Syntaktische Datenmodelle im Vergleich

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