Datenbanken Beispiel: Musikverwaltungsdatenbank Daten: Musikstück Datenbank = Datenbankprogramm + Daten Datenbankprogramm = Datenbankmanagementsystem (DBMS) = System, das eine oder mehrere Datenbanken verwaltet und den Zugriff auf die Daten regelt, z.B. Access Beispiel: Musikverwaltungsdatenbank Daten: Erscheinungs- jahr Eigenschaften = Attribute Komponist Kategorie Titel Tonträger Musikstück "Gegenstände" = Entitäten

Relationale Datenbanken In Relationalen Datenbanken werden die Daten in Tabellen (= Relationen) gespeichert. Titel Komponist Kategorie Ton- träger Aida Verdi Oper CD Revolver Beatles Beat LP Take Five Brubeck Jazz MC Felder Feldnamen = Attribute Datensatz = Tupel Attributwert

Relationale Datenbanken Was muss das Datenbanksystem für die Bearbeitung von Daten zur Verfügung stellen? Bequeme Eingabe neuer Daten Veränderung von Daten, z.B. Löschen Selektieren von Daten nach eigenen Kriterien Sperren bestimmter Daten Analysieren von Daten Berechnungen mit Daten Ausgabe von Daten: Anzeige, Druck Access: Objekte werden zur Verfügung gestellt

Relationale Datenbanken Zusammenhänge: Daten und Objekte einer Datenbank Formulare Daten bearbeiten z.B. Eingabe Daten Tabellen Abfragen Daten analysieren filtern berechnen Berichte Daten auswerten berechnen ausgeben z.B. drucken

Relationale Datenbanken Grundlegende Begriffe: Datenredundanz: Überfluss an Information - mehrfache Speicherung derselben Daten. Probleme: - Unnötige Vergrößerung der Datenmenge und damit der DB - Fehlerhafte Einträge durch Wiederholung möglich z.B. Mülller statt Müller Datenintegrität - Datenkonsistenz: Einheitliche Daten zum selben Sachverhalt Beispiel: Die Adresse einer Person kann in verschiedenen Tabellen enthalten sein. Bei Änderung der Adresse (Umzug) müssen alle Tabellen die richtige neue Adresse enthalten. Anomalien: Fehler in den Daten (z.B. durch Redundanzen, Änderungen, Löschen, …) führen zu Dateninkonsistenz, die Anomalie genannt wird.

Relationale Datenbanken Grundlegende Begriffe (Fortsetzung): Schlüssel: Datenintegrität in relationalen Datenbanken basiert auf dem Konzept des Schlüssels. Es gibt Primärschlüssel und Fremdschlüssel. Primärschlüssel: Attribut (oder eine Menge von Attributen), das einen Datensatz eindeutig identifiziert. Beispiel: Postleitzahl jede Postleitzahl identifiziert eindeutig eine bestimmte Stadt bzw. einen Stadtteil Fremdschlüssel: Attribut (oder eine Menge von Attributen), das in mehr als einer Tabelle vorkommt und in einer dieser Tabellen den Primärschlüssel bildet. Referentielle Vereinbarung strenger Regeln für die Beziehungen Integrität: zwischen den Tabellen einer Datenbank. Betrifft den Gebrauch von Fremdschlüsseln (später mehr dazu).

Relationale Datenbanken Normalisierung der Tabellen einer Datenbank Ziele Vermeidung von Redundanz Vermeidung von Dateninkonsistenz und Anomalien Vermeidung von Datenverlust Erhöhung der Effizienz der Datenbank Um die genannten Probleme zu lösen, müssen die Tabellen der DB bestimmte Regeln einhalten. Das Resultat dieser Regeln wird als Normalform der Tabellen bezeichnet.

Relationale Datenbanken Nullte Normalform: nicht normalisierte Tabelle Komponist-Nr Komponist Titel Kategorie 1 Verdi Aida, Nabucco, 4 Jahreszeiten Oper, Sinfonie 2 Beatles Sargent Pepper, Revolver, Best of Beat 3 Brubeck Take Five Jazz In diesen Feldern sind mehrere Informationen gespeichert! Primärschlüssel Primärschlüssel: Feld oder Feldkombination, die einen Datensatz eindeutig kennzeichnet.

Relationale Datenbanken Erste Normalform Eine Tabelle ist in der 1. Normalform, wenn alle Attributwerte atomar sind. D.h. alle Felder müssen so sein, dass sie nicht weiter unterteilt werden können. Komponist-Nr Komponist Titel Kategorie 1 Verdi Aida Oper Nabucco Vier Jahreszeiten Sinfonie 2 Beatles Sargent Pepper Beat Revolver Best of 3 Brubeck Take Five Jazz Alle Attributwerte sind atomar – der Primärschlüssel kennzeichnet aber mehrere Datensätze

Relationale Datenbanken Zweite Normalform Eine Tabelle ist in der 2. Normalform, wenn sie in der 1. Normalform ist und jedes Nicht-Schlüsselfeld von jedem Schlüsselkandidaten voll funktional abhängig ist. Nicht-Schlüsselfeld Beispiel: Sinfonie Vier Jahreszeiten Verdi 1 Oper Aida Kategorie Titel Komponist Komponist-Nr Schlüssel- feld N i c h t – S c h l ü s s e l f e l d e r Aus dem Primärschlüssel 1 folgt direkt nur der Komponist Verdi, nicht der Titel (es gibt ja mehrere) und auch nicht die Kategorie. Ergebnis: Nur das Nicht-Schlüsselfeld „Komponist“ ist voll funktional abhängig vom Schlüsselfeld Die Tabelle ist nicht in der 2. Normalform

Relationale Datenbanken Funktionale Abhängigkeit nur durch Teilung der Tabelle erreichbar: Tbl_Komponisten Kategorie-Nr Kategorie 1 Oper 2 Sinfonie 3 Beat 4 Jazz Tbl_ Kategorie Komponist-Nr Komponist 1 Verdi 2 Beatles 3 Brubeck Primärschlüssel Musik-Nr Komponist Titel Kategorie 1 Aida 2 Nabucco 3 4 Jahreszeiten 4 Sargent Pepper 5 Revolver 6 Best of 7 Take Five Fremdschlüssel Tbl_Musik

Relationale Datenbanken Dritte Normalform Eine Relation ist in der dritten Normalform, wenn sie in der zweiten Normalform ist und kein Nicht-Schlüsselfeld transitiv von einem Schlüsselkandidaten abhängt. Beispiel: Adressendatenbank: Tbl_Freunde Nr Vorname Name Straße PLZ Ort 1 Dirk Stumpf Waagestr. 20 26386 Wilhelmshaven 2 Klara Blume Schmiedeweg 3 56626 Andernach Ort Diese Tabelle enthält eine Redundanz: Das Attribut "Ort“ Die PLZ "26386" steht für Wilhelmshaven, die Ortsangabe steht nochmals für Wilhelmshaven: Das Nicht-Schlüsselfeld "Ort“ ist transitiv (weisend) vom möglichen Schlüsselfeld (= Schlüsselkandidat) "PLZ" abhängig!

Relationale Datenbanken Lösung des Problems: Zerlegung in 2 Tabellen Tbl_Freunde Nr Vorname Name Straße PLZ 1 Dirk Stumpf Waagestr. 20 26386 2 Klara Blume Schmiedeweg 3 56626 Fremdschlüssel Tbl_Orte PLZ Ort 26386 Wilhelmshaven 56626 Andernach Primärschlüssel

Relationale Datenbanken Datenbankentwurf: Entity / Relationship Modell (E/R-Modell) Vor der Entwicklung einer Datenbank steht die Modellierung: Bildliche Darstellung durch das E/R-Modell: Entität: - Gegenstand aus der realen Welt - eindeutig identifizierbar - Darstellung: Kasten Attribute: - beschreiben Entitäten - Darstellung: Ovale Beziehungen: - repräsentieren die Wechselwirkungen (relationships) zwischen Entitäten - Darstellung: Rauten

Relationale Datenbanken Entitäten der Musikverwaltungsdatenbank Erscheinungjahr Titel Kategorie Musik-Nr Musikstück Tonträger schreibt spielt N M 1 N Komponist-Nr Interpret-Nr Komponist Interpret Name Name

Relationale Datenbanken E / R – Modell mit Ausleihe Ausleihvorgang Ausleih-Nr Ausleih- Datum Rückgabe- Datum ausgeliehen wird Freund Komponist Interpret Adresse Name Freund-Nr schreibt spielt Musikstück Schwache Entität: kann nicht isoliert existieren (ein Ausleihvorgang existiert nicht ohne Musikstücke und Freunde) Darstellung: doppelte Linien