Datenbanksysteme: Konzeptionelle Datenmodellierung und Datenbankarchitekturen PDF
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Springer-Lehrbuch Roland Gabriel Heinz-Peter Rohrs Datenbanksysteme Konzeptionelle Datenmodellierung und Datenbankarchitekturen Mit 134 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest Professor Dr. Roland Gabriel Ruhr-Universitiit Boehurn Fakultlit fiir Wirtsehaftswissensehaft UniversitiitsstraBe 150 0-44801 Boehurn Dr. Heinz-Peter Rohrs KonigstraBe 108 0-41564 Kaarst ISBN-13: 978-3-540-57695-2 e-ISBN-13: 978-3-642-97556-1 DOl: 10.1007/978-3-642-97556-1 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbeson dere die der Ubersetzung, des Nachdruckes, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendungen, der Mikroverfilmung oder der Vervielfliltigung aufa n deren Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehaIten. Eine VervielfaItigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestim mungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom 24. Juni 1985 zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Straibestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin· Heidelberg 1994 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jederrnann benutzt werden diirften. 4217130-543210-Gedruckt auf saurefreiem Papier Vorwort Die schnelle Verfugbarkeit der relevanten Information und die komfortablen AuswertungsmOglichkeiten der Information sind ffir jedes Unternehmen eine not wendige Bedingung ffir ein erfolgreiches Arbeiten in einem stark wettbewerbs orientierten Markt. Leistungsfliliige Computertechnologien mit ihren vielfiUtigen, benutzerfreundlichen Informationsverarbeitungs- und KommunikationsmOglich keiten bieten eine hervorragende Unterstutzung, urn die betriebswirtschaftlichen Ziele der Unternehmen in effIzienter und effektiver Form zu erreichen. Der Fortschritt bei den Informations- und Kommunikationstechnologien ftihrte in den letzten Jahren zu einer wachsenden Dynamik der Hard- und Software mru-kte. Trotz moderner Hardwaretechniken, wie z.B. Workstations, RISC Systeme, Parallelcomputer, ISDN-Anlagen und Lokale Netze, und anspruchs voller Softwaresysteme mit komfortablen Benutzerschnittstellen, die sich immer stnrker auf Wissensbasierte Systeme stutzen, wie z.B. Expertensysteme, Nattir lichsprachliche Systeme oder Bildverarbeitende Systeme, haben die schon relativ "alten" Datenbanksysteme immer noch einen hohen Stellenwert in der praktischen Anwendung. Die neuen Technologien werden selbstverstitndlich beim Aufbau heutiger Datenbanksysteme genutzt, moderne Konzepte der Datenmodellierung und der Datenbankarchitekturen werden in modernen Systemen berticksichtigt und in der Praxis eingesetzt. Schon sehr frtih in der noch jungen Computergeschichte worden die Vorteile eines Datenbanksystems erkannt und ihr Einsatz in der Praxis realisiert Da in Industrie und Verwaltung der Zugriff auf groBe Informationsmengen und ihre Auswertung nach unterschiedlichen Kriterien stets gegeben sind, nahmen die Datenbanksysteme sehr schnell eine zentrale Rolle in der betrieblichen Datenverarbeitung ein. Der erfolgreiche Einsatz eines Datenbanksystems in der Praxis ist davon abhllngig, inwieweit es gelingt, das gegebene Informationsproblem in einem Datenmodell abzubilden, das dann auf einem Rechner implementiert wird und in vielfiUtiger Form genutzt werden kann. Da in letzter Zeit immer umfangreichere und auch komplexere Informationsprobleme mit Hilfe eines Datenbanksystems gelOst werden sollen, ist ein systematischer Aufbau eine notwendige Vor aussetzung. 1m vorliegenden ersten Band einer zweiteiligen Lehrbuchreihe - beide Bande kOnnen unabhllngig voneinander gelesen und bearbeitet werden - stehen somit auch die Informationsstrukturierung und die konzeptionelle Datenmodellierung im Vordergrund, die einer datenorientierten Vorgehensweise bei der Entwicklung einer Datenbank entsprechen. Ziel ist dabei der Aufbau eines unternehmensweiten Datenmodells (Unternehmensdatenmodell), der in Teil A abschlieBend behandelt wird. Danach werden in Teil B die wichtigsten Grundlagen der Datenbanksysteme vermittelt, wobei vor allem die Daten bankarchitektor vorgestellt und die Probleme der Datenintegritlit und des Daten schutzes diskutiert werden. Grundlage ffir das Verstitndnis des Aufbaus und der VI Arbeitsweise eines Datenbanksystems bildet eine Einfiihrung in die elementare Datenorganisation. Ein zweiter Band behandelt einen in sich geschlossenen Problembereich; er befaBt sich in Teil emit der Entwicidung, der Auswahl, der Integration und dem Einsatz von Datenbanksystemen (Data Engineering-Proze8). Hier werden die unterschiedlichen Entwicidungsanslltze, wie z.B. die datenorientierte, funktionsorientierte, datenfluBorientierte, integrierende und objektorientierte Vorgehensweise diskutiert. Da Datenbanksysteme, die bereits seit den 50er Jahren genutzt werden, sUlndig weiterentwickelt werden, werden in Teil D neue Konzepte der Informationsspeicherung und moderne Datenbankarchitekturen vorgestellt. Der vorliegende erste und auch der folgende (in KOrze erscheinende) zweite Band sind aus Lehrveranstaltungen an Hochschulen und aus langj1lbrigen Er fahrungen mit groBen Datenbanksystemen in der betrieblichen Praxis entstanden. Beide BAnde kOnnen getrennt voneinander bearbeitet werden und entsprechen jeweils einer Lehrveranstaltung aber Zweisemesterwochenstunden, die sich z.B. bezeichnen lassen als • Datenbanksysteme I: KonzeptioneHe Datenmodellierung und Datenbank architekturen und • Datenbanksysteme II: Entwicidung, Auswahl und Einsatz von Datenbank systemen. 1m Vordergrund stehen stets konkrete Anwendungsbeispiele, mit deren Hilfe die theoretischen ZusammenhAnge erll1utert werden. Jedes Kapitel schlie8t mit Ubungsaufgaben und der Angabe ausgewl1hlter Literaturquellen abo Das Buch wird vor aHem den Studentinnen und Studenten der Wirtschaftsin formatik empfohlen, in deren Studium die Datenbanksysteme und insbesondere die Datenmodellierung eine bedeutende Rolle spielen. Den Praktikem soli das Werk zur besseren DurchfUhrung ihrer Datenbank-Aufgaben und zur efflZienten und wirtschaftlichen U)sung der Datenbank-Probleme dienen. Die Autoren, die von der Hochschule und aus der Praxis kommen, mOchten sich bei den studentischen Hilfskrliften, Frau cando rer. oec. Gabriele SchrOder und den Herren cando rer. oec. Wolfgang Laps und Frank Zentara bedanken. Sie haben mit gro8em Flei8 fOr die Textverarbeitung und ErsteHung der Graftlren die Verantwortung llbemommen. Eine hervorragende Unterstlltzung fanden wir auch bei der Sekretllrin des Lehrstuhls Frau Beate Preu8, bei der wir uns auch recht herzlich bedanken. Bochum und Kaarst, im Herbst 1993 Roland Gabriel Heinz-Peter ROhrs Inhaltsverzeichnis Vorwort .............................................................................................................. v o Einleitung ................................................................................. 1 0.1 Die Bedeutung der "Konzeptionellen Datenmodellierung" und des Einsatzes von Datenbanken in der betrieblichen Praxis -Grundlegende Begriffserklarungen ...................................................... 1 0.2 Beispiele unterschied1icher Anwendungsbereiche von Datenbanksystemen ............................................................................... 8 0.3 Ziele des Buches und Vorgehensweise ................................................. 12 0.4 Vorstellung eines ausgewlihlten Anwendungsbeispiels als Erkllirungsbeispiel: die Datenbank einer Volkshochschule ................... 16 0.5 Ubungsaujgaben zu den grundlegenden Begriffen der I njo171'llJtionsverarbeitung ..................................................................... 19 0.6 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel 0 ...................................................... 20 VIII Teil A Informationsstrukturierung und konzeptionelle Datenmodellierung 1 Das Unternehmen als informationsverarbeitendes System .. 23 1.1 Informations-und Kommunikationssysteme im Bilrobereich ................ 24 1.2 DurchfUhrung betrieblicher Aufgabenstellungen mit Hilfe computergestiitzter Anwendungs- und Informationssysteme ................. 30 1.3 Entwicklung und Einsatz betrieblicher Anwendungs- und Informationssysteme ..................................................................... 34 1.4 Ubungsaufgaben zur Entwicklung und zum Aufbau computer- gestutzter Informations- und Kommunikationssysteme .......................... 40 1.5 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel 1 ..................................................... .41 2 Systematische Informations- und Kommunikationsstrukturierung ........................................... 43 2.1 Bildung von Informationsobjekten und -klassen ................................... 44 2.1.1 Rea1itiitsausschnitt "Anmeldeformular" ...................................... .44 2.1.2 Informationsobjekte, Merkmale und Merkmalsklassen ................ 46 2.1.3 Informationsobjektklassen und ihre Darstellung ......................... .48 2.1.4 IdentifIkation von Informationsobjekten ...................................... 51 2.1.5 Relevanz von Informationsobjekten und Merkmalsklassen .......... 52 2.1.6 Aggregation und Behandiung fehlender Merkmale ...................... 54 2.1.7 Atomizitiit der Merkmale und Wiederholgruppen ........................ 56 2.1.8 Konstruktive Vorgehensweise und Namensvergabe ..................... 58 2.1.9 Zusammenfassung der Bildung von Informations- objekten (lOs) bzw. -klassen (IOKs) ............................................ 60 IX 2.2 VerknOpfungen von Informationsobjektklassen .................................... 61 2.2.1 VerknOpfung: Begriff und Darstellung ........................................ 61 2.2.2 Qualifizierung und Typisierung von VerknOpfungen ................... 65 2.2.3 Darstellungsaltemativen bei komplexen Beziehungen ................. 70 2.2.4 Relevanz von VerknOpfungen ...................................................... 72 2.2.5 Merkmalsklassenzuordnung bei verknOpften Informationsobjektklassen ........................................................... 72 2.2.6 Konstruktive Vorgehensweise ...................................................... 80 2.2.7 Zusammenfassung der VerknOpfungen von Informationsobjektklassen (IOKs) ............................................... 82 2.3 Entwicklung eines Informations- und Kommunikationsstruktur- modells (lKSM) ................................................................................... 83 2.3.1 Das Informationsstrukturmodell (ISM) ........................................ 84 2.3.2 Das Funktionsstrukturmodell (FSM) ............................................ 85 2.3.3 Das Kommunikationsstrukturmodell (KSM) ................................ 89 2.3.4 Die Zusammenfassung der Komponenten zu einem Infor- mations- und Kommunikationsstrukturmodell (lKSM) ................ 93 2.3.5 Das allgemeine Konzept eines computergestOtzten Infor- mations- und Kommunikationssystems (lKS) .............................. 95 2.4 Ubungsaufgaben zur Informations- und Kommunikations- strukturierung ...................................................................................... 99 2.5 Ausgewiihlte Literatur zu Kapitel2 .................................................... 102 3 Konzeptionelle Datenmodellierung ...................................... 10 3 3.1 Begriffserklarung und Abgrenzung zur Informations- und Kommunikationsstrukturierung ......................................................... 104 3.2 Datenobjekte ...................................................................................... 108 3.3 Datenmodelle ..................................................................................... 114 x 3.3.1 Das Relationenmodell ................................................................ 114 3.3.1.1 Objekte des Relationenmodells und Tabellen- darstellung ................................................................... 115 3.3.1.2 Durchffihrung der Normalisierung (Normalformenlehre) .................................................... 123 3.3.1.3 Arbeiten mit Relationen (Relationenalgebra) ................ 132 3.3.2 Netzwerkmodelle ...........................................................•........... 135 3.3.2.1 Allgemeine graphentheoretische Grundlagen. ............... 136 3.3.2.2 Das CODASYL-Modell ................................................ 142 3.3.2.3 Das hierarchische Datenmodell .................................... 154 3.3.3 Objektorientierte Datenmodelle -ein Oberblick ......................... 156 3.4 Konzeption eines Metadatenmodells: das Data Dictionary-System ..... 158 3.4.1 BegriffserkUirung und Einsatzziele ............................................ 158 3.4.2 Autbau eines DD-Systems und KlassiflZierung .......................... 159 3.4.3 Funktionen der DD-Systeme ...................................................... 162 3.4.4 Beispiel eines DD-Reports ......................................................... 165 3.5 Ubungsau!gaben zur konzeptionellen Datenmodellierung .................. 167 3.6 Ausgewahlte Literatur zu Kapitel 3 .................................................... 169 4 Entwicklung eines Unternehmensdatenmodells .................. 171 4.1 Darstellungsmoglichkeiten von Untemehmensmodellen .................... 172 4.2 Computergestiitzte untemehmensweite integrierte Informationsmodelle .......................................................................... 176 4.3 Auibau von Untemehmensdatenmodellen (UDM) und ihre Leistungspotentiale .............................................................. 178 4.4 Anwendungsarchitekturen von Untemehmensmodellen ..................... 180 4.5 Ubungsau!gaben zum Aujbau lion Unternehmensdatenmodellen ........ 183 4.6 Ausgewahlte Literatur zu Kapitel4 .................................................... 184
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