Datenmodellierung

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Datenmodellierung und ERD: der Bauplan, der Abläufe in Daten übersetzt

Wenn du ein Haus baust, fängst du nicht sofort mit den Ziegeln an. Zuerst zeichnest du einen Bauplan: wie viele Zimmer es gibt und wo die Türen hinkommen. Bei einer Datenbank ist es genauso. Vorher aufzuzeichnen, welche Daten es im Geschäft gibt und wie sie zusammenhängen, nennt man Datenmodellierung, und das Ergebnis ist ein Datenmodell.

Modellierung hat drei Eigenschaften.

• Abstraktion: Aus den vielen Fakten der realen Welt wird das Gemeinsame herausgezogen und in einer festen Form dargestellt
• Vereinfachung: Eine festgelegte Notation macht das Modell für alle leicht verständlich
• Eindeutigkeit: Unklarheiten werden beseitigt, sodass sich das Modell nur auf eine Weise lesen lässt

Auch für den Blick auf das Geschäft gibt es drei Sichten: Was wird verwaltet (Datensicht), was wird getan (Prozesssicht) und wie wirkt sich das auf die Daten aus (Sicht auf das Zusammenspiel von Daten und Prozessen). Bei der Datenmodellierung steht die Datensicht im Mittelpunkt.

Konzeptionell → logisch → physisch: in drei Schritten konkreter

Auch ein Bauplan beginnt mit dem großen Bild und wird dann immer genauer. Die Modellierung teilt man ebenso in drei Phasen.

Drei Schemaebenen und Datenunabhängigkeit

Dieselben Daten sollen für verschiedene Leute unterschiedlich aussehen. ANSI/SPARC teilt eine Datenbank deshalb in drei Ebenen. Der Zweck der Ebenen: Ändert sich eine davon, sollen die anderen möglichst wenig davon merken – das ist die Datenunabhängigkeit.

Weil externe und konzeptionelle Ebene getrennt sind, bleibt die Ansicht der Benutzer gleich, auch wenn sich das konzeptionelle Schema ändert: Das ist die logische Datenunabhängigkeit. Weil konzeptionelle und interne Ebene getrennt sind, bleibt das konzeptionelle Schema gleich, auch wenn sich die Art der Speicherung ändert: Das ist die physische Datenunabhängigkeit.

Was bei schlechter Modellierung schiefgeht, fasst man ebenfalls in drei Punkten zusammen: Redundanz (dieselben Daten liegen an mehreren Stellen), mangelnde Flexibilität (schon kleine Änderungen im Geschäft erzwingen große Umbauten am Modell) und Inkonsistenz (zusammengehörige Daten passen nicht mehr zueinander).

ERD: ein Bild aus Entitäten, Beziehungen und Attributen

Ein Datenmodell zeichnet man meist als ERD (Entity-Relationship-Diagramm, kurz ER-Diagramm). Es besteht aus drei Bausteinen: Entitäten, Beziehungen und Attributen. Verbreitet sind die IE-Notation, bei der die Enden der Beziehungslinien wie Krähenfüße aussehen, und die Barker-Notation, die optionale Beziehungen gestrichelt zeichnet. Gezeichnet wird meist in dieser Reihenfolge:

1. Entitäten zeichnen
2. Entitäten sinnvoll anordnen – wichtige Entitäten nach links oben
3. Beziehungen zwischen den Entitäten ziehen
4. Beziehungsnamen eintragen
5. Eintragen, wie viele an der Beziehung beteiligt sind (eins oder viele)
6. Eintragen, ob die Beziehung bestehen muss (Pflicht oder optional)

Geh in der Grafik unten die Schritte durch und sieh zu, wie das ERD für Abteilung und Mitarbeiter entsteht. Du kannst dasselbe Modell auch in die Barker-Notation umschalten.

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Entitäten und Attribute

Jeder Kasten im ERD ist eine Entität, und was im Kasten steht, sind Attribute. Zuerst legst du fest, was eine Entität wird und was ein Attribut.

Entität: die Menge der Dinge, die das Geschäft verwalten muss

Eine Entität ist etwas, das im Geschäft gebraucht wird und dauerhaft verwaltet werden muss – Dinge, denen man einen Namen geben kann, etwa Mitarbeiter, Abteilung oder Bestellung. Wichtig ist: Eine Entität ist kein Einzelstück, sondern eine Menge. Die Entität Mitarbeiter steht nicht für eine Person, sondern für alle Mitarbeitenden zusammen, und jede einzelne Person darin heißt Instanz.

Damit etwas eine Entität sein kann, muss es diese Bedingungen erfüllen:

• Es ist Information, die das Geschäft braucht und verwalten will
• Es gibt einen Identifikator, mit dem sich jede Instanz einzeln unterscheiden lässt
• Es gibt mindestens zwei Instanzen – gibt es nur eine, lohnt sich keine eigene Entität
• Geschäftsprozesse nutzen die Entität (sie legen Instanzen an, lesen oder ändern sie)
• Sie hat Attribute
• Sie hat mindestens eine Beziehung zu einer anderen Entität – Ausnahmen wie Code- oder Statistikentitäten, bei denen man Beziehungen bewusst weglässt, gibt es

Entitäten werden nach zwei Kriterien eingeteilt.

Benannt wird mit den Begriffen, die im Fachbereich üblich sind: ohne Abkürzungen, im Singular und im ganzen Modell eindeutig. Aus „Bestellung“ wird also nicht „Bestellliste“ oder „Bestellungen“.

Attribut: eine nicht weiter teilbare Eigenschaft einer Entität

Ein Attribut ist eine Eigenschaft einer Entität, die das Geschäft braucht und die sich inhaltlich nicht weiter zerlegen lässt. Name und Gehalt eines Mitarbeiters sind Attribute, und „Ben“, der Wert, den die Instanz Ben im Attribut Name hat, ist ein Attributwert. So hängen die vier zusammen:

• Eine Entität ist eine Menge aus zwei oder mehr Instanzen
• Eine Entität hat zwei oder mehr Attribute
• Ein Attribut hat pro Instanz genau einen Wert – gibt es mehrere Werte, wird daraus eine eigene Entität

Wechsle in der Grafik unten den Begriff und sieh nach, welchem Teil der Tabelle jedes Wort aus dem logischen Modell entspricht.

Auch Attribute teilt man nach mehreren Kriterien ein.

Den Bereich der Werte, die ein Attribut annehmen kann, nennt man Domäne. Du legst ihn über Datentyp, Größe und Constraints fest. Die Domäne von „Punktzahl“ ist zum Beispiel eine ganze Zahl von 0 bis 100.