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Datenbanksysteme SS 2007

Frank Köster(Oliver Vornberger)

Institut für InformatikUniversität Osnabrück

2

Kapitel 2:Konzeptuelle Modellierung

3

arbeitet_für

Das Entity/Relationship-Modell

Note liest

Assistent

Fachgebiet

Name

PersNr Rang

Raum

NamePersNr

prüft

Professor

fundiert

NachfolgerVorgängerVorlNr

SWS

Titel

MatrNr

Name

Sem

hörtStudent Vorlesung

4

Schlüssel

Schlüsselkandidat = minimale identifizierende Menge von Attributen

Primärschlüssel = ein ausgezeichneter (oft künstlicher) Schlüssel

5

PersNr

PersNr

VorlNrMatrNr

Das Entity-Relationship-Modell

arbeitet_für

Note liest

Assistent

Fachgebiet

Name

PersNr Rang

Raum

NamePersNr

prüft

Professor

fundiert

NachfolgerVorgängerVorlNr

SWS

Titel

hörtStudent Vorlesung

MatrNr

Name

Sem

6

Beispiel für Schlüsselkandidaten

Adresse

PLZ Ort HausnrStraße

Schlüsselkandidaten: PLZ + Strasse + Hausnummer

49080 Osnabrück Altenburger Str. 1449080 Osnabrück Altenburger Str. 1649080 Osnabrück Blumenhaller Weg 5249082 Osnabrück Hochstr. 1033699 Bielefeld Altenburger Str. 14

7

Beispiel für Schlüsselkandidaten

Vorlesung

Thema Dozent RaumZeit

XML Schreiner Mo, 10:15 31/E06XML Schreiner Do, 16:15 31/449aDBS Köster Mo, 10:15 31/449aDBS Köster Di, 10:15 31/449a

Schlüsselkandidaten: Titel + TerminDozent + TerminRaum + Termin

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• 1:1 – Beziehung (one-one)• 1:N – Beziehung (one-many)• N:1 – Beziehung (many-one)• N:M – Beziehung (many-many)

Beziehungstypen

9

1:1

E1 E2 E E

1:N

1 2

N:1

E1 E2

N:M

E1 E2

Binäre Beziehungen

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AuflageTitelISBN Jahr

ID Vorname Nachname ID Name Ort

M

N

N

1

verfasst_von erscheint_bei

Modellierung einer Literaturliste

Buch

Autor Verlag

Autor Verlag

11

Instanz_von

N

1

gebucht_auf

N

M

Modellierung einer Fluggesellschaft

Passagier

NachnameVornameKdn-Nr Adresse

AbflugDatum

Flug

Nr Start Ziel Abflugzeit Ankunftszeit

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• Für jeden an einem Beziehungstyp beteiligten Entity-Typ wird ein (min,max)-Wert festgelegt.

• Der (min, max)-Wert gib an, wie oft eine Entitymindestens und wie oft sie höchstens an einerBeziehung beteiligt ist.

Die (min, max)-Notation

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Y

Z

X

def_start_ziel

begrenzt

umhüllt

ER-Diagramm fürBegrenzungsflächen-

darstellung vonPolyedern

Polyeder

Fläche

Kante

Punkt

PolyID

FlächenID

KantenID

1

N

(4,*)

(1,1)

N

M

(3,*)

(2,2)

N

M

(2,2)

(3,*)

14

Existenzabhängiger Entity-Typ

GebNrHöhe

Gebäudeliegt_inN 1

GrößeRaumNr

Raum

(schwache Entität)

15

hält_ab

umfasstlegt_ab

Thema

Beispiel: Prüfungen

PersNr

PersNr

VorlNrMatrNr

arbeitet_für

Note liest

Assistent

Fachgebiet

NameRang

Raum

Name

Professor

fundiert

NachfolgerVorgänger

SWS

Titel

hörtStudent VorlesungName

Sem

Prüfung

1

N

M

N

N

M

16

Name Uni-Mitglieder

is-a

MatrNr Studenten PersNrAngestellte

is-a

Fachgebiet Assistenten ProfessorenRaum

Rang

Generalisierung

17

1

Typ

N

Maschine SerienNr

Lizenz

Flugzeug

M

N

ModellHersteller

Modellierung einerFluggesellschaft

gebucht_auf

Instanz_von

Passagier

NachnameVornameKdn-Nr Adresse

N

AbflugDatumM

M

N

Flug

Nr Start Ziel Abflugzeit Ankunftszeit

1

Pilot

1

1

isa

P_Info

bedient_von Angestellter

VornamePersNr Nachname

N

18

Aggregation

Fahrräder

part-of part-of

RäderRahmen

part-ofpart-of part-of part-of

Rohre Lenker Felgen Speichen

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Vorgehen bei ER-Modellierung

Die ER-Modellierung sollte an einem Vorgehensmodellausgerichtet sein.

(vgl. Paolo Atzeni et. al (2000), Database Systems, McGraw-Hill;Ramiz Elmasri und Shamkant Navathe (2004), Fundamentals of Database Systems; Addison-Wesley)

• Top-Down• Bottom-Up• Inside-Out• Mixed

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Vorgehen bei ER-ModellierungBottom-Up: Schrittweise erfolgende Verfeinerung einesinitialen Schemas zu einem finalen Schema

Spezifikationen

Finales Schema

Zwischenschema

Zwischenschema

Initiales Schema

Verfeinerung

Verfeinerung(en)

Verfeinerung


21

Vorgehen bei ER-Modellierung

Spezifikationen

Komponente n

Komponente 1,m

Schema n,1 Schema n,p

Komponente 1

Finales Schema

Schema 1,mSchema 1,1

Komponente n,1Komponente 1,1 Komponente n,p

Integration aller Schemata

Top-Down: Identifikation von Komponenten, Modellierungvon Teilschemata und deren Integration in finales Schema


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Vorgehen bei ER-ModellierungInside-Out: Mit zentralem Konzept startende Erweiterungzum Gesamtschema


23

Vorgehen bei ER-ModellierungMixed: Aus zentralen Konzepten gebildetes Gesamtschema

Abteilung

Projekt

Angehöriger

Angehörige von

Arbeitet für

Bearbeitet

Kontrolliert

Angestellter


24


Abteilung

Projekt

Angehöriger

Angehörige von

Arbeitet für

Bearbeitet

Kontrolliert


25


Abteilung

Projekt

Angehörige von

Arbeitet für

Kontrolliert

Bearbeitet


26


Angehörige von

Arbeitet für

Kontrolliert

Projekt

Bearbeitet


27


Angehörige von

Arbeitet für

Kontrolliert

Bearbeitet


28



29

ER-Modellierung (Dokumentation)Ein ER-Schema ist i.d.R. nicht ausreichend, um alle interes-sierenden Details einer Miniwelt zu beschreiben.

Beispielsweise können bestimmte Anforderungen an diespätere Extension einer DB nicht direkt im ER-Schema aus-gedrückt werden:


• Jede Abteilung hat wenigstens fünf Mitarbeiter, dieder Firma jeweils mehr als zehn Jahre angehören.

• In keiner Abteilung gibt es Mitarbeiter, die einhöheres Gehalt bekommen als ihr jeweiligerAbteilungsleiter.

• „JahresSonderzahlung“ ist ein abgeleitetes Attribut,welches sich stets wie folgt errechnet:

JahresSonderzahlung = 0,01 * Projektbudget.• Ein Projektbudget liegt nie unter 50 TEuro.

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ER-Modellierung (Dokumentation)Business Rules stellen eine verbreitete Möglichkeit zur er-gänzenden Dokumentation von ER-Schemata dar.


• Beschreibende Business Rules (Descriptions) werdenin Tabellen organisiert. Dabei wird die Bedeutung vonEntitäten und Beziehungen in jeweils unterschied-lichen Tabellen notiert.

• Einschränkungen spezifizierende Business Rules(Constraints) sollten die folgende Form besitzen:

<Konzept> muss / darf nicht <Einschränkung als klarer Ausdruck>

• Abgeleitete Größen spezifizierende Business Rules(Derivations) sollten die folgende Form besitzen:

<Konzept> wird gebildet über <Operation Konzeptbildung>

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ER-Modellierung (Dokumentation)Beispiel für beschreibende Business Rules:

............

Name, NummerName, Nummer,Standort

Ein Projekt der Firma, bei demAnge-stellte mitwirken.

PROJEKT

SsnSsn, Gdatum, Name,Geschlecht, Adresse,Gehalt

Angestellter der Firma.ANGESTELLTER

IdentifikatorAttributeDescription (Beschreibung)Entität

............

Angestellter (1, N),Abteilung (1, 1)

Ordnet einen Angestellten einerAb-teilung in der Rolle desMitarbeiters zu.

ARBEITET_FÜR

AnfangsdatumAngestellter (1, 1),Abteilung (1, 1)

Ordnet einen Angestellten einerAbteilung in der Rolle des Abtei-lungsleiters zu.

LEITET

AttributeBeteiligte EntitätenDescription (Beschreibung)Relation


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ER-Modellierung (Dokumentation)Beispiele für Einschränkungen und Ableitungen:

(BR7) Die Anzahl der Angestellten einer Abteilung ergibt sich aus der Anzahl derAngestellten, die über die Relation ARBEITET_FÜR mit der jeweiligen Abteilung inBeziehung stehen.

...

Ableitungen (Derivations)

(BR1) Ein Abteilungsleiter muss auch Mitarbeiter der Abteilung sein.(BR2) Ein Mitarbeiter darf kein höheres Gehalt beziehen als das des Abteilungsleiter

der Abteilung, zu der er gehört.(BR3) Eine Abteilung mit Standort in Schweden muss von einem Mitarbeiter geleitet

werden, der mindes-tens zehn Jahre durchgehend bei der Firma angestellt ist.(BR4) Ein Mitarbeiter, der keiner Abteilung zugeordnet ist, darf an keinem Projekt

mitwirken....

Einschränkungen (Constraints)


33

ER-Modellierung (Qualität)

Zentrale Qualitätskriterien für ER-Schemata sind:


• Korrektheit ⇒ Die modellierten Entitäten, Bezie-hungen und Attribute sind in zugrunde liegender Mini-welt enthalten und werden getreu der gegebenenMiniwelt-Darstellung in einen Zusammenhang gesetzt.

• Vollständigkeit ⇒ Die Miniwelt-Darstellung wird(soweit möglich) vollständig durch das ER-Schemawiedergegeben.

• Minimalität ⇒ Die im ER-Schema berücksichtigtenKonzepte, Beziehungen und Attribute […] der Miniweltsind möglichst redundanzfrei modelliert.

• Lesbarkeit ⇒ Das ER-Schema ist übersichtlichorganisiert und zeigt einen systematischen Aufbau.

• Verständlichkeit ⇒ Die modellierten Zusammenhängeentsprechen einer „natürlichen“ Intuition.

34

Konsolidierung

Konsolidierung

globales Schema

redundanzfrei widerspruchsfrei Synonyme bereinigt Homonyme bereinigt

Sicht 1

Sicht 2

Sicht 3

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Drei Sichten einerUniversitätsdatenbank Studenten

Assistenten

Professoren

erstellen Diplomarbeiten

Titel

Dissertationenverfassen

betreuen

bewerten TitelSicht 1: Erstellung von Dokumenten als Prüfungsleistung

Bibliotheken

leiten

UniMitglieder

Fakultät

besitzen Dokumente

entleihen

Datum

Signatur

Autoren

Titel

Jahr

Sicht 2: Bibliotheksverwaltung

Vorlesungen

Dozenten

empfehlen

Bücher Autoren

Titel

Jahr

Verlag

Sicht 3: Buchempfehlungen für Vorlesungen

36

KonsolidiertesSchema der

Universitätsdatenbank

Bibliotheken besitzen

Fakultät

Vorlesungen

BücherDissertationen

Dokumente

Studenten

Diplomarbeiten

Personen

ProfessorenAssistenten

UniMitglieder

Angestellte

empfehlen

leiten

Autoren

entleihen betreuen bewerten

Datum

Signatur

Verlag

Jahr

Titel

37

UML: Klassen

Studenten

+MatrNr : int+Name : String

+Semester : short

+NotenSchnitt() : float+SummeSWS() : short

38

UML: Assoziationen

Studenten

+MatrNr : int+Name : String

+Semester : short

+NotenSchnitt() : float+SummeSWS() : short

Vorlesungen

+VorlNr : int+Titel : String+SWS : short

+AnzHörer() : short+DurchfallQuote() : float

voraussetzen

*

*+Nachfolger

+Vorgänger

+Hörer

+hören3..* *

+gehört

39

Assistenten

+Fachgebiet : String

+Gehalt() : short

Professoren

+Rang : String

+Notenschnitt() : float+Gehalt() : short

+Lehrstundenzahl() : short

Angestellte

+PersNr : int+Name : String

+Gehalt() : short+Steuern() : short

arbeitenFür 1*

+Knecht +Boss

UML: Generalisierung

40

Studenten

+MatrNr : int+Name : int

+Semester : int

+NotenSchnitt() : float+SummeSWS() : int

Prüfungen

+Note : Decimal+Datum : Date

+verschieben()

+Prüfling

1

*

+umfassen

+abhalten

1

1

* *

+ablegen

+Prüfer

+Prüfungsstoff

Vorlesungen

…

Professoren

…

UML: Aggregation

41

Datenbanksysteme SS 2007

Ende von Kapiel 2: Konzeptuelle Modellierung

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