Was ist eine Datenbank?

Definition und Bedeutung

• Eine Datenbank ist eine organisierte Sammlung von Daten, die elektronisch gespeichert und verwaltet wird.
• Ermöglicht das schnelle Speichern, Abrufen und Verwalten großer Datenmengen.
• Wird genutzt, um Informationen strukturiert und effizient verfügbar zu machen.

Beispiele aus der Praxis

• Online-Shops: Speicherung von Kundendaten, Bestellungen und Produktinformationen.
• Banken: Verwaltung von Kontoständen, Transaktionen und Kundendaten.
• Gesundheitswesen: Elektronische Patientenakten und Terminverwaltung.
• Soziale Netzwerke: Speicherung von Nutzerprofilen, Nachrichten und Posts.

Arten von Datenbanken

• Relationale Datenbanken:
  • Daten werden in Tabellenform gespeichert.
  • Beispiele: MySQL, PostgreSQL, Oracle Database.
• Dokumentenbasierte Datenbanken:
  • Speicherung von Daten als Dokumente (z. B. JSON).
  • Beispiele: MongoDB, CouchDB.
• Graph-Datenbanken:
  • Fokus auf Beziehungen zwischen Datenelementen.
  • Beispiele: Neo4j, Amazon Neptune.

Merkmale des Relationalen Datenmodells

• Tabellenstruktur:
  • Daten werden in Tabellen (Relationen) gespeichert.
  • Jede Tabelle repräsentiert eine Entität (z. B. Kunde, Produkt).
• Zeilen (Tupel):
  • Jede Zeile stellt einen einzelnen Datensatz dar.
  • Beispiel: Ein Kunde mit Name, Adresse und Telefonnummer.
• Spalten (Attribute):
  • Jede Spalte repräsentiert eine Eigenschaft der Daten.
  • Beispiel: Name, Adresse, KundenID.

Primärschlüssel

• Ein Primärschlüssel (Primary Key) identifiziert jede Zeile in einer Tabelle eindeutig.
• Eigenschaften:
  • Muss eindeutig und nicht leer sein.
  • Beispiel: KundenID in der Tabelle Kunden.
• Zusammengesetzter Schlüssel:
  • Ein Primärschlüssel, der aus mehreren Spalten besteht.
  • Beispiel: KursID + StudentID in einer Tabelle Kursanmeldungen.

Natürliche Schlüssel

Definition

Ein natürlicher Schlüssel ist ein Schlüsselattribut (oder eine Kombination von Attributen), das bereits in den realen Daten existiert und zur eindeutigen Identifikation eines Datensatzes verwendet werden kann. Er basiert auf natürlich vorhandenen Werten und benötigt keine zusätzliche künstliche Spalte.

Eigenschaften eines natürlichen Schlüssels

1. Natürlich vorhanden: Der Schlüssel stammt aus der realen Welt und ist bereits in den Daten vorhanden.
2. Eindeutig: Identifiziert jeden Datensatz in einer Tabelle eindeutig.
3. Aussagekräftig: Der Wert hat eine semantische Bedeutung und ist verständlich.

Beispiele für natürliche Schlüssel

1. Sozialversicherungsnummer (SSN):
2. ISBN (International Standard Book Number):
3. Kfz-Kennzeichen:

Künstliche Schlüssel

Definition

Ein künstlicher Schlüssel ist ein Schlüssel, der speziell eingeführt wird, um Datensätze eindeutig zu identifizieren.Er wird nicht aus der realen Welt abgeleitet.
Gründe für künstliche Schlüssel:

• Es ist kein natürlicher Schlüssel verfügbar
• Aus Prinzip, also für die Einheitlichkeit
• Für schnellere Verarbeitung

Vorteile und Nachteile künstlicher Schlüssel

Vorteile:

1. Eindeutigkeit garantiert: - Einfach, einzigartig und immer konsistent.
2. Unabhängig von realen Daten: - Änderungen an Daten (z. B. Name, Adresse) beeinflussen den Schlüssel nicht.
3. Flexibilität: - Gut geeignet für komplexe Beziehungen.

Nachteile:

1. Keine semantische Bedeutung: - Für Benutzer nicht direkt lesbar, bei GUIDs katastrophal
2. Zusätzliche Spalte erforderlich: - Muss explizit eingeführt werden.

Constraints - Konsistenzregeln

• UNIQUE:
  • Verhindert doppelte Werte in einer Spalte.
  • Beispiel: Eine Spalte Email darf keine doppelten Einträge enthalten.
• NOT NULL:
  • Stellt sicher, dass eine Spalte immer einen Wert enthält.
  • Beispiel: KundenID darf nicht leer sein.
• FOREIGN KEY:
  • Stellt sicher, dass ein Wert in einer Spalte mit einem Eintrag in einer anderen Tabelle übereinstimmt.
• CHECK:
  • Beschränkt Werte in einer Spalte.
  • Beispiel: Alter >= 18.

Die Constraints können auch für die Kombination von Spalten definiert werden. Um beispielsweise in einer Tabelle die Eindeutigkeit von den Spalten Belegnummer und Belegposition zu garantieren.

Zeitabhängigkeit

• Lokalzeit - ist die Zeit in der jeweiligen Zeitzone. Für das Verarbeiten von Daten eher unpraktisch. Für die Kommunikation mit dem Benutzer aber sinnvoll.
• Systemzeit - Einheitliche Zeit für alle. Meistens UTC, also Weltzeit ohne Sommer/Winterzeit. Damit für alle technischen Aufgaben am besten
• Zeitstempel - Kombination aus Datum, Uhrzeit und Sekundenbruchteile - Perfekt für Logs & Protokolle
• Datum und Uhrzeit - Ähnliche Information wie ein Zeitstempel.
• Erfassungszeitpunkt - Wann wurden die Daten bzw. die Datenänderung erfasst.
• Gültigkeitszeitraum - Von wann bis wann sind die Datensätze gültig?

Bestandteile des ER-Modells

Das ER-Modell besteht aus Entitäten, Attributen und Beziehungen, die mit spezifischen Symbolen in einem ER-Diagramm dargestellt werden.

Darstellung von ER-Diagrammen - Mermaid.js

Vorteile des ER-Modells

1. Klarheit: Bietet eine visuelle Darstellung der Datenstruktur.
2. Flexibilität: Einfach anpassbar, bevor eine physische Datenbank erstellt wird.
3. Effizienz: Ermöglicht eine effiziente Datenbankplanung und -design.
4. Kommunikation: Verständlich für Entwickler, Datenbankadministratoren und Endbenutzer.

1. Normalform (1NF)

Definition:

• Jede Zelle enthält nur einen atomaren Wert.
• Primärschlüssel ist definiert.

Beispiel:

Vorher (nicht in 1NF):

Nachher (in 1NF):

Nutzen:

• Klarere Datenstruktur.
• Einfachere Abfragen und Verarbeitung.

3. Normalform (3NF)

• 2NF ist erfüllt.
• Keine transitiven Abhängigkeiten (Nicht-Schlüssel-Attribute dürfen nur vom Primärschlüssel abhängen).

Beispiel:

Vorher (nicht in 3NF):

Nachher (in 3NF):

Nutzen:

• Verhindert Update-Anomalien.
• Bessere Datenintegrität.

Kennzahlenmodell vs. Kontenmodell im Reporting

Kennzahlenmodell und Kontenmodell sind zwei Ansätze zur Speicherung und Analyse von Daten mit Kennzahlen.

Kontenmodell

Aufbau

• Spalten für die Dimensionen (z. B. Zeit, Organisationseinheiten, Kunden, Material, ...)
• Eine Spalte definiert das "Konto". Der Begriff sollte nicht zu wörtlich genommen werden. Das können auch Monate oder andere Begriffe sein.
• Alle Kennzahlen werden in eine Wert-Spalte geschrieben. Manchmal sind es auch mehrere, z.B. eine für Mengen und eine für Beträge, jeweils mit entsprechenden Einheiten und Währungen.

Beispiel:

Datenbankschema

Ein Datenbankschema enthält Tabellen, Views, Prozeduren und andere Datenbankobjekte.

Aufgaben eines Datenbankschemas

• Namensraum - Strukturierung von Objekten (Schubladen)
• Berechtigungssteuerung

Jeder Benutzer hat ein eigenes Datenbankschema.