Informationsmodellierung - DHBW Stuttgartrie/Vorlesungsskripte/...BA Stuttgart, Technische Informatik, SW-Engineering, Informationsmodellierung Juni 2008 Seite 3 Informationsmodellierung

BA Stuttgart, Technische Informatik, SW-Engineering, Informationsmodellierung Juni 2008

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InformationsmodellierungÜbersicht

Datei: IMVorlesung.ppt Autor: C. 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 esals

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!

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

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

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

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

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

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

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

Gegenüberstellung von (1,m,n)- und (min, max)-Notation: Eine Beziehung R = (E1, E2) wird in der (min, max)-Notationdurch 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

mcnc

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

13.02.2007MüllerSN-32

Vormerkung

06.02.2007MüllerAW-90

01.02.2007MayerBB-45

01.02.2007MayerSN-32

DatumNameBuch-Signatur

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

PM-Einsatz

CASE-Konzept

S30020

S30021

20

80

KonstruktionKKönig112226

PC-AngebotS30022100ZentraleinkaufZEUKeiser112227

Mitarbeiter

100

80

20

Zeit [%]

Konstruktion

Entwicklung

Abt-Name

K

E7

Abt-Nr

Graf

Meyer

Name

112225

112224

MA-Nr.

PM-EinsatzS30020

SW-Installation

HW-Installation

S30001

S30002

ProjektnameProjektnr


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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.


PM-EinsatzS3002020KonstruktionKKönig112226

SW-InstallationS3000180EntwicklungE7Meyer112224

CASE-KonzeptS3002180KonstruktionKKönig112226

PC-AngebotS30022100ZentraleinkaufZEUKeiser112227

Mitarbeiter

100

20

Zeit [%]

Konstruktion

Entwicklung

Abt-Name

K

E7

Abt-Nr

Graf

Meyer

Name

112225

112224

MA-Nr.

PM-EinsatzS30020

HW-InstallationS30002

ProjektnameProjektnr


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Mitarbeiter

KonstruktionKKönig112226

EntwicklungE7Meyer112224

ZentraleinkaufZEUKeiser112227

Konstruktion

Abt-Name

K

Abt-Nr

Graf

Name

112225

MA-Nr.

20S30020112226

100S30020112225

100S30022112227

Projektzugehörigkeit

80S30021112226

20S30002112224

80S30001112224

Zeit [%]ProjektnrMA-Nr.

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

CASE-KonzeptS30021

PM-EinsatzS30020

SW-InstallationS30001

PC-AngebotS30022

HW-Installation

Projektname

S30002

Projektnr

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


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Mitarbeiter

KKönig112226

E7Meyer112224

ZEUKeiser112227

K

Abt-Nr

Graf

Name

112225

MA-Nr.

Projekt

CASE-KonzeptS30021

PM-EinsatzS30020

SW-InstallationS30001

PC-AngebotS30022

HW-Installation

Projektname

S30002

Projektnr

20S30020112226

100S30020112225

100S30022112227

Projektzugehörigkeit

80S30021112226

20S30002112224

80S30001112224

Zeit [%]ProjektnrMA-Nr.

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

KonstruktionK

EntwicklungE7

ZentraleinkaufZEU

Abt-NameAbt-Nr


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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.



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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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