Prof. Dr.-Ing. Johannes Schildgen
johannes.schildgen@oth-regensburg.de

Datenbanken

Kapitel 1: Grundlagen

2020-10-13

Vorlesung

Vorlesung (ab 2020-10-13)

• Di, 10:00 Uhr (über YouTube Live)
• Fr, 11:45 Uhr (über YouTube Live)

Übung

Übungblätter (ab 2020-10-19)

• Jede Woche ein Übungsblatt; insgesamt 12 Stück
• Aufgabe 1 (gibt i.d.R. 10 Punkte):
  Abgabe online bis Montag 12:00 Uhr

Übung (ab 2020-10-28)

• Besprechung von Aufgabe 2 etc. in 2er-Gruppen
• Mi, 11:00 - 16:00 Uhr (5-Minuten-Slots über Zoom)
• Mi, 16:00 (Beispiellösung über YouTube Premiere)

Übung

Präsenzübungen (Übung 4, 8, 12)

• Mi 18.11., 16.12., 27.01. (statt Zoom-Slots)
  • 10:00 Uhr (IM_DB_I3I4_1) in K017
  • 11:45 Uhr (IM_DB_I3I4_2) in K016
  • 13:30 Uhr (IM_DB_I3I4_3) in K018
  • 15:15 Uhr (IM_DB_I3I4_4) in K005

Klausur

Klausur

• Zulassungsvorraussetzung:
  mind. 100 Punkte in der Übung
• Schriftliche Klausur
• 90 Minuten Zeit
• Hilfsmittel: Handschriftlich
  doppelseitig beschriebenes DIN-A4-Blatt

Literatur

• J. Schildgen
  Sprachkurs SQL - Das Datenbanken-Hörbuch
• A. Kemper, A. Eickler
  Datenbanksysteme - Eine Einführung
• A. Heuer, K.-U. Sattler, G. Saake
  Datenbanken: Konzepte und Sprachen
• C. J. Date
  An Introduction to Database Systems

Aufbau der Vorlesung

1. Datenbanken-Grundlagen
2. Logischer DB-Entwurf: ER-Modellierung

Aufbau der Vorlesung

1. Datenbanken-Grundlagen
2. Logischer DB-Entwurf: ER-Modellierung
3. Das Relationenmodell

Aufbau der Vorlesung

1. Datenbanken-Grundlagen
2. Logischer DB-Entwurf: ER-Modellierung
3. Das Relationenmodell
4. Relationale Algebra

\[\pi_{Uhrzeit,~Bezeichnung}\sigma_{Datum = '2020-10-14'}(Termine) \]

Aufbau der Vorlesung

1. Datenbanken-Grundlagen
2. Logischer DB-Entwurf: ER-Modellierung
3. Das Relationenmodell
4. Relationale Algebra
5. SQL

SELECT uhrzeit, bezeichnung FROM termine
WHERE datum = '2020-10-14'
					

Aufbau der Vorlesung

1. Datenbanken-Grundlagen
2. Logischer DB-Entwurf: ER-Modellierung
3. Das Relationenmodell
4. Relationale Algebra
5. SQL
6. Entwicklung von DB-Anwendungen
7. Indexstrukturen
8. Transaktionen

Informationssysteme

Ein computergestütztes Programmsystem,
welches Informationen...

• erfasst,
• dauerhaft speichert,
• verarbeitet,
• verändert,
• analysiert,
• bereitstellt,
• anzeigt.

Anwendungsklasse: OLTP

OLTP (OnLine Transaction Processing)

Abwicklung von Transaktionen auf den operationalen Daten

Gib mir alle Details zu Buch 2817;
Berechne die Durchschnittsbewertung von Buch 2817;
Kunde 123456 bestellt Buch 2817;

Anwendungsklasse: OLAP

OLAP (OnLine Analytical Processing)

Analyse von Datenbeständen;
meist in einem Data-Warehouse

Finde diejenigen Bücher, die in den
letzten 3 Monaten die höchsten Umsätze
generierten;

Data Mining

Anwendung statistischer Methoden, um in großen Datenmengen

• Querverweise / Beziehungen
• Trends
• Muster
• (Un-)Regelmäßigkeiten

zu erkennen.

Transkationskonzept

• DBMS unterstützt Mehrbenutzerbetrieb
• TA = Folge mehrerer DB-Operationen als eine Einheit
• TAs laufen parallel
• Fehlerhafte TAs werden vollständig zurückgesetzt

konto1.kontostand -= 100;
konto2.kontostand += 100;
commit;

ACID-Transaktionen

• Atomarität
• Konsistenz
• Isolation
• Dauerhaftigkeit

konto1.kontostand -= 100;
konto2.kontostand += 100;
commit;

Geht's auch ohne Datenbank?

• Speicherung von Daten in Dateien
• (-) Komplexe Anwendungsentwicklung
• (-) Ineffizient (langsam)
• (-) Keine Anfragesprache
• (-) Kein ACID
• (-) Redundanz

DB, DBMS, DBS

Datenbank (DB)
Sammlung von Daten

Datenbankmanagementsystem
Standardsoftware zur Definition,
Verwaltung, Verarbeitung
und Auswertung von DB-Daten

Datenbanksystem
DBS = DB + DBMS

Anfragesprachen

Benutzer und Anwendungen sprechen mit dem DBMS in einer Anfragesprache (Query Language).

Data Definition Language (DDL)

zur Definition des DB-Schemas

Data Manipulation Language (DML)

für den lesenden und schreibenden Zugriff auf die Daten

Anfrageausführung

									SELECT uhrzeit, bezeichnung FROM termine
									WHERE datum = '2020-10-14'
									

1. Benutzer schickt die Anfrage an das DBMS
2. DBMS generiert Anfrageplan
3. DBMS optimiert den Plan
4. DBMS führt den Anfrageplan aus
   • Daten aus DB lesen
   • Operationen durchführen (Join, Index-Scan, ...)
5. Ergebnis wird zurück an den Benutzer geschickt

Metadaten und Daten

Metadaten (Datenbankschema):

• Festlegung der Struktur der zu speicherenden Daten
• weitgehend zeitinvariant; gespeichert im DB-Katalog

Daten (Ausprägungen):

• veränderlich

Datenmodellierung

Konzeptionelles Datenmodell

• Unabhängig vom eingesetzten DBMS
• ER-Diagramme, UML, ...

Datenmodellierung

Logisches Datenmodell

• Prominentestes Datenmodell: Das Relationenmodell
• Andere: objekt-relational, hierarchisch, netzwerkartig, objektorientiert (→ NoSQL)

CREATE TABLE termine (
 datum DATE, uhrzeit CHAR(5), raum VARCHAR(15), dauer INT,
 bezeichnung VARCHAR(200), PRIMARY KEY(datum, uhrzeit, raum));
								

Physisches Datenmodell

• Interne Speicherung und Organisation der Daten

Evolution der Datenmodelle

Datenabstraktion

Externe Ebene (Sichten / Views)

Sicht auf eine Teilmenge des
logischen Schemas für eine
bestimmte Benutzergruppe

Logische Ebene

DB-Gesamt-Schema

Physische Ebene

Internes Schema / Speicherung der Daten

Datenabstraktion (Bsp.)

Externe Ebene (View für Webshop-Anwendung)

Logische Ebene

Physische Ebene: 0010110000000100101111010101...

Datenunabhängigkeit

Logische Datenunabhängigkeit

Änderungen am logischen Schema
(z. B. Spaltenumbenennung) erfordern
lediglich eine Anpassung der externen
Sichten. Anwendungen bleiben unberührt.

Physische Datenunabhängigkeit

Änderungen an internen Speicher- oder
Zugriffsstrukturen haben keine Auswirkungen
auf das logische oder externe Schema.

Architektur von DBMS

Vereinfachtes Modell: 3-Schichten-Modell

Datensystem

Übersetzung und Optimierung von Anfragen

Zugriffssystem

Verwaltung von Datensätzen und Indexen

Speichersystem

Blockverwaltung und Caching

Kapitelzusammenfassung

• OLTP / OLAP
• ACID-Transaktionen
• DB + DBMS = DBS
• DDL / DML
• Metadaten / Daten
• Konzept. / Log. / Phys. Datenmodell
• Ext. / Log. / Phy. Datenebene
• Datensystem / Speichersystem / Zugriffssystem