Datenbanken

1. Datenbanken Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

2. Inhalt • Motivation • Grundlegende Begriffe • Geschichte • Aufgabenfelder / Tätigkeitsbereiche • Grundlagen • Formalisierung der Realität • Modelle • Datenmodellierung Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

3. Literatur Meier, Andreas, [2001]: Relationale Datenbanken – Leitfaden für die Praxis, Springer, Berlin. Heuer, Andreas / Saake, Gunter [2000]: Datenbanken: Konzepte und Sprachen, 2. Auflage, mitp, Bonn. Vossen, Gottfried, [2000]: Datenmodelle, Daten-banksprachen und Datenbankmanagement-systeme, 4. Auflage Oldenburg, München. Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

4. Motivation Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

5. Vorher Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

6. Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

7. Nachher Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

8. Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

9. Datenbanken - Motivation Die ganze Datenbankproblematik beginnt damit, dass “man” “Daten” längerfristig, d.h. über die Laufzeit eines Programmes hinaus, auf einem Computer speichern will. Computer / Rechner  EDV (elektronische Datenverarbeitung) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

10. Datenbanken - Anforderungen • Schnelle, flexible Suchmöglichkeiten im Datenbestand • Gezielter schneller Zugriff auf bestimmte Eigenschaften eines Objektes • Einfache gezielte Änderung der Daten • Paralleler Zugriff mehrerer Mitarbeiter oder Programme auf die Daten, ohne dass die Daten fehlerhaft werden • Datenunabhängigkeit Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

11. Datenbanken - Anforderungen • Unterstützung von Transaktionen, (d.h. mehrere sequentiell durchgeführte Änderungen von Daten werden zusammenhängend behandelt. Entweder werden alle Änderungen durchgeführt oder keine) • Gezielte Vergabe von Zugriffsrechten für Anwender und Entwickler • Datenkonsistenz /-integrität • Datensicherung Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

12. Datenbanken - Anforderungen • Gute Weiterverarbeitungs- bzw. Auswertungsmöglichkeiten der Daten durch Programme • Hohe Leistungsfähigkeit auch bei der Verarbeitung von sehr grossen Datenmengen und sehr vielen gleichzeitigen Zugriffen • Synchronisierte effiziente Verteilung der Daten im Netzwerk (Replikation) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

13. Grundfunktionen von DBen • Anwender • Suche und Anzeige von Daten • Eingabe von Daten • Löschen von Daten • Veränderung von Daten • Entwickler • Datenbank anlegen • Tabellen definieren • Verknüpfungen zwischen Tabellen definieren Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

14. Vorteile DB gegenüber Datei • Einfachere Strukturierbarkeit der Daten • schnellerer systematischerer Zugriff auf die einzelne Daten • Vorhandene Suchfunktionen bzw. Anfragesprachen (SQL, QBL) • Flexible Verknüpfbarkeit von Daten Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

15. Vorteile von zentraler gegenüber lokaler DB • Massiver kontrollierter Parallelzugriff • Alle berechtigten Mitarbeiter können von ihrem Arbeitsplatz aus auf die gleichen Daten zugreifen • Alle berechtigten Mitarbeiter können Daten manipulieren • Zugriffsrechte können flexibel vergeben werden • Integrierte Datenhaltung aller Daten (ohne Redundanzen) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

16. Grundlegende Begriffe

17. Definitionen • Datenbank • Daten • Datenbankmanagementsystem Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

18. Datenbank - Definition Eine Datenbank ist eine strukturiert bzw. geordnet , elektronisch gespeicherte Sammlung von Daten(elementen). Die dabei berücksichtigen Objekte, Eigenschaften und deren technische Organisation ergeben sich im Rahmen der Datenmodellierung • aus den Aufgaben, für die sie modelliert werden, und • aus den technischen Möglichkeiten des Datenbankverwaltungssystems (DBMS). Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

19. Beispiele für Datenbanken • Mitarbeiterdatenverwaltung • Kundendatenverwaltung • Auftragsverwaltung • Produktkatalog • Bibliotheksverwaltung • Lagerhaltung • Bundes-Bahn-Fahrplan • Veranstaltungsmanagement Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

20. Daten - Definition • Daten sind einzelne oder aneinander gereihte Zeichen mit einer Bedeutung • Daten sind Informationenin einer zur technikgestützten Darstellungund Verarbeitunggeeigneten Form. Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

21. Daten - Beispiele • Zahlen: „12646“ z.B. interpretiert als Kosten in DM oder als Postleitzahl eines Ortes • Namen: „Herbert“ z.B. interpretiert als Vorname eines Mitarbeiters • Datumsangabe: „10.02.02“ interpretiert als 10. Februar 2002 Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

22. Datenbankmanagementsystem (DBMS) Software-System zur Verwaltung von Datenbanken und Datenbankzugriffen Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

23. Reale DBMS auf dem Markt • DB2 /UDB (IBM) • Oracle (Oracle) • MS SQL Server (Microsoft) • MySQL (Linux / Open Source) • Sybase (Sybase) • Informix (IBM) • Tamino (Software AG) • MS Access (Microsoft) (Desktop) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

24. Geschichte der Datenbanktechnologie

25. Datenbanken - Geschichte 1. Generation • Speicherung der Daten auf Lochkarten oder Magnetbändern • Offline-Betrieb / Batchverarbeitung(Berichte) • Sequentieller Zugriff auf die Daten Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

26. Datenbanken - Geschichte 2. Generation • Speicherung der Daten auf Magnetplatten • Online-Betrieb (interaktiv am Terminal) • Direkter Zugriff auf die Daten • Parallelzugriff auf die Datenbank • Hierarchisches Datenmodell (IMS / IBM) • Netzwerkmodell (UDS / Siemens) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

27. Datenbanken - Geschichte 3. Generation • Nichtprozedurale DB-Sprachen (was statt wie) • Relationales Datenmodell (DB2, Oracle) • Entity Relationschip Model (Chang) • SQL (Structered Query Language) • Datenunabhängigkeit Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

28. Datenbanken - Geschichte 4. Generation • Datenbanken auf PC-Basis (dbase / MS-Access) • Objektorientierte Datenbanken (Poet / O2) • Client-Server-Architekturen Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

29. Datenbanken - Geschichte 5. Generation • Offene Schnittstellen (ODBC) • Integration mit Internettechnik (JDBC) • Objektrelationale Datenbanken • Zeitdatenbanken • Deduktive Datenbanken • Multidimensionale Datenbanken • Verteilte Datenbanken Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

30. Aufgabenfelder

31. Aufgabenfelder • Nutzung durch Anwender • Entwicklung (Entwickler) • Verwaltung (Administrator) • Datenarchitektur (Datenarchitekt) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

32. Anwendertätigkeiten • Daten suchen, anschauen • Datenpflege (Aktualisierung der Daten) • neue Daten eingeben • vorhandene Daten löschen • vorhandene Daten verändern Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

33. Aufgaben Entwickler • Datenmodellierung • Konzeptionelles Schema entwerfen • Tabellen und Verknüpfungen definieren • Ansichten generieren • Formulare / Masken entwerfen • Standard-Berichte erstellen • Anwendungsentwicklung mit DBen • Konsistenzsicherung der Datenbasis Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

34. Aufgaben Administrator • Implementation DBMS • Datensicherung (Back-up) • Benutzerverwaltung • Tuning (Performance-Optimierung) • Replikation im Rahmen verteilter DBen Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

35. Aufgaben Datenarchitekt • Konzept für ein möglichst redundanzfreies unternehmensweites Datenmodell erstellen und pflegen • Konzept zur Verteilung der Daten im Netzwerk erstellen und pflegen • Beratung und Koordination von Entwicklern und Administratoren Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

36. Zugriffsformen Administrator Anwender Entwickler Datenbankmanagementsystem (DBMS) Entwicklungs- tool Verwaltungs- tool Anwender- tool DB1 DB2 DB3

37. Grundlagen

38. Unterschied: Daten - Dokumente • Daten setzen sich aus terminologisch kontrollierten und systematisch verknüpften Datenelementen zusammen • Daten sind durch Datenfelder stark strukturiert (Beispiel: Tabelle) • Dokumente sind schwach strukturierte und terminologisch wenig kontrollierte Informationen (Beispiel: Text, Multimedia) Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

39. Unterschied: DBMS- DMS/CMS • DBMS: Datenbankmanagementsystem • speichert Daten in einzelnen Feldern • erlaubt direkten Zugriff und kombinierte Suche über jedes Datenfeld • kontrollierte Terminologie • DMS Dokumentenmangementsystem • speichert Dokumente • Zugriff mittels Index oder Volltextsuche • CMS: Content Management System Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

40. Unterschied: DBMS- DMS/CMS • CMS: Content Management System • speichert Dokumente • Zugriff mittels Index, Volltextsuche, Link • Web-orientiert (Hypermedia) • Trennung von Inhalt und Form • Site-Management • unterstützt kooperatives / paralleles Web-Publishing • Schnittstellen zu DBMS und DMS Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

41. Datenbanktypen / (Modelle) • Hierarchische Datenbanken • Netzwerk Datenbanken • Relationale Datenbanken • Objektrelationale Datenbanken • Objektorientierte Datenbanken Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

42. Datenbanktypen • Föderierte Datenbanken • Multimedia Datenbanken • Temporale Datenbanken • Deduktive Datenbanken • XML-Datenbanken Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

43. Datenbankanwendungen • WEB-Datenbanken • CAD-Datenbanken • Data-Warehouse-Systeme • Volltext-Datenbanken • Geographische Informationssysteme • Dokumenten- /Content-Management • Suchmaschinen / Information Retrieval Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

44. Desintegrierte Datenhaltung Client1 Client2 Client3 Anw.1 Anw.2 Anw.3 Datei1 Datei2 Datei3

45. Integrierte Datenhaltung in mehreren DB Client1 Client2 Client3 Anw.1 Anw.2 Anw.3 Datenbankmanagementsystem (DBMS) DB1 DB2 DB3

46. Integrierte Datenhaltung in einer DB Client1 Client2 Client3 Anw.1 Anw.2 Anw.3 Datenbankmanagementsystem (DBMS) Daten- bank

47. Komplette Integration Anw.1 Client Anw.2 S6 Middleware S1 S7 S2 Komponenten/ Services Komponenten Services S3 S8 S4 S9 S5 Datenbankmanagementsystem (DBMS) Daten- bank

48. ANSI (SPARC) DB-Architektur Benutzer1 Benutzer2 Benutzer3 Sicht1 Sicht2 Sicht3 Sichten der einzelnen Benutzer externe Ebene Konzeptionelle Ebene / Logisches Datenmodell Physikalische Ebene Datei1 Datei2 Datei3 Datei4 Datei5 Physikalische Datenorganisation und Zugriff

49. Datenunabhängigkeit • Die ANSI SPARC 3 Schema-Architektur ermöglicht Datenunabhängigkeit • An jedem Schema können Änderungen vorgenommen werden, ohne dass die anderen Schemata davon betroffen sind. • Am der konzeptionellen Schemata können Änderungen durchgeführt werden, ohne dass Anwendungen, die auf dem externen Schema aufsetzen, dadurch angepasst werden müssten. • Gleiches gilt für Änderungen auf dem internen Schema Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002

50. Datenqualität • Korrektheit der Daten • Aktualität der Daten • Vollständigkeit der Daten • Widerspruchsfreiheit der Daten • Relevanz der Daten • „Algorithmen und Datenstrukturen“ Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Januar 2002