Datenbankmodelle im Vergleich: ER, Hierarchisch, Relational, Objektorientiert

Entity-Relationship-Modell (ER-Modell)

Eigenschaften des ER-Modells

• Das Modell wurde von Peter P. Chen vorgeschlagen und dient als Grundlage für eine einheitliche Sicht auf Daten.
• Es verwendet einen natürlichen Ansatz zur Modellierung der realen Welt, die aus Entitäten und Beziehungen besteht.
• Das ER-Modell konzentriert sich auf zwei grundlegende Konzepte: Entitäten und Beziehungen.
• Im ER-Modell lassen sich Schlüsselelemente wie Entitäten, Attribute und Beziehungen sowie Wertebereiche (analog zum Konzept der Domäne) unterscheiden.

Hierarchisches Datenbankmodell

Vorteile des hierarchischen Modells

1. Konzeptionelle Einfachheit: Die hierarchische Struktur mit ihren Beziehungen zwischen den Ebenen ist logisch einfach zu verstehen.
2. Datenbanksicherheit: Die Sicherheit der Datenbank wird durch das DBMS bereitgestellt und umgesetzt, wodurch sie gleichmäßig im gesamten System gewährleistet ist.
3. Datenunabhängigkeit: Das DBMS schafft eine Umgebung, in der die Datenunabhängigkeit den Programmier- und Wartungsaufwand erheblich reduziert.
4. Datenbankintegrität: Durch die "Vater-Sohn"-Beziehung besteht immer ein klarer Zusammenhang zwischen einem übergeordneten Segment und seinen untergeordneten Segmenten.
5. Effizienz: Das hierarchische Datenmodell ist sehr effizient, insbesondere wenn eine Datenbank eine große Menge an Daten enthält.

Nachteile des hierarchischen Modells

1. Komplexe Implementierung: Obwohl das hierarchische DBMS Designer und Entwickler von Problemen der Datenabhängigkeit befreit, erfordert es detaillierte Kenntnisse der physikalischen Datenspeicherung. Dies kann das Datenbankdesign sehr kompliziert machen.
2. Schwierige Verwaltung: Jede Änderung in der Datenbankstruktur, wie die Verschiebung von Segmenten, erfordert eine Anpassung aller Programme, die auf die Datenbank zugreifen.
3. Mangel an struktureller Unabhängigkeit: Strukturelle Unabhängigkeit, bei der Änderungen an der Datenbankstruktur die Zugriffsfähigkeit des DBMS nicht beeinflussen, ist hier nicht gegeben.
4. Komplexität bei Programmierung und Anwendungsentwicklung: Aufgrund der navigationsbasierten Struktur des Datenbankmanagementsystems müssen Entwickler und Endbenutzer genau wissen, wie Daten physisch in der Datenbank verteilt sind, um darauf zugreifen zu können.
5. Implementierungseinschränkungen: Viele Beziehungen entsprechen nicht der gängigen 1:M-Norm, die vom hierarchischen Modell gefordert wird.
6. Fehlen von Standards: Obwohl das hierarchische Datenbankmodell weit verbreitet ist, fehlt es an einheitlichen Standards.

Relationales Datenbankmodell

Eigenschaften des relationalen Modells

• Das relationale Modell wurde 1970 von E. F. Codd bei IBM entwickelt und stellte einen Durchbruch für Anwender und Sponsoren dar.
• Es etablierte sich als "automatische" Datenbank, die die zuvor verwendeten Datenbanken mit "Standard-Übertragungsverfahren" ersetzte.
• Im relationalen Modell werden Daten vom Benutzer als eine Reihe von Tabellen wahrgenommen und gespeichert.

Vorteile des relationalen Modells

1. Strukturelle Unabhängigkeit: Da das relationale Datenbanksystem keinen navigationsbasierten Datenzugriff verwendet, sind die Zugriffswege auf Informationen für Designer, Programmierer und Endbenutzer dieser Datenbank irrelevant.
2. Verbesserte konzeptionelle Einfachheit: Obwohl hierarchische und Netzwerkmodelle konzeptionell einfacher waren als die Archivverwaltungssysteme, die sie ersetzten, ist das relationale Datenbankmodell konzeptionell noch einfacher.
3. Einfacheres Design, Implementierung und Verwaltung der Datenbanknutzung: Das relationale Modell bietet Datenunabhängigkeit und strukturelle Unabhängigkeit.
4. Ad-hoc-Abfragefähigkeit: Einer der Gründe für die marktbeherrschende Stellung des relationalen Modells ist seine sehr leistungsfähige und flexible Abfragefähigkeit.
5. Leistungsfähiges Datenbankmanagementsystem (DBMS): Ein gutes relationales DBMS (RDBMS) ist wesentlich komplexer als die in hierarchischen und Netzwerkmodellen verwendeten DBMS.

Nachteile des relationalen Modells

1. Erhebliche indirekte Kosten für Software (SW) und Hardware (HW): Obwohl das RDBMS die meiste Komplexität des Systems verbirgt, verursacht es auch erhebliche Ausgaben für die erforderliche Hardware und das Betriebssystem.
2. Konzeption und Umsetzung können zu schlechten Praktiken führen: In gewisser Weise kann der aktive Benutzer im relationalen Umfeld auch zu einer Belastung werden.
3. Probleme können zur Förderung von "Informationsinseln" führen: Da das relationale Modell so einfach zu bedienen ist, finden es viele Benutzer leicht, eigene Datenbank-Teilmengen und Anwendungen zu erstellen.

Objektorientiertes Datenbankmodell

Eigenschaften des objektorientierten Modells

• Die Grundlagen objektorientierter Datenbanken wurden geschaffen, um den Anforderungen neuer Anwendungen gerecht zu werden.
• Objektorientierung bietet die Flexibilität, bestimmte Anforderungen dieser Datenbanken zu erfüllen, und ist nicht durch die Art der Daten und Abfragesprachen traditioneller Systeme begrenzt.
• Ein wesentliches Merkmal objektorientierter Datenbanken ist die Mächtigkeit der Objekte, die es Designern ermöglicht, sowohl die Struktur komplexer Objekte als auch die darauf anwendbaren Operationen zu definieren.
• Ein weiterer Grund für die Entwicklung objektorientierter Datenbanken ist der zunehmende Einsatz objektorientierter Sprachen zur Anwendungsentwicklung.
• Objektorientierte Datenbanken basieren auf Sprachen, die so konzipiert sind, dass sie sich direkt in Anwendungen integrieren lassen, die mit objektorientierten Sprachen entwickelt wurden, da sie viele Konzepte dieser Sprachen übernommen haben.

Vorteile des objektorientierten Modells

1. Reicher semantischer Inhalt: Das Hinzufügen von semantischem Gehalt zum Datenmodell verleiht ihm eine größere Aussagekraft.
2. Visuelle Darstellung mit semantischem Inhalt: Ähnlich wie ER-Diagramme visualisieren objektorientierte Datenmodelle (OODM) Beziehungen. OODM integrieren jedoch semantischen Inhalt direkt in die visuelle Darstellung der Objekte, was komplexere Beziehungen innerhalb und zwischen Objekten erleichtert.
3. Datenbankintegrität: Ähnlich wie beim hierarchischen Modell schützt die Vererbung im OODM die Integrität der Datenbank.
4. Strukturelle Datenunabhängigkeit: Die Autonomie der Objekte im OODM gewährleistet die strukturelle Datenunabhängigkeit.

Nachteile des objektorientierten Modells

1. Fehlende Standards: Es gibt keine einheitlichen Standardmodelle für objektorientierte Datenbanken. Der größte Nachteil ist das Fehlen einer standardisierten Datenzugriffsmethode.
2. Navigationsbasierter Zugriff auf komplexe Daten: Die Methode für den Datenzugriff ähnelt dem navigationsbasierten Stil von hierarchischen und Netzwerkmodellen.
3. Steile Lernkurve: Angesichts des Mangels an Standards und der durch den navigationsbasierten Datenzugriff eingeführten Modellkomplexität ist die Lernkurve für objektorientierte Datenbanken tendenziell steiler als beim relationalen Modell.
4. Hohe Systemkomplexität verlangsamt Transaktionen: Die Systemkomplexität ist tendenziell höher als beim relationalen Datenbankmodell, weshalb die Implementierung erhebliche Hardware- (HW) und Software- (SW) Investitionen erfordert.