Relationale Datenbanken (eBook)

Grundlagen, Modellierung, Speicherung, Alternativen

Josef Ludwig Staud (Autor)

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2021 | 1. Auflage
456 Seiten
tredition (Verlag)
978-3-347-35885-0 (ISBN)

Infos

Datenbanken waren noch nie so wichtig. Diese Aussage mag überraschen, angesichts der Bedeutung, die Datenbanken in den letzten 50 Jahren schon gewonnen haben. Sie ist aber, angesichts der Herausbildung einer digitalen Parallelwelt, richtig. Sie werden überall dort benötigt, wo - im Rahmen der Digitalisierung - Informationen 'erhalten bleiben sollen'. Da dies für so gut wie alle Anwendungs- und Lebensbereiche gilt, ergibt sich eine entsprechende Verbreitung von Datenbanken und ein entsprechender Bedarf an Wissen über Datenbanktechniken. In einer Zeit aber, in der sich die Weltgesellschaft mit dem Internet eine digitale Parallelwelt geschaffen hat, in der sie privat, geschäftlich, kriminell, in staatlichem Auftrag, usw. aktiv ist, ist dieser Bedarf noch größer geworden. Denn alle diese Netzaktivitäten beruhen auf bzw. führen zu Datenbanken. Natürlich Datenbanken der verschiedensten Art. Um nur einige zu nennen: Netzwerkdaten im Social Web, Datenbanken der Suchmaschinen, 'unstruktierte Daten' der unterschiedlichsten Art, die schon altbewährten Relationalen Datenbanken, die einen sehr großen Anteil am Gesamtbestand von Datenbanken halten. Um die Relationalen Datenbanken geht es in diesem Buch in erster Linie. Sie sollen umfassend dargestellt werden und auch der Weg zu ihnen: Vom Anwendungsbereich zur konzeptionellen und logischen Datenmodellierung, dann zum Datenbankdesign und zur Einrichtung der Datenbank. Zum Schluss werden noch die physischen Datenstrukturen beschrieben, auf denen die heutigen Speichertechniken beruhen. Daneben werden aber auch die wichtigsten Alternativen kurz beschrieben. Alternative Datenmodelle (semantische und logische) und alternative Datenbanktechnologien, von dimensionalen Datenbanken über NoSQL-Datenbanken bis zur InMemory-Technologie.

Professor der Wirtschaftsinformatik. Arbeitsgbebiete: Datenbanken (in allen Aspekten), Geschäftsprozesse (Theorie und Modellierung, insbesonder BPMN, EPK), Objektorientierung

Textauszug

2 Informationen, Daten, Attribute

2.1 Informationen, Daten

Alles was wir wahrnehmen. „Information“ bedeutet in erster Linie Wahrnehmung. Wahrnehmung wiederum ist für uns Menschen mit irgendeinem Phänomen der Realwelt verbunden, einem Informationsträger. Die englische Fachliteratur hat dafür den Begriff entity. Information ist deshalb jegliche Kenntnis über Dinge, Ereignisse, Beziehungen, Abläufe, Tatsachen, usw. Sie kommt in irgendeiner Form, die wir wahrnehmen können, entweder direkt (Bild, Ton, Text, Ziffern, usw.) oder mithilfe von Hifsmitteln (Fernsehen, Computer, Smartphone, Radio, usw.).

Strukturiert vs. unstrukturiert. Informationen sind also eigentlich schon strukturiert, werden aber als unstrukturiert bezeichnet. Strukturiert für uns Menschen, unstrukturiert weil sie nicht direkt in unsere digitalen Systeme und Speicher aufgenommen und nicht direkt digital verarbeitet werden können.

Maschinelle Informationsverarbeitung

Diese Diskrepanz wird Schritt um Schritt aufgelöst. Menschliche Sprache kann heute nicht nur aufgezeichnet, sondern auch gleich digital-textlich verfügbar gemacht werden. Genauso Handschrift. Der Tablet-Computer, auf dem dieser Text gerade bearbeitet wird, hat eine Texterkennung, die keine Probleme mit der nicht "unkrakeligen" Handschrift des Autors hat. Ein großes Internetunternehmen kann digital erfasste Gesichter identifizieren und sie Personen zuordnen, die ihrem Datenbestand zugeliefert wurden. Eine Sache von der die Künstliche Intelligenz - Forschung (KI), die Strafverfolgungsbehörden und die Geheimdienste vor einigen Jahren noch geträumt haben. Aus den zwar digitalen aber komplexen Daten des SocialWeb werden durch Programme Profile von Nutzern, Situationen ("hat geheiratet und will Haus bauen", …) gewonnen, die nicht nur Geheimdiensten ("neigt zum Terrorismus"), sondern auch Versicherungsunternehmen dienen. Im Sommer 2014 wurde eine Software zum Formulieren von einfachen Texten vorgestellt. Diese Liste liese sich lange fortsetzen.

Ein Gegenbeispiel soll nicht verschwiegen werden: Das Verstehen von textlich formulierter Information. Dies ist - trotz der intensiven Anstrengungen kapitalstarker Internetunternehmen mit riesigen Entwicklerabteilungen - noch nicht gelöst (das Programm, das menschliche Gegner im Quiz schlägt, versteht die Fragen nicht, sondern löst sie aufgrund massenhafter Datenabgleiche). Dafür wäre "Verstehen" notwendig, Verstehen von Semantik, Zusammenhängen, usw., also der Besitz von Weltwissen, wie das in der KI genannt wird. Das geht noch nicht, aber wer weiß …

Daten

Information an und für sich ist etwas abstraktes, immaterielles. Sie kann nur mitgeteilt (transportiert) und verarbeitet werden, wenn sie z.B. in Worten formuliert, mit Buchstaben aufgeschrieben, mithilfe von Symbolen gezeichnet, wenn sie also in irgendeiner Form dargestellt wird. Die so repräsentierten Informationen nennen wir Daten. Sie stellen Informationen aufgrund bestimmter Regeln oder Abmachungen in einer zur maschinellen Verarbeitung, Speicherung oder Übertragung geeigneten Form dar. Informationen haben Semantik, Daten nicht - deren Semantik muss durch das datenverwaltende System unterstützt bzw. sicher gestellt sein.

Analog, digital

Bilder, Töne und andere physikalische Größen wie Temperatur, Geschwindigkeit oder elektrische Spannung bestehen meist nicht aus einzelnen (diskreten) Werten, sondern sind durch einen kontinuierlichen Verlauf gekennzeichnet. Sie sind stetig veränderlich und können somit unendlich viele Werte annehmen. Man spricht deshalb von analogen Größen. Im Gegensatz dazu heißt eine Darstellung, die sich aus einzelnen, endlich vielen Zeichen zusammensetzt, digital.

Beispiel: Uhren

Ein Beispiel stellen die verschiedenen Uhrentechnologien dar. Grundsätzlich ist der Zeitverlauf kontinuierlich. Zwischen 0 und 24 Uhr durchläuft die Zeit unendlich viele Punkte. Bei einer analogen Uhr, die auf der Basis ihres Uhrwerks mit Ziffernblatt und Zeiger arbeitet, kann jeder auch noch so winzige Zeitpunkt angezeigt werden. Der Zeiger überstreicht unendlich viele Positionen. Ganz anders bei einer digitalen Uhr: Diese stellt nur einzelne (ausgewählte) Zeitpunkte durch Zeigerpositionen oder Ziffern dar. Sie beginnt bei 0 Uhr und zählt die einzelnen Sekunden hoch. Alle Zwischenwerte werden auf- oder abgerundet. Somit gilt:

• Digitale Daten bestehen aus aufeinanderfolgenden (diskreten) Zeichen.

• Analoge Daten entsprechen kontinuierlichen Funktionen und werden durch physikalische Größen dargestellt, die stufenlos veränderbar sind und den zu beschreibenden Sachverhalt repräsentieren.

Weitere Beispiele für analoge Daten sind die Darstellung der Temperatur durch die Höhe einer Quecksilbersäule in einem Thermometer oder die Musik auf einer Schallplatte. Auf einer CD gespeicherte Worte, Zahlen oder Musik sind Beispiele digitaler Daten. Selbstverständlich sind alle im Internet gespeicherten Daten ebenfalls digital.

Digitalisierung

Computer können nur mit digitalen Daten umgehen. Liegen analoge Werte vor, müssen sie zur Verarbeitung im Rechner digital dargestellt werden. Will man etwa den analog erhobenen Temperaturverlauf eines Tages zur Wettervorhersage für den nächsten Tag heranziehen und durch einen Computer verarbeiten lassen, so muss die Temperaturkurve vor der Verarbeitung in digitale Werte umgewandelt werden. Werden analoge Übertragungseinrichtungen benutzt (z.B. Datenübertragung über das analoge Telefonnetz) ist eine Analog-Digital-Wandlung erforderlich. Man nennt dies Digitalisierung. Dabei verliert man Informationen, das Ergebnis ist gegenüber den analogen Daten ungenau. Stellt man die Abtastrate (Zeitabstufung) und die Empfindlichkeit des Messvorgangs jedoch fein genug ein, bemerkt man den Fehler normalerweise nicht.

Ohne Digitalisierung geht es also nicht, soll die Information in Rechnern erfasst und verarbeitet werden. Sie hat darüberhinaus große Vorteile. Im Gegensatz zu analogen Daten können digitale Daten komprimiert (verdichtet) werden. Das bedeutet, dass sie weniger Speicherplatz auf den Datenträgern benötigen und dass größere Datenmengen transportiert werden können. So steigt durch Komprimierung die Kapazität von Datenübertragungswegen beträchtlich an. Auch sind digitale Daten bei einer Übertragung weniger störanfällig als analoge. Strom- oder Spannungsverläufe in elektrischen Kabeln lassen sich durch elektromagnetische Einflüsse sehr leicht verändern. Sind die Spannungswerte dagegen digitalisiert, führt ihre "Ungenauigkeit" dazu, dass kleinere Störungen unerheblich bleiben, die evtl. gestörten Zwischenwerte interessieren nicht.

Träger von Daten

Eine weitere Eigenschaft von Daten ist, dass sie einen Träger brauchen, denn sie existieren auch außerhalb der menschlichen Vorstellungswelt. Früher war das "in Stein meißeln" üblich, heute ist sehr oft Papier der Träger der Wahl (z.B. als Buch oder Aufsatz), im Rahmen der Informatik sind aber andere Träger notwendig. Vor allem solche, die schnell, leicht und immer wieder beschrieben werden können. Ein solches Mittel, auf dem Daten aufbewahrt und auch transportiert werden können, heißt Datenträger. Die Entwicklung ist hier, genauso wie in der sonstigen IT, sehr dynamisch. Heute werden Festplatten mit bis zu 20 Terabyte Daten und sehr kurzen Zugriffszeiten zu erschwinglichen Preisen angeboten.

Kapitel 22 gibt einen Überblick zu den aktuell genutzten Datenträgern

Dauerhaft, flüchtig, nur zum Transport

Datenträger können Daten dauerhaft speichern, z.B. auf Magnetplatten, in einem Solid State Drive (SSD), auf optischen Speichern (DVD, Blue Ray, CD-ROM). Oder sie nur vorübergehend festhalten (die "flüchtigen", aber schnellen Speicher bei der Informationsverarbeitung rund um die CPU) bzw. sehr kurz abbilden, d.h. nur während eines Transports bewahren (z.B. elektromagnetische Schwingung, Gleichstromimpuls).

2.2 Klassifizierung von Daten

Es gibt Daten in unendlicher Vielfalt, wie es eben auch Informationen aller Art gibt. Alle diese Daten werden in Datenbanken gespeichert. Hier nun einige Definitionen grundsätzlicher Natur und aus dem Umfeld betrieblicher Anwendungsbereiche.

Formatierte Daten

Daten, die zur maschinellen Verarbeitung in einem fest vereinbarten Aufbau geordnet sind, bezeichnet man als formatierte Daten. Dabei erhalten sie eine Struktur (in Feldern und Sätzen) und werden zusammenfassend in Dateien und Datenbanken abgelegt. Vgl. dazu Kapitel 20 und 21.

Unformatierte Daten

Daten, die über keine solche formale Struktur verfügen, nennt man unformatierte Daten. Das wichtigste Beispiel dafür ist Text, eine Aneinanderreihung von Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen zu Wörtern und Sätzen, die nur durch unsere Sprachkompetenz erzeug- und...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 12.8.2021
• Verlagsort: Ahrensburg
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Dateitechniken • Datenbankdesign • Datenmodellierung • Modellierungsbeispiele • Muster in Datenbanken • Nicht-konventionelle Datenbanken • Normalformen • NoSQL-Datenbanken • Physische Datenstrukturen • Relationale Datenbanken • relationale Datenmodellierung • Speichermedien • SQL
• ISBN-10: 3-347-35885-6 / 3347358856
• ISBN-13: 978-3-347-35885-0 / 9783347358850