Informationssysteme / Datenbankabfragen

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Informationssysteme / Datenbankabfragen

• Thomas Mohr

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Informationssysteme
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Was ist ein Informationssystem ?

• Ein Informationssystem kann auf formalisierte
  Fragen eines Anwenders Antworten aus einer
  gegebenen Datenmenge geben
• Komponenten eines Informationssystems

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Ein Ausgangspunkt im Unterricht

• Schüler führen eine Internet-Recherche
  durchNachbarländer Deutschlands Fläche,
  Einwohner, Hauptstadt
• Nutzung eines Informationssystems
• Unterschiedliche Darstellung der Informationen

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Software-Architekturen Standalone-Programm

• Vorteile
• Übersichtlichkeit (?)
• Schnell zu programmieren
• nur eine Programmiersprache

• Nachteile
• Daten meist nur vom erzeugenden Programm zu lesen
• Erweiterungen aufwändig
• Immer wieder gleiche Probleme (z.B. Datumsformat)

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Software-Architekturen - Client-Server
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Software-Architekturen - Client-Server

• Vorteile
• Datenbank übernimmt Standardaufgaben
• Daten zentral vorhanden(für mehrere Benutzer /
  Programme)
• Erweiterungen relativ einfach

• Nachteile
• Installation von Software auf allen Clients
  notwendig
• Weitere Sprache zum Datenbankzugriff

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Software-Architekturen Webarchitektur
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Software-Architekturen Webarchitektur

• Vorteile
• Keine Installation von zusätzlicher Software beim
  Client

• Nachteile
• http-Protokoll ohne Sessionverwaltung

Darstellung
Client
Webclient (Browser)
Logik
Webserver (z.B. Apache und PHP)
Server
Datenbasis
Datenbankserver (z.B. MySQL)
Server
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Typische Hardware-Verteilung

• Viele (Web-) Clients teilen sich die Dienste
  eines Webservers, der wiederum auf einen
  Datenbankserver zurückgreift.
• In kleinen Systemen können Web- und
  Datenbankserver auf dem gleichen Rechner sein.

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bis hin zum Extrem einer Web Farm
Load Balancer
Application Server Farm
je 4 Prozessoren
HACMP Fail-Over
Production DB Server
FailOver DB Server
32 GByte RAM
32 GByte RAM
FDDI Switch
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Arten von Datenbanken

• Relationale Datenbanken
• Die Daten werden in Form von Tabellen gespeichert
• Zwischen den Tabellen werden Beziehungen
  aufgebaut (Relationen)

Land
Name Einwohner Hauptstadt Kontinent Dänemark 51650
00 Kopenhagen Europa Deutschland 81338000
Berlin Europa Indien 761000000
Delhi Asien Rwanda 6300000 Kigali Afrika
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Arten von Datenbanken

• Relationale Datenbanken typische Vertreter
• Oracle
• IBM (DB/2)
• Microsoft SQL Server (Access ?)
• Informix
• MySQL
• PostGreSQL

OpenSource
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Abfragen mit SQL

• SQL Structured Query Language.
• Bezeichnet eine Sprache zur Kommunikation mit
  Datenbanken.
• Ist international genormt und wird von vielen DBS
  verstanden.
• Wird im Folgenden zur Formulierung von Abfragen
  eingesetzt.
• Syntax einer (einfachen) SQL-Abfrage
• SELECT Spalten
• FROM Tabelle
• WHERE Bedingung
• ORDER BY Attribute
• Die WHERE- und die ORDER BY-Klausel sind
  optional.

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Datenbankzugriff - Ein erstes Beispiel

• SELECT Name, Einwohner, Kontinent FROM Land
  WHERE Einwohner gt 10

Länder mit über 10 Mio. Einwohner
Land
LNR Name Einwohner Hauptstadt Kontinent DK Dänemar
k 5.16 Kopenhagen Europa D Deutschland 81.34
Berlin Europa IND Indien 761.00
Delhi Asien RWA Rwanda 6.30 Kigali Afrika

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Ein erstes Problem der Datenbank führt zur
Erweiterung

• Welche Länder gibt es in Europa mit mehr als 20
  Mio Einwohner?

SELECT Name, Einwohner FROM Land WHERE
Kontinent 'Europa' AND Einwohner gt 20
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Relationale Datenbanken Beziehungen

• Land und Kontinent werden in zwei getrennten
  Tabellen gespeichert und über eine Beziehung
  miteinander verknüpft.
• Zur Verknüpfung dient ein Kürzel des Kontinents,
  das als Fremdschlüssel in Land gespeichert wird.

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Relationale Datenbank Aufbau

• Jeder Datensatz wird durch einen Schlüssel
  (Primärschlüssel) eindeutig identifiziert. Der
  Schlüssel
• kann aus mehreren Attributen zusammengesetzt
  werden.
• ist minimal, d.h. es kann kein Attribut
  weggelassen werden.
• Oft wird ein zusätzliches, eindeutiges
  Schlüsselattribut hinzugefügt,z.B. eine
  Landeskennung
• wird meist durch Unterstreichung gekennzeichnet.

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Relationale Datenbanken Beziehungen

• Zwischen den Tabellen bestehen Beziehungen
  (Relationen)
• z.B. Kontinent eines Landes
• Die Verknüpfung erfolgt grundsätzlich dadurch,
• dass ein Fremdschlüssel der einen Tabelle
• auf den zugehörigen Primärschlüssel der anderen
  Tabelle zeigt.
• Vorteile
• Daten werden jeweils nur in einer Tabelle
  gespeichert.
• Datenänderungen sind leichter durchzuführen.
• Strukturänderungen (z.B. das Hinzufügen der
  Kontinentfläche) lassen sich meist mit geringem
  Aufwand realisieren.
• Die Struktur lässt flexiblere Abfragen zu.

Master
Detail
PKey Data
PKey Data FKey
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SQL einfache Joins

• Müssen in SQL Daten aus mehreren Tabellen
  entnommen werden, so werden sog. Joins
  gebildet.
• Die Abarbeitung eines Joins in mehreren Schritten
  kann an folgendem Beispiel veranschaulicht
  werden
• Es sollen alle Länder mit ihren Kontinenten
  ausgegeben werden, die mehr als 10 Mio. Einwohner
  haben.

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SQL einfache Joins

• Cross-Join (jede Zeile mit jeder)
• SELECT FROM Land, Kontinent

LNR Name Einwohner KNR DK Dänemark 5.16 EU D Deuts
chland 81.34 EU IND Indien 761.00 AS RWA Rwanda 6.
30 AF
KNR Name EU Europa AS Asien AF Afrika
Land
Kontinent
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SQL einfache Joins

• Einschränken auf passende Datensätze.
• Es dürfen nur die Zeilen genommen werden, für die
  die Land und die Kontinent Tabelle Daten des
  gleichen Kontinents enthalten.
• Dies wird durch die sog. Join-Bedingung
  erreicht.
• SELECT FROM Land, Kontinent

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SQL einfache Joins

• Einschränken auf passende Datensätze (2).
• Es sollen nur Länder mit gt 10 Mio. Einwohner
  gezeigt werden.
• Momentan würde auch Dänemark ausgegeben
  werden.Also muss eine weitere Bedingung erfüllt
  sein
• SELECT FROM Land, Kontinent WHERE Land.KNR
  Kontinent.KNR

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SQL einfache Joins

• Einschränken auf gesuchte Spalten.
• Nur bestimmte Spalten werden ausgegeben.
• SELECT Land.Name, Land.Einwohner, Kontinent.Name
  FROM Land,Kontinent WHERE Land.KNR
  Kontinent.KNR AND Land.Einwohner gt 10

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Erweiterung der Datenbank

• Es sollen nun die wichtigsten Orte der Länder
  gespeichert werden.
• Wie sieht eine solche Ländertabelle aus?
• Es wird eine neue Tabelle Ort angelegt mit
  einem Fremdschlüssel auf Land.

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Bisheriges Schema der Datenbank

• Ein erstes E/R-Modell
• eigentlich intuitiv zu lesen!?

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SQL Tabellen-Alias

• Soll in SQL auf eine Tabelle mehrfach zugegriffen
  werden, so kann dies mit Alias-Namen geschehen
• Es sollen alle Städte mit mehr als 1 Mio.
  Einwohner ausgegeben werden dabei auch das
  zugehörige Land mit Hauptstadt.
• logische Struktur
• SELECT o.Name AS Stadt, l.Name AS Land, hs.Name
  FROM Ort o, Land l, Ort hs WHERE o.LNR l.LNR
  AND l.HauptONR hs.ONR AND
  o.Einwohnergt10000000

Der Alias-Name für Land ist nicht notwendig
(verkürzt die Abfrage)
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Erweiterung der Datenbank

• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
• Flüsse fließen durch Orte.
• Manche Orte werden von mehreren Flüssen
  durchflossen(z.B. Koblenz)
• Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus?

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Erweiterung der Datenbank

• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
• Flüsse fließen durch Orte.
• Manche Orte werden von mehreren Flüssen
  durchflossen(z.B. Koblenz)
• Wie sieht die Tabelle für die Flüsse aus?

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Erweiterung der Datenbank

• Es sollen Flüsse gespeichert werden.
• Flüsse fließen durch Orte.
• Manche Orte werden von mehreren Flüssen
  durchflossen(z.B. Koblenz)
• Zuordnungstabelle mit Schlüsseln aus beiden
  Haupttabellen.

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Struktur der Datenbank terra4
Sprache
n
gesprochen
1
n
m
Teil von
Land
Ort
Hauptstadt
n
1
1
n
Teil von
durchfließt
1
m
Kontinent
Fluss
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Gruppieren von Ergebnissen

• Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage
  gruppiert und verrechnet werden.
• Bsp. Wie viele Städte sind in Europa pro Land
  verzeichnet?
• SELECT o.ONR, l.Name FROM Ort o, Land l WHERE
  o.LNR l.LNR AND l.KNR 'EU ORDER BY
  l.Name

Selbst zählen???NEIN!
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Gruppieren von Ergebnissen

• Manchmal müssen die Ergebnisse einer Anfrage
  gruppiert und verrechnet werden.
• Bsp. Wie viele Städte sind in Europa pro Land
  verzeichnet?
• SELECT l.Name, COUNT() AS Anzahl FROM Ort o,
  Land l WHERE o.LNR l.LNR AND l.KNR 'EU
  GROUP BY l.Name ORDER BY l.Name

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Struktur der kompletten Datenbank miniterra
Sprache
n
gesprochen
n
1
n
m
Teil von
benachbart
Land
Ort
Hauptstadt
m
n
1
1
n
Teil von
durchfließt
m
1
1
mündet
Kontinent
Fluss
n
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u.v.m.

• SQL bietet noch einige weitere (hier nicht
  behandelte) Möglichkeiten
• OUTER JOINS
• Es werden beim Join auch Datensätze angezeigt,
  die keinen Join-Partner finden.
• Bsp. Alle Städte sollen ausgegeben werden und
  zwar (wenn vorhanden) mit ihren Flüssen.
• Behandlung von leeren Feldern (NULL-Werten)

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Vernetzung des Themas - Grenzen von SQL

• Problem Verfolgen eines Flusslaufes
• von der Quelle zum Meerz.B. Spree
• Hier werden iterative Strukturenbenötigt, die
  SQL (als mengen-orientierte Sprache) im Standard
  nicht bietet.
• Anknüpfung an Programmierung
• PHP, Delphi, Java

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Vernetzung des Themas - Grenzen von SQL

• Problem Verfolgen eines Flusslaufes
• vom Meer zu den Zuflüssenz.B. Nordsee
• Beispiel für eine (elegante?)rekursive
  Programmierung

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Vernetzung des Themas - Auswertungen

• Grafische Auswertung der Datenbank(z.B. Anzahl
  der Länder pro Kontinent)
• über Werkzeuge (z.B. Excel)
• über selbst erstellte Programme

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Vernetzung des Themas - Datenschutz

• Datenbank-basierte Umfrage in der Schule
• Wie können durch Verknüpfen (eigentlich
  harmloser) Daten neue Informationen gewonnen
  werden?

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Welches Datenbanksystem ? - Vorschlag MySQL

• Freie Software mit großer Entwicklergemeinde
• inzwischen allerdings von SUN aufgekauft
• Installation über XAMPP-Paket auch für Schüler
  leicht machbar
• vorkonfigurierte Version (inkl. Datenbanken) ohne
  Installationszwang kann den Schülern zur
  Verfügung gestellt werden
• Es fehlen noch typische Konzepte relationaler
  Datenbanken
• Echte Fremdschlüssel-Überwachung
• Trigger
• www.xampp.org
• www.mysql.com

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Wahlfach Informatik im Leibniz-Gymnasium Pirmasens