Datenbanken: Konzepte, Abstraktion und Typen

Datenbanken: Definition und Grundkonzepte

Ein Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist eine Software, die zur Lösung von Problemen der Speicherung und des Datenmanagements dient. Es bietet Mechanismen zur Verwaltung und Speicherung von Informationen und löst dabei folgende Probleme:

• Redundanz und Inkonsistenz von Daten
• Schwieriger Datenzugriff
• Isolierung von Daten
• Sicherheitsprobleme

Eine Datenbank (DB) ist eine Sammlung von Dateien, die die Speicherung redundanter Daten kontrolliert, unabhängig von Programmen ist und auf verschiedene Weise betrachtet werden kann.

Ein DBMS muss folgende Anforderungen erfüllen:

• Mehrere Benutzer können gleichzeitig auf die Daten zugreifen.
• Es gibt eine Zugriffskontrolle, die festlegt, welche Daten für welchen Benutzer zugänglich sind.
• Redundante Datenspeicherung wird vermieden.
• Es gibt verschiedene Methoden und Mechanismen zum Abrufen von Daten.

Grundlegende Konzepte

• Entität: Ein reales oder abstraktes Objekt mit eindeutigen Merkmalen, die es von anderen Objekten unterscheiden und über das Informationen in der Datenbank gespeichert werden.
• Attribut: Eine Eigenschaft, die eine Entität beschreibt.
• Datensatz: Die in der Datenbank gespeicherten Informationen über ein bestimmtes Vorkommen einer Entität.
• Feld: Eine Struktur in der Datenbank, die verwendet wird, um Informationen zu einem Attribut zu speichern.
• Superschlüssel: Ein Attribut oder eine Menge von Attributen, die ein Vorkommen einer Entität eindeutig identifiziert.
• Kandidatenschlüssel: Ein Superschlüssel, der keine Teilmenge von Attributen enthält, die selbst ein Superschlüssel ist.
• Primärschlüssel: Der Kandidatenschlüssel, der vom Datenbankdesigner ausgewählt wird, um Vorkommen einer Entität eindeutig zu identifizieren.
• Alternativschlüssel: Ein Kandidatenschlüssel, der nicht als Primärschlüssel ausgewählt wurde.
• Fremdschlüssel: Ein Attribut, das auf den Primärschlüssel einer anderen Entität verweist.

Beziehungen zwischen Entitäten:

• 1:1 (Eins-zu-Eins): Jedem Vorkommen einer Entität ist maximal ein Vorkommen einer anderen Entität zugeordnet.
• 1:N (Eins-zu-Viele): Jedem Vorkommen der ersten Entität können mehrere Vorkommen der zweiten Entität zugeordnet sein.
• N:M (Viele-zu-Viele): Jedem Vorkommen der ersten Entität können mehrere Vorkommen der zweiten Entität zugeordnet sein und umgekehrt.

Datenabstraktion

Um Daten effizient zu verwalten, sollte das DBMS Details ausblenden. Die Gestaltung der Datenbank erfordert den Aufbau einer komplexen Datenstruktur. Da viele Benutzer keine Computerexperten sind, wird die Komplexität durch verschiedene Abstraktionsebenen verborgen:

• Physische Ebene: Die unterste Ebene der Abstraktion, die zeigt, wie die Daten tatsächlich gespeichert sind.
• Konzeptionelle Ebene: Eine höhere Abstraktionsebene, die zeigt, welche Daten in der Datenbank gespeichert sind und welche Beziehungen zwischen ihnen bestehen.
• Ansichtsebene: Die höchste Abstraktionsebene, die nur einen Teil der gesamten Datenbank zeigt.

Typen von Datenbanken (Relationale Modelle)

Es gibt verschiedene Arten von Datenbanken. Die drei am weitesten verbreiteten Modelle sind:

• Relationale Datenbanken
• Netzwerkdatenbanken
• Hierarchische Datenbanken

Das relationale Modell ist das am häufigsten verwendete. Netzwerk- und hierarchische Modelle waren die ersten Modelle und werden immer noch von einigen älteren Systemen verwendet.

Im relationalen Modell werden Daten und Beziehungen in Tabellen dargestellt. Jede Tabelle speichert Informationen über eine Entität, wobei jede Zeile einen Datensatz und jede Spalte ein Feld darstellt. Folgende Anforderungen müssen erfüllt sein:

• Alle Datensätze in einer Tabelle sind vom gleichen Typ.
• Jede Spalte hat einen eindeutigen Namen.
• Es gibt keine doppelten Datensätze in einer Tabelle.
• Jede Tabelle hat einen Primärschlüssel.

Das relationale Modell ist eines der am häufigsten verwendeten Modelle für die Gestaltung und Verwaltung von Datenbanken.

Benutzer von Datenbanken

Ein DBMS wird von einer großen Anzahl von Benutzern verwendet, die unterschiedliche Anforderungen haben können:

• Datenbankadministrator (DBA): Verantwortlich für die zentrale Kontrolle der Daten und Programme, die auf diese Daten zugreifen. Aufgaben umfassen: Definition des Datenbankschemas, Modifikation der Struktur, etc.
• Anwendungsentwickler: Verantwortlich für die Entwicklung von Anwendungsprogrammen, die mit der Datenbank interagieren. Diese Programme sind für Endbenutzer gedacht.
• Endbenutzer: Greifen auf die Datenbank über eine Abfragesprache (z. B. SQL) oder über ein Anwendungsprogramm zu.

Datenbankmanagementsysteme (DBMS)

Ein Datenbankmanagementsystem (DBMS) ist eine Software, die die Erstellung, Verwaltung, Kontrolle und Handhabung von Informationen in einer Datenbank ermöglicht. Ein DBMS vereinfacht und erleichtert den Zugriff auf Daten. Es ermöglicht:

• Definition des Datenbankschemas
• Zugriff auf Informationen über eine Datenmanipulationssprache (DML)
• Einbettung von DML-Anweisungen in Programme, die in Hochsprachen geschrieben sind
• Interaktive Verwendung von DML zur Abfrage der Datenbank
• Verwaltung von Dateien