Datenbankentwurf Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs

Präsentation zum Thema: "Datenbankentwurf Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs"—  Präsentation transkript:

1 Datenbankentwurf Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs
Konzeptuelle Ebene Implementationsebene Physische Ebene

2 Allgemeiner „top-down Entwurf“
Enwurfsschritt 1 Anforderungsanalyse Enwurfsschritt 2 . Enwurfsschritt 3 . • Entwurfsschritt 4 . . . Einsatz des Systems . . .

3 Phasen des Datenbankentwurfs
Hardware/BS- Charakteristika Datenverarbeitungs- anforderungen Informations- physische Datenbankstruktur DBMS- Physischer Entwurf Implementations- entwurf Konzeptueller Enwurf Anforderungs- analyse logische Datenbankstruktur Informations-struktur Anforderungs-spezifikation ER Schema

4 Anforderungsanalyse Identifikation von Organisationseinheiten
Identifikation der zu unterstützenden Aufgaben Anforderungs-Sammelplan Anforderungs-Sammlung Filterung Satzklassifikationen Formalisierung

5 Objektbeschreibung Uni-Angestellte Anzahl: 10 000 Attribute
PersonalNummer Typ: char Länge: 9 Wertebereich: Anzahl Wiederholungen: 0 Definiertheit: 100% Identifizierend: ja Gehalt Typ: dezimal Länge: (8,2) Anzahl Wiederholung: 0 Definiertheit: 10% Identifizierend: nein Rang Typ: String Länge: 4 Definiertheit: 100%

6 Beziehungsbeschreibung: prüfen
Beteiligte Objekte: Professor als Prüfer Student als Prüfling Vorlesung als Prüfungsstoff Attribute der Beziehung: Datum Uhrzeit Note Anzahl: pro Jahr

7 Prozeßbeschreibungen
Prozeßbeschreibung: Zeugnisausstellung Häufigkeit: halbjährlich benötigte Daten Prüfungen Studienordnungen Studenteninformation ... Priorität: hoch Zu verarbeitende Datenmenge 5 000 Studenten Prüfungen 100 Studienordnungen

8 Phasen des Datenbankentwurfs
Hardware/BS- Charakteristika Datenverarbeitungs- anforderungen Informations- physische Datenbankstruktur DBMS- Physischer Entwurf Implementations- entwurf Konzeptueller Enwurf Anforderungs- analyse logische Datenbankstruktur Informations-struktur Anforderungs-spezifikation ER Schema

9 Entity/Relationship-Modellierung
MatrNr Name Semester Entity (Gegenstandstyp) Relationship (Beziehungstyp) Attribut (Eigenschaft) Schlüssel (Identifikation) Rolle Studenten Hörer hören Lehrveranstaltung Vorlesungen VorlNr Titel SWS

10 Universitätsschema voraussetzen Nach- folger VorlNr MatrNr Vorgänger
Studenten Assistenten MatrNr PersNr Semester Name Fachgebiet Note hören prüfen arbeitenFür Professoren Vorlesungen lesen voraussetzen SWS VorlNr Titel Raum Rang Nach- folger Vorgänger Universitätsschema

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12 Funktionalitäten E1 E2 R ... R  E1 x E2 E1 E2 1:N 1:1 N:1 N:M

13 Funktionalitäten bei n-stelligen Beziehungen
P N M R En E2 1 Ek R : E1 x ... x Ek-1 x Ek+1 x ... x En  Ek

14 Beispiel-Beziehung: betreuen
1 Professoren N betreuen Studenten 1 Seminarthemen Note betreuen : Professoren x Studenten  Seminarthemen betreuen : Seminarthemen x Studenten  Professoren

15 Dadurch erzwungene Konsistenzbedingungen
Studenten dürfen bei demselben Professor bzw. derselben Professorin nur ein Seminarthema "ableisten" (damit ein breites Spektrum abgedeckt wird). Studenten dürfen dasselbe Seminarthema nur einmal bearbeiten – sie dürfen also nicht bei anderen Professoren ein schon einmal erteiltes Seminarthema nochmals bearbeiten. Es sind aber folgende Datenbankzustände nach wie vor möglich: Professoren können dasselbe Seminarthema „wiederverwenden“ – also dasselbe Thema auch mehreren Studenten erteilen. Ein Thema kann von mehreren Professoren vergeben werden – aber an unterschiedliche Studenten.

16 Fachschaftsvollversammlung
Mittwoch, von 10 – 12 Uhr Deshalb Vorlesungsbeginn: 12:00 Uhr (s.t., sharp, Punkt!) Bis 13 Uhr

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18 Funktionalitäten Verheiratet_mit Eltern_von Menschen Mutter_von
Vater_von

19 Ausprägung der Beziehung betreuen
Professoren p1 p2 p3 p4 t1 t2 t3 t4 s1 s2 s3 s4 b1 b2 b3 b4 b5 b6 Studenten Gestrichelte Linien markieren illegale Ausprägungen Seminarthemen

20 Funktionalitäten N M N M N N M 1 1 N 1 voraussetzen Nach- folger
Studenten Assistenten MatrNr PersNr Semester Name Fachgebiet Note hören prüfen arbeitenFür Professoren Vorlesungen lesen voraussetzen SWS VorlNr Titel Raum Rang Nach- folger Vorgänger Funktionalitäten N M N M N N M 1 1 N 1

21 (min, max)-Notation E1 (min1 ,max1) (minn ,maxn) (min2 ,max2) R En
(mini ,maxi) Ei R  E1 x ... x Ei x ... x En Für jedes ei  Ei gibt es Mindestens mini Tupel der Art (..., ei , ...)  R und Höchstens maxi viele Tupel der Art (..., ei , ...) R

22 Begrenzungsflächendarstellung
Polyeder PolyID Beispiel- Polyeder 1 Hülle N Flächen FlächenID N Begrenzung M Kanten KantenID N StartEnde X M Y Punkte Z

23 Begrenzungsflächendarstellung
Polyeder PolyID Beispiel- Polyeder 1 (4, ) (1,1) (3, ) (2, 2) Hülle N Flächen FlächenID N Begrenzung M Kanten KantenID N StartEnde X M Y Punkte Z

24 Schwache, existenzabhängige Entities
Höhe GebNr RaumNr Größe N 1 Gebäude liegt_in Räume Beziehung zwischen "starken" und schwachem Typ ist immer 1:N (oder 1:1 in seltenen Fällen) Warum kann das keine N:M-Beziehung sein? RaumNr ist nur innerhalb eines Gebäudes eindeutig Schlüssel ist: GebNr und RaumNr

25 Prüfungen als schwacher Entitytyp
Note 1 N Studenten ablegen Prüfungen PrüfTeil N N MatrNr umfassen abhalten PersNr VorlNr M M Vorlesungen Professoren Mehrere Prüfer in einer Prüfung Mehrere Vorlesungen werden in einer Prüfung abgefragt

26 Generalisierung Uni-Mitglieder Name is-a Studenten Angestellte PersNr
MatrNr is-a Rang Fachgebiet Assistenten Professoren Raum

27 Universitätsschema mit Generalisierung und (min, max)-Markierung
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28 voraussetzen (0,*) (0,*) VorlNr MatrNr Nach- folger Vorgänger hören Vorlesungen SWS Studenten Name (0,*) (3,*) (1,1) Titel (0,*) (0,*) Semester prüfen Note lesen (0,*) (0,*) Fachgebiet Rang (0,*) (1,1) arbeitenFür Professoren Assistenten Raum is-a PersNr Angestellte Name

29 Aggregation Fahrräder Teil-von Teil-von Rahmen Räder Teil-von Teil-von
Rohre Lenker Felgen Speichen ... ... ... ...

30 Aggregation und Generalisierung ... Fahrzeuge is-a Unmot.-Fahrzeuge
Segler Fahrräder Motorräder Automobile Teil-von Teil-von Rahmen Räder Teil-von Teil-von Teil-von Teil-von Rohre Lenker Felgen Speichen ... ... ... ...

31 Konsolidierung von Teilschemata oder Sichtenintegration
Globales Schema Redundanzfrei Widerspruchsfrei Synonyme bereinigt Homonyme bereinigt Sicht 3 Sicht 1 Sicht 4 Konsoli- Sicht 2 dierung

32 Möglicher Konsolidierungsbaum
Mögliche Konsolidierungs-bäume zur Herleitung des globalen Schemas S1,2,3,4 aus 4 Teilschemata S1, S2, S3, und S4 Oben ein maximal hoher Konsolidierungsbaum „links-tief“ (left-deep) Unten ein minimal hoher Konsolidierungsbaum Balanciert Beide Vorgehensweisen haben Vor- und Nachteile S1,2,3, S4 S1,2 S3 S1 S2 S1,2,3,4 S1,2 S3,4 S1 S2 S3 S4

33 Drei Sichten einer Universitäts-Datenbank
erstellen Titel Studenten Diplomarbeiten betreuen Assistenten Dissertationen verfassen Titel bewerten Professoren Sicht 1: Erstellung von Dokumenten als Prüfungsleistung

34 Sicht 2: Bibliotheksverwaltung
Fakultät besitzen Bibliotheken Signatur Dokumente leiten Autoren entleihen Titel UniMitglieder Jahr Datum Sicht 2: Bibliotheksverwaltung

35 Sicht 3: Buchempfehlungen für Vorlesungen
Bücher Autoren empfehlen Titel Jahr Dozenten Verlag Sicht 3: Buchempfehlungen für Vorlesungen

36 Beobachtungen Die Begriffe Dozenten und Professoren sind synonym verwendet worden. Der Entitytyp UniMitglieder ist eine Generalisierung von Studenten, Professoren und Assistenten. Fakultätsbibliotheken werden sicherlich von Angestellten (und nicht von Studenten) geleitet. Insofern ist die in Sicht 2 festgelegte Beziehung leiten revisionsbedürftig, sobald wir im globalen Schema ohnehin eine Spezialisierung von UniMitglieder in Studenten und Angestellte vornehmen. Dissertationen, Diplomarbeiten und Bücher sind Spezialisierungen von Dokumenten, die in den Bibliotheken verwaltet werden.

37 Wir können davon ausgehen, dass alle an der Universität erstellten Diplomarbeiten und Dissertationen in Bibliotheken verwaltet werden. Die in Sicht 1 festgelegten Beziehungen erstellen und verfassen modellieren denselben Sachverhalt wie das Attribut Autoren von Büchern in Sicht 3. Alle in einer Bibliothek verwalteten Dokumente werden durch die Signatur identifiziert.

38 Signatur Bibliotheken besitzen Titel Fakultät Jahr Dokumente Verlag Autoren Diplomarbeiten Dissertationen Bücher entleihen betreuen bewerten empfehlen leiten Assistenten Professoren Studenten Angestellte Datum UniMitglieder Vorlesungen Personen

39 Datenmodellierung mit UML
Unified Modelling Language UML De-facto Standard für den objekt-orientierten Software-Entwurf Zentrales Konstrukt ist die Klasse (class), mit der gleichartige Objekte hinsichtlich Struktur (~Attribute) Verhalten (~Operationen/Methoden) modelliert werden Assoziationen zwischen Klassen entsprechen Beziehungstypen Generalisierungshierarchien Aggregation

40 Multiplizität Jedes Element von KlasseA steht mit mindestens i Elementen der KlasseB in Beziehung ... und mit maximal j vielen KlasseB-Elementen Analoges gilt für das Intervall k..l Multiplizitätsangabe ist analog zur Funktionalitätsangabe im ER-Modell Nicht zur (min,max)-Angabe: Vorsicht!

41 Klassen und Assoziationen

42 Aggregation

43 Begrenzungsflächenmodellierung von Polyedern in UML

44 Begrenzungsflächendarstellung
Polyeder PolyID Beispiel- Polyeder 1 (4, ) (1,1) (3, ) (2, 2) Hülle N Flächen FlächenID N Begrenzung M Kanten KantenID N StartEnde X M Y Punkte Z

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46 Anwendungsfälle (use cases)

47 Interaktions-Diagramm: Modellierung komplexer Anwendungen

48 Interaktions-Diagramm: Prüfungsdurchführung