwaltungsaufgaben zu unterstützen. Produktionsbetrieb speichert Daten über Abteilungen, Mitarbeiter, Produkte, Projekte und Lieferanten, um Vorgänge wie Gehaltsabrechnung, Fertigung und Versand von Produkten, Lagerhaltung abzuwickeln Eine Bank verwaltet Daten über Filialen, Kunden und Konten zur Durchführung von Zahlungsverkehrs, Kundenverwaltung, Geldanlage, Zinsberechnung, etc. Ein Internet-Auktionshaus speichert Daten zu Produkten, Käufern, Verkäufern und Auktionen und unterstützt die Suche nach in Auktionen angebotenen Waren, den Informationsbedarf bzgl. der Vertrauenswürdigkeit der Verkäufer und das Durchführen der eigentlichen Auktionen. Aber auch Suchmaschinen, soziale Netzwerke, GoogleAnwendungen, ... 3 © 2012 LG IS Informationssysteme Rolle von Datenbanksystemen bei der Entwicklung von IS Vielfältige, wiederkehrende Anforderungen und Aufgaben Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur • • • • • • • Vermeidung von Datenredundanz und Inkonsistenzen Flexible und mächtige Zugriffs- bzw. Anfragemöglichkeiten Verwaltung großer persistenter Datenmengen (TB bis PB) Unterstützung von Mehrbenutzerbetrieb hb b b Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz Überwachung von Integritätsbedingungen Zugriffskontrolle ֲ Informationsorienter Entwurf von IS • anwendungs-/funktionsübergreifende Datenmodellierung ֲ Einsatz von Datenbanksystemen zur Übernahme von kritischen Datenverwaltungsaufgaben • • • • • © 2012 LG IS Zuverlässige Verwaltung großer Datenmengen Effizienter Datenzugriff Deklarative Anfragesprachen (SQL) Transaktionskonzept Zugriffsprivilegien für Benutzer, Rollen 4 Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur Entwicklung von Informationssystemen Sicht auf den Themenbereich (nach Scheer) BWL und Wirtschaftsinformatik • W Was ist i t die di Gesamtaufgabe? • BWL-Anforderungen an die Weiterentwicklung der Informationstechnik • IT eröffnet neue Möglichkeiten für BWLKonzepte und Anwendungen Betriebswirtschaftliche Problemstellung Fachkonzepte (Semantische Modelle) DV-Konzepte Technische Implementierung Kerninformatik Informationstechnik 5 © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur DBS als Kern von Informationssystemen Kern der Vorlesung • Modellierung, Verwaltung und Sicherung von strukturierten Daten (Sätze) • Es E gibt ibt verschiedenartige hi d ti Datenmodelle D t d ll und d die di sie i realisierenden DBS - relational und objekt-relational (RDBS/ORDBS auf Basis von SQL) - hierarchisch (DBS nach dem Hierarchiemodell) - netzwerkartig (DBS nach dem Codasyl-Standard) - objektorientiert (OODBS) - Verarbeitung von semisemi oder unstrukturierten Daten Bezugspunkt ist ein Schichtenmodell • Erklärung der Abläufe im DBS • Verfeinerung der Sichtweise in späteren Vorlesungen © 2012 LG IS 6 Informationssysteme Informationssysteme Vereinfachtes Schichtenmodell Art der Operationen an Der Schnittstelle Aufgaben der Systemschicht Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Üb Übersetzung und d Optimierung O von Anfragen Datensystem Satzzugriffe Übersicht Literatur Deskriptive Anfragen Z iff auff S Zugriff Satzmengen t Verwaltung von physischen Sätzen und Zugriffspfaden Zugriffssystem Seitenzugriffe DB-Puffer- und Externspeicherverwaltung p g Speichersystem DB 2-7 © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht DBS als Kern von Informationssystemen (2) Wie sieht der Herstellermarkt aus? • Kommerzielle Systeme - Oracle, IBM, Microsoft mit den größten Anteilen - daneben d b Sybase, S b NCR Teradata T d t • OpenSource-System - MySQL, Derby, ... Verteilung von DBS und Dateien für strukturierte Daten Literatur • Starke Dominanz von relationalen DBMS • Hierarchische DBMS und (flache) Dateien spielen weiterhin eine Rolle Künftige DBS • 85% der weltweit verfügbaren Daten sind semi- oder unstrukturiert (Internet, wiss. Aufzeichnungen und Experimente usw.) • SQL-XML-DBS, XML-SQL-DBS, native XML-DBS © 2012 LG IS 8 Informationssysteme Evolution und Historie Relational Data Model Informationssysteme SQL-86 CODASYL Standard ODMG 1.1 SQL Datenbanksysteme XML 1.0 EntityRelationship Model Ziele der Vorlesung SQL:1999 XML Schema 1.0 Übersicht SQL/XML Literatur XQuery 1.0 Hierarchical Network Relational Object-Oriented Object-Relational Semi-Structured XML © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme 1960 1970 1980 1990 2000 2010 9 Wie hängt das alles zusammen? Klassische Transaktionsverarbeitung Datenbanksysteme UPDATE Accounts SET Balance = Balance – 3 WHERE Acct# = 03874 Ziele der Vorlesung BOT Übersicht Transaktionssystem Transsaktionsprog gramme Literatur EOT © 2012 LG IS Datenbanksystem Karte ? Karte PIN?? Karte ? PIN? Konto? PIN? Konto? Buchung Konto? B Ausgabe Buchung h Buchung Ausgabe Ausgabe Acct# Balance 03874 14.00 ... ... OK 10 Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Wie hängt das alles zusammen? (2) Client/Server-Interaktion DB-Server Start jsp Start.jsp Webseite (html) QueryIn.jsp Übersicht Literatur Web-Server Client ConnectionServlet Webseite (html) QueryOut.jsp QueryServlet Webseite (html) SchemaInformation.jsp Webseite (html) CloseConnection.jsp ExitServlet Webseite (html) 11 © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur © 2012 LG IS Wie hängt das alles zusammen? (3) Architektur von Web-Applikationen • klassische Schichtenarchitektur (3-tier) • Zusammenstellung von wichtigen Sprachen, Protokollen, K Komponenten t usw. • Client/Server- und Web-Applikationen werden nicht in dieser Vorlesung behandelt • Sie sind Gegenstand von Vertiefungsvorlesungen und Praktika 12 Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Vermittlung von Grundlagen- und Methodenwissen sowie Erwerb von Fähigkeiten und Fertigkeiten im Bereich Datenbanken und Informationssysteme: • Nutzung von Informations- und Datenmodellen, insbes. - Entity/Relationship-Modell und Erweiterungen - Relationenmodell Ziele der Vorlesung • Entwurf, Aufbau und Wartung von Datenbank-en Übersicht • Sicherung der Abläufe in Datenbanken Literatur - Modellierung von Miniwelten und Entwicklung von DB-Schemata - Einsatz von SQL als DB-Standard-Sprache - Transaktionskonzept mit ACID-Eigenschaften - Mehrbenutzerbetrieb, semantische Integrität, Fehlerbehandlung • Verwaltung und Handhabung semi- und unstrukturierter Daten/Dokumente - Markup-Sprachen, Web-Zugriff - XML-Datenmodell und XQuery • Geschäftsprozessmodellierung und Abbildung auf Workflows Voraussetzungen für Übernahme von Tätigkeiten: • Entwicklung von betrieblichen Anwendungs- und Informationssystemen, insbesondere DB-gestützte Anwendungen • Planung und Realisierung von Geschäftsprozessen • Systemverantwortlicher für Datenbanksysteme, insbes. Unternehmens-, Datenbank-, Anwendungs- und Datensicherungsadministrator 13 © 2012 LG IS Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur Übersicht (vorläufig) 0. Übersicht und Motivation • Was sind Informationssysteme? • Rolle von Datenbanksystemen 1 Einführung und Grundbegriffe 1. • • • • • Miniwelt – modellhafte Abbildung Information – was ist das? Aufgaben eines Informationssystems (IS) Daten in Informationssystemen Beispiele für Informationssysteme 2. E/A-Architektur und Zugriff • • • • • © 2012 LG IS E/A-Architektur von Informationssystemen Einsatz von Speicherhierarchien Datenstrukturen auf Externspeichern B-Bäume und B*-Bäume Informationssuche bei strukturierten Daten 14 Informationssysteme Übersicht (2) 3. Informationsmodelle Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur • Vorgehensweise bei DB-Entwurf und -Modellierung • Entity-Relationship-Modell (ERM) • Erweiterungen, insbes. Abstraktionskonzepte - Kardinalitätsrestriktionen K di li ä ik i - Generalisierung, Aggregation 4. Grundlagen des Relationenmodells • Konzepte des Relationenmodells (RM) • Relationenalgebra - Operationen - Algebraische Optimierung • Abbildung ERM RM 5 Die Standardsprache SQL (SQL92) 5. • • • • • Anfragesprache Datenmanipulation Datendefinition Abbildung von Beziehungen (Referentielle Integrität) Wartung von Beziehungen (Referentielle Aktionen) 15 © 2012 LG IS Informationssysteme Übersicht (3) 6. Transaktionskonzept Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur • • • • Überblick über ACID-Eigenschaften Gewährleisten von Atomarität Sicherung der Datenintegrität Serialisierbarkeit l b k und d Synchronisation h (Concurrency Control) • Synchronisationsprotokolle: Überblick • Aufgaben und Ziele der Fehlerbehandlung 7. Semistrukturierte Daten • • • • XML-Einführung Datenmodellierung mit XML Neue Sprachkonzepte A f Anfrageverarbeitung b it mit it XPath XP th und d XQuery XQ (Überblick) (Üb bli k) 8. Unstrukturierte Daten • Informationssuche bei strukturierten und unstrukturierten Daten • Information Retrieval, Suche und Dokumentenzugriff im Web © 2012 LG IS 16 Informationssysteme Informationssysteme Datenbanksysteme Ziele der Vorlesung Übersicht Literatur Literatur Elmasri, R., Navathe, S.: Grundlagen von Datenbanksystemen, 3., überarbeitete Auflage, Pearson Studium, 2009 Kemper, A., Eickler, A.: Datenbanksysteme – Eine Einführung, 8. aktualisierte und erweiterte Auflage, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2011 Kemper, A, Wimmer, M.: Übungsbuch Datenbanksysteme, 3. Auflage, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2011 K d ß T. Kudraß, T (Hrsg.): (H ) T Taschenbuch h b hD Datenbanken, t b k F Fachbuchverlag hb h l Leipzig, L i i 2007 Lausen, G.: Datenbanken – Grundlagen und XML-Technologien, Elsevier, München, 2005 Pernul, G., Unland, R.: Datenbanken im Unternehmen: Analyse, Modellbildung und Einsatz, korrigierte Auflage, Oldenbourg-Verlag, 2003 Saake, G., Sattler, K.-U., Heuer, A.: Datenbanken – Konzepte und Sprachen, 4. Auflage, mitp, 2010 Vossen, G.: Datenmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme, 5. Auflage, Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2008 ZEITSCHRIFTEN: TODS Transactions on Database Systems, ACM Publikation (vierteljährlich) Information Systems Pergamon Press (6-mal jährlich) The VLDB Journal (vierteljährlich) Computer Science – Research and Development (vierteljährlich) TAGUNGSBÄNDE: SIGMOD Tagungsband, jährliche Konferenz der ACM Special Interest Group on Management of Data VLDB Tagungsband, jährliche Konferenz „Very Large Data Bases“ IEEE Tagungsband, jährliche Konferenz „Int. Conf. on Data Engineering“ GI Tagungsbände der Tagungen der Gesellschaft für Informatik, Tagungen innerhalb des Fachausschusses 2.5 Informationssysteme © 2012 LG IS 17
