Informationsmodellierung Übersicht

Informationsmodellierung Übersicht
Inhalt: Überblick Entity Relation Ship Diagramm Attribute Relationenmodell (Tabellendarstellung) Normalisierung Integritätsbedingungen Christoph Riewerts

Informationsmodellierung Überblick
Begriffe/Merkmale: Informationsobjekte ERD (oder auch ERM) Tabellen Datenbankschema Integritätsbedingung Datensätze, Indizes Speicherstrukturen Phasen: Analyse-Phase Design-Phase Programmier-Phase

Informationsmodellierung Entity Relationship (ER) Diagramm
ER-Diagramm (ERD): Ein ER-Diagramm ist die grafische Darstellung von Informationsobjekten (auch Entitäten genannt) und deren Beziehungen untereinander (Peter Chen). Informationsobjekt: Ein Informationsobjekt ist ein individuelles und identifizierbares Exemplar von Dingen, Personen oder Begriffen der realen oder der Vorstellungswelt. gezeichnet im ERD als Rechteck Namensvergabe: Substantiv wird durch Attribute näher beschrieben Beispiele (für Personen, Dinge, Aktionen und abstrakte Begriffe): Kündigung Mitarbeiter Fertigmeldung Projekt Abteilung Bestellung Artikel

Beziehung: Eine Beziehung assoziiert wechselseitig zwei (oder mehr) Entitäten (Informationsobjekte): gezeichnet im ERD als Raute mit einer Linie zur jeweiligen Entität Namensvergabe: Verb, um die Darstellung Entität-Beziehung-Entität von links nach rechts lesen zu können oder Substantiv, wenn aus Gründen der Vereinheitlichung ein Hauptwort gefordert ist oder mehr als 2 Entitäten assoziiert sind. wird durch Attribute näher beschrieben Es gibt drei Typen von Beziehungen (nach Chen): 1:1, 1:n und n:m, die man mit dem Konditionalzeichen c erweitern kann, so dass Kann- und Muss-Beziehungen unterschiedlich dargestellt werden können, wie z.B. 1:c, 1:mc und n:mc mit n = 1,2,3,4,… und m = 1,2,3,4,… c = 0 oder 1 und mc = 0,1,2,3,4,…

1:1-Beziehung (Muss-Beziehung) 1:c-Beziehung (Kann-Beziehung) 1:n-Beziehung (Muss-Beziehung): Zu jedem Vater gibt es ein oder mehrere Kinder, jedes Kind hat genau einen Vater. 1:mc-Beziehung (Kann-Beziehung): Es gibt Männer, die haben keine Kinder.

n:m-Beziehung (Muss-Beziehung): Ein Schüler muss mindestens einen Kurs besuchen. Umgekehrt muss jeder Kurs von mindestens einem Schüler belegt werden. nc:mc-Beziehung (Kann-Beziehung): Ein Schüler kann ein Fach oder mehrere Fächer belegen, ein Fach kann von mehreren Schülern belegt sein, jedoch auch von keinem. Implizite Beziehung: (heißt im INNOVATOR „hierarchische Beziehung“) Buch Bibliotheks- exemplar gibt es als 1 mc

Implizite Beziehung (is part of): Rechnung Rechnungs- position enthält 1 n Sortiments- artikel Lager- artikel ist vorh. als 1 c Implizite Beziehung (is a): Artikel auf Lager oder auch nicht Geschäftspartner kann ein Lieferant oder ein Kunde sein. Geschäfts- partner Lieferant ist ein 1 c Kunde Rekursive Beziehung (mit Rollenbezeichnungen): Baugruppe c ist Chef von besteht aus c mc Mitarbeiter Mitarbeiter Bauteil Vorgesetzter Untergebener mc Teil

Gegenüberstellung von (1,m,n)- und (min, max)-Notation: Eine Beziehung R = (E1, E2) wird in der (min, max)-Notation durch Angabe der zwei Komplexitätsgrade Comp(E1, R) und Comp(E2, R) beschrieben, wobei für die Eckwerte von min und max gilt: 0 ge min ge 1 ge max ge * mit ge = grössergleich: Weitere alternative Darstellungsformen der Kardinalität („Krähenfüße“): (1,M,N)-Notation (min, max)-Notation Comp(E1, E2) Comp(E1, R) Comp(E2, R) 1:1 (1,1) 1:c (0,1) 1:n (1,*) 1:nc (0,*) mc:nc Bitte bei (min, max)-Notation Umkehrung beachten!

Übung: Tragen Sie in das nebenstehende ERD zusätzlich die (min, max)-Notation ein. besitzt 1 c Lieferant Konto 1 erhält mc nc enthält m Bestellung Artikel 1 besteht aus n Bestell- position

Informationsmodellierung Attribute
Attribute von Entitäten: Identifizierende Attribute (Schlüsselattribute): Primärschlüssel (i. d. R. durch Unterstrich gekennzeichnet, obligatorisch, kann zusammengesetzt sein) Sekundärschlüssel (alternativer Primärschlüssel) Fremdschlüssel (existiert in anderen Entitäten als Primärschlüssel) Beschreibende Attribute (sind optional): sollten funktional vom Primärschlüssel abhängen (2.Normalform) sollten untereinander nicht funktional abhängen (3. Normalform) Darstellung: als Liste in einer Ellipse als Erweiterung im ERD: Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum) Kontostand Kontonr Konto

Informationsmodellierung Attribute
Attribute von Beziehungen: Primärschlüssel von den assoziierten Informationsobjekten ( = Fremdschlüssel) Beschreibende Attribute (sind optional) Beispiel: n:m-Beziehung Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum, ..) Projekt = (Projekt-ID, Projektlaufzeit, ..) Primärschlüssel Primärschlüssel arbeitet in n mc Mitarbeiter Projekt arbeitet in = (Pers-Nummer, Projekt-ID, Kapazität) Kapazität ist ein beschreibendes Attribut

Informationsmodellierung Relationenmodell
Beim Übergang von der Analyse zum Design und damit bei der Wahl einer Relationalen Datenbank wird das Datenmodell in ein Relationenmodell überführt. In einer relationalen Datenbank sind alle Informationen explizit auf der logischen Ebene genau auf eine Art repräsentiert: als Werte in Tabellen (= Relationen) (E.F. Codd) Primärschlüssel Vormerkung Buch-Signatur Name Datum SN-32 Mayer BB-45 AW-90 Müller Reihenfolge der Zeilen und Reihenfolge der Spalten sind ohne Bedeutung. Die Raute des Informations-modells wird umgesetzt und erscheint als Fremdschlüssel-Beziehung in einer Tabelle. Attributwerte sind immer vom gleichen Typ (Domäne) Ausprägung (Tupel) Attribute (Spalte)

1:n Beziehung im Relationenmodell: Der Primärschlüssel der 1-Relation erscheint als zusätzliches Attribut in der n-Relation und wird dort als Fremdschlüssel bezeichnet: Name Abteilungs-_ Kürzel Anzahl MA Angestellter- ID 1 beschäftigt n Abteilung Angestellter Tabelle

Übung zur 1:n Beziehung im Relationenmodell: Wie sehen die 2 Tabellen aus incl. Fremdschlüssel, wenn man die Relation „beschäftigt“ nicht dem Angestellten zuordnet - wie vorgeschrieben - , sondern der Abteilung (s. Bild)? Diskutieren Sie diese Alternative. Name Abteilungs-_ Kürzel Anzahl MA Angestellter- ID 1 beschäftigt n Abteilung Angestellter Tabelle

Mehrfachattribute: Sind in der 1. Normalform (s. Normalisierung) nicht erlaubt Beispiel: Mitarbeiter ist in mehreren Wohnorten gemeldet Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adressen, Name) Lösung 1, wenn Anzahl der Wohnsitze begrenzt und bekannt Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adresse1, Adresse2, Adresse3, Name) Lösung 2 (Entität statt Attribut) Frage: wenn jetzt mehrere Mitarbeiter dieselbe Adresse haben? Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Name) Adresse = (Wohnsitz)

n:m Beziehung im Relationenmodell: Aus einer n:m Beziehung im Datenmodell werden zwei 1:n Beziehungen mit einer sogenannten Beziehungsentität: arbeitet in n mc Mitarbeiter Projekt Tabelle

Informationsmodellierung Normalisierung
Unnormalisierte Tabelle: Redundante Datenhaltung Speicheroperationen wie Neuzugang, Löschen und Aktualisieren können zu einer inkonsistenten Datenhaltung führen Schwierige Handhabung (z.B. wegen der Mehrfach-Attribute) Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 1. Normalform. Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname 112224 Meyer E7 Entwicklung 80 20 S30001 S30002 SW-Installation HW-Installation 112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz 112226 König S30021 CASE-Konzept 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf S30022 PC-Angebot

1. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 1. Normalform, wenn jedes Attribut zu einem bestimmten Schlüsselwert höchstens einen(!) Attributwert besitzt Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 2. Normalform. Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname 112224 Meyer E7 Entwicklung 80 S30001 SW-Installation 20 S30002 HW-Installation 112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz 112226 König S30021 CASE-Konzept 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf S30022 PC-Angebot

2. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 2. Normalform, wenn sie in der 1. Normalform ist und jedes nicht dem Schlüssel angehörende Attribut funktional abhängig ist vom Gesamtschlüssel, nicht aber von einzelnen Schlüsselteilen. Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name 112224 Meyer E7 Entwicklung 112225 Graf K Konstruktion 112226 König 112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf Projektzugehörigkeit MA-Nr. Projektnr Zeit [%] 112224 S30001 80 S30002 20 112225 S30020 100 112226 S30021 112227 S30022 Projekt Projektnr Projektname S30001 SW-Installation S30002 HW-Installation S30020 PM-Einsatz S30021 CASE-Konzept S30022 PC-Angebot Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle(n) in die 3. Normalform.

3. Normalform Eine Tabelle (Relation) ist in der 3. Normalform, wenn sie in der 2. Normalform ist und jedes Attribut direkt vom Schlüssel abhängig ist. Abteilung Abt-Nr Abt-Name E7 Entwicklung K Konstruktion ZEU Zentraleinkauf Mitarbeiter MA-Nr. Name Abt-Nr 112224 Meyer E7 112225 Graf K 112226 König 112227 Keiser ZEU Projektzugehörigkeit MA-Nr. Projektnr Zeit [%] 112224 S30001 80 S30002 20 112225 S30020 100 112226 S30021 112227 S30022 Projekt Projektnr Projektname S30001 SW-Installation S30002 HW-Installation S30020 PM-Einsatz S30021 CASE-Konzept S30022 PC-Angebot

Übung: Kennzeichnen Sie in den vier Tabellen aus dem Normalisierungsbeispiel (s.v.) diejenigen Attribute, die Fremdschlüssel sind. Wandeln Sie danach die Tabellen in ein ERD um unter Verwendung der Tabellennamen für die Entitäten. Die richtigen Kardinalitäten können aus den Beispieleinträgen abgeleitet werden. Spezifizieren Sie abschließend bitte noch den Prozess „Mitarbeiter-Tabelle zusammenstellen“, der aus den einzelnen Attributen der normalisierten Tabellen die unnormalisierte Mitarbeiter-Tabelle erzeugt. Verwenden Sie dazu das DFD (mit dem Innovator) und modellieren Sie die normalisierten Tabellen als Datenspeicher.

Informationsmodellierung Integritätsbedingungen
Integritätsbedingungen sind notwendig, um mit den Abhängigkeiten der Tabellen (Fremdschlüsselbeziehungen) „richtig“ umgehen zu können: Anwendungsbezogene Integrität (domain integrity): Zwischen den Attributen bestehen inhaltliche Abhängigkeiten, z.B. Summenattribut Wertebereich von Attributen soll eingehalten werden Zwei Beziehungen sollen sich gegenseitig ausschließen …. Ganzheitliche Integrität (entity integrity): Kein Attribut, das Teil eines Primärschlüssels einer Tabelle ist, darf Nullwerte annehmen. Referenzielle Integrität / Beziehungsintegrität (referential integrity): Für jeden vom Nullwert verschiedenen Fremdschlüssel muss ein entsprechender Primärschlüssel aus derselben Domäne existieren. Für jeden Fremdschlüssel sind festzulegen: Darf der Fremdschlüssel Nullwerte annehmen? Was soll mit dem Fremdschlüssel geschehen, wenn der Primärschlüssel gelöscht bzw. modifiziert wird?

Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 1.) Weitergabe der Löschung (CASCADE), d.h. alle Tupel der Tabelle mit einem Fremdschlüssel, der dem gelöschten Primärschlüssel entspricht, werden ebenfalls gelöscht.

Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 2.) Bedingte Löschung (RESTRICT, default), d.h. ein Tupel in der Tabelle mit dem Primärschlüssel kann nur dann gelöscht werden, wenn in der referierenden Tabelle kein Tupel mehr mit einem Fremdschlüssel existiert, der dem Primarschlüssel entspricht.

Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels): 3.) Nullsetzen bei der Löschung (SET NULL), d.h. alle Fremdschlüsselwerte, die dem Primärschlüssel entsprechen, werden in der referenzierten Tabelle zu Null gesetzt.

Lösung der Übungsaufgabe aus dem Vorlesungsskript, speziell das DFD:

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