Relationale Datenmodellierung: Datenbanken entwerfen

Unterrichtseinheit: 3, 4 | Stundenzahl: 5-6 Stunden

Eingangsvoraussetzungen

  • Grundlagenwissen über Datenbanken und Informationsaufbereitung.

Ziele

  • Grundlagenwissen über Datenbanken
  • Einführung in das Relationale Datenmodell.
  • Definition von Kardinalität bzw. Beziehungstypen.
  • Datenbankplanung mit Hilfe des Entity-Relationship-Diagramms.
  • Normalisierung von Datenbanken bis in die Dritte Normalform.
  • Begleitende Einführung in das Arbeiten mit dem Programm Microsoft Access (eigenes Infoblatt).
  • Zur Einführung sollen die SchülerInnen Datenobjekte einfacher Beispiele zuerst auf Papier lösen (u.a. mit ER-Diagrammen). Zug um Zug sollen die wichtigsten Arbeitsweisen näher gebracht werden.
  • Nach gemeinsamen Ergebnisbesprechungen sollen dieses Datenobjekte in Microsoft Access als einfache Datenbanken umgesetzt werden. Somit wird der Zusammenhang zwischen der bisherigen Theorie und dem Arbeiten mit Access gezeigt.

Thema/Kurzfassung

Datenbank

Übersicht der Unterrichtseinheit

Einführendes Beispiel: Kleiderschrank

Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor Ihrem offenen Kleiderschrank. Darin befinden sich verschiedenste Kleidungsstücke. Finden Sie vier verschiedene Eigenschaften, die jedes Kleidungsstück aufweist. Notieren Sie diese Eigenschaften in der folgenden Tabelle und erfassen Sie dazu für fünf verschiedene Kleidungsstücke aus Ihrem Schrank die jeweiligen Werte.

 

 

 

 

 

 

 

Um das Arbeiten mit Access zu erleichtern beinhaltet das Informationsblatt 1 die wichtigsten Arbeitsschritte übersichtlich zusammengefaßt mit entsprechenden Screenprints.

Relationales Datenmodell

Für Datenbanken (z. B. Microsoft Access) und Datenbanksysteme (z. B. Microsoft SQL Server, MySQL) wird das relationale Datenmodell angewendet. Es wurde in den frühen 1970er-Jahren vom englischen Mathematiker Edgar F. Codd bei IBM entwickelt.

Relationale Datenbanken versuchen einen Bestandteil der Realität in einem bestimmten Datenmodell abzubilden.

Ein Datenbankmodell ist die theoretische Grundlage für eine Datenbank und bestimmt, auf welche Art und Weise Daten in einem Datenbanksystem gespeichert und bearbeitet werden können. Grundsätzlich sollen dabei Objekte der Realität betrachtet werden, welche zueinander in Beziehung stehen. Zum einen werden die Objekte mit ihren Eigenschaften untersucht: Objekte mit gleichen Eigenschaften werden zusammengefasst; Objekte mit verschiedenen Eigenschaften werden getrennt. Zum anderen werden die Beziehungen zwischen unterschiedlichen Objekten behandelt. Außerdem geht es darum, möglichst keine Informationen unnötigerweise doppelt zu speichern.

Das relationale Datenbankmodell versucht die Realität abzubilden:
Es enthält Objekte! Jedes Objekt besitzt Eigenschaften! Die Objekte stehen in einer Beziehung zueinander!

Beispiel: Einfaches relationales Datenbankmodell

  1. Finden Sie zu jedem der Datenobjekte drei Eigenschaften und tragen Sie beispielhaft jeweils zwei Datensätze dazu ein.
  2. Diese drei Datenobjekte stehen normalerweise in einer bestimmten Beziehung zueinander. So erteilt beispielsweise der Kunde einen Auftrag über bestimmte Artikel, die er erwerben möchte. Versuchen Sie nun die Beziehungen der drei Objekte zueinander zu definieren.
    Sie müssen dazu jene Objekte mit einem Strich verbinden, die in einer Beziehung zueinander stehen sollen. Die Art der Beziehung wird jeweils in die Raute geschrieben. Als Name ist immer ein Zeitwort zu nennen (Schüler „XY“ LÖST Aufgabe „ab“).
  3. Versuchen Sie herauszufinden, von welcher Art die Beziehungen sind. Sind es 1:1-Beziehungen, 1:n-Beziehungen oder m:n-Beziehungen. Tragen Sie dies an den Enden der Striche ein
  4. Auch dieses Beispiel muss in Access entsprechend umgesetzt werden, diesmal erlernen die SchülerInnen das Arbeiten mit Fremdschlüsseln und Beziehungen. Um das Arbeiten mit Access zu erleichtern beinhaltet das Informationsblatt 1 die wichtigsten Arbeitsschritte übersichtlich zusammengefaßt mit entsprechenden Screenprints.

Entity-Relationship-Diagramm

Ein Modell beschreibt ein Abbild der Wirklichkeit. Die Modellierung relationaler Datenbanken erfolgt mit dem von Peter Chen entwickelten Entity-Relationship-Diagramm (kurz ER-Diagramm, ERD).
Das ER-Modell besteht aus einer Grafik (ER-Diagramm, Abk. ERD) und einer Beschreibung der darin verwendeten Elemente, wobei deren Bedeutung (Semantik) und ihre Struktur dargestellt wird.


Abbildung: Beispiel für ein ER-Diagramm

Ein ER-Modell dient als grafische Grundlage für das Design der – meist relationalen – Datenbank. Der Einsatz von ER-Modellen ist der De-facto-Standard für die Datenmodellierung.

Bestandteile des Entity-Relationship-Diagramms
Entitäten sind eindeutig unterscheidbare Objekte. Sie werden als Rechteck dargestellt.
Beziehungen sind Assoziationen zwischen Entitäten. Sie werden als Raute dargestellt. Ein Strich verdeutlicht die Beziehung zwischen zwei Objekten. Zusätzlich zeigen die beiden Zeichen „1“ und „n“, um welche Art von Beziehung es sich dabei handelt. Beziehungen werden immer durch Zeitwörter benamst.
Attribute sind Eigenschaften von Entitäten oder Beziehungen. Sie werden durch Ovale dargestellt.
Die Attribute einer Entität sind vom Schlüsselattribut abhängig. Ein Schlüsselattribut enthält eindeutig definierbare, einmalige Daten (z.B. Sozialversicherungsnummer, Kundennummer, Artikelnummer.

Schlüsselattribute: Identifikation für Exemplare

In einer Datenbank ist es besonders wichtig, dass jeder Datensatz eindeutig identifizierbar ist. Man muss daher einen sog. EINDEUTIGEN primären Schlüssel definieren.

Man unterscheidet ZWEI ARTEN von Schlüsseln!

  • Ein Primärschlüssel identifiziert ein Exemplar einer Entität oder Beziehung eindeutig.
    Z.B. ist der Primärschlüssel der Entität „Auftrag“ eine fortlaufende und daher eindeutige Nummer, die später von der Datenbank automatisch vergeben wird (Access bietet zu diesem Zweck den Datentyp Autowert an, dieser Wert ist immer eindeutig).
    Der Primärschlüssel muss eindeutig sein, um die Exemplare eindeutig identifizieren zu können!
  • Ein Fremdschlüssel verknüpft ein Exemplar mit dem Primärschlüssel eines anderen Exemplars.

Die „Kundennummer“ ist in der Entität „Auftrag“ ein Fremdschlüssel, der die Exemplare des Auftrags mit den Exemplaren der Entität „Kunde“ verknüpft.
Das erleichtert die Arbeit mit Datenbanken sehr stark! Über diese Verknüpfungen ist es nun sehr einfach möglich, folgende Aussage zu formulieren: „Kunde Wolfgang Graf hat die Aufträge 0001 und 0003 erteilt".

Kardinalität: Beziehungstypen

Die Kardinalität oder auch Konnektivitat gibt den Grad einer Beziehung an.
Dabei handelt es sich um Mengenangaben, mit denen in der Datenmodellierung für ER-Diagramme für jeden Beziehungstyp festgelegt wird, wie viele Instanzen einer Entität mit genau einer Instanz der anderen beteiligten Entität (und umgekehrt) in Beziehung stehen können.

Man unterscheidet drei Beziehungstypen!

Firmenbuch
easel.ly

  • Entitäten sind eindeutig unterscheidbare Objekte. Exemplare (lnstanzen) sind konkrete Ausprägungen einer Entität (sie sind die „Zeilen“ der späteren Tabelle).
    Die Entität „Artikel“ hat z.B. die Exemplare „Samsung S5“, „LG G3“, „iPhone 6“ usw.
  • Beziehungen sind Assoziationen zwischen Entitäten. Auch Beziehungen haben Exemplare (lnstanzen).
    Ein Auftrag besteht aus Artikeln. Die Beziehung mit dem Namen „hat“ legt die Menge der gewünschten Artikel für jeden Auftrag fest.
    Beispiel: „Auftrag 123 hat 4 Stück Samsung S5“;
  • Attribute sind Eigenschaften von Entitäten oder Beziehungen.
    Attribute von „Artikel“ sind z.B. „Artikelnummer“, „Bezeichnung“, „Preis“ usw.
  • Die Attribute einer Entität sind vom Schlüsselattribut der Entität abhängig. Der Schlüssel dient dazu, die einzelnen Exemplare einer Relation (Tabelle) eindeutig zu identifizieren, sie zu nummerieren. Damit kann jeder Datensatz einer Tabelle eindeutig ausgewählt werden, da es keine zwei Datensätze gibt, die denselben Schlüssel besitzen.

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Sozialform

  • Einzelarbeit
  • Gruppenarbeit
  • Frontalunterricht

Unterrichtstechniken

  • Vortrag
  • Lernen aus Lösungsbeispielen

Materialien

  • Tafelbild (T)
  • Projektor (P)
  • Arbeits- bzw. Informationsblätter (AB, IB)
  • PC [PC-Räume] (PC)

Übungsbeispiele

1. Datenbank für eine Rechnungstabelle

Angabe

  • Erstellen Sie für einen kleinen Handwerksbetrieb eine Datenbank in der Rechnungen verspeichert werden können.
  • Entscheiden Sie selbst, welche Attribute hierfür von Bedeutung sind.
  • Skizzieren Sie die Datenbank mit Hilfe eines ER-Diagramms.
  • Achten Sie darauf, das alle drei Normalformen eingehalten werden.
  • Übertragen Sie die Datenbank in Microsoft Access.
  • Stellen Sie zwischen den Tabellen sinnvolle Beziehungen auf.

Um die Beispiele mit Lösungen vergleichen zu können, muss man registriert und angemeldet sein!
Spoiler-Warnung! Versucht es zunächst einmal ohne Hilfe.

Schlagwörter: Access | Daten | Datenattribut | Datenbank | Datenobjekt | Datenstrukturen | Relatives Datenmodell | Tabelle