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Datenverarbeitung (Subject) / Datenbank Theorie (Lesson)
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- Datenbanksystem Kurzbezeichnung: DBS Ein Datenbanksystem ist eine systematisch strukturierte, langfristig verfügbare Sammlung von Daten einschließlich der zur Verwaltung notwendigen Software. User ⇒DBS umfasst (DBMS⇒OS⇒Database) Datenbanksystem = Datenbankmanagementsystem (Software) + Datenbank
- Datenbank DB Sammlung von Daten User ⇒DBMS⇒OS⇒Database
- Datenbasis DBAls Datenbasis bezeichnet man die Daten eines Aufgaben-/Anwendungsgebietes. Enthält neben reinen Nutzdaten die zur Verwaltung des Systems benötigten Metadaten. User ⇒DBMS⇒OS⇒Database
- Datenbank-Managementsystem DBMS Das Datenbank-Managementsystem ist ein Softwaresystem zur Defintion, Administration, Manipulation und Abfrage von Daten. User ⇒DBMS⇒OS⇒Database Dient der effizienten Speicherung und Abfrage von strukturierten Daten. Bspj. ERP-Systeme© (Enterprise Ressource Planning) von SAP©Oracle® und Access© von Microsoft©
- "In-Memory" laufend System befindet sich größtenteils nicht meher im Festplattenspeicher, sondern komplett im Server-Speicher. VOrteil: Extrem Schnell (1000fache GEschwindigkeit) Nachteil: extrem teuer
- OS = Opertating System = Betriebssystem User ⇒DBMS⇒OS⇒Database
- Server Ein Server ist ein leistungsstarker Netzwerkrechner, der seine Ressourcen für andere Computer oder Programme bereitstellt. Diese greifen meist über das Netzwerk auf die Daten zu. Ein Server als Software ist ein Computerprogramm, welches mit dem Client (englisch für Kunde) kommuniziert und ihm Zugang zu bereitgestellten Daten verschafft.
- Metadaten Metadaten oder Metainformationen sind strukturierte Daten, die Informationen über Merkmale anderer Daten enthalten.
- 1) Integritätssicherheit Integrität: Unter dem Begriff der Integrität oder der Konsistenz von Daten versteht man die Widerspruchsfreiheit der Datenbestände. Die Daten werden bereits während der Eingabe auf Korrektheit überprüft und dadurch Fehleingaben verhindert.
- 2) Redundanzarmut Es gibt keine ungeordnete Mehrfachspeicherung von Datenwerten.
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- Redundanz Datenredundanzen Die mehrfache Speicherung gleicher Daten an verschiedenen Stellen (einer Datenbank). Es ist unklar, welches der aktuelle Datensatz ist. Dies führt zu Widersprüchen => Dateninkonsistenzen.
- 3) Datensicherheit Verhinderung von ungewollten Datenverlusten durch intere Sicherungen (Backups) und Prüfmechanismen.
- Backup Datensicherung
- 4) Mehrfachbenutzerbetrieb Viele Benutzer können parallel auf der Datenbank arbeiten. Hinweis: auf Tabellenkalkulationen nicht möglich.
- 5) Datenschutz Zugriffskontrolle, Rechteverwaltung auf Gruppen- oder Benutzerebene und spezifische Sichten sorgen für einen Zugang gemäß der Rechte des jeweiligen Nutzers.
- 6) Datenunabhängigkeit Das Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist nicht an die Daten der Datenbank gekoppelt, es kann unabhängig von den Daten weiterentwickelt werden.
- 7) Zentrale Kontrolle Ein Administrator ist in der Lage, das gesamte System von einem Rechner aus zu verwalten.
- Entwicklung eines Datenbanksystems in 6 Schritten: 1. Anforderungen ⇒ Fragen, Fragen, Fragen2. Konzeption erstellen = Rahmenbedingungen formulieren3. Logischer Entwurf = ⇒ERM erstellen (Entity Relationship Model)4. Physischer Entwurf = wie/worauf sollen Daten gespeichert/wieder abgerufen werden5. Implementierung (Installation) und Testphase bzw. Pilotsystem = Textumgebung, kleiner Nutzerkreis6. Nutzung des Systems = in Betriebnahme in finaler Hard- und Softwareumgebung für alle Nutzer.
- ERM ( Entity Relationship Model) Logisches Datenmodell aller Anforderungen an die Datenbank. Abbildung der Anforderungen unabhängig von einem DBMS.
- Relationales Modell Datenmodell, Tabellenform Rationales Datenbankschema:
- Rationales Datenbank: Rationales Datenbankschema (Überschriftzeile, Schlüssel, Attribute)mit einer entsprechenden Datenbankinstanz (mit Daten gefüllte Tabelle)
- Reales Datenbanksystem Festlegung der Ansichten und Zugriffsrechte Implementierung in einem Datenbankmanagesystem Eingabe der Daten Anwendungen
- Entität Objekt der realen Welt, über das Daten gesammelt werden Gleichartike Entitäten zusammengefasst zu einem Entitätstyp. Bezeichnung: Substantiv im in der Einzahl (Singular) Form: Rechteck
- Attribut beschreiben Eigenschaft der Entitäten und/oder Beziehungen muss Atomar sein = nicht mehr weiter in Eigenschaften aufteilbar untereinander unabhängig = es darf kein Attribut aus den anderen gwonnen werden könnenDarstellung: ElipseAttribute mit mehrern Werten: Doppelt umrandete Elipse (z.B. Farben eines Kleidungsstückes)
- Beziehung (Relationship) Entitätstypen einer Datenbank können zueinander in Beziehung gesetzt werden. (Frage: was verbindet sie?) Bezeichnung: mit einem Verb, welches die Beziehung beschreibtDarstellung: Raute Achtung: Um Beziehungen genauer beschreiben zu können, besitzen diese manchmal ebenfalls Attribute, sogenannte Beziehungsattribute
- Primärschlüssel Jede Entität wird durch einen eindeutigen Schlüssel von allen anderen Entitäten ihres Entitätstypes unterschieden mit hilfe eines eindeutig identifierbarem Attribut = Primärschlüssel. Manchmal mehrere Attribute notwendig um eindeutigen Primärschlüssel zu bilden. Darstellung: Attribut(e) einfach unterstreichenNatürliche Primärschlüssel: Name, PLZEinzigartig: Personalausweisnummer, Kundennummer, Fahrgestell-Nr. . ID-Nummern(Können auch als Attribut hinzugefügt werden, wenn bisher nicht vorhanden) In der relationalen Datenbank: Eindeutige ID eines Datensatzes.
- Kardinalität wieviele Entitäten eines Entitätstypes an einer Beziehung beteiligt sind. An Verbindungslinie der Beziehung mit 1 oder einem Buchstaben m oder n angegeben 1:1 Ein Schüler erhält (höchstens) ein Jahreszeugnis/ Zu einem Zeugnis gehört höchstens 1 Schüler 1:nEin Schüler besitzt mehrere Hefter / Ein Hefter gehört höchstens einem Schülern:mEin Schüler nutzt mehrere Schul-PCs/Ein Schul-PC wird von mehreren Schüler genutzt.
- Erstellung ER-Modell (Schritte) 1. Entitätstypen bestimmen (Rechtecke, Bezeichnung Substantiv in der Einzahl) 2. Attribute bestimmen und den Entitätstypen zuordnen (Elipsen, mit Rechteck verbinden)3. Primärschlüssel festlegen (Einfach unterstreichen)4. Beziehungen darstellen, (Raute, Verb finden dafür, mit Entitäten verbinden)5. ggfs. Attribute von Beziehungen bestimmen6. Kardinalitäten bestimmen: 1:1, 1:n, n:mEntitätstypen und Attribute so auswählen, dass die Anzahl der Daten möglichst gering ist!
- Transformation ERM in Tabellenform (Relationsschema) Übertragung des Entity-Relationship-Modells (ERM) in Tabellen.
- 1. Regel Transformation ERM in Relationsschema Jeder Entitätstyp wird in eine Tabelle umgewandelt und in Textform dargestellt.Name des Entitätstypes = Tabellenname.Jedes Attribut bildet eine Spalte, das Attribut ist Spaltenüberschrift.Primärschlüssel in Tabelle unterstrichen übernehmen.Alles in Textform übertragen: Kunde(KuNr, VName, NName, StrNr)
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- 2. Regel Transformation ERM in Relationsschema Jede n:m Beziehung wird durch eine Tabelle dargestellt. Name = Name der BeziehungDie Primärschlüssel der verbundenen Entinitäten bilden zusammen den Primärschlüssel als Fremdschlüssel der neuen (Beziehungs-)Tabelle. Vorhandene Attribute der Beziehung bilden die Spalten.
- 3. Regel Transformation ERM in Relationsschema Jede 1:n und 1:1 Beziehung mit Beziehungsattribute wird wie in der 2. Regel IMMER durch eine eigene Tabelle dargestellt. 2. Regel anwenden.
- 4. Regel Transformation ERM in Relationsschema Fragestellung: Kann ich eine Tabelle einsparen? Bei einer 1:n Beziehung: n-Entitätstyp zwingendes Mitglied des 1-Etitätstypes + Beziehung hat keine Attribute ⇒ keine eingene Relation(Tabelle). Aber:Der Primärschlüssel des 1-Entitätstypes wird Fremdschlüssel (gestrichelt unterstrichen) beim n-Entitätstyp.Bsp. Ein Schüler gehört zwingend genau einer Klasse an. Schueler(SNr, Klasse-Nr, VName, NName)
- 5. Regel Transformation ERM in Relationsschema Bei einer 1:n-Beziehung ist der n-Entitätstyp freies (optinales) Mitglied des 1-Entitätstypes und hat die Beziehung keine Attribute, muss daraus eine eigene Relation (Tabelle) gebildet werden. Es gilt die 2. Regel entsprechend. Bsp. Ein Schüler kann einen Religionskurs besuchen.
- 6. Regel Transformation ERM in Relationsschema 1:1 Beziehung ohne Attributemindestens ein Entitätstyp zwingendes Mitglied des anderen= gilt 4. Regel.Muss:Muss Verhältnis1:1 Beziehung ohne Attributebeide Entitätstypen freie (optionale) Mitglieder des jeweils anderen= gilt 5. Regel entsprechendKann:Kann Verhältnis
- 7. Regel Transformation ERM in Relationsschema Mehrwertige Attribute (Doppelrahmen-Elipse) = eigene TabellePrimärschlüssel: Primärschlüssel der Entität und mehrwertiges Attribut.Achtung! Mehrfachattribut bildet in der Tabelle der ursprungs Entität keine Spalte!
- Inkonsistente Daten Die Widersprüchlichkeit zwischen den Daten. Eine Widersprüchlichkeit zwischen den Daten liegt beispielsweise vor, wenn in einer Datenbasis Verknüpfungen zwischen Tabelleneinträgen nicht mehr eindeutig sind, weil der Verbindungsschlüssel auf keinen oder mehrere Einträge in einer anderen Tabelle verweist. Häufigster Fall: es gibt mehrere Versionen, unklar ist, welche die aktuelle ist, z. B. durch Datenredundanzen (mehrfach vorhandene Daten). Dadurch entstehende Fehler nennt man auch Datenanomalien.
- Hierarchisches Datenbankmodell Bildet die reale Welt durch eine Baumstruktur ab. Hierarchie muss zwingend eingehalten werden. . Schnell aber unflexibel.
- Tabelle (im Kontext relationaler Datenbanken) Fasst gleichartige Daten zusammen in Spalten und Zeilen
- Attribute (im Kontext relationaler Datenbanken) Merkmale von Daten, beschreibt (eindeutig) eine Entität
- Attributwert oder Feldinhalt (im Kontext relationaler Datenbanken) Inhalt / Wert eines Attributes, z.B. vom Attribut "Name" ist der Wert "Michael"
- Tupel (im Kontext relationaler Datenbanken) Ein Datensatz, eine Zeile in der Tabelle
- Fremdschlüssel Verknüpfung zweier Tabellen, Primärschlüssel in der Beziehung.
- Änderungs-Anomalie (Update-Anomalie) Gehört zu den Datenanomalien. Bei Updates / Änderungen werden nicht alle (mehrfach vorkommenden) Daten auf Stand gebracht. Dies führt zu Anomalien im Datenbestand.
- Einfüge-Anomalie (Inser-Anomalie) Man kann bestimmte Daten nicht erfassen, ohne andere Daten gleichzeitig zu erfassen. Dies führt zu Anomalien, wenn diese nicht vorliegen oder es keine gibt. Falscher Erfassungsaufbau, Fehler in der Logik. z. B. Kunden muss Berater zugeordnet werden, ist aber noch gar nicht bekannt.
- Lösch-Anomalie (Delete-Anomalie) Tritt auf, wenn bestimmte Daten gelöscht werden und damit auch andere Daten verschwinden, obwohl diese nicht gelöscht werden sollten. z.B. zugeordente Berater, wenn alle Kundendaten dieses Beraters gelöscht werden, weil er nur einen Kunden betreut.
- Normalisierung einer Datenbank Ziel ist ein möglichst redundanzfreies Relationsmodell, eine übersichtliche und transparente Datenstruktur und eine einfache Pflege. Dies dient der Integrität einer Datenbank, also der Richtigkeit Ihrer Datenstruktur. Vorgehensweise:Eine Tabelle wird in mehrere Tabellen aufgespalten, um Redundanzen und Probleme beim Ändern, EInfügen und Löschen (Anomalien) zu beseitigen.Dies geschieht in bis zu 6 Schritte, die wie eine Treppen abzuarbeiten sind.
- 1. Normalform Regel:Eine Tabelle (Relation) befindet sich in der 1. Normalform )1NF), wenn ihre Attribute nur einfache (atomare) Attributswerte aufweisen. (z.B. ein Wert je Spalte). Prüfen: Hat jedes Attribut höchstens einen Wert? Sonst Einfügen zusätzlicher Zeilen, Spalten oder Relationen zur Auflösung.
- 2. Normalform Regel:Eine Tabelle befindet scih in der 2. Normalform (2NF), wenn sie sich in der 1. NOrmalform befindet und jedes Nichtschlüsselattribut voll funktional abhängig vom Primärschlüssel ist. Prüfen: Hängen Attribute nur von einem Teil des Primärschlüssels ab? Vorgehensweise: Attribute, die nur von einem Teil des Primärschlüssels abhängen, werden mit diesem in eine neue Relation (Tabelle) überführt.
- 3. Normalform Regel:Eine Tabelle (Relation) befindet sich in der 3. Normalform (3NF), wenn sie in der 2. Normalform ist und jedes Nichtschlüsselattribut nicht transitiv abhängig vom Primärschlüssel ist. Prüfen:Ist ein Nicht-Schlüsselfeld nur über ein anderes Nicht-Schlüsselfeld identifizierbar?Vorgehensweise:Neue Relation (Tabelle), Nichtschlüsselattribut wird Primärschlüssel der neuen Tabelle. Tabelle beinhaltet Nichtschlüsselattribut und davon abhängiges Attribut.