Handzettel - Informatik

Informationssysteme / Datenbankabfragen
Thomas Mohr
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
K
Agenda
T
I
Datenbanken – Wozu?
A
Abfragesprachesprache SQL
R
M
Verwaltung MySQL / MariaDB
O
Datenbankmodellierung
F
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
I
N
Ausblick
2
1
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Informationssysteme
3
Was ist ein Informationssystem ?
I
K
• Ein Informationssystem kann auf formalisierte Fragen eines Anwenders
Antworten aus einer gegebenen Datenmenge geben
A
T
 Komponenten eines Informationssystems:
R
Erfassung
O
Speicherung
F
M
Informationssystem
Analyse
Datenbanksystem
DBS
Datenbankmanagementsystem
N
DBMS, z.B. MySQL
Darstellung
I
Datenbank
(Datenbasis)
Datenbank
(Datenbasis)
4
2
Ein Ausgangspunkt im Unterricht…
I
K
• Schüler führen eine Internet-Recherche durch:
„Städte in Deutschland – Einwohner, geografische Lage“
A
T
 Schüler nutzen ein Informationssystem
 Schüler stellen automatisch Informationen unterschiedlich dar
N
F
O
R
M
Mainz
 196.000
 50° Nord
 8° 16‘ Ost
Landau
 43000
 49,19
 8,12
I
Listen
Name
Einwohner Breite
Länge
Mainz
199000
50
8
Landau
43000
49
8
Tabellen
Tabellen bieten schon „von Hand“ Vorteile:
 leichter zu ergänzen (neue Spalte)
 Summenzeile
 …
6
Motivation - Datenbank
I
K
• Idee: Sammlung der gefundenen Städte in einem Tabellenblatt
(OpenOffice Calc / MS Excel) auf einem zentralen Laufwerk
T
 Es treten typische Probleme auf:
I
N
F
O
R
M
A
 Es kann immer nur ein Benutzer die Datei öffnen.
 Daten können von jedem geändert / gelöscht werden.
 Keinerlei Konsistenzprüfung der eingegebenen Daten.
 Abhilfe: Nutzung eines Datenbanksystems…
 MS Access ist in dieser Hinsicht schon ungeeignet.
7
3
Software-Architekturen: „Standalone“-Programm
K
• z.B.
O
R
M
A
T
I
 selbst programmierte Schülerdatei
 in Delphi programmierte Übersicht von Länderinformationen
PC
I
N
F
Anwendungsprogramm
8
Software-Architekturen: „Standalone“-Programm
K
• Vorteile
• Nachteile
 Daten meist nur vom erzeugenden
Programm zu lesen
 Erweiterungen aufwändig
 Immer wieder gleiche Probleme
(z.B. Datumsformat)
O
R
M
A
T
I
 Übersichtlichkeit (?)
 Schnell zu programmieren
 nur eine Programmiersprache
PC
I
N
F
Anwendungsprogramm
9
4
• z.B.
 Outlook und Exchange-Server
 „einfache“, datenbank-basierte Schülerverwaltung
Anwendungsprogramm
Anwendungsprogramm
Client
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Software-Architekturen - Client-Server
(Datenbank)Server
Server
10
• z.B.
 Outlook und Exchange-Server
 „einfache“, datenbank-basierte Schülerverwaltung
Anwendungsprogramm
Client
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Software-Architekturen - Client-Server
(Datenbank)Server
Server
11
5
 Datenbank übernimmt
„Standardaufgaben“
 Daten zentral vorhanden
 Erweiterungen relativ einfach
• Nachteile
(für mehrere Benutzer / Programme)
 Installation von Software auf allen
Clients notwendig
 Weitere „Sprache“ zum
Datenbankzugriff
Anwendungsprogramm
Client
I
N
F
O
R
M
I
T
• Vorteile
A
K
Software-Architekturen - Client-Server
(Datenbank)Server
Server
12
• Eine moderne 3-schichtige Webarchitektur…
T
I
K
Software-Architekturen – Webarchitektur
A
Client
Anwendungsprogramm
Webserver (z.B. Apache und PHP)
Server
I
N
F
O
R
M
Webclient (Browser)
Datenbankserver (z.B. MySQL)
Server
13
6
• Eine moderne 3-schichtige Webarchitektur…
T
I
K
Software-Architekturen – Webarchitektur
A
Client
Webserver (z.B. Apache und PHP)
Server
I
N
F
O
R
M
Webclient (Browser)
Datenbankserver (z.B. MySQL)
Server
14
• Vorteile
 Keine Installation von zusätzlicher
Software beim Client
• Nachteile
 http-Protokoll ohne
Sessionverwaltung
T
I
K
Software-Architekturen – Webarchitektur
A
Client
Webserver (z.B. Apache und PHP)
Server
I
N
F
O
R
M
Webclient (Browser)
Datenbankserver (z.B. MySQL)
Server
15
7
• Viele (Web-) Clients teilen sich die Dienste eines Webservers, der
wiederum auf einen Datenbankserver zurückgreift.
 In kleinen Systemen können Web- und Datenbankserver auf dem gleichen
Rechner sein.
A
T
I
K
Typische Hardware-Verteilung
F
O
R
M
Clients
I
N
Webserver
Datenbankserver
16
• Alle drei Schichten sind auf einem Rechner!
A
T
I
K
… und zum Testen / für die Fortbildung?
Internet
Explorer
Client
Webserver
Webserver
Datenbankserver
Apache
I
N
F
O
R
M
Clients
Datenbankserver
MySQL
MariaDB
17
8
I
K
Das andere Extrem – eine Web Farm
T
Load Balancer
M
A
Application Server Farm
R
je 4 Prozessoren
O
HACMP Fail-Over
FailOver DB Server
32 GByte RAM
32 GByte RAM
I
N
F
Production DB Server
FDDI Switch
2,4 TByte
18
K
• Hierarchische Datenbanken
 Die Datenelemente sind baumartig miteinander verbunden
• Vernetzte Datenbanken
 Die Datenelemente sind mit Zeigern zu einem Netz miteinander verbunden
I
N
F
O
R
M
A
T
• Man unterscheidet verschiedene Arten von Datenbanken:
I
Arten von Datenbanken
• Beide Formen waren vor allem bei Großrechnern im Einsatz und
werden zunehmend von relationalen Datenbanken abgelöst
19
9
• Relationale Datenbanken
 Die Daten werden in Form von Tabellen gespeichert
 Zwischen den Tabellen werden Beziehungen aufgebaut (Relationen)
A
T
I
K
Arten von Datenbanken
Attribut (Spalte, Merkmal)
Name
Datenwert (Attributwert)
Name
Einwohner
Breite
Laenge
Land
Berlin
Mainz
Paris
Speyer
3458763
184752
2181300
50600
52,52
50,00
48,86
49,31
13,41
8,27
2,35
8,43
Deutschland
Deutschland
Frankreich
Deutschland
F
O
R
M
Ort
I
N
Attributklasse
Datensatz (Tupel)
• Empfehlung:
20
 Einheitliche Begriffe nutzen,
 nicht zu nah an der mathematischen Betrachtung (Relationenalgebra)
• Atomare Werte
 Ein Wert für ein Attribut in einem Datensatz soll atomar sein.
 nur einfache Werte
 keine Listen
Nicht atomarer Datenwert
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Daten in Tabellen
21
10
• Relationale Datenbanken – typische Vertreter






Oracle
IBM (DB/2)
Microsoft SQL Server (Access ?)
Informix
MySQL/MariaDB
OpenSource
PostGreSQL
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Arten von Datenbanken
22
 Strukturierte Speicherung von Daten
 Verteilter, gleichzeitiger Zugriff mehrerer Benutzer / Programme
 Verwaltung von Zugriffsrechten
R
M
A
T
I
K
Was bietet mir eine Datenbank?
 ACID – Prinzip
(Idee: Analogie zu Bank-Transaktionen)
 Atomicity
• Transaktionen (Änderungen an der Datenbank) werden ganz oder gar nicht
durchgeführt.
N
F
O
 Consistency
• Eine Transaktion führt wieder zu einem konsistenten (gültigen) Zustand der
Datenbank.
 Isolation
• Transaktionen beeinflussen sich nicht gegenseitig.
I
 Durability
23
• Eine Transaktion ist dauerhaft gespeichert, auch gegen Systemabstürze
gesichert.
Im Unterricht gut durch Rollenspiele zu veranschaulichen.
11
• A – Atomicity
• Bsp.: Ein Kontosystem mit nicht überziehbaren Konten
 Bob überweist Alice 500 €.
Die Transaktion bricht nach der Abbuchung von Bobs Konto ab.
O
R
M
A
T
I
K
ACID-Prinzip
Alice
F
Bob
I
N
700 €
500 €
300 €
200 €
Die Transaktion darf nur „ganz oder gar nicht“ stattfinden.
Konkret: Das Geld darf unterwegs nicht „verschwinden“
24
• C – Consistency
• Bsp.:
 Bob will Alice 1000 € überweisen.
Die Transaktion überzieht sein Konto, was nicht erlaubt ist.
O
R
M
A
T
I
K
ACID-Prinzip
Alice
F
Bob
1000 €
300 €
1300 €
I
N
700 €
-300 €
25
Jede Transaktion muss die Datenbank in einem konsistenten
(den definierten Regeln entsprechenden) Zustand hinterlassen.
(insbesondere bei der Konsistenz von Schlüsselbeziehungen, s.u.)
12
• I – Isolation
• Bsp.:
 Bob überweist Alice 400 € und gleichzeitig an Carol 500 €.
Jede Transaktion für sich ist in Ordnung, zusammen überziehen sie das
Konto.
O
R
M
A
T
I
K
ACID-Prinzip
Bob
Alice
F
Carol
500 €
600 €
700 €
400 €
-200 €
300 €
700 €
I
N
100 €
26
Jede Transaktion muss so ablaufen, dass parallel ablaufende
Transaktionen sie nicht stören können.
(zumindest logisch nacheinander ablaufen – serialisierbar)
Datenbanken – Wozu?
Abfragesprachesprache SQL
Verwaltung MySQL / MariaDB
Datenbankmodellierung
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
Ausblick
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Agenda
27
13
• An der Schnittstelle nach außen bietet das Datenbanksystem (DBS)
Sprachen für folgende Zwecke:
I
K
Sprachen zur Datenbankverwaltung
• Bei relationalen DBS ist dies alles in der Sprache SQL vereint.
 Beschränkung in der Schule im Wesentlichen auf Abfragesprache.
GF - Lehrplan
I
N
F
O
R
M
A
T
 Datenabfrage und -manipulation (DML)
 Verwaltung der Datenbank und Definition der Datenstrukturen (DDL)
 Berechtigungssteuerung (DCL)
28
• Starten Sie den Datenbankserver und den Webserver
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
MySQL/MariaDB – Jetzt wird es (endlich) praktisch…
• Das Datenbanksystem bietet einen Service für andere Rechner an
 Die Windows-Firewall kann dies melden.
Der Port muss freigegeben werden.
29
14
• Administration von MySQL/MariaDB funktioniert selbst schon am
einfachsten über den Browser (oder Admin-Button in Control Panel)
 Webarchitektur http://localhost/phpmyadmin
T
I
K
Die erste Datenbank importieren
A
Browser
R
M
Client
Webserver
N
F
O
Apache
I
MySQL
MariaDB
Datenbankserver
30
• Legen Sie eine neue Datenbank „terra1“ an.
• Wechseln Sie zur Datenbank (links), wählen Sie den Punkt
„Importieren“ und suchen die Datei „terra1.sql“
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Die erste Datenbank importieren
31
15
• Klicken Sie auf „Struktur“: u.a. wird die Tabelle „ort“ angezeigt.
 Lassen Sie sich den Inhalt der Tabelle anzeigen.
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Die erste Tabelle…
Tipp: Ändern Sie die Einstellungen von phpmyadmin,
so dass nur die Icons angezeigt werden!
32
• SQL = Structured Query Language.
 bezeichnet eine Sprache zur Kommunikation mit Datenbanken.
 ist international genormt und wird von vielen DBS verstanden.
 wird im Folgenden zur Formulierung von Abfragen eingesetzt.
A
T
I
K
Abfragen mit SQL
SELECT
FROM
WHERE
ORDER
[Spalten]
[Tabelle]
[Bedingung]
BY [Attribute];
I
N
F
O
R
M
• Syntax einer (einfachen) SQL-Abfrage:
• Die WHERE- und die ORDER BY-Klausel sind optional.
33
16
 SELECT Name, Einwohner, Land
FROM ort
WHERE Einwohner > 1000000
ort
Name
Einwohner
Breite
Laenge
Land
Berlin
Mainz
Paris
Speyer
…
3458763
184752
2181300
50600
…
52,52
50,00
48,86
49,31
…
13,41
8,27
2,35
8,43
…
Deutschland
Deutschland
Frankreich
Deutschland
…
F
O
R
M
T
Millionenstädte ?
A
I
K
Datenbankzugriff mit SQL - Ein erstes Beispiel
I
N
Ergebnistabelle
Name
Einwohner
Land
Berlin
Paris
…
3458763
2181300
… …
Deutschland
Frankreich
36
• Bedingungen mit Textattributen:
 Name = 'Paris'
 Name LIKE 'P%'
 Name LIKE 'A_len'
(Potsdam, Peine, Pirmasens)
(Aalen, Ahlen)
A
T
I
K
SQL – WHERE







Stufe=7
Stufe<>7
Stufe<7
Stufe>7
Stufe<=7
Stufe>=7
Stufe BETWEEN 7 AND 10
(gleich 7)
(ungleich 7)
(kleiner 7)
(größer 7)
(kleiner gleich 7)
(größer gleich 7)
(zwischen 7 und 10)
I
N
F
O
R
M
• Bedingungen mit Zahlattributen:
37
17
• Vergleich auf Nullwert (kein Attributwert angegeben):
Breite IS NULL
• Logische Verknüpfungen:
 NOT (Land='Deutschland')
(Land nicht Deutschland)
 (Land='Deutschland') AND (Einwohner>100000)
(Millionenstädte in Deutschland)
 (Land='Deutschland') OR (Land='Schweiz')
(Orte in Deutschland und Schweiz)
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
SQL – WHERE
38
• Das Abfrageergebnis kann sortiert werden:
SELECT
FROM
WHERE
ORDER
[Spalten]
[Tabelle]
[Bedingung]
BY [Attribute];
• Die Sortierung geschieht nach dem angegebenen Attribut.
• Bei mehreren Sortierattributen wird nach dem zweiten (dritten...)
sortiert, sobald die Werte des ersten (zweiten...) identisch sind.
• Absteigende Sortierung mit DESC
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
SQL – ORDER BY
• Beispiele:
SELECT * FROM ort ORDER BY Name
SELECT * FROM ort ORDER BY Land, Einwohner DESC
39
18
• Bearbeiten Sie in inf-schule die Aufgaben 2-8 unter
http://inf-schule.de/information/datenbanksysteme/terra/relationaledb/uebungen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 1
40
• Beispieltabelle
T
I
K
Übungen 1
• Geben Sie alle Länder aus:
 Name, Einwohner, Hauptstadt
 Sortierung nach Einwohner absteigend
SELECT Name, Einwohner, Hauptstadt
FROM land
ORDER BY Einwohner DESC
N
F
O
R
M
A
Nicht atomare Datenwerte
I
• Welche Länder haben zwischen 10 und 100 Mio. Einwohner?
 Absteigend nach Einwohner sortiert
WHERE Einwohner BETWEEN 10 AND 100
ORDER BY Einwohner DESC
41
19
6.
Welche Länder haben einen „Arm“ oder ein „Bein“ im Namen?
WHERE Name like '%bein%'
OR Name like '%arm%'
8.
Welche Länder liegen in Asien und Australien?
WHERE Kontinent='Asien' OR
Kontinent='Australien'
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 1
42
A
T
I
K
Hilfsfunktionen
• Wichtig sind vor allem Funktionen zur Manipulation von Strings und
Datumsangaben, z.B.
 DATEDIFF(D1, D2)
 NOW()
 …
Differenz (Tage)
Aktuelle Zeit/Datum (SELECT
CURDATE())






CONCAT(S1,S2,…)
LOWER(),UPPER()
CHAR_LENGTH()
MID(str,pos,len)
TRIM(s), LTRIM, RTRIM
…
Verbinden von Strings
In Groß-/Kleinbuchstaben umwandeln
Länge in Zeichen
String ausschneiden
Abschneiden von Leerzeichen
• Weitere Funktionen online in der Hilfe zu MySQL!
I
N
F
O
R
M
• Wichtige Stringfunktionen
SQL ist hier nicht standardisiert
 Die Funktionen sind bei anderen DBS oft unterschiedlich
43
20
• Ausgabe der Länder in folgender Form:
CONCAT(UPPER(Name),' - ',Hauptstadt) AS Land,
round(Einwohner) AS "Mio. Einwohner"
Spalten können mit „AS“ umbenannt werden
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Nutzen der Hilfsfunktionen
44
• Wozu dient die Spalte LNR in der Land-Tabelle ?
• … ein anderes Beispiel:
 Suche nach der Hauptstadt „Berlin“
Man benötigt noch das
Land als Suchhilfe.
 Suche nach der Hauptstadt „Washington“
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Exkurs: Primärschlüssel
45
Selbst das Land reicht als
Suchhilfe nicht aus.
21
• Jeder Datensatz wird durch einen Schlüssel (Primärschlüssel) eindeutig
identifiziert. Der Schlüssel
 kann aus mehreren Attributen zusammengesetzt werden.
 ist minimal, d.h. es kann kein Attribut weggelassen werden.
• Oft wird ein zusätzliches, eindeutiges Schlüsselattribut hinzugefügt,
z.B. eine Landeskennung
 wird meist durch Unterstreichung gekennzeichnet.
Land
LNR
Name
Einwohner
Hauptstadt
Kontinent
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
5.16
81.33
761.00
6.30
Kopenhagen
Berlin
Delhi
Kigali
Europa
Europa
Asien
Afrika
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Relationale Datenbank – Aufbau
Schlüsselattribut
46
• Welche Länder gibt es in Europa mit mehr als 20 Mio Einwohner?
WHERE Kontinent = 'Europa'
AND Einwohner > 20
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Fehler in Daten
Frankreich??
Problem: Europa wird unterschiedlich geschrieben!
Lösung: Auslagerung in eine eigene Tabelle
47
22
• Land und Kontinent werden in zwei getrennten Tabellen
gespeichert und über eine Beziehung miteinander verknüpft.
• Zur Verknüpfung dient ein Kürzel des Kontinents, das als
Fremdschlüssel in Land gespeichert wird.
LNR
Name
Einwohner
Hauptstadt
Kontinent
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
5.16
81.34
761.00
6.30
Kopenhagen
Berlin
Delhi
Kigali
Europa
Europa
Asien
Afrika
F
O
R
M
A
T
I
K
Relationale Datenbanken – Beziehungen
I
N
Land
Kontinent
LNR
Name
…
KNR
KNR
Name
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
…
…
…
…
EU
EU
AS
AF
EU
AS
AF
Europa
Asien
Afrika
48
Schlüsselattribut aus Kontinent
Land
Kontinent
LNR
Name
…
KNR
KNR
Name
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
…
…
…
…
EU
EU
AS
AF
EU
AS
AF
Europa
Asien
Afrika
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Relationale Datenbanken – Beziehungen
49
Primärschlüssel aus Kontinent
• Die Verknüpfung erfolgt grundsätzlich dadurch,
 dass ein Fremdschlüssel der einen Tabelle
 auf den zugehörigen Primärschlüssel der anderen Tabelle zeigt.
• Vorteile:
 Daten werden jeweils nur in einer Tabelle gespeichert.
 Datenänderungen sind leichter durchzuführen.
 Strukturänderungen (z.B. das Hinzufügen der Kontinentfläche) lassen sich meist
mit geringem Aufwand realisieren.
 Die Struktur lässt flexiblere Abfragen zu.
23
• Müssen in SQL Daten aus mehreren Tabellen entnommen werden, so
werden sog. „Joins“ gebildet.
I
K
SQL – einfache Joins
T
 Die Abarbeitung eines Joins in mehreren Schritten kann an folgendem
Beispiel veranschaulicht werden:
M
A
• Es sollen alle Länder mit ihren Kontinenten ausgegeben werden, die mehr als 10
Mio. Einwohner haben.
Kontinent
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
5.16
81.34
761.00
6.30
EU
EU
AS
AF
EU
AS
AF
Europa
Asien
Afrika
I
N
F
O
R
Land
50
1. Cross-Join („jede Zeile mit jeder“)
Land
SELECT *
FROM Land, Kontinent
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
5.16
81.34
761.00
6.30
EU
EU
AS
AF
EU
AS
AF
Europa
Asien
Afrika
I
N
F
O
R
M
A
T
I

Kontinent
K
SQL – einfache Joins
51
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
DK
DK
DK
D
D
D
IND
IND
IND
…
Dänemark
Dänemark
Dänemark
Deutschland
Deutschland
Deutschland
Indien
Indien
Indien
…
5.16
5.16
5.16
81.34
81.34
81.34
761.00
761.00
761.00
…
EU
EU
EU
EU
EU
EU
AS
AS
AS
…
EU
AS
AF
EU
AS
AF
EU
AS
AF
…
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
24



Es dürfen nur die Zeilen genommen werden, für die die „Land“ und die
„Kontinent“ Tabelle Daten des gleichen Kontinents enthalten.
Dies wird durch die sog. „Join-Bedingung“ erreicht.
SELECT *
FROM Land, Kontinent
WHERE Land.KNR= Kontinent.KNR
I
N
F
O
R
M
A
I
2. Einschränken auf „passende“ Datensätze.
T
K
SQL – einfache Joins
52
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
DK
DK
DK
D
D
D
IND
IND
IND
…
Dänemark
Dänemark
Dänemark
Deutschland
Deutschland
Deutschland
Indien
Indien
Indien
…
5.16
5.16
5.16
81.34
81.34
81.34
761.00
761.00
761.00
…
EU
EU
EU
EU
EU
EU
AS
AS
AS
…
EU
AS
AF
EU
AS
AF
EU
AS
AF
…
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
2. Einschränken auf „passende“ Datensätze (2).


T
I
K
SQL – einfache Joins
I
N
F
O
R
M
A

Es sollen nur Länder mit > 10 Mio. Einwohner gezeigt werden.
Momentan würde auch „Dänemark“ ausgegeben werden.
Also muss eine weitere Bedingung erfüllt sein:
SELECT *
FROM Land, Kontinent
WHERE Land.KNR = Kontinent.KNR
AND Land.Einwohner > 10
53
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
DK
DK
DK
D
D
D
IND
IND
IND
…
Dänemark
Dänemark
Dänemark
Deutschland
Deutschland
Deutschland
Indien
Indien
Indien
…
5.16
5.16
5.16
81.34
81.34
81.34
761.00
761.00
761.00
…
EU
EU
EU
EU
EU
EU
AS
AS
AS
…
EU
AS
AF
EU
AS
AF
EU
AS
AF
…
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
Europa
Asien
Afrika
25
3. Einschränken auf gesuchte Spalten.


Nur bestimmte Spalten werden ausgegeben.
SELECT Land.Name, Land.Einwohner, Kontinent.Name
FROM Land,Kontinent
WHERE Land.KNR = Kontinent.KNR
AND Land.Einwohner > 10
LNR
Name
Einwohner
KNR
KNR
Name
D
IND
…
Deutschland
Indien
…
81.34
761.00
…
EU
AS
…
EU
AS
…
Europa
Asien
Name
Einwohner
Name
Deutschland
Indien
…
81.34
761.00
…
Europa
Asien
…
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
SQL – einfache Joins
54
In der Realität versucht das DBMS,
durch „geschicktes“ Vorgehen die
Datenmenge schon früher zu
reduzieren.
• Bearbeiten Sie in inf-schule die Aufgaben unter
http://inf-schule.de/information/datenbanksysteme/terra/datenverknuepfen/uebungen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 2
55
26
• Aufgabe 2
 Warum wäre das Attribut "Name" ein möglicher Primärschlüssel für die
Schüler-Tabelle?
 Was ist im Moment ein möglicher Primärschlüssel der Noten-Tabelle?
 Was ist der Fremdschlüssel in der Noten-Tabelle?
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 2
56
4.
Welche Länder liegen in Asien?


Name und Einwohner Länder
Sortierung nach Einwohnerzahl absteigend
T
I
K
Übungen 2
land.Name, land.Einwohner
kontinent, land
kontinent.KNR = land.KNR
BY land.Einwohner DESC
5. Orte in Europe mit mehr als 1 Mio. Einwohner
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
AND
ORDER
land.Name, ort.Name AS "Stadt", ort.Einwohner
kontinent, land, ort
kontinent.Name = 'Europa'
kontinent.KNR = land.KNR
land.LNR = ort.LNR
ort.Einwohner > 1000000
BY ort.Einwohner DESC
I
N
F
O
R
M
A
SELECT
FROM
WHERE
ORDER
57
27
• In welchen Kontinenten gibt es Länder mit mehr als 100 Mio.
Einwohner?
I
K
Duplikate...
kontinent.Name
land, kontinent
land.KNR = kontinent.KNR
land.Einwohner > 100
R
Lösung: DISTINCT-Anweisung
F
Problem: Es werden Duplikate angezeigt
O
M
A
T
SELECT
FROM
WHERE
AND
I
N
SELECT
FROM
WHERE
AND
DISTINCT kontinent.Name
land, kontinent
land.KNR = kontinent.KNR
land.Einwohner > 100
58
• Es sollen nun die wichtigsten Orte der Länder gespeichert werden.
• Wie sieht eine solche Ländertabelle aus?
 Es wird eine neue Tabelle „Ort“ angelegt mit einem Fremdschlüssel auf
„Land“.
Ort
Land
ONR
Name
…
LNR
LNR
Name
…
KNR
BANGAL
GOETTI
KARLSR
KOPENH
Bangalore
Göttingen
Karlsruhe
Kopenhagen
…
…
…
…
IND
D
D
DK
DK
D
IND
RWA
Dänemark
Deutschland
Indien
Rwanda
…
…
…
…
EU
EU
AS
AF
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Erweiterung der Datenbank
Schlüsselattribut aus Land
59
28
• Ein erstes „E/R-Modell“ (Entity/Relationship)
 eigentlich intuitiv zu lesen!?
A
T
I
K
Bisheriges „Schema“ der Datenbank
Teil von
M
Land
Ort
O
R
Hauptstadt
N
F
Teil von
Hatten Sie die Stelle in der
Datenbank terra3, an der die
„Hauptstadt“ abgespeichert
ist, gefunden?
I
Kontinent
60
• Soll in SQL auf eine Tabelle mehrfach zugegriffen werden, so kann dies
mit Alias-Namen geschehen:
 Es sollen alle Städte mit mehr als 1 Mio. Einwohner ausgegeben werden;
dabei auch das zugehörige Land mit Hauptstadt.
 logische Struktur:
Ort
Teil von
Land
Hauptstadt
Ort
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
SQL – Tabellen-Alias
 SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
o.Name AS Stadt, l.Name AS Land, hs.Name
Ort o, Land l, Ort hs
o.LNR = l.LNR
Der Alias-Name für
l.HauptONR = hs.ONR
Land ist nicht
o.Einwohner>10000000
notwendig (verkürzt
die Abfrage)
61
29
• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
 Flüsse fließen durch Orte.
 Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen
(z.B. Koblenz)
• Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus?
Fluss
Ort
FNR
Name
Laenge
ONR
ONR
Name
ELB
MEK
MOS
RHE
Elbe
Mekong
Mosel
Rhein
1144
4500
544
1320
HAMBUR
PHNOMP
KOBLEN
KOBLEN
GOETTI
KARLSR
KOBLEN
KOPENH
Göttingen
Karlsruhe
Koblenz
Kopenhagen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Erweiterung der Datenbank
Problem: Für Flüsse müssen beliebig viele Orte eingetragen werden.
62
• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
 Flüsse fließen durch Orte.
 Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen
(z.B. Koblenz)
• Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus?
Fluss
Ort
FNR
Name
Laenge
ONR
Name
FNR
ELB
MEK
MOS
RHE
Elbe
Mekong
Mosel
Rhein
1144
4500
544
1320
GOETTI
KARLSR
KOBLEN
KOPENH
Göttingen
Karlsruhe
Koblenz
Kopenhagen
LEI
RHE
RHE
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Erweiterung der Datenbank
Problem: Für Orte müssen mehrere Flüsse eingetragen werden.
63
Lösung: Auslagerung der Zuordnung in eine eigene Tabelle
30
 Flüsse fließen durch Orte.
 Manche Orte werden von mehreren Flüssen durchflossen
(z.B. Koblenz)
 Zuordnungstabelle mit Schlüsseln aus beiden Haupttabellen.
F
O
R
M
I
T
• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
A
K
Erweiterung der Datenbank
Fluss
Ort
FNR
Name
Laenge
ONR
Name
ELB
MEK
MOS
RHE
Elbe
Mekong
Mosel
Rhein
1144
4500
544
1320
GOETTI
KARLSR
KOBLEN
KOPENH
Göttingen
Karlsruhe
Koblenz
Kopenhagen
I
N
Stadtfluss
FNR
ONR
ELB
RHE
RHE
MOS
HAMBUR
KOBLEN
KARLSR
KOBLEN
64
I
K
Struktur der Datenbank terra4
T
1
Teil von
n
Ort
A
Land
1
1
n
R
Teil von
O
M
n
Hauptstadt
1
F
m
Kontinent
Fluss
I
N
durchfließt
65
31
• Bearbeiten Sie in inf-schule die Aufgaben unter
http://inf-schule.de/information/datenbanksysteme/terra/beziehungstabelle/uebungen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 3
66
1. Welche Orte liegen an der Saar ?
3.
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
AND
AND
ORDER
O
F
N
I
67
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
o.Name
ort o,
o.ONR
sf.FNR
f.Name
stadtfluss sf, fluss f
= sf.ONR
= f.FNR
= 'Saar'
Welche Orte durchfließt der Rhein in Rheinland-Pfalz?
Ordnung nach Rheinkilometer
R
M
A
T
I
K
Übungen 3
ort.Name, stadtfluss.KM
ort, stadtfluss, fluss
ort.Landesteil='Rheinland-Pfalz'
ort.ONR = stadtfluss.ONR
stadtfluss.FNR = fluss.FNR
fluss.Name = 'Rhein'
stadtfluss.KM IS NOT NULL
BY stadtfluss.KM
4. Welche Länder durchfließt die Donau?
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
AND
DISTINCT
fluss f,
f.Name =
f.FNR =
sf.ONR =
o.LNR =
l.Name
stadtfluss sf, ort o, land l
'Donau'
sf.FNR
o.ONR
l.LNR
32
K
 Bsp.: Wie viele Städte sind in Europa pro Land verzeichnet?
 SELECT o.ONR, l.Name
FROM Ort o, Land l
WHERE o.LNR = l.LNR
AND l.KNR = 'EU‘
ORDER BY l.Name
I
N
F
O
R
M
A
T
• Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage gruppiert und
verrechnet werden.
I
Gruppieren von Ergebnissen
ONR
Name
AALBOR
KOPENH
BERLIN
DUESSE
MAINZ
TALLIN
Dänemark
Dänemark
Deutschland
Deutschland
Deutschland
Estland
Selbst zählen???
NEIN!
68
K
 Bsp.: Wie viele Städte sind in Europa pro Land verzeichnet?
 SELECT l.Name, COUNT(*) AS Anzahl
FROM Ort o, Land l
WHERE o.LNR = l.LNR
AND l.KNR = 'EU‘
GROUP BY l.Name
ORDER BY l.Name
I
N
F
O
R
M
A
T
• Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage gruppiert und
verrechnet werden.
I
Gruppieren von Ergebnissen
ONR
Name
Name
Anzahl
AALBOR
KOPENH
BERLIN
DUESSE
MAINZ
TALLIN
Dänemark
Dänemark
Deutschland
Deutschland
Deutschland
Estland
Dänemark
Deutschland
Estland
2
3
1
2
3
1
69
33
• Bearbeiten Sie in inf-schule die Aufgaben 1 - 3 unter
http://inf-schule.de/information/datenbanksysteme/terra/aggregation/uebungen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 4
70
1. Wie viele Orte liegen in Frankreich?
I
K
Übungen 4
COUNT(*)
land, ort
ort.LNR = land.LNR
land.Name = 'Frankreich'
A
T
SELECT
FROM
WHERE
AND
M
GROUP BY entfällt, wenn
„nur“ gezählt wird.
In welchen Staaten liegen Megacities (mehr als 1 Mio. Einwohner)?
Ausgabe: Anzahl der Städte pro Land!
I
N
F
O
R
3.
SELECT
FROM
WHERE
AND
GROUP
ORDER
land.Name, COUNT(*) AS Anzahl
land, ort
land.LNR = ort.LNR
ort.Einwohner>1000000
BY land.Name
BY Anzahl DESC
71
34
3. Wie viele Einwohner haben die Länder pro Kontinent im Schnitt?
SELECT
FROM
WHERE
GROUP
ORDER
k.Name AS Kontinent, AVG(l.Einwohner) AS Schnitt
Kontinent k, Land l
k.KNR = l.KNR
BY k.Name
Weitere BuiltInBY k.Name
Funktionen:
MAX, MIN, SUM,…
4. Welche Städte liegen an mehr als einem Fluss?
O
R
M
A
T
I
K
Übungen 4
o.Name, COUNT(*) AS Anzahl
Ort o, StadtFluss sf
o.ONR = sf.ONR
BY o.Name
COUNT(*)>1
BY o.Name
I
N
F
SELECT
FROM
WHERE
GROUP
HAVING
ORDER
72
K
Struktur der kompletten Datenbank „miniterra“
I
Sprache
T
n
benachbart
m
m
1
Teil von
n
Land
n
Ort
1
Hauptstadt
1
n
F
O
R
M
A
gesprochen
n
durchfließt
m
1
I
N
Teil von
Kontinent
73
Fluss
1
mündet
n
35
• Welche Städte liegen an mehr als einem Fluss?
 Welche Flüsse sind es jeweils?
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
o.Name, f.Name
Ort o, StadtFluss sf1, Fluss f
o.ONR = sf1.ONR
f.FNR = sf1.FNR
EXISTS (SELECT NULL FROM StadtFluss sf2
WHERE sf1.FNR<>sf2.FNR AND sf2.ONR=o.ONR)
ORDER BY o.Name
R
M
A
T
I
K
Für Experten…
O
• Welche Länder grenzen an Deutschland?
l1.Name, l2.Name
Nachbarland n, Land l1, Land l2
(n.LNR1='D' OR n.LNR2='D')
l1.LNR = n.LNR1
l2.LNR = n.LNR2
I
N
F
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
74
• Welche Länder grenzen an Deutschland?
 Geben Sie nur die Nachbarländer aus!
SELECT
FROM
WHERE
AND
AND
ORDER
IF(l1.LNR='D',l2.Name, l1.Name) AS "Direkte Nachbarn"
Nachbarland n, Land l1, Land l2
(n.LNR1='D' OR n.LNR2='D')
l1.LNR = n.LNR1
l2.LNR = n.LNR2
ACHTUNG:
BY "Direkte Nachbarn"
Nicht genormt!
R
M
A
T
I
K
Für Experten…
SELECT
FROM
WHERE
AND
fc.Name
Fluss fp, Fluss fc
fp.FNR = fc.ZielFNR
fp.Name = 'Rhein'
I
N
F
O
• Welche Flüsse münden in den Rhein?
Selbstreferenz der
Tabelle Fluss
75
36
• SQL bietet noch einige weitere (hier nicht behandelte) Möglichkeiten:
 OUTER JOINS:
• Es werden beim Join auch Datensätze angezeigt, die keinen „Join-Partner“
finden.
• Bsp.: Alle Städte sollen ausgegeben werden und zwar (wenn vorhanden) mit
ihren Flüssen.
 Behandlung von leeren Feldern (NULL-Werten)
 …
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
u.v.m.
76
Datenbanken – Wozu?
Abfragesprachesprache SQL
Verwaltung MySQL/MariaDB
Datenbankmodellierung
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
Ausblick
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Agenda
77
37
K
 MySQL arbeitet nach der Installation ohne Schutz des Administrators
• Jeder kann auf alle Datenbanken zugreifen und diese verändern
 Mehrere Schüler sollen sich einen Datenbankserver „teilen“, dabei sich
aber nichts gegenseitig „kaputtmachen“
• Die Rechte können sehr fein vergeben werden, am Wichtigsten sind:
 SELECT:
 INSERT/UPDATE/DELETE:
 CREATE/ALTER/…:
Benutzer kann Tabellen auslesen
Tabelleninhalte dürfen verändert werden
Tabellenstruktur darf verändert werden
I
N
F
O
R
M
A
T
• In einem Datenbanksystem müssen Rechte für verschiedene Benutzer
verwaltet werden:
I
Verwaltung des Datenbanksystems
78
• Der Administrator (root) für die Datenbank hat alle Rechte und muss
geschützt werden.
• phpMyAdmin in Browser starten
 Menüpunkt „Benutzerkonten“
 Benutzer „root - localhost“ auswählen und bearbeiten
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
MySQL – Passwort für Administrator ändern
79
38
 Button „Passwort ändern“
 Beim nächsten Aufruf von phpMyAdmin ist die Eingabe des neuen
Passworts notwendig
N
F
O
R
M
A
T
I
K
MySQL – Passwort für Administrator ändern
I
 oder einfacher - direkt per SQL-Befehl:
SET password = PASSWORD('HierMussEinGutesPasswortRein')
80
• Anmeldetyp für phpMyAdmin ändern
 Ins Verzeichnis xampp\phpmyadmin wechseln.
 Datei config.inc.php mit Notepad++ oder Wordpad öffnen.
(oder über Control Panel öffnen)
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
MySQL – Passwort für Administrator ändern
81
39
• Anmeldetyp für phpMyAdmin ändern
 Zeile $cfg['Servers'][$i]['auth_type'] = ‘config';
ändern auf = 'cookie';
 Bei der nächsten Anmeldung (Browser einmal zuvor schließen!) ist die
Eingabe von Benutzer (root) und Passwort notwendig
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
MySQL – Passwort für Administrator ändern
82
• Über den Reiter „Benutzerkonten“ können weitere Benutzer angelegt
und Rechte auf den Datenbanken vergeben werden
 z.B. für einen zentralen Datenbankserver sollen pro Schülergruppe
„exklusive“ Datenbanken zur Verfügung gestellt werden
• Oder einfacher… gleich noch etwas SQL lernen:
M
A
T
I
K
Benutzer / Rechte vergeben
CREATE USER Schueler1@localhost
IDENTIFIED BY 'meinPasswort';
CREATE DATABASE dbSchueler1;
I
N
F
O
R
Da phpmyadmin
immer lokal auf dem
Server läuft…
GRANT ALL PRIVILEGES ON dbSchueler1.*
TO Schueler1@localhost;
83
40
• Einem Benutzer können aber auch Rechte (z.B. nur Leserecht) auf
zentralen Datenbanken wie terra vergeben werden:
GRANT SELECT ON terra.* TO Schueler1@localhost;
• … oder auch entzogen werden:
REVOKE SELECT ON terra.* FROM Schueler1@localhost;
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Benutzer / Rechte vergeben
84
• Jetzt kann der Benutzer über http://Rechnername/phpmyadmin oder
über http://IP-Adresse/phpmyadmin vom Schulnetzwerk auf den Server
zugreifen.
 Problem: Neues Rechte-System in aktuelleren XAMPP-Versionen
 Manuelles Anpassen der Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf nötig.
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Problem: XAMPP-Rechte
85
41
• Im Verzeichnis \xampp\apache\conf\extra findet sich die
Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf
 evtl. Sicherungskopie anlegen!
 Im letzten Abschnitt muss der Zugriff wieder erlaubt werden, indem das
Verbot „auskommentiert“ wird.
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Anpassen der Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf
86
 Danach muss der Webserver mit XAMPP Control Panel neu gestartet
werden.
 Dies ist die „quick and dirty“-Methode
ohne Beachtung eines Sicherheitskonzepts
 Die Anpassung ist für ein „öffentliches“
System im Internet absolut ungeeignet!
1. Schützen Sie den Administrator-Zugang für ihren mySQL-Server wie
zuvor beschrieben.
2. Legen Sie einen Benutzer „ifb“ und Passwort „Speyer“ an. Dieser soll
die Leserechte (SELECT) auf der Datenbank „terra“ erhalten.
3. Passen Sie die Konfigurationsdatei httpd-xampp.conf an.
4. Versuchen Sie, mit diesem Benutzer auf die Datenbank des Nachbarn /
der Nachbarin zuzugreifen.
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Übung: Benutzer anlegen
87
42
• Zur Vereinfachung existiert ein PHP-Skript, das eine erste Umgebung für
den Unterricht einrichtet:
 Verzeichnis terra_install in das htdocs-Verzeichnis des XAMPP-Pakets
kopieren.
 http://localhost/terra_install aufrufen.
• Das Skript
 legt die Datenbanken terra1…4 und miniterra an.
 erzeugt Benutzerkonten und Datenbanken für die Schüler mit
entsprechenden Rechten.
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Skript zur Anlage der Datenbanken
88
Datenbanken – Wozu?
Abfragesprachesprache SQL
Verwaltung MySQL
Datenbankmodellierung
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
Ausblick
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Agenda
89
43
K
Ein neues Informationssystem… Anforderungskatalog
T
I
Schulverwaltung
Die Benutzer können eine Liste aller Lehrer mit ihrem Dienstkürzel
abrufen.
•
Für jede Klasse ist eine Liste der durchgeführten Klassenfahrten
mit dem leitenden Lehrer ersichtlich.
•
StD L. Lämpel übernimmt dieses Jahr die 7a als Klassenleiter. Die
Klasse kann das im Internet schon in den Ferien erfahren.
•
Eine Suche ist möglich über Klassenstufe, Lehrer oder Fach.
•
StR A. Kribich hat sich fortgebildet und darf ab diesem Jahr neben
Mathematik und ev. Religion auch Informatik unterrichten. Die
Fachschaftsliste muss aktualisiert werden.
•
Nachdem LiA Sch. Merz in Rente gegangen ist, geht die
Fachbereichsleitung in Sport an OStR‘ G. Lenk.
I
N
F
O
R
M
A
•
90
• Um ein Informationssystem zu erstellen, muss ein Ausschnitt der realen
Welt („Miniwelt“) im Computersystem erfasst werden.
I
K
Modellbildung
O
• StD L. Lämpel übernimmt dieses
Jahr die 7a als Klassenleiter. Die
Klasse kann das im Internet
schon in den Ferien erfahren.
F
• Eine Suche ist möglich über
Klassenstufe, Lehrer oder Fach.
• …
?
I
R
Datenmodell
• Die Benutzer können eine Liste
aller Lehrer mit ihrem
Dienstkürzel abrufen.
N
M
A
T
Miniwelt
91
Unstrukturierte
Informationen über die
Miniwelt
Repräsentation der
Informationen als
strukturierte Daten
44
• Um aus einer Beschreibung einer Miniwelt das Datenmodell einer
Datenbank abzuleiten, bietet es sich an, zunächst ein grafisches Konzept
der Daten zu erstellen.
Text
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Modellbildung
Externe
Sicht
Konzeptionelle
Sicht
Internes
Modell
(z.B. relationales
Datenmodell)
92
R
M
A
T
I
K
Konzeptionelles Modell – E/R-Diagramme
• E/R-Diagramme dienen dazu, das konzeptionelle Modell des
Informationssystems zu erstellen. Es werden zwei Konstrukte
verwendet:
 Entitätstypen
 Beziehungstypen (Relationships)
• Eine Entität ist ein bestimmtes Objekt der realen Welt oder unserer
Vorstellung
• Entitäten mit gleichen Eigenschaften werden zu Entitätstypen
zusammengefasst
 Symbol: Rechteck
I
N
F
O
 z.B. eine Person, ein Gegenstand, ein Ereignis
Lehrer
93
45
K
 Entität:
 Entitätstyp:
T
• Beispiel Entitätstyp:
I
E/R-Diagramme - Entitätstyp
Kürzel:
Name:
Vorname:
Titel:
Lä
Lämpel
Ludwig
StD
Kürzel:
Name:
Vorname:
Titel:
Kr
Kribich
Alfred
StR
Kürzel:
Name:
Vorname:
Titel:
Le
Lenk
Gertrud
OStR'
Entitätstyp
„Lehrer“
I
N
F
O
R
M
A
 Primärschlüssel:
Lehrer Lämpel, Kürzel Lä
Menge aller Lehrer mit den Merkmalen Vorname,
Nachname, Kürzel, …
Kürzel (?) (oder ein künstlicher Schlüssel)
3 Entitäten
94
• Gleichartige Beziehungen zwischen Entitäten werden als ein
Beziehungstyp zwischen den Entitätstypen definiert.
 Symbol: Raute
• Beispiel:
 Ein Lehrer führt Klassenfahrten durch.
Kuerzel:
Name:
Lä
Lämpel
Stufe:
Teil:
8
a
Kuerzel:
Name:
Kr
Kribich
Stufe:
Teil:
11
M1
Kuerzel:
Name:
Me
Merz
Stufe:
Teil:
12
m3
Beziehungen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
E/R-Diagramme - Beziehungstyp
95
Lehrer
Klassenfahrt
Klasse
Entitätstyp
Beziehungstyp
Entitätstyp
46
K
 Modellierung ist oft nicht eindeutig, es gibt je nach Ansicht mehrere
sinnvolle Modelle für eine Miniwelt.
A
T
• Die Beziehung „Klassenfahrt“ könnte man auch als eigenen Entitätstyp
modellieren.
I
Modellierung oft nicht eindeutig
Klasse
O
R
M
Lehrer
nimmt
teil
Klassenfahrt
I
N
F
führt
durch
96
• Die Eigenschaften aller Entitäten und Beziehungen eines Entitätstyps
bzw. eines Beziehungstyps werden mit Hilfe von Attributen erfasst.
 Symbol: Ellipse
• Beispiel:
R
M
A
T
I
K
E/R-Diagramme - Attribute
Lehrer
Klasse
F
O
Klassenfahrt
Name
Datum
N
Kürzel
Stufe
Teil
identifizierend
I
Vorname
Ziel
Anzahl
beschreibend
97
47
• Ein Beziehungstyp wird durch die Kardinalität genauer bezeichnet:
T
9a
Name: Müller
Vorname: Yvonne
Name:
9b
Name: Meier
Vorname: Jan
Name:
10d
Name: Dietz
Vorname: Nicole
Name: Seiler
Vorname: Manfred
O
R
Name:
A
 1:n- Beziehung am Beispiel: Klassenzuordnung der Schüler
M
I
K
E/R-Diagramme – Kardinalität
Schüler
I
N
F
Klasse
98
1
Klasse
n
Schüler
angehören
Ein Schüler gehört einer Klasse an. Einer Klasse gehören mehrere Schüler an.
• n:m – Beziehung am Beispiel:
Kurszuordnung von Schülern in der MSS
T
LK: ja
Name: Müller Vorname: Yvonne
A
Fach: Deutsch
LK: ja
Name: Meier
Vorname: Jan
Fach: Englisch
LK: ja
Name: Dietz
Vorname: Nicole
R
Fach: Mathe
M
I
K
E/R-Diagramme – Kardinalität
Name: Seiler Vorname: Manfred
Schüler
Kurs
n
besucht
m
Schüler
I
N
F
O
Kurs
Ein Kurs hat mehrere Schüler. Ein Schüler nimmt an mehreren Kursen teil.
99
48
• Die Kardinalitäten (1:1, 1:n, n:m) geben nur an, wie viele Entitäten
maximal miteinander verbunden sind.
1
Klasse
angehören
n
Schüler
 Bsp.: Ein Schüler ist maximal einer Klasse zugeordnet.
Einer Klasse sind maximal n Schüler zugeordnet.
• Die Kardinalität kann zusätzlich eingeschränkt werden.
N
F
O
R
M
A
T
I
K
E/R-Diagramme – Kardinalität
1
Klasse
angehören
Schüler
[8,30]
I
[1,1]
n
 Bsp.: Eine Klasse hat minimal 8 und maximal 30 Schüler.
100
• Beziehungen können auch auf dem gleichen Entitätstyp gelten,
Selbstbeziehung oder Reflexive Beziehung.
 Bsp.: Heirat
T
I
K
E/R-Diagramme – Reflexive Beziehungstypen
Vorname: Klaus
Name: Bach
Vorname: Stefan
Name: Meier
Vorname: Sabine
R
Name: Hurtig
Vorname: Hans
Personen
N
F
Name: Bach-Meier Vorname: Petra
O
M
A
Name: Meier
1
Heirat
I
Personen
oder n:m ?
1
101
49
• Im ersten Teil wurde eine bestehende Datenbank sukzessive erweitert
und vor allem in mehrere Tabellen zerlegt, um Redundanzen zu
vermeiden.
• Dieser Prozess kann in der sog. „Normalisierung“ formalisiert werden.
 Das Relationenschema wird dabei in die erste, zweite, dritte usw.
Normalform überführt.
 Immer mehr Redundanzen werden vermieden.
 Immer mehr Tabellen sind notwendig (und Anfragen werden komplexer).
 Prozess wird in der Realität nur bis zu einem gewissen Grad durchlaufen.
 Weitergehendes mit Beispielen in:
http://de.wikipedia.org/wiki/Normalisierung_(Datenbank)
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Normalisierung von relationalen Schemata
103
K
 Für jeden Entitätstyp eine Tabelle
T
• Transformation von Entitätstypen
I
Transformation E/R-Modell in relationales Schema
E/R-Modell
M
A
Schüler
Name
R
SNR
Schueler
I
SNR
104
Name
Vorname
Relationales Schema
N
F
O
Vorname
50
• Transformation von 1:n-Beziehungstypen
 Fremdschlüssel wird auf Seite der „Kind“-Klasse hinzugefügt
(kann, aber muss nicht der Name des Primärschlüssels sein).
1
n
angehören
Schüler
Name
KNR
SNR
Stufe
O
R
M
Klasse
E/R-Modell
A
T
I
K
Transformation E/R-Modell in relationales Schema
N
Klasse
Schueler
Stufe
SNR
Name
Vorname
KNR
I
KNR
105
Relationales Schema
F
Vorname
• Transformation von n:m-Beziehungstypen
 Einfügen eines Fremdschlüssels nicht möglich
 Separate Tabelle mit zwei Fremdschlüsseln
n
besucht
m
Schüler
Name
KNR
Stufe
SNR
Fehlstunden
O
R
M
Kurs
E/R-Modell
A
T
I
K
Transformation E/R-Modell in relationales Schema
Kurs
I
KNR
106
Besucht
Stufe
KNR
Schueler
SNR
Fehlst.
SNR
Name
Vorname
Relationales Schema
N
F
Vorname
51
• Transformation von 1:1-Beziehungstypen
 z.B. das separate Speichern von sensiblen Daten zu Personen
 Separate Tabelle, wobei dort Primärschlüssel auch Fremdschlüssel ist.
1
1
Zusatzdaten
SchülerPrivat
Vorname
SNR
Konfession
SNR
Name
O
R
M
Schüler
E/R-Modell
A
T
I
K
Transformation E/R-Modell in relationales Schema
Schueler
Name
Vorname
SNR
Konfession
Herkunft
I
SNR
SchuelerPrivat
107
Relationales Schema
N
F
Herkunft
• DBDesigner4
http://fabforce.net/dbdesigner4/
• MySQL Workbench
http://www.mysql.com/downloads/workbench/
A
T
I
K
Tools für E/R-Diagramme
 Mogwai ER-Designer
http://sourceforge.net/projects/mogwai/
 TOAD Data Modeler
 TOAD für MySQL
http://toadformysql.com/index.jspa
I
N
F
O
R
M
• Ungetestet:
• Oder doch einfach mit Office-Programmen…
109
52
„Schule“
•
Es werden alle LehrerInnen mit ihren Namen, Vornamen, Kürzeln
und Dienstgrad erfasst.
•
Die Benutzer können im Internet eine Liste der Klassen mit ihren
KlassenleiterInnen einsehen.
•
Es ist eine Suche nach den Fachschaften der Schule möglich. Dabei
werden auch alle LehrerInnen angezeigt, die der Fachschaft
angehören.
I
N
F
O
R
M
A
I
• Erstellen Sie ein E/R-Modell und dann das relationale Schema.
T
K
Aufgaben
110
I
T
•
In der Bibliothek müssen Bücher erfasst werden. Eine Suche ist
möglich über Sachgebiet, Autor, Titel, Erscheinungsort und –jahr,
Verlag.
M
•
Bei der Suche wird eine Liste aller verfügbaren Verlage
vorgeblendet.
R
•
Leser, die Bücher ausleihen wollen, müssen sich zuvor registrieren.
•
Für ein Buch kann herausgefunden werden, ob es zur Zeit
ausgeliehen ist und von wem.
•
Um Schäden nachvollziehen zu können, können alle vorherigen
Ausleiher ermittelt werden.
•
Bei zu langer Ausleihe erfolgt eine Mahnung an den Leser. Das
muss vermerkt werden.
I
O
A
„Bibliothek“
F
• Erstellen Sie ein E/R-Modell und dann das relationale Schema.
N
K
Bibliothek … Anforderungskatalog
111
53
K
Anfragen an die Bibliothek-Datenbank
•
Eine Datenbank für das Schema kann fertig importiert werden!
N
F
O
R
M
A
T
I
(Bibliotheks-DB_latin.sql)
1. Welche Bücher sind bei einem Verlag aus München erschienen?
(214 Ergebnisse)
2. Welche Jugendbücher sind zur Zeit von welchem Leser ausgeliehen?
Geben Sie den Buchtitel, den Lesernamen und das Datum der Ausleihe
aus!
(7 Ergebnisse)
3. Wie viele Bücher existieren zu jedem Sachgebiet?
Geben Sie die Sachgebiete nach Anzahl absteigend sortiert aus.
4. Wie viele Bücher aus jedem Sachgebiet sind zur Zeit ausgeliehen?
I
(Kinder: 14)
5. Welche Leser haben zur Zeit Bücher ausgeliehen?
(49 Ergebnisse, Achtung Duplikate?)
112
I
•
Dr. Mager (kurz Ma) behandelt am 21.2.2005 den Patienten Willi
Schäfer (Patientennummer 3012). Im Rahmen dieser Behandlung
werden die folgenden Leistungen erbracht: Beratung,
symptombezogene Untersuchung, Schutzimpfung. Jede dieser
Leistungen ist über eine Nummer identifizierbar und kostet eine
bestimmte Gebühr.
•
Frau Dr. Hurtig (kurz Hu) wird am Sonntag (27.2.2005) zu einem
Notfall gerufen. Patient Manfred Achilles ist beim Fußballspiel
eine Sehne gerissen. In der Untersuchung vor Ort wird das Bein
ruhig gestellt und der Patient ins Krankenhaus eingewiesen.
•
Herr Dr. Alzheimer (kurz Al) besucht regelmäßig seine Patientin
Paula Stein im Altenheim. Diese Untersuchung gilt als
Vorsorgemaßnahme.
I
N
F
O
R
M
A
„Arztpraxis“
T
K
Arztpraxis … Anforderungskatalog
113
54
I
•
Bei der Registrierung muss der Benutzer sich einen eindeutigen
Benutzernamen auswählen und seine email-Adresse hinterlegen.
•
Benutzer legen Gruppen an, denen weitere Benutzer beitreten
können.
•
Ein Benutzer sieht in einer Übersicht, mit welchen anderen
Benutzern er Freundschaften unterhält.
•
Ein persönliches Blog erlaubt einem Benutzer, regelmäßig sein
Leben mit anderen zu teilen.
•
Ein Benutzer wird rechtzeitig an Events erinnert, an denen er
teilnimmt.
I
N
F
O
R
M
A
„Wer-kennt-wen“
T
K
Wer kennt wen? - Anforderungskatalog
114
Datenbanken – Wozu?
Abfragesprachesprache SQL
Verwaltung MySQL
Datenbankmodellierung
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
Ausblick
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Agenda
115
55
K
 über Werkzeuge (z.B. Excel)
 über selbst erstellte Programme
I
N
F
O
R
M
A
T
• Grafische Auswertung der Datenbank
(z.B. Anzahl der Länder pro Kontinent)
I
Vernetzung des Themas - Auswertungen
116
• Umrechnung Breiten/Längen-Angaben in Bildschirmkoordinaten
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Vernetzung des Themas - Koordinatensystem
117
56
• Problem: „Verfolgen eines Flusslaufes“
 von der Quelle zum Meer
z.B. Spree
Nordsee
T
I
K
Vernetzung des Themas - Grenzen von SQL
• Hier werden iterative Strukturen
benötigt, die SQL (als mengenorientierte Sprache) im Standard
nicht bietet.
F
Spree
Weser
Rhein
Fulda
Werra
Main
 Anknüpfung an Programmierung
 Python, PHP, Delphi, Java
Havel
Aller
O
R
M
A
Elbe
N
Mosel
Neckar
Donau
I
Inn
Isar
118
• Problem: „Verfolgen eines Flusslaufes“
 vom Meer zu den Zuflüssen
z.B. Nordsee
Nordsee
T
I
K
Vernetzung des Themas - Grenzen von SQL
R
M
A
Elbe
Havel
Aller
 Beispiel für eine (elegante?)
rekursive Programmierung
Spree
Weser
Rhein
O
Fulda
Werra
F
Main
Neckar
Donau
Inn
I
N
Mosel
Isar
119
57
•
Grundlegende Schritte jedes Datenbankzugriffs am Beispiel Python und
der Bibliothek mysql.connector:
I
K
Zugriff auf MySQL über Python
1. Verbindung mit dem Datenbanksystem aufbauen
con = mysql.connector.connect(
host
= 'localhost',
user
= 'root',
password = 'sql',
database = 'terra')
F
O
R
M
A
T
# http://dev.mysql.com/downloads/connector/python/
import mysql.connector
N

I


Ergebnis der Verbindung ist eine Variable (Handle), mit der auf die
Verbindung zugegriffen werden kann.
Fehler sollten (gerade hier) abgefangen (PHP-Konstrukt „or die“) und
ausgegeben werden.
In manchen Fällen (z.B. PHP) kann die Datenbank erst in einem zweiten
Schritt ausgewählt werden.
120
2.
Abfrage ausführen
cursor = con.cursor()
SQLBefehl = 'SELECT Name, Einwohner FROM kontinent'
cursor.execute(SQLBefehl)
T
I
K
Zugriff auf MySQL über Python
Ergebnis ist eine Variable (Handle), mit der auf das Resultat der Anfrage
zugegriffen werden kann.
R
M
A

3.
Ergebnisse ausgeben
O

Grundlegendes Problem
I
N
F
•
Programmiersprachen sind iterativ
•
relationale Datenbanken (und damit SQL) sind mengenorientiert
 Speicherung und „Durchlaufen“ der Ergebnisse notwendig
4.
Freigabe der Handles
cursor.close()
con.disconnect()
121
58
• Ausgabe der Ergebnisse
 cursor.fetchone() liefert eine komplette Zeile des Ergebnisses als
Tupel
 Nach der letzten Zeile wird None zurückgegeben
M
A
T
I
K
Zugriff auf MySQL über Python
Iteration über alle
Zeilen
des Ergebnisses
row=cursor.fetchone()
while (row!=None):
print(row[0], row[1])
row = cursor.fetchone ()
I
N
F
O
R
Auslesen und Speichern
einer Ergebniszeile
Zugriff auf eine Spalte der Ergebniszeile
122
• In Delphi kann der Zugriff auf Datenbanken mittels Borland Database
Engine (BDE) bzw. dbExpress erfolgen.
 Problem: Ab Delphi 5 ist die Datenbankunterstützung nur in der
Professional-Version enthalten.
• Units, die einen einfachen Datenbankzugriff erlauben
 MySQLDirect (http://www.sourceforge.net/projects/directsql)
 Einsteiger-Tutorial dazu: http://www.delphi-treff.de/tutorials/
I
N
F
M
R
 Lösung: Verzicht auf Borland-Datenbank-Komponenten und
Verwendung freier Zugriffssoftware
O
A
T
I
K
MySQL in Delphi
123
59
• Anknüpfungspunkt: www.schober.de
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Datenschutz
124
• Ein Blick ins Bundesdatenschutzgesetz:
(http://bundesrecht.juris.de/bdsg_1990/ )
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Datenschutz
125
60
• Datenbank-basierte Umfrage in der Schule
 Wie können durch Verknüpfen (eigentlich harmloser) Daten neue
Informationen gewonnen werden?
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Vernetzung des Themas - Datenschutz
126
Datenbanken – Wozu?
Abfragesprachesprache SQL
Verwaltung MySQL
Datenbankmodellierung
Themenvernetzung (DB-Zugriff, etc.)
Ausblick
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Agenda
127
61
• Weitere Möglichkeiten von SQL
 Outer Joins (z.T. auf inf-schule.de in gbuch-Datenbank)
 Sub-Selects
• Verändern der Datenbankinhalte mit SQL
 INSERT / DELETE / UPDATE
R
M
A
T
I
K
Ausblick - Was hätte man noch alles behandeln können?
• Verändern der Datenbankstruktur über Anweisungen
I
N
F
O
 Data Definition Language (DDL)
• Datenbank-Management
 Zugriffsbeschleunigung über Indizes
 Verwaltung der physischen Speicherung
• storage engine InnoDB für MySQL
• Sicherung der Datenbank
• u.v.m.
128
K
Software / Links
• XAMPP
T
I
 http://www.xampp.org
• Deutsche MySQL Seite
M
A
 http://www.mysql.de/
• MySQL Workbench
• PHP-Dokumentation (mit MySQL Funktionen)
 http://www.php.net/download-docs.php
• Connectors (Python, Java, …) für MySQL
 http://www.mysql.de/downloads/connector/
I
N
F
O
R
 http://www.mysql.com/downloads/workbench/
129
62
I
K
Software / Links
• Material zur MySQL-Verwendung von Klaus Merkert
 http://www.hsg-kl.de/faecher/inf/material/datenbanken/mysql/index.php
 http://www.hsg-kl.de/faecher/inf/datenbanken/postgres/index.php
A
T
• Material zu PostgreSQL von Klaus Merkert
 http://oszhdl.be.schule.de/gymnasium/faecher/informatik/datenbanken/in
dex.htm
• u.v.m.
I
N
F
O
R
M
• Material zu DB allgemein von OSZ Handel, Berlin
130
Fragen
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
Informationssysteme / Datenbankabfragen
131
63
• Schema zur Beispieldatenbank „schulverwaltung.sql“
I
K
Schemata der Beispieldatenbanken
Name
A
T
LNR
Vorname
FNR
n
unterrichtet
m
Faecher
M
Lehrer
Fach
R
n
F
O
Klassenleiter
N
m
I
Klassen
KStufe
KBuchstabe
Saal
132
• Schema zur Beispieldatenbank „bibliothek.sql“
BuchNr
Autor
…
zurueck
n
A
T
I
K
Schemata der Beispieldatenbanken
Ausleihe
LeserNr
m
Nachname
…
Leser
M
Buecher
…
1
R
n
F
Verlag
Ist Teil von
1
Leserprivat
I
1
N
O
gibt heraus
VNR
Name
Ort
LeserNr
Geschlecht
…
133
64
• Schema zur Beispieldatenbank „wm2006.sql“
I
K
Schemata der Beispieldatenbanken
Ort
T
1
A
n
Team1
n
Begegnung
Datum
Team2
1
F
O
R
M
n
Ergebnis
1
1
Schiedsrichter
N
Team
n
I
1
1
134
1
Land
• WM-Datenbank als UML-Diagramm
I
K
Schemata der Beispieldatenbanken
Ort
T
ONR
M
TNR2
Name
Sitze
ONR
A
TNR1
Begegnung
SNR
Datum
TNR
TNR
Team
135
Schiedsrichter
Trainer
LNR
TNR in Team ist
Primär- und
Fremdschlüssel
Name
Vorname
LNR
TNR
I
N
F
O
R
Ergebnis
Land
LNR
Name
Einwohner
Kontinent
65
I
T
•
Bei der Registrierung muss der Benutzer sich einen
eindeutigen Benutzernamen auswählen und seine emailAdresse hinterlegen.
M
•
Benutzer legen Gruppen an, denen weitere Benutzer
beitreten können.
R
•
Ein Benutzer sieht in einer Übersicht, mit welchen anderen
Benutzern er Freundschaften unterhält.
•
Ein persönliches Blog erlaubt einem Benutzer, regelmäßig
sein Leben mit anderen zu teilen.
•
Ein Benutzer wird rechtzeitig an Events erinnert, an denen
er teilnimmt.
I
N
F
A
„Wer-kennt-wen“
O
K
Wer kennt wen? - Anforderungskatalog
136
•
Grundlegende Schritte jedes Datenbankzugriffs am Beispiel PHP:
1. Verbindung mit dem Datenbanksystem aufbauen
$link = mysql_connect($Host, $Benutzer, $Passwort)
or die("DB-Verbindung unmöglich: " . mysql_error());
M
A
T
I
K
Zugriff auf MySQL über PHP

Ergebnis der Verbindung ist eine Variable (Handle), mit der auf die
Verbindung zugegriffen werden kann.
Fehler sollten (gerade hier) abgefangen (PHP-Konstrukt „or die“) und
ausgegeben werden.
N
F
O
R

I
2. Datenbank auswählen
mysql_select_db($Datenbank)
or die("Auswahl Datenbank unmöglich: " . mysql_error());
137
66
Abfrage ausführen
$result = mysql_query($SQLText)
or die("Anfrage fehlgeschlagen: " . mysql_error());

4.
Grundlegendes Problem
F
O
•
Programmiersprachen sind iterativ
•
relationale Datenbanken (und damit SQL) sind mengenorientiert
 Speicherung und „Durchlaufen“ der Ergebnisse notwendig

Für das Abrufen der Ergebnisse gibt es drei wesentliche Varianten:
I
N
i.
ii.
iii.
5.
138
Ergebnis ist eine Variable (Handle), mit der auf das Resultat der Anfrage
zugegriffen werden kann.
Ergebnisse ausgeben

R
M
A
I
3.
T
K
Zugriff auf MySQL über PHP
Array
Assoziatives Array
Objektorientiert
Freigabe der Handles (kann entfallen)
mysql_free_result($result);
mysql_close($link);
• Ausgabe der Ergebnisse als Array
 mysql_fetch_array liefert eine komplette Zeile des Ergebnisses als
Array (Alternative: mysql_fetch_row)
 Nach der letzten Zeile wird FALSE zurückgegeben
A
T
I
K
Zugriff auf MySQL über PHP
Schleife über
alle Zeilen
des Ergebnisses
while ($arrRow = mysql_fetch_array($result))
{
echo "$arrRow[0] : $arrRow[1]";
}
I
N
F
O
R
M
Auslesen und Speichern einer
Ergebniszeile als Array
Zugriff auf eine Spalte der Ergebniszeile
139
67
Informationssysteme / Datenbankabfragen
Thomas Mohr
I
N
F
O
R
M
A
T
I
K
68