Die theoretische Grundlage eines Datenbanksystems ist ein Datenbankmodell, welches die Realität vereinfacht, abstrahiert und ein korrektes Abbild der zugrunde liegenden Daten darstellt.
Allgemein dienen Datenbanken der effizienten Organisation, Erzeugung, Manipulation und Verwaltung großer Datenmengen. Sie strukturieren die Daten mit Hilfe diverser Datenbankmodelle und stellen ihre Beziehungen zueinander dar.
In der heutigen Zeit gibt es mehrere Ansätze für Datenmodelle, wie beispielsweise
- das hierarchische Datenbankmodell (HDBM),
- das Netzwerk-Datenbankmodell (NDBM),
- das relationale Datenbankmodell (RDBM).
Die Entwicklung vollzog sich in mehreren Schritten. Am Anfang, in den 50er Jahren, waren die wesentlichen Medien für Daten noch Papier und Magnetbänder. In den frühen 60er Jahren gab es bereits Magnetplatten (z.B. Festplatten und Disketten) und kurze Zeit später wurde die erste Datenbank, das hierarchische Datenbankmodell, entwickelt.
In den 70er Jahren folgte das NDBM und fast zeitgleich, obwohl erst Ende der 70er Jahre umgesetzt, entstand die Idee des RDBM. Das HDBM und das NDBM sind heute kaum noch gebräuchlich und das RDBM stellt den Standard für Datenmodelle dar. Trotzdem haben alle der im Folgenden vorgestellten Modelle einen unterschiedlichen Aufbau und Stärken und Schwächen, die näher erläutert werden.
Inhalt
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Hierarchisches Datenbanksystem
2.1 Aufbau
2.2 Vorteile
2.3 Nachteile
3 Netzwerk-Datenbanksystem
3.1 Aufbau
3.2 Vorteile
3.3 Nachteile
4 Relationales Datenbanksystem
4.1 Aufbau
4.1.1 Integritätsbedingungen
4.1.2 Regeln
4.1.3 Normalisierung
4.1.4 Abfragesprachen
4.2 Vorteile
4.3 Nachteile
5 Schlussbetrachtung und Ausblick
Quellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Entwicklung der DBMS
Abbildung 2: Beispiel einer Baumstruktur
Abbildung 3: unzulässige Beziehungen im HDBM
Abbildung 4: m:n-Beziehung im HDBM
Abbildung 5: Drei-Schichten-Modell
Abbildung 6: Netzwerkdatenbankmodell
Abbildung 7: Access
Abbildung 8: Fremdschlüssel
Abbildung 9: Normalisierungsverlauf
Abbildung 10: Beispiel 2. Normalform
Abbildung 11: Beispiel 3. Normalform
Abbildung 12: Entwicklung der DBMS
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Bezeichnungen im RDBM
Tabelle 2: Primärschlüssel
Tabelle 3: Nullwerte
1 Einleitung
Die theoretische Grundlage eines Datenbanksystems ist ein Datenbankmodell, welches die Realität vereinfacht, abstrahiert und ein korrektes Abbild der zugrunde liegenden Daten darstellt.[1]
Allgemein dienen Datenbanken der effizienten Organisation, Erzeugung, Manipulation und Verwaltung großer Datenmengen. Sie strukturieren die Daten mit Hilfe diverser Datenbankmodelle und stellen ihre Beziehungen zueinander dar.
In der heutigen Zeit gibt es mehrere Ansätze für Datenmodelle, wie beispielsweise
- das hierarchische Datenbankmodell (HDBM),
- das Netzwerk-Datenbankmodell (NDBM),
- das relationale Datenbankmodell (RDBM).
Abbildung 1 stellt die Entwicklung der Datenbankmodelle dar:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Entwicklung der DBMS[2]
Die Entwicklung vollzog sich in mehreren Schritten. Am Anfang, in den 50er Jahren, waren die wesentlichen Medien für Daten noch Papier und Magnetbänder. In den frühen 60er Jahren gab es bereits Magnetplatten (z.B. Festplatten und Disketten) und kurze Zeit später wurde die erste Datenbank, das hierarchische Datenbankmodell, entwickelt.
In den 70er Jahren folgte das NDBM und fast zeitgleich, obwohl erst Ende der 70er Jahre umgesetzt, entstand die Idee des RDBM. Das HDBM und das NDBM sind heute kaum noch gebräuchlich und das RDBM stellt den Standard für Datenmodelle dar. Trotzdem haben alle der im Folgenden vorgestellten Modelle einen unterschiedlichen Aufbau und Stärken und Schwächen, die näher erläutert werden.
Allgemein kann festgehalten werden, dass bei der Auswahl eines Datenbankmodells eine umfangreiche Analyse über die gewünschten Anforderungen notwendig ist.[3]
2 Hierarchisches Datenbanksystem
Das älteste Datenbanksystem ist das hierarchische Datenbankmodell. Es wurde in den 50er und 60er Jahren entwickelt und entstand aus dem „Wunsch, Datensätze variabler Länge auf einfache Weise verarbeiten zu können“[4]. Aus dieser Grundlage resultierte ein Datenbankverwaltungssystem, das als fertiges Softwareprodukt vermarktet wurde[5]. Ein Beispiel für ein HDM ist das Information Management System (IMS) für kaufmännische Anwendungen von IBM, das heute noch vielen Unternehmen, vor allem bei Banken und Versicherungen, zur Datenverwaltung zugrunde liegt.
2.1 Aufbau
Der grundlegende Aufbau eines HDBM besteht in einer klassischen Baumstruktur, in der alle Hierarchien inklusive ihrer Beziehungen zueinander dargestellt werden. Nach einem streng hierarchischen Prinzip werden alle logischen Zusammenhänge der Realität in eine Datenbank übertragen. Abhängig von der Anzahl der Hierarchieebenen ist die Baumstruktur ein- oder mehrstufig.[6]
Ein Baum besteht aus Kanten und Knoten, wobei die Kanten die Verbindungen zwischen den Knoten darstellen.[7] Wie in Abbildung 2 ersichtlich ist, sind die Namen der Mitarbeiter des Unternehmens die Knoten und die Verbindungen der Mitarbeiter untereinander sind durch Kanten gekennzeichnet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Beispiel einer Baumstruktur
Durch die Darstellung der Hierarchie in einer Baumstruktur wird ersichtlich, dass Müller der Vorgesetzte von Schulz, Meier und Krause ist. Schulz wiederum ist Bach übergeordnet, während Deck und Ehrlich Herrn/Frau Krause untergeordnet sind.
Des Weiteren ist für das HDM kennzeichnend, dass jeder Knoten, welcher auch Entitytyp genannt wird, genau einen Vorgänger hat, aber mehrere Nachfolger besitzen kann.[8] Die Entitytypen, von denen mindestens eine Kante ausgeht, sind so genannte Parentsegmente und die Entitytypen, an denen eine Kante endet, sind die Childsegmente und werden oft als Blätter des Baumes bezeichnet. Nach diesen Merkmalen ergibt sich ein Entitytyp, der auf oberster Ebene steht, hier Müller, welcher auch als Wurzelsegment bezeichnet wird. Alle anderen Knoten sind abhängige Segmente, von denen nur ein eindeutig definierter Weg, auch Zugriffspfad genannt, zum Wurzelsegment führt.[9]
2.2 Vorteile
Ein Vorteil des hierarchischen Systems ist der einfache Aufbau, der durch die Darstellung in einer Baumstruktur gegeben ist. Die Anwender bzw. Benutzer können diese Struktur sehr leicht verstehen, wodurch eine schnelle Nachvollziehbarkeit gewährleistet ist. Des Weiteren ist durch die eindeutige Hierarchie ein schneller Zugriff auf die Daten bei Abfragen möglich. Es existieren keine mehrdeutigen Wege, sondern nur ein einziger definierter Pfad, der immer beim Wurzelsegment endet.
2.3 Nachteile
Ein großer Nachteil des HDM ist die Darstellung von m:n-Beziehungen, da diese ohne Redundanzen nicht in der Baumstruktur erfasst werden können.
Arbeitet beispielsweise Deck aus Abbildung 2 gleichzeitig an zwei Projekten, durch die er sowohl Schulz als auch Krause gleichermaßen untergeordnet ist, ergibt sich die Unmöglichkeit der Darstellung im HDBM, da kein eindeutig definierter Weg zur Wurzel vorhanden ist, weil Deck mehr als einen Vorgänger hat, wie Abbildung 3 zeigt. Diese Struktur wird dadurch unzulässig.[10]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: unzulässige Beziehungen im HDBM
Um dies zu umgehen, trennt man die m:n-Beziehungen in 1:n-Beziehungen auf und stellt diese getrennt dar, wie in Abbildung 4 ersichtlich ist.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: m:n-Beziehung im HDBM
Bei dieser getrennten Darstellung wird Deck sowohl Schulz als auch Krause zugeordnet, wodurch aber der Mitarbeiter Deck wiederholt auftritt. An dieser Stelle wird deutlich, dass sich m:n-Beziehungen im HDBM nicht ohne Redundanzen darstellen lassen.
Des Weiteren können HDBM nur mit der Baumstruktur arbeiten. Das bedeutet, dass Verknüpfungen zwischen verschiedenen Bäumen oder über mehrere Ebenen nicht möglich sind.
Ein weiterer Nachteil ist das Fehlen der Möglichkeit, alle vorhandenen Datenabhängigkeiten, die in der betrieblichen Realität existieren, im HDBM abzubilden. Die vielen Verzweigungen und Teilzugehörigkeiten können nicht in der strengen Hierarchie des HDBM abgebildet werden. An diesem Punkt stößt das Modell an seine Grenzen und wird deshalb für neuere DBMS nicht mehr verwendet.[11]
3 Netzwerk-Datenbanksystem
Aus den Einschränkungen des HDBM resultierte die Entwicklung des Netzwerkdatenbankmodells, welches im Jahr 1971 erstmalig von der Data Base Task Group (DBTG), die zur Gruppe der Exicutive Committes der Conference on Data Systems Languages (CODASYL) gehört, vorgeschlagen wurde.[12] Die CODASYL ist eine Vereinigung wichtiger amerikanischer Computeranwender und Hersteller, welche die Aufgabe haben, Standards im Computer-Bereich zu schaffen.[13]
Das NDBM basiert auf dem Drei-Schichten-Modell, welches aus der logischen, der externen und der internen Ebene besteht.[14]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Drei-Schichten-Modell[15]
Die interne Ebene ist die physische Sicht, in der die Daten so gespeichert werden, dass die Anforderungen der Benutzer für Zugriffe erfüllt werden. Auf der logischen Ebene erfolgt die Festlegung der Gesamtsicht der Daten und die externe Ebene ist die Benutzersicht, wobei die Darstellung der Daten benutzerfreundlich erfolgt.[16]
Ein bekanntes Beispiel für ein NDBM ist das Universal Datenbank System (UDS) von Siemens, welches 1976 entwickelt wurde.
3.1 Aufbau
Der grundsätzliche Aufbau des NDBM ähnelt dem des HDBM, da auch hier die Datenstrukturen aus Knoten und Kanten bestehen.[17] Das NDBM kann insgesamt als Verallgemeinerung des NDBM verstanden werden.
Der Unterschied der beiden Modelle besteht darin, dass beim NDBM jeder Entitytyp mehrere Vorgänger und Nachfolger haben kann und es sind mehrere Entitytypen darstellbar, die keine Vorgänger haben.[18] Demnach gibt es kein Wurzelsegment. Des Weiteren sind die Kanten gerichtet und werden benannt, um die verschiedenen Verknüpfungen zu unterscheiden.[19]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Netzwerkdatenbankmodell
Wie in Abbildung 6 ersichtlich ist, arbeitet Herr Deck für die Abteilung Controlling von Herrn Schulz, vertritt aber gleichzeitig den Vorstand Herr Krause. Herr Ehrlich assistiert dem Vorstand und beaufsichtigt nebenbei den Kundenservice. Die Entitytypen Deck und Ehrlich haben mehrerer Nachfolger und der Vorstand hat mehrere Vorgänger. In dieser Abbildung stellt der Vorstand den Verknüpfungs-Entitytyp dar, da er von zwei Vorgängern angesprochen wird.
Die strenge Hierarchie wird beim NDBM durch die Möglichkeit, Links und Verknüpfungen auf andere Dateien zu erzeugen, aufgebrochen.[20]
3.2 Vorteile
Insgesamt haben NDBM gegenüber HDBM den Vorteil der höheren Leistungsfähigkeit, da sie im Aufbau durch das Vorhandensein mehrerer Vorgänger, den benannten Kanten, der Verknüpfungen und Links komplexer sind.
Im Vergleich zu relationalen Datenbanken sind NDBM jedoch speicher- und laufzeiteffizient implementierbar, da sich die Datenbeschreibung und –manipulation stärker an die physische Darstellung der Objekte und ihrer Beziehungen auf einen bestimmten Rechner anpasst. Des Weiteren sind sie weniger einschränkend als relationale Datenbankmodelle, da sie Wiederholungsgruppen erlauben und auch keine ausdrücklichen Attribute für Verbindungen erfordern.[21]
3.3 Nachteile
Die Nachteile von NDBM sind im Vergleich zu NDBM die aufwändigere Implementierung und das schwierige Finden von Datensätzen aufgrund des komplexen Netzwerks. Auch in NDBM lassen sich m:n-Beziehungen nicht direkt darstellen, sondern müssen über Schnittdatensätze durch 1:n-Beziehungen realisiert werden.[22] Durch diese Schnittdatensätze leidet die Plausibilität der Struktur für die Anwender, da die leichte Nachvollziehbarkeit nicht mehr gegeben ist.
Eine Manipulation von Daten ist kompliziert, da sie in Netzwerksystemen nur in Tabellenzeilen bzw. Sätzen möglich ist. Durch diese mangelnde Flexibilität bei Änderungen einer Datenbank aufgrund der starren Struktur eignen sich die NDBM hauptsächlich für statische Datenbankstrukturen.[23]
[...]
[1] Quelle: Eggendorfer (2004), S. 67
[2] Eigene Darstellung in Anlehnung an Lusti (1997), S. 185
[3] Quelle: Haindl (1984), S. 40
[4] Quelle: Vossen (1994), S. 83
[5] Quelle: Schmidt (1987), S. 68
[6] Quelle: Stahlknecht (1995), S. 202
[7] Quelle: Haindl (1984), S. 41
[8] Quelle: Stahlknecht (1995), S. 202
[9] Quelle: Haindl (1984), S. 42
[10] Quelle: Reese (2007), S. 55
[11] Quelle: Stahlknecht (1995), S. 204
[12] Quelle: Haindl (1984), S. 40
[13] Quelle: Gabriel, Röhrs (1994), S. 142
[14] Quelle: Reese (2007), S.76f
[15] Quelle: Schreiber (2007), S. 4
[16] Quelle: Schreiber (2007), S. 3
[17] Quelle: Haindl (1984), S. 40
[18] Quelle: Stahlknecht (1985), S. 204
[19] Quelle: Haindl (1984), S. 40
[20] Quelle: Eggendorfer (2004), S. 71
[21] Quelle: Lusti (1997), S. 144
[22] Quelle: Salton, Mac Gill (1987), S. 400
[23] Quelle: Lusti (1997), S. 188,189
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