Was sind Datenbanken?

Eine Datenbak hat die (langfristige) Aufbewahrung als aufgabe

Die Sicherheit vor Verlusten ist eine Hauptmotivation, der erstellung eine Datenbak

Allgemeines

• Datenbanken gewinnen zunehmend an Bedeutung. Praktisch in jedem Geschäftsbereich und auch im Privatleben fallen Daten und Informationen an, welche man in geeigneter Weise zu verwalten sucht. Wurden früher Bibliotheken noch mit Karteikarten verwaltet, so ist dies heute wegen der stetig wachsenden Informations- und Datenflut praktisch nur noch durch den Einsatz von computergestützten Datenbanksystemen möglich. Besonders beim Suchen bestimmter Informationen wird der Vorteil von Computerdatenbanken wegen des reduzierten Zeitbedarfs deutlich. Aber auch der elektronische Zahlungsverkehr im Bankwesen wäre ohne den Einsatz riesiger Datenbanksysteme nicht mehr zu bewältigen.

• Die neuen Technologien bergen aber auch große Risiken in sich. So ist es heute möglich, per Knopfdruck Datenbestände unrettbar zu vernichten, für deren Aufbau Dutzende von Mannjahren an Arbeit nötig waren. Auch die Computerkriminalität ist untrennbar mit den Datenbanken verbunden. Geprellte Lohnkontenbesitzer und Bankinstitute können davon ein Lied singen. Diese Beispiele zeigen aber, dass Daten vor Verlust und unberechtigten Zugriffen geschützt werden müssen, wofür spezielle Techniken Anwendung finden.

Beispiele für Datenbanken

• Personaldatenbanken in Firmen, Patientenkarteien in Arztpraxen, Versichertenkarteien,

• Abonnentenverzeichnisse in Verlagen, Buchhaltung der Telefon-, Stromanbieter...

• Telefonbuch, Adressverzeichnisse ...

• Speicherung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse, (Gendatenbank)

warum Datenbanken?

• Programmiersprachen, Tabellenkalkulationen, CAD-Systeme, Expertensysteme, etc. können große Mengen von Daten nicht effizient verarbeiten

  • Verwaltung in selbstdefinierten (Datei-)Formaten
  • Speicherung im Filesystem

• Firmen haben unterschiedliche Anwendungen, die im Prinzip auf die gleichen Daten zugreifen

  • Entwicklung, Lager, Verkauf, Buchhaltung, Kalkulation, etc.

• Mehrere Benutzer greifen mit unterschiedlichen Anforderungen auf die gleichen Daten zu

  • parallele Bearbeitung

• Gewährleistung von Konsistenz und Sicherheit der Daten durch das System, nicht durch den Anwender

• Regel 1: Darstellung von Information

  Alle Information in relationalen Datenbanken muß logisch in Tabellen dargestellt sein, insbesondere

  • Daten

• Definitionen von Tabellen und Attributen

• Integritätsbedingungen und die Aktion bei deren Verletzung (siehe Regel 10)

• Sicherheitsinformationen (z. B. Zugangsberechtigungen)

• Regel 2: Zugriff auf Daten

  Jeder Wert einer relationalen Datenbank muß logisch durch eine Kombination von Tabellenname,Primärschlüssel und Attributname (Spaltenname) auffindbar sein. Dies bedeutet, daß in einer Tabelle an jedem Schnittpunkt einer Zeile mit einer Spalte nur ein Wert stehen darf.

  Beispiel:
  Tabellenname: Angestellte
  Primärschlüssel: Angestellter = Meier
  Attributname: Gehalt = 5300

• Regel 3: Systematische Behandlung von Nullwerten

  Nullwerte stellen in Attributen, die nicht Teil eines Primärschlüssels sind, fehlende Information dar und werden durchgängig gleich, insbesondere unabhängig vom Datentyp des Attributes, behandelt.

  Beispiel:
  Man kann also nicht in numerischen Feldern bei fehlenden Daten das Feld leerlassen, und bei Textfeldern das Zeichen -- einfügen. Fehlende Informationen werden heute meist mit NULL bezeichnet.

• Regel 4: Struktur einer Datenbank

  Die Datenbankstruktur wird in derselben logischen Struktur wie die Daten gespeichert, also in Tabellen. Dazu muß die Struktur aller Tabellen, die zu einer Datenbank gehören, in einer Tabelle (dem Katalog) zugänglich sein. Diese Forderung bedingt, daß sich eine Änderung im Katalog automatisch in einer geänderten Datenbankstruktur auswirkt!

• Regel 5: Die Abfragesprache

  Ein relationales System enthält mindestens eine befehlsgesteuerte Abfragesprache, die mindestens die folgenden Funktionen unterstützt:

  • Datendefinition

• Definition von Views
  (logische Sichten der Datenbank, die der Benutzer aus den Attributen der Basistabellen erstellt und mit den gewohnten Operatoren manipulieren kann)

• Definition von Integritätsbedingungen

• Definition von Transaktionen
  Eine Transaktion ist eine Folge von Befehlen, die eine Datenbank von einem konsistenten Zustand in einen anderen überführen. Eine Transaktion muß entweder vollständig durchgeführt oder, bei einem Abbruch, vollständig zurückgesetzt werden

• Definition von Berechtigungen

Eine weit verbreitete Abfragesprache ist SQL

• Regel 6: Aktualisieren von Views

  Alle Views, die theoretisch aktualisiert werden können, können auch vom System aktualisiert werden.

  Beispiel:
  Hat man zwei Spalten A und B mit Zahlen, so kann man sich eine weitere Spalte definieren, die A*B enthält. Ändert man einen Wert in dieser Spalte, so kann daraus nicht der Wert der Spalten A und B bestimmt werden, da im allgemeinen aus dem Produkt zweier Zahlen diese zwei Zahlen nicht bestimmt werden können. Dieses View kann also theoretisch nicht aktualisiert werden.

  Problem:
  Im allgemeinen kann nicht entschieden werden, ob ein View theoretisch aktualisiert werden kann

• Regel 7: Abfragen und Editieren ganzer Tabellen

  Abfrage- und Editieroperationen müssen als Operanden ganze Tabellen und nicht nur einzelne Sätze erlauben

• Regel 8: Physikalische Unabhängigkeit

  Der Zugriff auf die Daten durch den Benutzer muß unabhängig davon sein, wie die Daten gespeichert werden oder wie physikalisch auf sie zugegriffen wird. Dies bedeutet, daß Anwendungen nur auf die logische Struktur des Systems zugreifen dürfen.

  Beispiel:
  Die Daten dürfen auf einem Datenträger durchaus hierarchisch gespeichert sein. Nur die logische Struktur der Datenbank muß relational sein. Ändert der Datenbankverwalter die physikalische Struktur, darf der Anwender davon nichts mitbekommen.

• Regel 9: Logische Unabhängigkeit der Daten

  Anwendungen und Zugriffe dürfen sich logisch nicht ändern, wenn Tabellen so geändert werden, daß alle Information erhalten bleibt (z. B. beim Aufspalten einer Tabelle in zwei Tabellen)

• Regel 10: Unabhängigkeit der Integrität

  Alle Integritätsbedingungen müssen in der Abfragesprache definierbar sein und in Tabellen dargestellt werden. Das System muß mindestens die folgenden Integritätsbedingungen prüfen:

  • Vollständigkeitsintegrität (Entity Integrity, Existential Integrity)
    Ein Primärschlüssel muß eindeutig sein und darf insbesondere keinen Nullwert enthalten.

• Beziehungsintegrität (Referentielle Integrität, Referential Integrity)
  Zu jedem Fremdschlüsselwert existiert ein Primärschlüsselwert.

Beispiel: Zu jeder Personalnummer muß es auch einen Namen eines Angestellten geben

• Regel 11: Verteilung der Daten

  Anwendungen für eine nicht-verteilte Datenbank dürfen sich beim Übergang zu einer verteilten Datenbank logisch nicht ändern.

  Beispiel:
  Wenn die oben beschriebenen Tabellen in einem Netzwerk auf zwei verschiedenen Rechnern gespeichert sind, darf sich bei der Anwendung nichts ändern, wenn die Tabellen irgendwann auf demselben Rechnern gespeichert werden

• Regel 12: Unterlaufen der Abfragesprache

  Unterstützt ein relationales Datenbanksystem neben der High-Level-Abfragesprache eine Low-Level-Abfragesprache, so darf diese die Integritätsbedingungen der High-Level-Sprache nicht unterlaufen.

  Beispiel:
  Die Low-Level Abfragesprache darf z. B. nicht direkt auf die physikalischen Eigenschaften der gespeicherten Daten zugreifen