Konzeptuelles Schema (oder auch konzeptuelles Datenmodell)

Das konzeptuelle Schema beschreibt die wesentlichen Eigenschaften des Datenbestandes, den das DBMS verwalten soll (Mini-Welt), unabhängig vom eingesetzten Datenbanksystem in einerfür den Anwender verständlichen Form.

• Schaffung einer gemeinsamen Kommunikationsbasis durch

  • eindeutige Definition der verwendeten Begriffe

  • Darstellung der einzelnen Informationsobjekte und ihrer Beziehungen untereinander

• Modellierungssprachen

  • Entity-Relationship-Diagramm (ERD)

  • Erweitertes ER-Diagramm (EERD)

  • UML Klassendiagramm (ähnlich EERD)

• Thesen (gültig für die meisten Anwendungen)

  • Im Mittelpunkt der Datenverarbeitung stehen die Daten und ihre Handhabung.

  • Die Daten eines Unternehmens existieren unabhängig von ihrer Nutzung.

  • Die in einem Unternehmen vorhandenen Datentypen ändern sich im Zeitablauf in ihrer Struktur nur sehr wenig.

• Das bedeutet:

  • Daten sind stabiler als Funktionen

  • Die Strukturen der Daten sind mit Vorrang zu beschreiben.

• Fehler

  • Unvollständige Kenntnis der Anforderungen führt zu unvollständiger oder ungenauer Modellierung des konzeptuellen Schemas

• Fehler im Datenmodell sind besonders problematisch!

  • Datenbank, die sich aufgrund Fehlannahmen als nicht praxisgerecht erweist

  • Aufwändige Korrektur (des Fachkonzeptes!)

1. Konzeptuelle Modellierung (Ebene: Fachentwurf)

   1. Semantisches Modell der Objekttypen und deren Beziehungen

   2. unabhängig von späterer Implementierung

   3. Ergebnis: Konzeptuelles Schema, d.h. ERD, UML-Klassenmodell, ...

2. Logischer DB-Entwurf

   1. Abbildung konzeptuelles Schema auf konkretes, logisches Datenmodell, z.B. relational, OO, hierarchisch, XML, ...

   2. Ergebnis: Logisches Schema, d.h. Relationenschema, XML-Schema, ...

3. Physischer DB-Entwurf

   1. Abbildung der (logischen) Relationen auf Tabellen, Indizes und sonstige Speicherstrukturen in konkretem Datenbanksystem

   2. Ergebnis: Physisches Schema, d.h. Definitionen konkreter DB-Objekte für in einem DBS MySQL, Oracle, ... (CREATE TABLE/INDEX, ...)

Definition: Entität

Eine Entität ist ein Objekt der realen oder der Vorstellungswelt, über das Informationen gespeichert werden sollen. Es ist im Sinne der Anwendung eindeutig beschreibbar und von anderen unterscheidbar.

Gleichartige Entitäten werden zu Entitätstypen (Entitätsmengen) zusammenfasst.

• Anmerkung

  • Welche Entitäten zusammengehören, ist von Semantik der Anwendung abhängig

  • Voraussetzung alle Entitäten haben (in Bezug auf die Anwendung) gleiche Merkmale

• Merkmale von Entitätstypen

  • nur für die Anwendung relevante Merkmale werden modelliert

• Schlüssel

  • Attribut bzw. Kombination von Attributen, über welche eine Entität eindeutig identifiziert werden kann Primärschlüssel wird unterstrichen

• Beziehung (Relationship)

  • Zwischen Entitäten kann es eine oder mehrere Beziehungen (dt. für relationships) geben

  • Beziehung ist „an association among entities“

• Beziehungstyp

  • abstrakte Typisierung gleichartiger Beziehungen zwischen Entitäten

  • Beziehungstypen können Attribute besitzen

• Beschreibende Attribute

  • können bei verschiedenen Entitäten einer Entitätsmenge gleiche Werte annehmen

  • Beispiele: Wohnort, Name

• Optionale Attribute

  • Nicht jede Entität muss einen Wert haben

  • in relationalem Modell: NULL-Wert

  • Beispiele: Zweiter Vorname, Adresszusatz, Homepage

• Einfache (atomare) Attribute

  • unzerlegbare Werte

• Zusammengesetzte Attribute

  • Lassen sich in kleinere Teile zerlegen, die Attribute mit unabhängigen Bedeutungen repräsentieren

  • Werden meist schon im konzeptuellen Schema in einfache Attribute aufgelöst (notwendig für relationales Modell)

• Mehrwertige Attribute

  • Für eine Entität sind gleichzeitig mehrere verschiedene Werte des Attributs möglich

  • "Liste" von Werten

  • Dargestellt durch doppelte Linie

• versteckte 1:n bezie

• Abgeleitete Attribute

  • Wert des Attributes lässt sich aus anderen ableiten (ist redundant)

  • Dargestellt durch gestrichelte Linie

Definition: Superschlüssel

Eine Attribut oder eine Kombination von Attributen heißt Superschlüssel, falls sie eindeutig eine Entität identifiziert.

Definition: Schlüsselkandidat

Eine Attribut oder eine Kombination von Attributen heißt Schlüsselkandidat, falls sie

• Superschlüssel und

• minimal (irreduzibel) ist.

Definition: Primärschlüssel

Der Schlüsselkandidat einer Entitätsmenge mit einer führenden Rolle wird Primärschlüssel genannt.

• Anmerkungen

  • Der Primärschlüssel ist nicht über Eigenschaften mathematisch bestimmt, sondern er wird anwendungsbezogen ausgewählt.

  • Primärschlüsselattribute werden unterstrichen dargestellt.

Konzeptuelles Schema beschreibt wesentliche Eigenschaften des Datenbestandes unabhängig vom eingesetzten Datenbanksystem in einer für den Anwender verständlichen Form.

• Beziehung (Relationship)

  • Zwischen Entitäten kann es eine oder mehrere Beziehungen (dt. für relationships) geben

  • Beziehung ist „an association among entities“

• Beziehungstyp

  • abstrakte Typisierung gleichartiger Beziehungen zwischen Entitäten

  • Beziehungstypen können Attribute besitzen

Modellierung von Beziehungen

• Beziehungen repräsentieren Verben

  • Mitarbeitet arbeitet in Firma

  • Kunde kauft Artikel

  • Student studiert Studiengang

• Zwischen zwei Entitätstypen kann es mehr als eine Beziehung geben

  • Kunde kauft Wagen, Kunde verkauft Wagen

  • Person ist Geschäftsführer von Firma, Person ist Mitarbeiter von Firma

• Problem

  • bisher nicht erkennbar, ob jeder Student in einem Studiengang studiert oder ob er sogar mehrere Studiengänge belegen darf

• Beziehungen müssen in beiden Richtungen gelesen werden, um die richtige Modellierung zu finden!

• Beispiel

  • Student "studiert" in Studiengang

  • Studiengang wird "studiert" von Studenten

Kardinalitätsverhältnis (auch Beziehungsart)

Strukturelle Einschränkung, die angibt, in welchen Mengen die Entitäten der beiden Typen miteinander in Beziehung stehen können.

• 1:1-Beziehung

  • Einer Entität aus A kann zu einem Zeitpunkt genau eine Entität aus B zugeordnet sein.

• 1:N-Beziehung

  • Einer Entität aus A können zu einem Zeitpunkt genau eine Entität oder mehrere Entitäten zugeordnet sein; einer Entität aus B kann nur eine Entität aus A zugewiesen sein.

• N:M-Beziehung

  • Einer Entität aus A können zu einem Zeitpunkt genau eine oder mehrere Entitäten aus B, einer Entität aus B können ebenfalls eine oder mehrere Entitäten aus A zugeordnet sein.

• Krähenfuß-Notation (Crow's Foot Notation, Martin-Notation)

  • Vereinfachte Notation für Beziehungstypen

  • Üblicherweise in Modellierungswerkzeugen eingesetzt

  • N-Seite der Beziehung wird zum Krähenfuß

Partizipation eines Beziehungstyps (Optionalität, Teilnahme)

Strukturelle Einschränkung, die angibt, wie oft eine Entität in einer Beziehung partizipieren kann bzw. muss.

• Motivation

  • Kardinalitätsverhältnisse legen nicht fest, ob eine Entität mit einer anderen in Beziehung stehen muss oder ob diese Beziehung optional ist

  • Konkretisierung der Kardinalität

• Arten der Partizipation

  • Totale (=verbindliche) Teilnahme: jede Entität hat diese Beziehung

  • Partielle (=optionale) Teilnahme: eine Entität kann diese Beziehung haben, muss aber nicht (bsp. Zweitervorname)

• (strikte) 1:1-Beziehung

  • Totale Partizipation beider Entitätstypen

  • Jeder Ehemann muss eine Ehefrau haben und umgekehrt

• 1:cn = 1 : (0...n)

  • Jeder Entität auf der linken Seite können 0...n Entitäten auf der rechten Seite zugeordnet sein und jede rechte Entität hat genau einen Partner links

  • Jede Student muss einen Studiengang belegen, jeder Studiengang wird von 0...n Studenten studiert

Mögliche Beziehungstypen

Interpretation

• 1: genau ein

• c: ein oder kein ("choice", visualisiert durch ein "o" für optional)

• n: ein (mindestens) oder mehrere

• cn: kein, ein oder mehrere

• Das ist eine Design-Entscheidung!

• Beachte

  • Totale Partitzipation heißt, dass gleichzeitig (in einer Transaktion) mit dem Datensatz die Beziehung angelegt werden muss!

  • Partielle Partizipation ist meist flexibler

• Beispiele

  • Bestellposition "gehört zu" Bestellung: totale Partizipation ist notwendig

  • Kunde "gibt auf" Bestellung: partielle Partizipation ist besser, Kunden dürfen auch ohne Bestellungen existieren

Definition: Schwache (abhängige) und starke Entität

Eine Entität, deren Existenz von der einer anderen Entität abhängig ist und die keinen eigenständigen Primärschlüssel hat, heißt schwache Entität.

Entitäten, von denen schwache Entitäten abhängen, werden starke oder identifizierende Entitäten genannt.

Die Entitätstypen heißen entsprechend starke und schwache Entitätstypen.

Die Beziehung zwischen einem starken und einem schwachen Entitätstyp heißt identifizierende Beziehung.

Merke:

• Existenzielle Abhängigkeit allein führt nicht zwangsläufig zu schwachem Entitätstyp

• Entscheidend ist, ob ein eigenständiger Primärschlüssel existiert

• Problemstellung

  • Beziehungen können Attribute haben

  • sind im vereinfachten ERModell nicht direkt abbildbar

  • im relationalen Datenmodell ebenfalls nicht

• Umwandlung erforderlich

• Vorgehensweise

  • Attribut wird auf die n-Seite geschoben

• Vorgehensweise

  • m:n Beziehungstyp wird durch Einführung eines künstlichen schwachen Entitätstyps mit zusammengesetzem Primärschlüssel ersetzt

• Problemstellung

  • Eine Beziehung kann mehr als zwei Teilnehmer enthalten!

  • sind im vereinfachten ERD (und relationalen Modell) nicht direkt darstellbar

• Grad eines Beziehungstypen

  • Anzahl der Entitäten, die an der Beziehung teilhaben

  • Beispiel: Ternärer Beziehungstyp (Grad = 3)

• Vorgehensweise

  • Überführung in binäre Beziehungstypen

• Beschränkungen des klassischen ER-Modells

  • nur einfach strukturierte (flache) Datenobjekte mit Standard-Datentypen

  • Bestimmte Beziehungen schlecht abbildbar

• Erweitertes ER-Modell

  • Berücksichtigung objektorientierte Konzepte, wie Generalisierung/Spezialisierung und Aggregation

  • Weiterhin keine Methoden

  • Keine standardisierte Notation

Fachentwurf und IT-Entwurf

1. Konzeptueller DB-Entwurf (fachliche Anforderungen an Datenstrukturen).

2. Logischer DB-Entwurf (Entscheidung für logisches (Implementierungs-)Modell).

3. Physischer DB-Entwurf (Umsetzung in konkretem System).

Ein Superschlüssel: ist ein Attribut oder eine Kombination von Attributen, falls sie eindeutig eine Entität identifizieren. (identifizierend)

Ein Schlüsselkandidat: ist ein minimaler Superschlüssel (irreduzibel). Ein Primärschlüssel ist ein Schlüsselkandidat einer Entitätsmenge mit einer <== führenden Rolle. (Wird unterstrichen dargestellt) (einzigartig).

Eine Entität ist ein Objekt der realen-/Vorstellungswelt über das Informationen gespeichert werden sollen. Gleichartige Entitäten werden zu Entitätstypen (Entitätsmengen) zusammengefasst. Eine oder mehrere Beziehungen entstehen zwischen Entitäten. Ein Beziehungstyp ist eine abstrakte Typisierung gleichartiger Beziehungen zwischen Entitäten und können auch Attribute besitzen. <==

Bei einem optionalen Attribut muss nicht jede Entität einen Wert haben, wie zum Beispiel ein zweiter Vorname. Im relationalen Modell wäre dies ein NULL-Wert. Ein atomares Attribut sind unzerlegbare Werte. Für mehrwertige Attribute sind gleichzeitig verschiedene Werte eines Attributs möglich. (Dargestellt durch doppelten Kreis / Beispiel: Email-Adressen) Zusammengesetzte Attribute lassen sich in kleinere Teile zerlegen, die Attribute mit unabhängigen Bedeutungen repräsentieren. (Adresse = PLZ / Ort / Straße)

Beziehungen müssen in beiden Richtungen gelesen werden, um die richtige Modellierung zu finden. Beispiel: Student "studiert" in Studiengang / Studiengang wird "studiert" von Studenten.

Eine Partizipation ist die strukturelle Einschränkung, die angibt, wie oft eine Entität in einer Beziehung partizipieren kann bzw. muss.

• Totale Partizipation heißt, dass gleichzeitig mit dem Datensatz die Beziehung angelegt werden muss, eine partielle Partizipation ist flexibler. Beispiele:

• Bestellposition "gehört zu" Bestellung: totale Partizipation ist also notwendig

• Kunde "gibt auf" Bestellung: partielle Partizipation ist besser, Kunden dürfen auch ohne Bestellung existieren

• Eine schwache Entität ist eine Entität, deren Existenz von der einer anderen Entität abhängig ist und die keinen eigenständigen Prim.rschlüssel hat.

• Starke oder identifizierende Entitäten sind Entitäten von denen schwache Entitäten abhängen.

• Eine identifizierende Beziehung besteht zwischen einem starken und einem schwachen Entitätstyp.

Da sie keinen eigenständigen Prim.rschlüssel haben.

Üblicherweise haben Beziehungstypen keine Attribute, da sie lediglich die beteiligten Entitätstypen miteinander verbinden. Sind jedoch zusätzlich Attribute erforderlich, so kann aus dem Beziehungstyp - wie bei höhergradigen Beziehungen - ein eigenständiger Entitätstyp mit Beziehungstypen zu den ursprünglich beteiligten Entitätstypen geschaffen werden. Dem neuen (schwachen) Entitätstyp wird dann das Attribut zugeordnet (zum Beispiel Projektbeteiligungsgrad beim Beziehungstyp Angestellter arbeitet am Projekt).

Ein ternärer Beziehungstyp ist ein Beziehungstyp vom Grad 3, also drei Entitäten teilen sich eine Beziehung.

• -Es berücksichtigt objektorientierte Konzepte, wie Generalisierung/Spezialisierung und Aggregation.

• Es besitzt weiterhin keine Methoden und keine standardisierte Notation.

Variable Hierarchie:

Abbildung einer hierarchischen (Baum-) Struktur von Entitäten gleichen Typs. Lösung hierbei ist ein rekursiver Beziehungstyp

Feste Hierarchie:

Abbildung einer hierarchischen (Baum-) Struktur fest definierter Tiefe. Lösung hierbei sind hintereinander geschachtelte 1:n-Beziehungen.

Stückliste Anwendungsfall:

Das Bauteil besteht aus Bauteilen(Stückliste). Eine Web-Seite ist verlinkt mit Web-Seiten. Lösung hierbei ist ein rekursiver Beziehungstyp mit m:n-Beziehung.

Geschäftsvorfall:

Abbildung eines komplexen Geschäftsvorfalls bestehend aus Kopfsatz und Einzelpositionen. Lösung hierbei ist eine 1:n-Beziehung mit schwachem Entitätstyp.