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DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.4 Feb 2012

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InformationsmodellierungÜbersicht

Christoph Riewerts

Inhalt: Überblick Entity Relation Ship Diagramm Attribute Relationenmodell (Tabellendarstellung) Normalisierung Integritätsbedingungen


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InformationsmodellierungÜberblick

Phasen:

Analyse-Phase

Design-Phase

Programmier-Phase

Begriffe/Merkmale:

Informationsobjekte

ERD (oder auch ERM)

Tabellen

Datenbankschema

Integritätsbedingung

Datensätze, Indizes

Speicherstrukturen


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InformationsmodellierungEntity Relationship (ER) Diagramm

MitarbeiterFertigmeldung

AbteilungArtikelBestellung

Kündigung

Projekt

ER-Diagramm (ERD):

Ein ER-Diagramm ist die grafische Darstellung von Informationsobjekten (auch Entitäten genannt) und deren Beziehungen untereinander (Peter Chen).

Informationsobjekt:

Ein Informationsobjekt ist ein individuelles und identifizierbares Exemplar von Dingen, Personen oder Begriffen der realen oder der Vorstellungswelt.

• gezeichnet im ERD als Rechteck• Namensvergabe: Substantiv• wird durch Attribute näher beschrieben• Beispiele (für Personen, Dinge, Aktionen und abstrakte Begriffe):


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Beziehung:

Eine Beziehung assoziiert wechselseitig zwei (oder mehr) Entitäten (Informationsobjekte):• gezeichnet im ERD als Raute mit einer Linie zur jeweiligen Entität• Namensvergabe:

– Verb, um die Darstellung Entität-Beziehung-Entität von links nach rechts lesen zu können oder

– Substantiv, wenn aus Gründen der Vereinheitlichung ein Hauptwort gefordert ist oder mehr als 2 Entitäten assoziiert sind.

• wird durch Attribute näher beschrieben• Es gibt drei Typen von Beziehungen (nach Chen): 1:1, 1:n und n:m, die man mit dem

Konditionalzeichen c erweitern kann, so dass Kann- und Muss-Beziehungen unterschiedlich dargestellt werden können, wie z.B. 1:c, 1:mc und n:mc mit

n = 1,2,3,4,… und m = 1,2,3,4,…

c = 0 oder 1 und mc = 0,1,2,3,4,…


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1:1-Beziehung (Muss-Beziehung)

1:c-Beziehung (Kann-Beziehung)

1:n-Beziehung (Muss-Beziehung):Zu jedem Vater gibt es ein oder mehrere Kinder, jedes Kind hat genau einen Vater.

1:mc-Beziehung (Kann-Beziehung): Es gibt Männer, die haben keine Kinder.


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n:m-Beziehung (Muss-Beziehung):Ein Schüler muss mindestens einen Kurs besuchen. Umgekehrt muss jeder Kurs von mindestens einem Schüler belegt werden.

nc:mc-Beziehung (Kann-Beziehung):Ein Schüler kann ein Fach oder mehrere Fächer belegen, ein Fach kann von mehreren Schülern belegt sein, jedoch auch von keinem.


Implizite Beziehung:

(heißt im INNOVATOR „hierarchische Beziehung“)

BuchBibliotheks-exemplar

gibt es als

1 mc


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Implizite Beziehung (is part of):Rechnung

Rechnungs-position

enthält1 n

Implizite Beziehung (is a):

• Artikel auf Lager oderauch nicht

• Geschäftspartner kannein Lieferant oderein Kunde sein.

Sortiments-artikel

Lager-artikel

ist vorh. als1 c

Geschäfts-partner

Lieferant

ist ein1

c

Kundec

Rekursive Beziehung (mit Rollenbezeichnungen):

Mitarbeiter Mitarbeiterist Chef

von

cmc

Bauteilbesteht

aus

Baugruppe

Teil

UntergebenerVorgesetzter

c

mc


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Bitte bei (min, max)-Notation Umkehrung beachten!

(1,M,N)-Notation (min, max)-Notation

Comp(E1, E2) Comp(E1, R) Comp(E2, R)

1:1 (1,1) (1,1)

1:c (0,1) (1,1)

1:n (1,*) (1,1)

1:nc (0,*) (1,1)

mc:nc (0,*) (0,*)

Gegenüberstellung von (1,m,n)- und (min, max)-Notation: Eine Beziehung R = (E1, E2) wird in der (min, max)-Notation durch Angabe der zwei Komplexitätsgrade Comp(E1, R) und Comp(E2, R) beschrieben, wobei für die Eckwerte von min und max gilt: 0 ge min ge 1 ge max ge *mit ge = grössergleich:

Weitere alternative Darstellungsformen der Kardinalität („Krähenfüße“):


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Übung: Tragen Sie in das

nebenstehende

ERD zusätzlich die

(min, max)-Notation

ein.

Bestellung

Lieferant besitzt1 c

Konto

1

Artikel

Bestell-position

mc

nc

erhält

enthält

bestehtaus

m

1

n


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Attribute von Entitäten:• Identifizierende Attribute (Schlüsselattribute):

– Primärschlüssel (i. d. R. durch Unterstrich gekennzeichnet, obligatorisch, kann zusammengesetzt sein)

– Sekundärschlüssel (alternativer Primärschlüssel)– Fremdschlüssel (existiert in anderen Entitäten als Primärschlüssel)

• Beschreibende Attribute (sind optional):– sollten funktional vom Primärschlüssel abhängen (2.Normalform)– sollten untereinander nicht funktional abhängen (3. Normalform)

• Darstellung:– als Liste

– in einer Ellipse als Erweiterung im ERD:

Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum)

Konto

KontonrKontostand

InformationsmodellierungAttribute


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Attribute von Beziehungen:• Primärschlüssel von den assoziierten Informationsobjekten ( = Fremdschlüssel)• Beschreibende Attribute (sind optional)• Beispiel: n:m-Beziehung

InformationsmodellierungAttribute

Mitarbeiterarbeitet

inn mc

Projekt

Mitarbeiter = (Pers-Nummer, Name, Geburtsdatum, ..)

Projekt = (Projekt-ID, Projektlaufzeit, ..)

PrimärschlüsselPrimärschlüssel

arbeitet in = (Pers-Nummer, Projekt-ID, Kapazität)

Kapazität ist ein beschreibendes Attribut


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Relationenmodell:• Beim Übergang von der Analyse zum Design und damit bei der Wahl einer

Relationalen Datenbank wird das Datenmodell in ein Relationenmodell überführt.• In einer relationalen Datenbank sind alle Informationen explizit auf der logischen

Ebene genau auf eine Art repräsentiert: als Werte in Tabellen (= Relationen) (E.F. Codd)

InformationsmodellierungRelationenmodell

Vormerkung

Buch-Signatur

Name Datum

SN-32 Mayer 01.02.2007

BB-45 Mayer 01.02.2007

AW-90 Müller 06.02.2007

SN-32 Müller 13.02.2007

Attribute (Spalte)

Ausprägung(Tupel)

Primärschlüssel

• Reihenfolge der Zeilen und Reihenfolge der Spalten sind ohne Bedeutung.

• Die Raute des Informations-modells wird umgesetzt und erscheint als Fremdschlüssel-Beziehung in einer Tabelle.

• Attributwerte sind immer vom gleichen Typ (Domäne)


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1:n Beziehung im Relationenmodell:

Der Primärschlüssel der 1-Relation erscheint als zusätzliches Attribut in der n-Relation und wird dort als Fremdschlüssel bezeichnet:


Abteilung Angestellter1

beschäftigtn

Angestellter-ID

Abteilungs-_Kürzel

NameAnzahl MA

Tabelle


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Übung zur 1:n Beziehung im Relationenmodell:

Wie sehen die 2 Tabellen aus incl. Fremdschlüssel, wenn man die Relation „beschäftigt“ nicht dem Angestellten zuordnet - wie vorgeschrieben - , sondern der Abteilung (s. Bild)? Diskutieren Sie diese Alternative.


Abteilung Angestellter1

beschäftigtn

Angestellter-ID

Abteilungs-_Kürzel

NameAnzahl MA

Tabelle


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Mehrfachattribute:• Sind in der 1. Normalform (s. Normalisierung) nicht erlaubt• Beispiel: Mitarbeiter ist in mehreren Wohnorten gemeldet

Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adressen, Name)

• Lösung 1, wenn Anzahl der Wohnsitze begrenzt und bekannt

Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Adresse1, Adresse2, Adresse3, Name)

• Lösung 2 (Entität statt Attribut)

• Frage: wenn jetzt mehrere Mitarbeiter dieselbe Adresse haben?

Mitarbeiter = (Mitarbeiter-Nummer, Name)

Adresse = (Wohnsitz)


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n:m Beziehung im Relationenmodell:

Aus einer n:m Beziehung im Datenmodell werden zwei 1:n Beziehungen mit einer sogenannten Beziehungsentität:


Mitarbeiterarbeitet

inn mc

Projekt

Tabelle


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Unnormalisierte Tabelle:• Redundante Datenhaltung• Speicheroperationen wie Neuzugang, Löschen und Aktualisieren können zu einer

inkonsistenten Datenhaltung führen• Schwierige Handhabung (z.B. wegen der Mehrfach-Attribute)

Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 1. Normalform.

InformationsmodellierungNormalisierung

Mitarbeiter

MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname

112224 Meyer E7 Entwicklung 80

20

S30001

S30002

SW-Installation

HW-Installation

112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz

112226 König K Konstruktion 20

80

S30020

S30021

PM-Einsatz

CASE-Konzept

112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf 100 S30022 PC-Angebot


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1. Normalform

Eine Tabelle (Relation) ist in der 1. Normalform, wenn jedes Attribut zu einem bestimmten Schlüsselwert höchstens einen(!) Attributwert besitzt

Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle in die 2. Normalform.


Mitarbeiter

MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name Zeit [%] Projektnr Projektname

112224 Meyer E7 Entwicklung 80 S30001 SW-Installation

112224 Meyer E7 Entwicklung 20 S30002 HW-Installation

112225 Graf K Konstruktion 100 S30020 PM-Einsatz

112226 König K Konstruktion 20 S30020 PM-Einsatz

112226 König K Konstruktion 80 S30021 CASE-Konzept

112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf 100 S30022 PC-Angebot


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Mitarbeiter

MA-Nr. Name Abt-Nr Abt-Name

112224 Meyer E7 Entwicklung

112225 Graf K Konstruktion

112226 König K Konstruktion

112227 Keiser ZEU Zentraleinkauf

Projektzugehörigkeit

MA-Nr. Projektnr Zeit [%]

112224 S30001 80

112224 S30002 20

112225 S30020 100

112226 S30020 20

112226 S30021 80

112227 S30022 100

2. Normalform

Eine Tabelle (Relation) ist in der 2. Normalform, wenn sie in der 1. Normalform ist und jedes nicht dem Schlüssel angehörende Attribut funktional abhängig ist vom Gesamtschlüssel, nicht aber von einzelnen Schlüsselteilen.

Projekt

Projektnr Projektname

S30001 SW-Installation

S30002 HW-Installation

S30020 PM-Einsatz

S30021 CASE-Konzept

S30022 PC-Angebot

Aufgabe: Bringen Sie die Tabelle(n) in die 3. Normalform.


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Mitarbeiter

MA-Nr. Name Abt-Nr

112224 Meyer E7

112225 Graf K

112226 König K

112227 Keiser ZEU

Projekt

Projektnr Projektname

S30001 SW-Installation

S30002 HW-Installation

S30020 PM-Einsatz

S30021 CASE-Konzept

S30022 PC-Angebot

Projektzugehörigkeit

MA-Nr. Projektnr Zeit [%]

112224 S30001 80

112224 S30002 20

112225 S30020 100

112226 S30020 20

112226 S30021 80

112227 S30022 100

3. Normalform

Eine Tabelle (Relation) ist in der 3. Normalform, wenn sie in der 2. Normalform ist und jedes Attribut direkt vom Schlüssel abhängig ist.

Abteilung

Abt-Nr Abt-Name

E7 Entwicklung

K Konstruktion

ZEU Zentraleinkauf


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Übung:

Kennzeichnen Sie in den vier Tabellen aus dem Normalisierungsbeispiel (s.v.) diejenigen Attribute, die Fremdschlüssel sind.

Wandeln Sie danach die Tabellen in ein ERD um unter Verwendung der Tabellennamen für die Entitäten. Die richtigen Kardinalitäten können aus den Beispieleinträgen abgeleitet werden.

Spezifizieren Sie abschließend bitte noch den Prozess „Mitarbeiter-Tabelle zusammenstellen“, der aus den einzelnen Attributen der normalisierten Tabellen die unnormalisierte Mitarbeiter-Tabelle erzeugt. Verwenden Sie dazu das DFD (mit dem Innovator) und modellieren Sie die normalisierten Tabellen als Datenspeicher.



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Integritätsbedingungen sind notwendig, um mit den Abhängigkeiten der Tabellen (Fremdschlüsselbeziehungen) „richtig“ umgehen zu können:

• Anwendungsbezogene Integrität (domain integrity):– Zwischen den Attributen bestehen inhaltliche Abhängigkeiten, z.B. Summenattribut– Wertebereich von Attributen soll eingehalten werden– Zwei Beziehungen sollen sich gegenseitig ausschließen– ….

• Ganzheitliche Integrität (entity integrity):– Kein Attribut, das Teil eines Primärschlüssels einer Tabelle ist, darf Nullwerte

annehmen.• Referenzielle Integrität / Beziehungsintegrität (referential integrity):

– Für jeden vom Nullwert verschiedenen Fremdschlüssel muss ein entsprechender Primärschlüssel aus derselben Domäne existieren.

– Für jeden Fremdschlüssel sind festzulegen:• Darf der Fremdschlüssel Nullwerte annehmen?• Was soll mit dem Fremdschlüssel geschehen, wenn der Primärschlüssel gelöscht

bzw. modifiziert wird?

InformationsmodellierungIntegritätsbedingungen


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Beispiele für Beziehungsintegrität (Löschen des Primärschlüssels):

1.) Weitergabe der Löschung (CASCADE), d.h. alle Tupel der Tabelle mit einem Fremdschlüssel, der dem gelöschten Primärschlüssel entspricht, werden ebenfalls gelöscht.


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2.) Bedingte Löschung (RESTRICT, default), d.h. ein Tupel in der Tabelle mit dem Primärschlüssel kann nur dann gelöscht werden, wenn in der referierenden Tabelle kein Tupel mehr mit einem Fremdschlüssel existiert, der dem Primarschlüssel entspricht.


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3.) Nullsetzen bei der Löschung (SET NULL), d.h. alle Fremdschlüsselwerte, die dem Primärschlüssel entsprechen, werden in der referenzierten Tabelle zu Null gesetzt.


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Lösung der Übungsaufgabe aus dem Vorlesungsskript, speziell das DFD:


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