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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?
Thomas Gottron GLDB 2012/13 3 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 5 Einführung
Kernfragen
Wie verwaltet man Daten?
Intuitiv?
Konsistent?
Effizient?
Sicher?
Nebenläufig?
→ Data & Knowledge Engineering
Thomas Gottron GLDB 2012/13 6 Einführung
Data Engineering
Thomas Gottron GLDB 2012/13 7 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 8 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 9 Einführung
Was gehört zum Data Engineering?
Statistik Algorithmen
Logik
Modellierung
Systembau
Prozesse
Data Engineering
& Management
Thomas Gottron GLDB 2012/13 10 Einführung
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?!
Thomas Gottron GLDB 2012/13 11 Einführung
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)
• ......... ?
Thomas Gottron GLDB 2012/13 12 Einführung
Handhabung der Daten (historisch)
Bänder
Dateisysteme
Satzorientierte Datenmodelle
Hierarchisch / Netzwerk
Relationale Datenmodelle
Postrelationale
Datenmodelle 90er
80er
70er
60er
50er
Schwerpunkt
der Vorlesung
Thomas Gottron GLDB 2012/13 13 Einführung
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 …
Thomas Gottron GLDB 2012/13 14 Einführung
DBMS
Thomas Gottron GLDB 2012/13 15 Einführung
Datenbank vs DBMS
Datenbank
DBMS
(DB Management-
System)
Anwendung
Enthält
Datenbasis
Programme für Zugriff, Kontrolle,
Konsistenz, Modifikation
Geschäftslogik
Thomas Gottron GLDB 2012/13 16 Einführung
Gegenstand der Vorlesung
Wie kann ich DBMS
einsetzen?
Data Engineering
Ordner A
Ordner B File 1 File 2
Thomas Gottron GLDB 2012/13 17 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 18 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 19 Einführung
Datenbankentwurf und
Abstraktion
Thomas Gottron GLDB 2012/13 20 Einführung
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 ?
Thomas Gottron GLDB 2012/13 21 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 22 Einführung
Die Abstraktionsebenen eines DBMS
Datenunabhängigkeit:
• physische Unabhängigkeit
• logische Datenunabhängigkeit
Sicht 1 (Verwaltung) Sicht k (Bibliothek) ...
Physische Ebene
Logische Ebene
Thomas Gottron GLDB 2012/13 23 Einführung
Datenmodellierung
Ausschnitt der
realen Welt
Konzeptuelles Schema
(ER-Modell)
Relationales
Schema
Objektorientiertes
Schema
Netzwerk
Schema
Intellektuelle Modellierung
Semi-automatische Transformation
Thomas Gottron GLDB 2012/13 24 Einführung
Logische Datenmodelle
Netzwerkmodell
Hierarchisches Datenmodell
Relationales Datenmodell
Objektorientiertes Datenmodell
Deduktives Datenmodell
24
Thomas Gottron GLDB 2012/13 25 Einführung
Modellierung einer Beispielanwendung
Studenten
Vorlesungen
Dozenten
Welche Eigenschaften?
Welche Beziehungen?
Welche weiteren wichtigen Objekte?
Thomas Gottron GLDB 2012/13 26 Einführung
Modellierung einer Beispielanwendung
reale Welt: Hochschule Studenten, Vorlesungen,
Professoren...
Konzeptuelle Modellierung
Studenten Professoren
lesen
Vorlesungen
MatrNr
Name
PersNr
Name
VorlNr
Titel
hören
SWS
Semester
Thomas Gottron GLDB 2012/13 27 Einführung
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;
Thomas Gottron GLDB 2012/13 28 Einführung
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
Thomas Gottron GLDB 2012/13 29 Einführung
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.
Thomas Gottron GLDB 2012/13 30 Einführung
Zusammenfassung
Informationssysteme haben hohe Praxisrelevanz
Helfen typische Problemstellungen zu bewältigen
Datenbank DBMS
Vorteile durch Abstraktion in Modellierung
SQL als „Standard“-Sprache
Thomas Gottron GLDB 2012/13 31 Einführung
Fragen ?
http://west.uni-koblenz.de/teaching/ws1213/datenbanken