Datenbanken Flashcards
Datenbanken und Datenbankmanagementsysteme (DBMS)
- Überblick: Datenbanken und Datenbankmanagementsysteme (DBMS) (Folie 5-2)
In dieser Woche lernen wir die Grundlagen der Datenbanktechnik und den Entwurf relationaler Datenbanken kennen.
Datenbank: Eine Datenbank ist eine organisierte Sammlung von logisch zusammenhängenden Daten. Datenbanksystem: Ein Datenbanksystem besteht aus: * Datenbank: Ein einheitlich definierter Datenbestand. * Datenbankmanagementsystem (DBMS): Die Verwaltungssoftware, die für den Zugriff auf die Datenbank sorgt. Wichtig: Der Zugriff auf die Daten ist nur über das DBMS möglich. Ein direkter Zugriff auf die Datenbank ohne das DBMS ist nicht erlaubt, was die Datensicherheit und -konsistenz erhöht.
Datenbankmanagementsystem (DBMS) und seine Aufgaben
. Datenbankmanagementsystem (DBMS) und seine Aufgaben (Folie 5-4)
Das DBMS stellt eine Schnittstelle zwischen den Nutzern und der Datenbank her und verwaltet folgende Aufgaben:
* Zugriffskontrolle: Kontrolliert den Zugriff auf die Datenbank und stellt sicher, dass nur berechtigte Nutzer Änderungen vornehmen können. * Konsistenzsicherung: Sorgt dafür, dass Datenformate und die inhaltliche Konsistenz eingehalten werden. * Datensicherheit: Verhindert unbefugten Zugriff und schützt die Daten. * Parallelität: Ermöglicht den Mehrbenutzerbetrieb, sodass mehrere Benutzer gleichzeitig arbeiten können. * Effizienz: Sorgt für eine schnelle und ressourcenschonende Datenverarbeitung. Beispiel: Ein DBMS ist besonders vorteilhaft für dynamische und komplexe Datenbestände, wie sie in großen Unternehmen vorkommen.
Abstraktionsebenen bei Datenbanken
- Abstraktionsebenen bei Datenbanken (Folie 5-5)
Eine Datenbank ist in mehrere Abstraktionsebenen unterteilt, um die Daten von den Anwendungen zu entkoppeln:
* Interne Ebene: Bestimmt die Art und Weise der physischen Speicherung der Daten. * Konzeptionelle Ebene: Beschreibt die logische Struktur der Daten, zum Beispiel in Form von Tabellenstrukturen. * Externe Ebene: Umfasst die Benutzeroberflächen, Webzugriffe und Schnittstellen, die den Zugang zu den Daten ermöglichen.
Diese Abstraktionsebenen bieten zwei wichtige Vorteile:
* Logische Datenunabhängigkeit: Änderungen an der Datenstruktur haben keine Auswirkungen auf die Anwendungen. * Physische Datenunabhängigkeit: Änderungen an der physischen Speicherung beeinflussen die logische Sicht nicht.
Transaktionskonzept
- Transaktionskonzept (Folie 5-6)
Eine Transaktion ist eine Folge von Datenbankoperationen, die untrennbar miteinander verbunden sind und als Einheit ausgeführt werden müssen, um die Datenkonsistenz zu gewährleisten.
- Beispiel einer Transaktion: Eine Überweisung vom Konto A auf Konto B
- Lesen des Kontostands von Konto A.
- Schreiben des neuen Kontostands für Konto A (nach Abzug des Betrags).
Anforderungen an ein DBMS
- Anforderungen an ein DBMS (Folie 5-7)
Für die Qualität eines DBMS sind bestimmte Kriterien entscheidend:
* Vollständige Transaktionen: Eine Transaktion muss vollständig ausgeführt werden, um Konsistenz zu gewährleisten. * Universelle Verwendbarkeit: Die Datenbank soll für verschiedene Anwendungen nutzbar sein. * Manipulierbarkeit: Änderungen an den Daten sollen einfach möglich sein. * Redundanzfreiheit: Daten sollen nicht unnötig mehrfach gespeichert werden. * Flexibilität: Die Daten- und Tabellenstrukturen sollen anpassbar sein.
Zusätzlich sollte ein DBMS auch Kriterien wie Reaktionszeit, Mehrbenutzerbetrieb, Datenschutz und Sicherheitsfunktionen erfüllen.
Redundanzfreiheit
- Redundanzfreiheit (Folie 5-8)
Redundanzen treten auf, wenn Daten unnötigerweise mehrfach vorhanden sind, was zu erhöhtem Speicherbedarf und potenziellen Inkonsistenzen führen kann.
Nachteile von Redundanzen: * Höherer Speicherbedarf * Erhöhter Eingabeaufwand * Gefahr von Inkonsistenzen Grundprinzip: Redundanzfreiheit ist ein zentrales Ziel in Datenmodellen und Datenbanken, um die Datenkonsistenz zu sichern.
Relationales Datenmodel
- Relationales Datenmodell (Folie 5-9)
Das relationale Datenmodell beschreibt die Daten mit einem einzigen Konstrukt: der Relation (Tabelle).
* Definition: Eine Relation ist eine Tabelle, deren Zeilen (Tupel) die Datensätze darstellen und deren Spalten (Attribute) die Struktur angeben. * Tabellenstruktur: Die Struktur wird durch den Tabellenkopf vorgegeben, der die Attribute definiert. Beispiel: Eine Tabelle mit Containern könnte Attribute wie Container-Nr., Größe und Besitzer enthalten.
Schlüssel in relationalen Datenbanken
- Schlüssel in relationalen Datenbanken (Folie 5-10 und 5-11)
In relationalen Datenbanken sind Schlüsselattribute essentiell für die eindeutige Identifikation von Datensätzen:
Primärschlüssel: Ein Attribut oder eine Attributkombination, das/die jeden Datensatz eindeutig identifiziert. Ein Primärschlüssel muss folgende Eigenschaften erfüllen: * Eindeutigkeit: Jeder Datensatz hat eine einzigartige Schlüssel-Kombination. * Minimalität: Es gibt keine kleinere Attributkombination, die die Datensätze eindeutig identifizieren könnte. Fremdschlüssel: Ein Attribut in einer Tabelle, das auf einen Primärschlüssel in einer anderen Tabelle verweist, um Beziehungen zwischen den Tabellen herzustellen. Beispiel: In einer Tabelle „Stellplatz“ ist die Platz-Nr. der Primärschlüssel, und ein Fremdschlüssel könnte auf die Container-Nr. in der Tabelle „Container“ verweisen.
Entwurf relationaler Datenbanken
Entwurf relationaler Datenbanken (Folie 5-13)
Der Datenbankentwurf umfasst die Entwicklung eines Datenbankschemas, das festlegt, welche Daten in der Datenbank gespeichert werden und wie diese miteinander in Beziehung stehen.
Datenbankschema: Das Schema definiert die Relationen (Tabellen) der Datenbank, die Attribute in diesen Tabellen und die Primär- sowie Fremdschlüssel. Entwurfsmethoden: * Normalisierung: Zerlegung der Daten in möglichst redundanzfreie Tabellen. * ER-Modell-Transformation: Umwandlung von ER-Modellen in Relationen. Grundlage: Das ER-Modell bietet eine Basis für die Transformation in ein relationales Datenbankschema, da es die Entitäten und ihre Beziehungen darstellt.
Transformation von ER-Modellen zu Relationen
- Transformation von ER-Modellen zu Relationen (Folie 5-14 bis 5-20)
Die Umwandlung eines ER-Modells in ein relationales Schema erfolgt nach festgelegten Regeln:
* Regel 1: Jeder Entitytyp wird in eine Tabelle (Relation) transformiert. * Der Tabellenname entspricht dem Entitynamen, und alle Attribute werden in die Tabelle aufgenommen. * Regel 2: Für Beziehungstypen, bei denen genau ein Entitytyp eine maximale Komplexität von 1 besitzt, werden die Schlüssel aller anderen Entitytypen in die Tabelle des Entitytyps mit Komplexität 1 aufgenommen. * Regel 3: Für Beziehungstypen, bei denen mehrere Entitytypen die maximale Komplexität 1 haben, wird der Fremdschlüssel des jeweils anderen Entitytyps in die Tabelle aufgenommen. * Regel 4: Falls kein Entitytyp eine maximale Komplexität von 1 besitzt, wird eine neue Tabelle erstellt, die die Schlüssel der beteiligten Entitytypen enthält. Beispiel: Wenn die Beziehung „Container steht auf Stellplatz“ eine Komplexität von (0,1) für beide Entitytypen hat, könnte entweder der Container oder der Stellplatz den Fremdschlüssel des anderen enthalten.
Beispiel Containerterminal und Anwendung der Transformationsregeln
- Beispiel Containerterminal und Anwendung der Transformationsregeln (Folie 5-22 bis 5-27)
In den Folien 5-22 bis 5-27 wird das Fallbeispiel „Containerterminal“ zur Veranschaulichung des Entwurfs einer relationalen Datenbank genutzt.
Tabellenstruktur: * Container (C-Nr, Größe): Tabelle für Container mit Container-Nr. als Primärschlüssel. * RMG (RMG-Nr, Typ, L-Nr): Tabelle für Rail Mounted Gantry Cranes mit RMG-Nr. als Primärschlüssel und L-Nr. als Fremdschlüssel auf die Tabelle Lagerblock. * Lagerblock (L-Nr, Größe): Tabelle für Lagerblöcke mit L-Nr. als Primärschlüssel. * Stellplatz (S-Nr, Reihe, Sektor, Ebene, L-Nr): Tabelle für Stellplätze mit S-Nr. als Primärschlüssel und L-Nr. als Fremdschlüssel auf Lagerblock. Transport-Tabelle: Bei der modellierten Transportbeziehung, die zwischen Container, RMG und Stellplatz besteht, wird eine zusätzliche Tabelle erstellt, die die Schlüssel aller beteiligten Entitytypen sowie das Attribut „Starttermin“ enthält.
Zusammenfassung
- Zusammenfassung (Folie 5-28)
Zum Abschluss werden die „Lessons Learned“ der Woche zusammengefasst:
* Datenbank- und DBMS-Begriffe: Verständnis der grundlegenden Begriffe. * Transaktionen und Anforderungen: Anforderungen an die Konsistenz und Sicherheit von Transaktionen. * Relationen und Schlüssel: Grundlagen des relationalen Modells und der Schlüsselkonzepte. * Transformation von ER-Modellen: Verständnis der Transformationsregeln zur Erstellung eines Datenbankschemas.
