Datenbanksystem

Welche Probleme entstehen bei dem DB-Entwurfsprozess?

- Datenredundanz - oder zu viele schmale Relationen, Entitäten u. Einheiten auseinandergebrochen

Beschreiben Sie den Lösungsansatz des erweiterbaren Hasing

- Verwendung von Verzeichnissen, das Index-Hash-Werte auf Pointer von Buckets abbildet. - Seitenüberlauf im Bucket: neuer Bucket und Verdoppelung des Verzeichnissess - Hash-Wert h(s) wird als Bit-Folge betrachtet

Was sind zusammengesetzte Attribute?

Attribute, die aus weiteren Attributen zusammengesetzt sind z.B.: Anschrift aus PLZ, Ort und Strasse

Beschreibung der DDL

DDL: Erzeugen von Schemata (Metadaten) - Relationenschemata und Attributen mit ihren Wertebereichen - Beziehungen zwischen Relationenschema - Integritätsbedingungen - Berechtigungen und Zugriff für Datenbankmanipulationen - Tranksaktionskontrolle

Wie liest man das Adressverzeichnis bei erweiterbarem Hasing?

Adressverzeichnis entspricht balancierteam Binärbaum: - Innere Knoten: 0-1-Abfrage. - Blatt: Pointer auf Bucket. - Zwei Kante je innerem Knoten mit 0 oder 1 bezeichnet. - Binärer Pfasd entlang Hash-Code für index-wert s. - Traversiere entlang Bit-Folge von h(s) ab führendem Bit zum Bucket-Pointer P. In diesem Bucket liest der Datensatz zum Index-Wert s.

Funktionale Abhängigkeit

Analogie: Eine Funktion erzeugt für gleiche Eingabewerte stets gleiche Ausgabenwerte

Was ist der Sinn von der internen Ebene in 3-Schicht_Architektur?

Beschreibung physiche Speicherstrukturen einer Datenbank

Beschreibung der DML

DML: Abfrage und Manipulation von Daten - C: Erzeugen neuer Datensätze / Tupel - R: Lesen (Abfragen) von Datensätzen - Query - U: Ändern von Datensätzen bzw. Attributwerten - D: Löschen von Datensätzen

Was sind Datenmodelle? Was sind die Datenmodelltypen?

Datenmodelle beschreiben Daten, deren Beziehung, Darstellungen, Bedeutung sowie Konsistenz- und Integritätsbedingen - Kopzeptionell - Logisch - Physisch

Was bedeutet Grad einer Beziehung?

Die Anzahl der an der Beziehung teinehmenden Entitätstypen - Grad 2: binäre Beziehung - Grad 3: ternäre Beziehung - Grad n: n-äre Beziehung

Eindeutige Attribute / unique Attribute

Es gibt nur genau eine Projektion des Tupels t der Menge X(A1,A2,...) in der Relation

Kandidatenschlüssel

Minimaler Superschlüssel

Relationenschema

N: Name des Relationenschemas (Kunde) string, int, ... : Domäne (Wertebereiche)

Beschreiben Sie die 2-Schichten-Systemarchitektur

Programmiersprachen: 4GL (häufig) - datenzentrische Anwendungen - leichte u. schneller Entwicklung - automatische Erstellung von UI auf Basis des Datenmodells

Was ist Relation aus Mengentheoretischer Sicht?

Teilmenge des kartesischen Produktes M1 x M2 x .... x Mr

Wie werden Tabellen im relationalen Modell definiert?

durch Relationenschea - ein Teil des Datenbankschemas

Was sind Datenbanken?

- Abbildung eines Teils der realen Welt - logisch zusammenhängend

Was ist JDBC

- JDBC-API befindet sich im java.sql - Java-Applikation und JDBC in Anwendungsschicht - Kommunikation mit DB durch JDBC-Treiber, die JDBC-API implementiert

Entity-Relationship-Modell

- Konzeptionelles Model - Semantisch - Bestände: Entitäten (physische o. abstrakt), Beziehungen, Attributen (Eigenschaften)

Daumenindex

- Logische Zuordnung zusammenhängender Inhalte den Abschnitten. - sortiert

Was ist Blockung Factor?

- Maximale Anzahl vollständiger Datensätze pro Block.

Wie wird eine Festplatte aufgebaut?

- Mehrere einzelne Magnetplatte. - Ein Zugriffsarm jür jede Platte. - Platten -> in Spuren unterteilt -> Sektoren oder Datenblöcke unterteilt (kleineste Zugriffseinheit). - Vertikal gestapelte Spuren heißen Zylinder.

Sachindex

- Zuordnund den Werten und der Adressen. - sortiert

Wie werden große Attributwerte gespeichert?

- Ausgelagert mit spezielle Datentypen, BLOB für Binärdaten, CLOB für Textdaten. - Nur eine Referenz (Pointer) im Feld gespeichert, die Daten aus der Seite ausgelagert.

Erkläung 1. Alternativ zur Speicherung in variabler Länge

- Zwischen Feldern variabler Länge ein spezielles Trennzeichen gesetzt. - Vorteil: Keine Speicherungplatzverschwendung und flexibel bezüglich Datengröße. - Nachteil: Langsamerer Zugriff als bei Fixlängern. Den ganzen Block muss durchgelesen werden bis zum gewünschten Trennzeichen.

Wie prüft man auf erste Normalform 2NF?

Attibut, das nicht zu einem Kandidatenschlüssel gehört, muss voll funktional abhängig von jedem Kandidatenschlüssel sein --> Test auf 2NF nur für Kandidatenschlüssel aus mehr als 1 Attribute

Besonderheiten von Equi Join

1. Es gibt einen entsprechenden Verbundpartner (Tupel) in der anderen Relation 2. die Verbungbedingung muss erfüllt werden

Wie werden Datensätze für Speicherungszweck klassifiziert?

1. Fixlängen-Speicherung: fixed length records 2. Speicherung in variabler Länge: Variable length records - belegen nur den tatsächlich verwendeten Speicher

Wie kann man die Reaktionen der Fremdschlüsselbeziehung auf Lösch- o. Update-Operationen festlegen?

Das Verhalten wird in jeder referenzierenden Fremdtabelle unabhängig gesetzt - ON DELETE - ON UPDATE

Was ist Index einer Relation?

Eine zusätzliche Datenstruktur, die einen effizienten Zugriff auf die Datensätze der Relation ermöglicht. - Bestandsteile: Index-Felder und Adress-Felder.

Technical Key/ Surrogate Key

Existiert kein natürlicher Schlüssel, muss ein künstliches Schlüsselattribut eingefügt werden z.B.: Index Nummer eines Eingangssignals bei Zeitreihen

Was sind die wichtigsten Objekte der JDBC-API?

DriverManager Connection Statement ResultSet PreparedStatement

Fremdschlüssel Eigenschaften

R: refenrenziertes Schema (Primärschema) S: referenzierendens Schema (Fremdschema)

Relationale Algebra: Vereinigung

Vorausgesetzt: Schema-Gleichheit (Anzahl u. Reihenfolge der Attribute eines Tupels sowie deren Domäne müssen übereinstimmen)

Relationale Algebra: Differenz

Voraussetzung: Schema-Gleichheit

Relationale Algebra: Schnitt

Voraussetzung: Schema-Gleichheit

Was liefert die WHERE-Bedingung zurück?

true, false oder unknown

Wann sind zwei Funktionen f,g gleich?

wenn f(x) = g(x) für jedes x in M1

Wie werden die logischen Tupel einer Relation im Speicher abgebildet?

- Als Datensatz. - Der Datensatz liegt in einer Seite und geht nicht über Seitengrenzen hinaus. - Eine oder mehrere Datensätze in einer Seite.

Statisches Hash-basierter Index: Was sind die Nachteile?

- Wächst die Datendatei, entstehen Überlaufkatte -> I/O-Kosten unvorhersehbat und teurer. - Schrumpft die Datendatei -> leeren Buckets. - Teure Index-Reorgnanisation

Was sind die Merkmale von Heap-Dateien?

- unsortierte, sequentielle Speicherung. - Neue Einträge ans Ende der Datei angehängt. - Die Adresse des letzten Blocks, der letzten Seite im Datei-Header angespeichert.

Business Key / Natural Key

Schlüssel, der in natürlicher Weise einer Entität zugeordnet werden kann z.B.: Kundennummern, Fahrgestellnummern, Seriennummern

Was sind DB-Dateien?

- Besteht aus Sequenzen von Datensätzen. - Datensätze innerhalb einer Datei sind normalerweise vom gleichem Relationentyp.

Was ist die Dateneinheit im Speicher?

- Seite: eine Seite umfasst mehrere Blöcke, die in der Regel in einer Spur liegen. - Jede Relation wird in mehreren Seiten im Speicher gespeichert.

Was sind Daten einer Datenbank?

Daten, die einem vordefinierten Schema entsprechen: - Objekte der realen Welt - Beziehungen zwischen den Objekten - Nebenbedingungen

Was sind Integritätsbedingungen?

- Bedingungen an die Daten, die durch ein Datenbankschema definiert werden - syntaktisch o. semantisch - die Überprüfung der Integritätsbedingungen durch das DB-System

Vom ER-Modell zum relationalen Modell 1:1 (Alternativ 1)

- Beide Entitäten werden in einem Relationenschema identifiziert - Primärschlüssel identifiziert eine der beiden Entitäten - non-null, unique Attribut identifiziert zweite Entität

Was sind Gründen für DBMS

- Benutzer und Anwendungen greifen auf Daten zu -> Abfrage-sprachen bzw. details sind zu verbergen - Datenhaltung austauschbar machen --> minimale Auswirkung auf Anwendung bei Umzug auf anderes (R)DBMS - zentrale Schnittstelle für Datenzugriff bilden

Wie werden Daten in Hauptspeicher übertragen?

- Blockweise. - Suchen des ersten Blocks auf Platte = Seek time + latency. - Sind Blöcke nicht konsekutiv angeordnet: Seek time + Latency für jeden weiteren Block

Beschreiben Sie die 3-Schichten-Systemarchitektur

- Client-Schicht: Präsentation - Anwendungslogik in mittlerer Schicht - Datenhaltung in Server-Schicht kein Bestandteil der Anwendungslogik --> einheitliche Zugriffskonzepte und Schnittstelle

Woraus stammen die Befehle und Operationen in SQL?

- DDL: Data Definition Language - DML: Data Manipulation Language SQL ermöglicht auch die Definition physischer Zugriffspfade (Indizes)

Vom ER-Modell zum relationalen Modell Grad > 2

- Schema für jede Entität und die Beziehung - Primärschlüssel der Entitätschemata sind Fremdschlüssle im Beziehungsschema - PRimärschlüssel des Beziehungsschemas besteht aus Primärschlüsseln der Entitätschemata mit (0..n).Beziehung

Schwache Beziehung

- Schwache Entitäten existieren nicht ohne ihrer Eigentümerentität - Identifikation schwacher Entitäen nur im Kontext der Eigentümerentität - Eigentümerentität kann keine, eine oder mehrere schwache Entitäten besitzen - Schwache Entitäten haben keine Attribute, die Schlüssel bilden können

Was beeinflusst die Zugriffszeit auf Daten einer Festplatte?

- Seek Time (Schreib-Lese-Kopf in Position bringen): 6-8ms. - Latency (Warte, bis der richtige Sektor den Kopf passiert): 2-3ms. - Transferzeit (Daten von Platte in den Speicher übertragen): 15 MB/s.

Erkläung 2. Alternativ zur Speicherung in variabler Länge

- Speicherung als Key-Value-Paare. - Nicht gesetzte Felder nicht mehr explizit gespeichert. - Vorteil: Minimale Speicherplatzbelegung. - Nachteil: Auslesen der Paare aufwändig.

Was sind die Nachteile von 2-Schichten-Systemarchitektur?

- Starke Kopplung zwischen den einzelnen Schichten - Keine Komponenten kann ersetzt werden, ohne die anderen Komponenten anpassen zu müssen - Große Systeme werden schnell unübersichtlich => schwierige Wartbarkeit u. mangelnde Flexibilität

Welche Aspekte der Daten werden von einem Datenbankschema berücksichtigt?

- Struktur und Datentypen - Zulässiger Wertebereiche - Beziehungen - Abhängigkeiten - Identifizierbarkeit und Eindeutigkeit

Erweiterbares Hashing: Einfügen

- Suche Bucket. - Bei Überlauf des Bucket wird der Baum um weitere Knoten und Kanten erweitert: OVERFLOW

Was sind die Organisationsformen der Datensätze in Dateien und Blöcke im Hauptspeicher?

- Unspanned: Speicherung von vollständigen Datensätze. Ungenutzter Speicherplatz am Ende eines Blocks. - Spanned: Teile eines Datensatzes auch speicherbar.

Welche Anomalien können vorkommen?

- Werte müssen mehrfach eingegeben (Redundanz) bzw. verändert werden (auch Modifikationsanomalien) - Key Contraint, Tippfehler (wegen mehrfacher Eingaben) beim Einfügen; - Löschen eines Attribut führt zum Löschen andere Daten, die nicht gelöscht werden sollen

Welcher Vorteile bietet die 3-Schichten-Systemarchitektur an?

- klare Schnittstellen/Zuständigkeiten --> einzelne Schichte modifizierbar ohne starke Einfluss auf anderen

Erklärung zum konzeptiallen Datenmodell

- technologieneutral - Abbild der betriebswirtschaftlichen Realität - ER-Modell, objektorientiertes Entwurfsmodell

Erklärung zum loschen Datenmodell

- technologieneutral - formal, für bestimmte Datenhaltungssysteme, zur Implementierung - Relationales Modell, objektorientierte Modell, Netzwerk- und Hierarchi-Datenmodell

Erklärung zum physischen Datenmodell

- technologiespezifisch - beschreiben Speicherung, Zugriff, Datentypen, datenbanksystemabhängig

Warum werden DB permanent auf einer Festplatte gespeichert?

1. Die meisten DB sind zu groß, um im Hauptspeicher zu halten. 2. Primärer Speicher ist ausfallgefährdeter als sekundärer Speicher. 3. Kosten.

Vergehensweise der Erstellung von ER-Diagramme

1. Erstes Konzept mit grundlegenden Entitätstypen und Attributen 2. Einfügen von Beziehungstypen und Kardinalitäten 3. Attribute, die in mehreren Entitätstypen vorkommen, können auf einen eigenen Entitätstyp verfeinert werden 4. Zusammenlegung von Entitästypen (z.B. Entitätstypen mit nur einem Attribut)

Was passiert bei der Umbenennung von Name eines Schemas oder von Attributen eines Schemas?

1. Transformation des Schemas R in ein Schema R' mit gleicher Datenstruktur 2. Erzeugt aus einer Relation S von R eine Relation S' von R'

Welche zwei grundlegende Korrekheitskriterien müssen bei Normalisierung erfüllt sein?

1. Verlustlosigkei 2. Abhängigkeitserhaltung

Was sind am wichstigsten im Datenbank-Entwurfsprozess?

1. Vermeidung von Redundanzen im Datenbestand 2. Vollständigkeit

Wie prüft man auf erste Normalform 1NF?

Alle Attribute nur atomare Werte (mehrwertig o. zusammengesetzt A nicht erlaubt) -> eigene Relation erzeugen -> Vernüpfung mit Primärschlüssel -> 1:n - Beziehung

Was ist einwertige Attribute?

Attribute, bei denen zu einem bestimmten Zeitpunkt genau ein Wert existiert z.B. Attribute Alter, also ein Mensch kann nur einen Alter haben zur bestimmten Zeitpunkt

Was sieh mehrwertige Attribute?

Attribute, bei denen zu einem bestimmten Zeitpunkt mehrere Werte existieren können z.B.: eine Person kann zwei akademische Titel haben

Was sind abgeleitete Attribute?

Attribute, deren Wert sich aus anderen Atrtibuten herleiten lässt z.B.: Aus dem Geburtsdatum kann das Attribut alter hergeleitet werden

Was sind atomare Attribute

Attribute, die nicht geteilt werden können z.B.: Alter, Postleitzahl, Nachname

Volle funktionale Abhängigkeit

Aus der Attributmenge X kein Attribut entfernt werden kann ohnen die funktionale Abhängigkeit zu zerstören

Was ist der Sinn von der externen Ebene in 3-Schicht_Architektur?

Beschreibung Sichten auf die Daten

Was ist der Sinn von der konzeptuellen Ebene in 3-Schicht_Architektur?

Beschreibung die system- und anwendungsunabhängige Struktur

Warum muss eine Datenbank die Vollständigkeit der Daten beachten?

Ein nicht vollständiges Datenmodell führt zur Einschränkungen in der späteren Verwendung der Anwendung

Warum muss Datenbank Redundanzen im Datenbestand vermeiden?

Mehrfache Speicherung einer Information führt zu Inkonsistenz, fehlerhaften Datenbeständen

ER-Modell aus Mengentheoretischer Sicht

- Keine dopptelten Elemente - Ungeordnet

Was ist ein Schlüssel?

- Ein Attribut o. eine Attributkombination - eindeutig identifiziert ein Entität eines Entitätstyps

Was ist ein Datenbankpuffer?

- Ein Teil des Hauptspeichers, der temporär Kopiean der Seiten speichert. - Datender Relation werden seitenweise von Festplatte gelesen und im Puffer geschrieben. - DB-Operationen nur auf Datensätzen im Puffer. - Nur nach Abschluss aller relevanten Operationen auf Festplatte zurückgeschrieben

Bestandteile einer Tabelle des Relationalen Datenmodell

- Eindeutiger Name - Attribute (Spalten) über Wertenbereichen (Domänen) - Tupeln oder Datensätze (Zeilen)

Beschreibung des Aufbaus eines Datensatzes

- Eine Sammlung von Feldern, jedes Feld gehört zum einem Attribut eines Tupels einer Relation. - Ein Feld speichert den Wert des entsprechenden Attributes des Tupels. - Jedes Feld repräsentiert durch ein oder mehrere Bytes. - Felder sind typisiert.

Vom ER-Modell zum relationalen Modell (0..n):(0..m)

- Entitäten: eigenes Schema - Beziehung: eigenes Schema

Vom ER-Modell zum relationalen Modell (0..1):(0..n)

- Entitäten: eigenes Schema - Beziehung: keine eigene Tabelle - Primärschlüssel der Tabelle der Entität mit (0..1)-Bezeichnung als F in Tabelle der Entität mit (0..n)-Bezeichnung

Vom ER-Modell zum relationalen Modell 1:(0..1)

- Entitäten: eigenes Schema - Beziehung: keine eigene Tabelle - Primärschlüssel der Tabelle der Entität mit 1-Bezeichnung als F in Tabelle der Entität mit (0..1)-Bezeichnung - Fremdschlüssel non-null und unique

Vom ER-Modell zum relationalen Modell 1:(0..n)

- Entitäten: eigenes Schema - Beziehung: keine eigene Tabelle - Primärschlüssel der Tabelle der Entität mit 1-Bezeichnung als F in Tabelle der Entität mit (0..n)-Bezeichnung - Fremdschlüssel non-null

Vom ER-Modell zum relationalen Modell (0..1):(0..1)

- Entitäten: eigenes Schema - Beziehung: keine eigene Tabelle - Primärschlüssel der Tabelle einer der Entitäten als F in Tabelle der anderen Entität - Fremdschlüssel unique

Einfügen in einer Heap-Datei

- Erster Block in Hauptspeicher laden. - Aus Header den lezten Block identifiziert. - Letzter Block in Hauptspeicher laden und schreiben. - Update neue Adresse des letzten Blocks.

Vom ER-Modell zum relationalen Modell Schwache Beziehung

- Erzeugung Relationenschema für beide Entitäten - Primärschlüssel im schwachen Schema besteht aus Fremdschlüssel zum Eigentümerschema und entitäts-differenzierendem Attribut

Interpretation von null

- Es existiert kein Wert - Es könnte ein Wert existieren, der aber (noch) unbekannt ist - Jeder Wert ist möglich ...

Erklärung zur Fixlänge-Speicherung

- Für jedes Feld eine feste Anzahl von Bytes reserviert (in einen Block). - Vorteil: einfach und schnelle Adressierung. - Nachteil: Unflexible bezüglich Änderung der Datengröße

Was ist der Datenbank-Entwurfprozesse?

- Identifizierung der notwendigen Ausschnitte der realen Welt, die für die Abbildung eines Themengebietes notwendig sind - Überführung dieses Ausschnittes in ein adäquates Datenbankschema - Anforderungsanalyse -> Konzpeptuelles Design -> Logischer Etnwurf -> Physischer Entwurf

Vom ER-Modell zum relationalen Modell 1:1 (Alternativ 2)

- Jede Entität: eigenes Schema - Primärschlüssel der beiden Tabellen sind jeweils Fremdschlüssel in der anderen Tabelle - non-null Fremdschlüssel

Relation für Lehre (aus Professor- und Fachtabelle)

Eine Teilmenge

Funktion f:M1 -> M2

Eine eindeutige Zuordnung von Elementen aus M1 auf Elemente aus M2. Jedem x in M1 wird genau ein y in M2 zugeordnet

Besonderheiten von natural Join

Equi-Join und: - alle gleichnamigen Attributpaare werden verknüpft - ein Attribut je Attributpaar wird in diesem Schema entfernt

Primärschlüssel

Genau ein Schlüsselkandidate wird als Primärschlüssel des Schemas festgelegt

Wozu braucht man Datenbankschemata das?

In logischen Datenmodellen, Daten werden durch Datenbankschemata beschreiben

Was ist die Funktion von Indizes?

Index ist ein Verzeichnis, das für Attributwerten deren Speicherort angibt

Warum dauert es länger bei Update einer Tabelle mit Index im Vergleich mit ohne Index?

Index wird auch aktualisiert - Tabelle mit hoher Modifikation --> soll keine Indezes haben - Tabelle mit niedriger Modifikationsrate u. häufigen Abfragen --> besser geeignet

Allgemeine Join-Operation

Join-Operation auf Relationen S und t mit belibigem Selektionsprädikat

Left Outer, Right Outer, Full Outer

Keinen Verbundpartner erforderlich