Historische Entwicklung von Datenbanken

Agenda Einführung Datenmodelle 1.1 Historische Entwicklung 1.2 Motivation für Datenbanken Datenmodelle 2.1 Hierarchisches Datenmodell 2.2 Netzwerk-Datenmodell 2.3 Das CODASYL/DTBTG-Konzept 2.4 Das ANSI/X3/SPARC-Konzept Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

1. Einführung 1.1 Historische Entwicklung Ab 18. Jhd.: Lochkarten 1956: Erfindung der Festplatte 1968 – 1975: Hierarchisches Datenmodell 1975 – 1980: Netzwerkdatenmodell Ab 1980: Relationales Datenmodell Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

1. Einführung 1.2 Motivation für Datenbanken Mehr auf Verarbeitung als auf Strukturierung des Datenbestandes ausgerichtet Keine Beschreibung der Beziehungen der Daten untereinander Schwierige Pflege der Daten Starre Kopplung zwischen Datein und Programmen Klassische Programmiersprachen (FORTRAN, ALGOL, Pascal) hatten lediglich primitive Dateimanipulations- Anweisungen Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

1. Einführung 1.2 Motivation für Datenbanken Änderungen in der Datenstruktur bedingen Änderungen in Programmen und umgekehrt (keine Datenunabhängigkeit) Kein koordinierter Zugriff durch mehrere Programme Jedes Programm war zuständig für Datenschutz und –sicherheit Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

1. Einführung 1.2 Motivation für Datenbanken Daraus ergaben sich folgende Prinzipien: Organisatorisch zentrale Betreuung von Daten Trennung von Daten und Programmen DBS Programm A DBMS DB Programm B Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

1. Einführung 1.2 Motivation für Datenbanken Erreichte Ziele durch Einsatz von Datenbanken Datenunabhängigkeit Benutzerorientierte Sicht der Daten Datenintegrität Vermeidung von Redundanz Unterstützung der Datenmanipulation Koordinierung des Mehrbenutzerbetriebs Datenneutralität Flexibilität Effizienz Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

Agenda Einführung Datenmodelle 1.1 Historische Entwicklung 1.2 Motivation für Datenbanken Datenmodelle 2.1 Hierarchisches Datenmodell 2.2 Netzwerk-Datenmodell 2.3 Das CODASYL/DTBTG-Konzept 2.4 Das ANSI/X3/SPARC-Konzept Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle Definition: Datenstrukturen, die zur Beschreibung von Daten und deren Beziehung untereinander zur Verfügung stehen, bezeichnet man als Datenmodell. [Stegemann, 1993] Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle Es gibt drei „klassische“ Datenmodelle: Das hierarchische Modell Das Netzwerkmodell Das relationale Modell Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Ältestes Datenmodell Geht aus Informationsmanagementsystemen (IMS) der 50er und 60er Jahre hervor (Einsatzgebiete: Banken und Versicherungsunternehmen) Eignet sich für Beziehungen, bei denen sich aus einem Oberbegriff viele Unterbegriffe ableiten lassen (1:n-Beziehungen) Zugriff nur über den Suchschlüssel des Objekts der obersten Ebene möglich (die anderen entlang der hierarchischen Ordnung) Anwender muss den Pfad zum gesuchten Datensatz kennen Beispiel: Aufbau der Verzeichnisse im Betriebssystem DOS C:\Studium\EB8\Daba\Präsi.ppt Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Strukturelemente sind: Objekttypen und unbenannte hierarchische Beziehungen „unbenannt“: keine Bezeichnungen für die Beziehung (Gegensatz dazu: Entity-Relationship-Modell) Wurzelbaum (Graph aus Objekttypen [Knoten] und Beziehungen [Kanten]) Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Pfad Wurzel (root) Pfadlänge: hier Länge = 2 Niveau eines Knoten = Pfadlänge des Knoten von der Wurzel + 1 Kante Höhe eines Wurzelbaums = max. Pfadlänge innere Knoten Blätter Nachbarn Wurzelbaum-Typ / Hierarchie-Typ Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Hierarchische Ordnung b11 b12 b13 b14 b15 b21 b22 b23 c121 c122 C141 c142 c211 c212 Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Darstellung von Beziehungen: NICHT MÖGLICH !! Vater Student Tochter Sohn Matrikelnr. 1:n - Beziehung 1:1 - Beziehung m:n - Beziehung Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Darstellungsversuch einer m:n-Beziehung m n Lieferant Bauteil L1 L2 BT1 BT2 BT3 BT1 BT2 BT1 BT3 L1 L2 L1 L2 ERHEBLICHE REDUNDANZ !!!!! Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell Redundanzdarstellung: [Bill/Fritsch, 1991] Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2. Datenmodelle 2.1 hierarchisches Datenmodell PRO Werden Daten in Richtung der Hierarchie gesucht, so ist der Zugriff sehr schnell CONTRA Werden Daten gegen die Richtung der Hierarchie gesucht, muss ggf. die gesamt Datenbank durchsucht werden. In diesem Falle sehr langsam Unflexibel Bei komplexen Umgebungen schwierig zu modellieren Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Entwicklung 1971 von der Database Task Group des CODASYL als Standard publiziert Versuch, die Inflexibilität des Hierarchischen Datenmodells (Vermischung von interner und externer Ebene, nur 1:n-Beziehungen, Abhängigkeit der Performance vom jeweiligen Datenbestand, Zugriff nur durch Anwendungsprogramm) zu beseitigen Netzwerkartige Beziehungen lassen sich ohne zusätzliche Konzepte definieren Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Entwicklung Das NDM erfuhr nie die Verbreitung und Akzeptanz, da Codd 1970 sein Relationales Datenmodell veröffentlichte; dieses Modell ging hinsichtlich der Flexibilität und Einfachheit in der Modellierung weit über den CODASYL-Standard hinaus Mit der Idee des Semantic Web gewinnt das Netzwerkdatenbankmodell wieder mehr an Bedeutung Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Strukturelemente E1 Member-Typ b b: Benennung eines Set-Typs Rekord-Typ Owner-Typ Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Strukturelemente Wie beim Hierarchischen Datenmodell bereits erwähnt: Objekttypen und hierarchische Beziehungen (1:mc-Beziehungen), die hier Set-Typen genannt werden Im Netzwerkdatenmodell können nur binäre many-one (bzw. one-many)-Beziehungen dargestellt werden Set-Typen sind benannte Beziehungen; d.h. sie tragen einen Namen Ihnen können allerdings keine Attribute zugeordnet werden Ein Set-Typ ist also eine benannte hierarchische Beziehung ohne Attribute Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Darstellung von Strukturen Die Darstellung einer 1:m-Beziehung wird durch einen Set-Typ dargestellt Die Darstellung von m:n-Beziehungen wird durch einen einfachen Trick ermöglicht: Zwischen den beiden Objekttypen wird ein Kett-Objekttyp eingefügt, der mit den beiden anderen Objekttypen je einen Set-Typ darstellt Die beiden Objekttypen sind darin jeweils die Owner Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Darstellung von Strukturen Bauteil Lieferant Kett-Typ „Bauteil-Lieferant“ Geht über in: Bauteil Lieferant B-L Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Darstellung von Strukturen B1 L1 B2 B3 L2 B1 L1 L2 B2 B3 B1 L1 B2 L2 B3 L1 B1 L2 B3 L2 Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.2 Netzwerkdatenmodell Stärken Schwächen Normierter Zugriff und Modellierung. Sehr effizient, wenn die Verarbeitung der physischen Organisation entspricht Keine strenge Hierarchie durch Abbildung von m:n-Beziehungen Schwächen Mangelhafte Datenunabhängigkeit: Kleine Änderungen an der Datenorganisation haben gewaltige Auswirkungen auf die Programme. Komplexe Modellierung, da nur eingeschränkte Mechanismen verfügbar. Anwendungsprogramme sind sehr komplex und schwer wartbar Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept CODASYL (Conference on Data Systems Languages) Gründung im Rahmen eines Treffens von 40 Fachleuten aus Herstellerbranche, Rüstungsindustrie, staatlichen und militärischen Computerzentren am 28. und 29. Mai 1959 Bedarf nach einer maschinen- und herstellerunabhängigen Programmiersprache für Verwaltungsanwendungen Probleme des Militärs durch Rechnervielfalt und verwaltungstechnische Expansion Nach sechs Monaten Spezifikation und Veröffentlichung der Programmiersprache COBOL (COmmon Business Oriented Language) Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept CODASYL (Conference on Data Systems Languages) 1969: DBTG-Report (DBTG: Data Base Task Group) 1971: Überarbeitete Version des DBTG-Reports  Vorstellung des CODASYL/DBTG-Konzepts 1975: Enhanced Cobol  Cobol erweitert um DB-Manipulationen CODASYL als solches exisitert heute nicht mehr  einige Ausschüsse arbeiten jedoch noch Archivierte Dokumente im Charles Babbage Institute, University of Minnesota Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Entwicklung des CODASYL/DBTG-Konzepts 1967 Gründung der Database Task Group (DBTG) Ziel: Entwicklung eines Datenmodells um die Inflexibilität des hierarchischen Datenmodells zu beseitigen Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Entwicklung des CODASYL/DBTG-Konzepts Unzulänglichkeiten des hierarchischen Datenmodells: Vermischung von interner und externer Ebene nur 1:n-Beziehungen Abhängigkeit der Performance vom jeweiligen Datenmodell Zugriff nur durch Anwendungsprogramme Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Entwicklung des CODASYL/DBTG-Konzepts Deshalb Entwicklung des CODASYL/DBTG-Konzepts durch die Data Base Task Group (DBTG) Netzwerkdatenmodell Erster Vorschlag zur Standardisierung von Datenbanksystemen  vorgestellt 1971 Zunächst nur zwei Ebenen der Datenbeschreibung: Schema Subschema Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Schema Beschreibt die logische Datenstruktur einschließlich der logischen Zugriffspfade einer Datenbank insgesamt Formale Beschreibung durch Data Definition Language (DDL) Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Subschema Beschreibt die logische Datenstruktur aus der Sicht eines Anwendungsprogramms Von einer Anwendung benötigte Datenmenge  In der Regel Teilmenge aller Daten der Datenbank (kann strukturell anders zusammengestellt sein) Darf jedoch nicht im Widerspruch zum Schema stehen Formale Beschreibung durch Subschema-Beschreibungssprache Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Datenmanipulation durch DML (Data Manipulation Language)  benutzt COBOL als Wirtssprache Device Media Control Language für die Beschreibung der physischen Speicherorganisation vorgesehen, jedoch nicht spezifiziert Beschreibung der physischen Speicherschicht erst 1978 als Data Storage Description Language (DSDL) Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept CODASYL/DBTG-Konzept wurde nach seiner Veröffentlichung als Verbesserung gegenüber dem hierarchischen Datenmodell begrüßt Führende Datenbankhersteller boten darauf basierende DBMS an: Siemens: UDS Unisys: DMS-1100 Honeywell: IDS DEC: DBMS 10 Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept Allerdings erreichte das CODASYL/DBTG-Konzept nie die vorhergesagte Akzeptanz und Verbreitung Gründe: keine Unterstützung durch IBM (Verhinderung der Entstehung eines Standards) Veröffentlichung des relationalen Datenbankmodells durch Ted Codd 1970 Modellierung einfacher und flexibler noch heute gebräuchlich Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.3 Das CODASYL/DBTG-Konzept 5. Datentransfers zwischen Speichern und System- Puffern 9. DBMS verwaltet System- Puffer für verschiedene Anwenderprogramme 3. DBMS fordert I/O-Opera- tionen vom OS an 4. OS greift auf Speicher zu 2. DBMS wertet Anforder- ung, Subschema und Schema aus 8. Anwenderprogramm ver- arbeitet die Daten 7. DBMS stellt dem Anwen- derprogramm Status- informationen zur Verfü- gung (z. B. Fehlermeld.) 6. Datentransfer zwischen System-Puffern und Ar- beitsbereich der Anwen- dung entsprechend Sub- schema und Anforderung Anforderung der Daten vom DBMS Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.4 Das ANSI/X3/SPARC-Konzept 1975 entwickelt von einer Arbeitsgruppe des American National Standards Institute (ANSI) ANSI/X3/SPARC = ANS Committee on Computers / Standards Planung and Requirement Committee Besteht aus drei Ebenen:  Externes Schema (bei CODASYL Subschema) Konzeptionelles Schema (bei CODASYL Schema) Internes Schema (physische Organisation der Daten) Als Entwurfskonzept und in der Terminologie zu Datenbanksystemen weitgehend durchgesetzt Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

2.4 Das ANSI/X3/SPARC-Konzept Verarbeitet das konzeptionelle Schema Enthält die Metadaten (Beschreibung der Daten, logische Datenorganisation, Zugriffsrechte,...) Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen? Historische Entwicklung von Datenbanken Jochen Löhl Mario Lörcher Ingo Sahm