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Institute for Web Science & Technologies – WeST

Einführung und Überblick

Dr. Thomas Gottron

Wintersemester 2012/13

Grundlagen der Datenbanken

Thomas Gottron GLDB 2012/13 2 Einführung

Frage an das Publikum...

Welche Erfahrungen gibt es mit Datenbanken?

Systeme?

Art der Verwendung?

Warum auf Datenbank zurückgegriffen?


Motivation

Warum Datenbanken?

Praxisrelevanz!

Überall Daten

Bankkonten

Krankenakten

Soziale Netzwerke

Anmeldungen zu Vorlesung, Übung, Prüfung

Buchbestand einer Bibliothek

Forschungsdaten (Umfragen, Messergebnisse, ...)

Straßenkarten

Einsatz von Informationssystemen

Thomas Gottron GLDB 2012/13 4 Einführung 4


Kernfragen

Wie verwaltet man Daten?

Intuitiv?

Konsistent?

Effizient?

Sicher?

Nebenläufig?

→ Data & Knowledge Engineering


Data Engineering


Daten – Information – Wissen

Daten:

„201210171415“, …

Informationen:

„17. Oktober 2012, 14.15 Uhr“, ….

Wissen:

Vorlesung „Grundlagen der Datenbanken“

am 17. Oktober 2012, 14.15 Uhr in E-011

Kein Wissen ohne Daten

Übergang vom Daten- zum Wissensmanagement ist

nahtlos


Was ist Data Engineering?

Systematische Vorgehensweise zum “Umgang“ mit Daten

In der Forschung

Design

Entwicklung

Verwaltung,

Evaluation von Informationssystemen

In der Praxis

Planung

Analyse

Entwurf

Realisierung von Informationssystemen


Was gehört zum Data Engineering?

Statistik Algorithmen

Logik

Modellierung

Systembau

Prozesse

Data Engineering

& Management


Wo benötigt man Methoden des Data Engineering?

Desktop

Einloggen (single sign-on)

Textverarbeitung

Filesystem

Addressen

Handy, Smartcards, Auto

Eingebettete Datenbanken (z.B. für Smartcards)

Banken

Telekom

…

Besser wäre die Frage: Wo benötigt man keine Methoden des Data Engineering?!


Motivation für den Einsatz von Datenbank-Verwaltungssystemen

Typische Probleme:

• Redundanz und Inkonsistenz (Frau Meier wird Frau Meier-Ross)

• Beschränkte Zugriffsmöglichkeiten (alle 100 Eigenschaften von Frau Meier lesen, um ihre Telefonnummer zu sehen?)

• Probleme beim Mehrbenutzerbetrieb (zwei Überweisungen gleichzeitig?)

• Sicherheitsprobleme (jeder Mitarbeiter darf jedes Gehalt sehen?)

• hohe Entwicklungskosten für Anwendungsprogramme (k * 100 PersJahre)

• ......... ?


Handhabung der Daten (historisch)

Bänder

Dateisysteme

Satzorientierte Datenmodelle

Hierarchisch / Netzwerk

Relationale Datenmodelle

Postrelationale

Datenmodelle 90er

80er

70er

60er

50er

Schwerpunkt

der Vorlesung


Berühmte Systeme

Datenbanksysteme: Oracle DB, IBM DB2, Mysql, Postgres, Microsoft SQL Server, Microsoft Access, etc.

Suchsysteme: Google, Yahoo

Berühmte/interessante Anwendungen: SAP R3 Ihr Bankkonto Ihre Haftpflichtversicherung The GDB Human Genome Database wer-kennt-wen Flickr, YouTube Amazon …


DBMS


Datenbank vs DBMS

Datenbank

DBMS

(DB Management-

System)

Anwendung

Enthält

Datenbasis

Programme für Zugriff, Kontrolle,

Konsistenz, Modifikation

Geschäftslogik


Gegenstand der Vorlesung

Wie kann ich DBMS

einsetzen?

Data Engineering

Ordner A

Ordner B File 1 File 2


Gegenstand der Vorlesung (zum kleineren Teil)

Ordner A

Ordner B File 1 File 2

O r dner A

O r dner B File 1 File 2

O r dner A

O r dner B File 1 File 2


DBMS

Architekturübersicht eines DBMS

„Naive“

Nutzer

Fortgeschrittene

Nutzer

Anwendungs-

programmierer

Datenbank-

administratoren

Anwendung Interaktive

Anfrage Präcompiler

Verwaltungs-

werkzeug

DML Compiler DDL Compiler

Anfragebearbeitung

Datenbankmanager Schemaverwaltung

Mehrbenutzersynchronisation

Fehlerbehandlung

Dateiverwaltung

Logdateien Indizes Datenbasis Datenwörterbuch


Datenbankentwurf und

Abstraktion


Die Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs

Physische Ebene

Logische Ebene

Konzeptuelle Ebene Wie sieht die Welt aus ?

Welche Strukturen

werden von der

Anwendung

manipuliert?

Wie wird gespeichert ?


Die Abstraktionsebenen des Datenbankentwurfs

Element mit Matrikel-Nr

1234567 wird abgelegt auf

Block 19

1 Tabelle für Uni-Angehörige

und 1 Tabelle für Studenten,

mit Verbindungen

Studenten sind Personen

mit Matrikel-Nr

Physische Ebene

Logische Ebene

Konzeptuelle Ebene


Die Abstraktionsebenen eines DBMS

Datenunabhängigkeit:

• physische Unabhängigkeit

• logische Datenunabhängigkeit

Sicht 1 (Verwaltung) Sicht k (Bibliothek) ...

Physische Ebene

Logische Ebene


Datenmodellierung

Ausschnitt der

realen Welt

Konzeptuelles Schema

(ER-Modell)

Relationales

Schema

Objektorientiertes

Schema

Netzwerk

Schema

Intellektuelle Modellierung

Semi-automatische Transformation


Logische Datenmodelle

Netzwerkmodell

Hierarchisches Datenmodell

Relationales Datenmodell

Objektorientiertes Datenmodell

Deduktives Datenmodell

24


Modellierung einer Beispielanwendung

Studenten

Vorlesungen

Dozenten

Welche Eigenschaften?

Welche Beziehungen?

Welche weiteren wichtigen Objekte?


Modellierung einer Beispielanwendung

reale Welt: Hochschule Studenten, Vorlesungen,

Professoren...

Konzeptuelle Modellierung

Studenten Professoren

lesen

Vorlesungen

MatrNr

Name

PersNr

Name

VorlNr

Titel

hören

SWS

Semester


Das relationale Datenmodell

Studenten

MatrNr Name

26120

25403

...

Fichte

Jonas

...

hören

MatrNr VorlNr

25403

26120

...

5022

5001

...

Vorlesungen

Nr Titel

5001

5022

...

Grundzüge

Glaube und Wissen

...

Select Name

From Studenten, hören, Vorlesungen

Where Studenten.MatrNr = hören.MatrNr and

hören.VorlNr = Vorlesungen.Nr and

Vorlesungen.Titel = `Grundzüge´;

update Vorlesungen

set Titel = `Grundzüge der Logik´ where Nr = 5001;


DB-Anfragen: Flexibilität

Eine Bedingung spezifiziert die entsprechende Teilmenge der

Treffer (Tupeln, Dokumente, …) in der Datenbank.

Boolsche Operationen (AND; OR; NOT) werden verwendet, um

Bedingungen / Treffermengen zu kombinieren.

Wieviele unterschiedliche Teilmengen der Datensammlung lassen

sich mit 3 unterschiedlichen Bedingungen spezifizieren?

a) 7

b) 8

c) 16

d) 256

Kombinationsmöglichkeiten

für 8 Teilmengen:

(0 0 0 0 0 0 0 0)

bis (1 1 1 1 1 1 1 1)

28 = 256

1 2 3

4 5

6

7 8


Lernziele

Die Studierenden verstehen die Arbeitsweise relationaler

Datenbankverwaltungssysteme.

Sie können den Einsatz eines solchen Systems

konzipieren und realisieren.

Sie können aufgrund ihres Wissens zur Arbeitsweise

relationaler Datenbanksysteme mögliche auftretende

Engpässe im Verhalten eines

Datenbankmanagementsystems analysieren und

vermeiden oder umgehen.

Sie sind in der Lage Methoden aus dem

Datenmanagement in ihre eigenen Systeme zu

übernehmen und diese Methoden sowie das System

Relationale Datenbankverwaltung in der Praxis

einzusetzen.


Zusammenfassung

Informationssysteme haben hohe Praxisrelevanz

Helfen typische Problemstellungen zu bewältigen

Datenbank DBMS

Vorteile durch Abstraktion in Modellierung

SQL als „Standard“-Sprache


Fragen ?

[email protected]

http://west.uni-koblenz.de/teaching/ws1213/datenbanken

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