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MARTIN-LUTHER-UNIVERSITÄT HALLE-WITTENBERG
Institut für Informatik
Prof. Dr. Stefan Brass

Datenbanken I

(Wintersemester 2011/2012)

 

Ich wünsche allen Teilnehmern ein frohes und gesegnetes Weihnachtsfest und ein glückliches neues Jahr. Aus der letzten Vorlesung vor Weihnachten:

SQL-Schnittstelle im Web: Adminer

Dokumentationen verschiedener Datenbank-Managementsysteme:

 


Themen


In den Übungen wird das Datenbanksystem Oracle eingesetzt, sowie IBM DB2. In der Vorlesung werden aber auch Microsoft SQL Server, MySQL und Access diskutiert. Dieser Kurs wird auch im Rahmen der "Oracle Academic Initiative" veranstaltet. Der Dozent ist Oracle Certified Professional (Oracle8 DBA) und IBM Certified Advanced Database Administrator (DB2 UDB V8.1).

 


Dozent


Dr. Stefan Brass

Büro:
Raum 313 (Institut für Informatik, Von-Seckendorff-Platz 1)
Sprechstunde:
Mittwochs, 12:15-13:15 (und nach Vereinbarung)
Email:
brass@informatik.uni-halle.de
Telefon:
0345/55-24740
Fax:
0345/55-27333 (im Sekretariat)
Sekretariat:
Frau Vahrenhold, Telefon 0345/55-24750, Zimmer 324

 


Übungsleiter


Dr. Alexander Hinneburg

Büro:
Raum 314 (Institut für Informatik, Von-Seckendorff-Platz 1)
Sprechstunde:
Nach Vereinbarung.
Email:
hinnebur (at) informatik (punkt) uni-halle (punkt) Land
Telefon:
0345/55-24732

 


Termine


Vorlesung:

Tafel-Übung:

Praktische Übung am Rechner:

 


Vorlesungs-Materialien


Folien:

Die Folien werden jeweils vor der Vorlesung hier ins Netz gestellt (leichte Verbesserungen/Korrekturen sind auch noch möglich, nachdem die Folien schon ins Netz gestellt wurden).

Hinweis:

Übungsblätter:

Die Hausaufgabenblätter werden immer montags ins StudIP gestellt.

Beispiel-Datenbanken:

  1. Komponisten, Stücke, CDs:
                [UNIX] [Windows]
  2. US-Presidenten:
                [UNIX] [Windows]

Frühere Klausuren:

  1. Zwischenklausur aus dem Wintersemester 2000/2001
                [Postscript]   [PDF]
  2. Endklausur aus dem Wintersemester 2000/2001
                [Postscript]   [PDF]
  3. Klausur aus dem Wintersemester 2001/2002
                [Postscript]   [PDF]   [Beispiel-DB (UNIX)]   [Beispiel-DB (Windows)]
  4. Klausur aus dem Sommersemester 2002
                [Postscript]   [PDF]   [Lösung: Postscript]   [Lösung: PDF]
  5. Zwischenklausur aus dem Wintersemester 2002/2003
                [Postscript]   [PDF]
  6. Endklausur aus dem Wintersemester 2002/2003
                [Postscript]   [PDF]
  7. Zwischenklausur aus dem Wintersemester 2003/2004
                [Postscript]   [PDF]
  8. Endklausur aus dem Wintersemester 2003/2004
                [Postscript]   [PDF]

Frühere Klausuren (in Englisch):

Siehe auch:

 


Ablauf


1. Mo, 10.10.2011:
Kapitel 0: Informationen zur Vorlesung / Organisatorisches (Folie 0-1 bis 0-37)
Kapitel 1: Einführung (Folie 1-1 bis 1-15)
Aufgabe einer Datenbank, Anfrage, Update, Zustand, Schema, Datenmodell.
2. Mi, 12.10.2011:
Kapitel 1: Einführung (Folie 1-15 bis 1-54)
Datenmodell, DDL, DML, Datenbankmanagementsystem (DBMS), Anwendungsprogramme, Client-Server-Architektur, Three-Tier-Architektur, Persistente Daten, Datenunabhängigkeit, Vergleich Datenbankanwendung - klassisches Programm mit Dateien, Deklarative Programmier-/Abfrage-Sprachen.
3. Mo, 17.10.2011:
Kapitel 1: Einführung (Folie 1-56 bis 1-96)
Logische Datenunabhängigkeit, Drei-Schema-Architektur, Transaktionen, Datensicherheit, DBMS-Anbieter, Klassifizierung von Datenbank-Nutzern.
Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-1 bis 2-14)
Bedeutung des relationalen Modells, Beispiel-Datenbank, Datenwerte, Atomarität von Tabelleneinträgen.
4. Mi, 19.10.2011:
Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-15 bis 2-68)
Relationales DB-Schema, Zustand, Notationen für Schemata, Nullwerte, Integritätsbedingungen, Schlüssel, Fremdschlüssel.
5. Mo, 24.10.2011:
Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-63, 2-64 bis 2-88)
Ausführliche Diskussion über Schlüssel am Beispiel, Fremdschlüssel (Definition, Notationen, Beispiele), Fremdschlüssel und Schlüssel, Fremdschlüssel und Updates (passive vs. aktive Integritätssicherung).
Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-1 bis 3-11)
Einführung, Motivation, Geschichte.
6. Mi, 26.10.2011:
Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-12 bis 3-76)
Signaturen, Interpretationen, Einbettung von Datenmodellen in Logik (Abbildung von DB-Schema auf Signaturen und DB-Zuständen auf Interpretationen), Tupelkalkü und Bereichskalkül für das relationale Modell sowie Entity-Relationship-Modell als Spezialfälle der Prädikatenlogik, Variablendeklaration, Terme, atomare Formeln, Formeln.
7. Mi, 02.11.2011:
Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-76 bis 3-108)
längere Wiederholung zur Logik und zur Beziehung zu Datenbanken, Definition von Formeln, Klammerersparnis-Regeln, geschlossene Formeln, freie Variablen, Variablenbelegungen, Wert eines Terms, Wahrheitswert einer Formel, Modell, konsistent, inkonsistent, Tautologie, Formeln in Datenbanken, Integritätsbedingungen, Anfragen (ganz kurz).
8. Mo, 07.11.2011:
Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-108 bis 3-141)
Wiederholung zu DB-Schemata und Integritätsbedingungen, Anfragen in der Logik, Spezialfall Bereichskalkül, QBE, ER-Kalkül (kurz), Tupelkalkül, Vergleich mit SQL, Bereichsunabhängigkeit.
9. Mi, 09.11.2011 (Vertretung durch Dr. Hinneburg):
Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-144 bis 3-166)
Implikationen und Äquivalenzen, Bedeutung für Datenbanken.
Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-13 bis 4-41)
Einführung, Bedeutung der relationalen Algebra, Selektion, erweiterte Selektion, Projektion, Projektion mit Umbennung und Datentyp-Operationen, Schachteln von Operationen, Basis-Operanden (Relationennamen, konstante Relationen).
10. Mo, 14.11.2011:
Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-1 bis 4-14, 4-42 bis 4-79)
Wiederholung (insbesondere zur Bedeutung der relationalen Algebra), kartesisches Produkt, Umbenennung von Spalten, Basisoperationen vs. abgeleitete Operationen, Verbund, natürlicher Verbund, Äquivalenz von Anfragen, algebraische Gesetze, Anfragemuster: Verbund-Selektion-Projektion, Selbstverbund, Mengenoperationen (Vereinigung, Mengendifferenz, Schnitt).
11. Mi, 16.11.2011:
Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-74 bis 4-100, 4-112 bis 4-127)
Mengenoperationen (Vereinigung, Differenz, Schnitt), Monotone und nichtmonotone Anfragen, Notwendigkeit der Differenz, Anti-Join, Beispiel (höchste Punktzahl für HA 1), Vereinigung vs. Verbund, Äußerer Verbund (Outer Join), Grenzen der relationalen Algebra, streng relational vollständige Anfragesprachen, Übersetzung von Relationenalgebra in Bereichskalkü, Skizze für umgekehrte Richtung.
Kapitel 5: SQL I (Folie 5-1 bis 5-11)
Bedeutung von SQL, Einfache SQL-Anfragen (eine Tabelle), von Relationenalgebra zu SQL, von Tupelkalkül zu SQL.
12. Mo, 21.11.2011:
Kapitel 5: SQL I (Folie 5-12 bis 5-75)
Geschichtliches zu SQL, SQL Standards, Lexikalische Syntax (Leerplatz, Kommentare, Zahlkonstanten, Zeichenkettenkonstanten, Bezeichner, Reservierte Wörter, Delimited Identifier, ' vs. "), Deklaration von Tupelvariablen in der FROM-Klausel, Verbunde/Joins, Naiver Auswertungsalgorithmus mit geschachtelten Schleifen, Anfrageformulierung (von natürlicher Sprache zu SQL), Unnötige Verbunde, Selbstverbund, Beispiele für Fehler.
13. Mi, 23.11.2011:
Kapitel 5: SQL I (Folie 5-76 bis 5-130)
Terme (Skalare Ausdrücke), Optionalität von Tupelvariablen in Attribut-Referenzen, Datentyp-Operationen, Bedingungen (WHERE-Klausel), Bindungsstärke/Prioritäten von AND, OR, NOT, Vergleiche, Vergleiche von Zeichenketten, BETWEEN, LIKE, IN (mit explizit aufgezählter Menge von Werten), IS NULL, SELECT, *, DISTINCT.
14. Mo, 28.11.2011:
Kapitel 5: SQL I (Folie 5-117 bis 5-125, 5-131 bis 5-138)
dreiwertige Logik, Bedingungen mit Nullwerten, IS NULL, Überraschungen durch dreiwertige Logik, Algorithmus (hinreichende Bedingung) für "Wird eine gegebene Anfrage Duplikate liefern?", Diskussion über manchmal erwünschte Duplikate und "Schwache Schlüssel", Diskussion über Verwendung von Tupelvariablen in Attribut-Referenzen.
Kapitel 6: SQL II (Folie 6-1 bis 6-29)
Wiederholung zu nichtmonotonem Verhalten von Anfragen, NOT IN mit Unteranfragen, Diskussion zu DISTINCT in Unteranfragen, Verwendung von IN statt normalen Join zur Eliminierung bestimmter Duplikate, NOT EXISTS, korrelierte vs. nicht korrelierte Unteranfragen, Gütigkeitsbereiche von Variablen, Verfeinerte Regel zur Optionalität von Tupelvariablen in Attributreferenzen, Diskussion zur SELECT-Klausel in EXISTS-Unteranfragen, Beispiel für Allaussagen mit NOT EXISTS.
15. Mi, 30.11.2011:
Kapitel 6: SQL II (Folie 6-29 bis 6-74)
Allaussagen mit NOT EXISTS, Häufige Fehler mit Unteranfragen, IN vs. EXISTS (Verhalten bei Nullwerten), Unteranfragen mit ALL/ANY/SOME, Unteranfragen als Terme, Unteranfragen unter FROM, Aggregationsfunktionen, Einfache Aggregationen in SQL.
16. Mo, 05.12.2011:
Kapitel 6: SQL II (Folie 6-74 bis 6-113)
Wiederholung zu Aggregationsfunktionen, Syntaktische Restritionen bei einfachen Aggregationen, Nullwerte und Aggregationsfunktionen, GROUP BY, HAVING, Aggregationsunteranfragen, geschachtelte Aggregationen, UNION.
17. Mi, 07.12.2011:
Kapitel 6: SQL II (Folie 6-110 bis 6-154)
UNION, UNION ALL, Andere Mengenoperationen, Bedingte Ausdrücke, ORDER BY, SQL-92 Verbundsyntax, Outer Join, Diskussion möglicher Fehler beim Outer Join.
Kapitel 7: Data Warehouses und neuere SQL-Konstrukte (Folie 7-1 bis 7-10)
Einführung in Data Warehouses, Charakteristika von OLAP-Datenbanken vs. OLTP-Datenbanken, Multidimensionale Daten: "Data Cube".
18. Mo, 12.12.2011:
Kapitel 7: Data Warehouses und neuere SQL-Konstrukte (Folie 7-9 bis 7-66)
Multidimensionale Daten: "Data Cube", Stern-Schema (Fakten-Tabelle, Dimensions-Tabellen), Fortgeschrittene Gruppierung (ROLLUP, CUBE, GROUPING SETS), Top-N Anfragen, Window Functions/Analytic Functions (OVER, RANK).
19. Mi, 14.12.2011:
Kapitel 7: Data Warehouses und neuere SQL-Konstrukte (Folie 7-67 bis 7-83)
Implizite und Explizite Fenster im OVER-Konstrukt, mögliche Auswertung.
Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-1 bis 8-60)
Zweck des Datenbankentwurfes, Programme vs. Daten, Phasen des Datenbankentwurfes, Einordnung des ER-Modells, Grundlegende ER-Elemente (Entities, Attribute, Relationships), Graphische Syntax, Semantik, Integrit"atsbedingungen, Kartinalitäten (kurz).
20. Mo, 19.12.2011:
Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-56 bis 8-101)
(min,max)-Kardinalitäten, typische Fälle: Eins-zu-viele/Viele-zu-viele/eins-zu-eins Beziehungen, verpflichtende vs. optionale Teilnahme an Relationships, Alternative ER-Notationen (insbesondere für Kardinalitäten), Schlüssel, Diskussion über künstliche Schlüssel vs. natürliche Schlüssel, schwache Entity-Typen.
21. Mi, 21.12.2011:
Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-92 bis 8-119)
Wiederholung zu schwachen Entity-Typen, Association-Entity-Typen, Umwandlung von Relationships in Entity-Typen, Qualität von ER-Schemata.
Kapitel 9: Einführung in den logischen Entwurf (Folie 9-1 bis 9-24)
Wiederholung zu Gründen für das mehrstufige Vorgehen beim DB-Entwurf, Ziel des logischen Entwurfs, Übersetzung von Entity-Typen und Beziehungen in das relationale Modell.
Diskussion über Fragen des Datenbank-Entwurfs am Beispiel einer Feuerwerksartikel-Datenbank.
22. Mo, 09.01.2012:
Kapitel 9: Einführung in den logischen Entwurf (Folie 9-1 bis 9-41)
Übersetzung von ER-Schemata in das relationale Modell (Entity-Typen, 1:n Beziehungen, n:m Beziehungen, 1:1 Beziehungen, Beziehungs-Attribute, schwache Entity-Typen, Umgang mit Namenskonflikten, Umbenennung von Spalten und Relationen), Grenzen der Übersetzung, Methoden der Integritäts-Überwachung.
Kapitel 10: Tabellendefinitionen in SQL (Folie 10-1 bis 10-88)
Klassische SQL-Datentypen (u.a. CHAR, VARCHAR, NUMERIC, INT, REAL), Überblick zu Datentyp-Funktionen, Überblick zu weiteren Datentypen (u.a. CLOB, BLOB, DATE), CREATE TABLE Syntax (u.a. Unterschied Spaltenconstraints zu Tabellenconstraints).
23. Mi, 11.01.2012:
Kapitel 10: Tabellendefinitionen in SQL (Folie 10-87 bis 10-128)
Grundidee effizienter Integritätsüberwachung, Einschränkungen bei CHECK-Constraints, Constraint-Namen (Gründe dafür), Möglichkeiten zur aktiven Integritätssicherung bei Fremdschlüsseln, Defaultwerte für Spalten, Hinweis auf systemabhängige Möglichkeiten zur Generierung eindeutiger Nummern, CREATE SCHEMA, DROP TABLE, Hinweis auf ALTER TABLE
Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-1 bis 11-6)
Motivation, Beispiel
Befragung zur Evaluation der Vorlesung
24. Mo, 16.01.2012:
Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-1 bis 11-57)
Redundanz, Update-Anomalie, Einfügeanomalie, Löschanomalie, Funktionale Abhängigkeiten (FAen), FAen und Schlüssel, Triviale FAen, Implikation von FAen, Armstrong Axiome, Attribut-Hülle, Entscheidung der Implikation mittels Attribut-Hülle, Diskussion über Bestimmung von Schlüsseln aus FAen, Motivation für BCNF (Boyce-Codd-Normalform), Definition von BCNF, Prüfung auf BCNF, 3NF (Dritte Normalform), 3NF vs. BCNF, Aufspaltung von Relationen
25. Mi, 18.01.2012:
Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-58 bis 11-68)
Synthesealgorithmus für 3NF, Ausführliche Diskussion zu 3NF vs. BCNF, Beispiel für Relation in 3NF und nicht in BCNF (mündlich), Verlustlosigkeit, Dekompositionssatz, Diskussion zur Schema-Inäquivalenz bei Aufspaltungen.
Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (Folie 12-1 bis 12-19, 12-24 bis 12-31)
INSERT, UPDATE, DELETE, COMMIT, ROLLBACK, autocommit, mündlicher Bericht über Undo-Möglichkeiten in SQL und in Oracle, ACID-Merkregel für Transaktionen, Atomarität, Dauerhaftigkeit
26. Mo, 23.01.2012:
Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (Folie 12-20 bis 12-23, 12-31 bis 12-70)
Neue Folien zur MERGE-Anweisung, Fortsetzung der ACID-Merkregel: Isolation, Konsistenz, Transaktions-Verwaltung in SQL (COMMIT, ROLLBACK, automatisches COMMIT), Illusion exklusiven Zugriffs auf ganze DB: "Ein-Terminal-Betrieb", Gründe für verschachtelte/parallele Abarbeitung von Transaktionen, Zielkonflikt: Isolation vs. Leistung, Sperren (X-Locks, S-Locks), Deadlock, Dirty Read Problem, Lösung mit Sperren und mit Multi-Version-Concurrency-Control, Lost Update Problem, FOR UPDATE
27. Mi, 25.01.2012:
Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (Folie 12-71 bis 12-85, 12-94, 12-111 bis 12-125)
Nonrepeatable Read Problem, Inconsistent Analysis Problem, Phantom Problem, LOCK TABLE, Isolationsstufen in SQL, Sperren auf verschiedenen Ebenen: Intent-Sperren, Theoretisches Modell für Transaktionen als Folge von read- und write-Anweisungen, Schedules, semantische Serialisierbarkeit, Konflikt-Serialisierbarkeit, Test mittels Konfliktgraph
Kapitel 13: Datenschutz: Zugriffsrechte in SQL (Folie 13-1 bis 13-17)
Motivation für DB-Sicherheit, Anforderungen, Benutzer-Authentifikation
28. Mo, 30.01.2012:
Kapitel 13: Datenschutz: Zugriffsrechte in SQL (Folie 13-18 bis 13-71)
Subjekt-Verb-Objekt-Modell für Zugriffsrechte in SQL, Einschränkungen/Probleme und Lösungen, Verkapselung von Objekten (Tabellen) durch Sichten und serverseitige Prozeduren (stored procedures), Discretionary Access Control vs. Mandatory Access Control, Schutz der Datenbank-Dateien, Einführung in das deutsche Datenschutzrecht, GRANT-Kommando in SQL, Zugriff auf Tabellen anderer Nutzer in Oracle, TO PUBLIC, WITH GRANT OPTION, Rechte des Besitzers einer Tabelle, REVOKE
Kapitel 14: Sichten (Views, Virtuelle Tabellen) (Folie 14-1 bis 14-38)
Motivation, Konzept, Übersetzung von Anfragen an Sichten, Vergleich mit Tabelle mit Anfrageergebnis, Materialisierte Sichten, Rekursive Sichten, Anwendungen von Sichten, "View Update Problem", Gründe/Anwendungen für Updates auf Sichten, Übersetzung von Updates von Sichten auf Basistabellen, Beispiele für unmögliche und mehrdeutige Übersetzungen, Updatebare Sichten nach dem SQL-Standard
29. Mi, 02.02.2012:

 


Voraussetzungen zur Teilnahme


Es gibt nur wünschenswerte Modulvoraussetzungen, keine obligatorischen. Ohne diese Voraussetzungen (insbesondere ohne Programmierkenntnisse) ist die Teilnahme aber auf eigene Gefahr. Es könnte z.B. sein, daß Sie mit den Voraussetzungen eine bessere Note erhalten hätten. Andererseits kann man natürlich durch entsprechend größeren zeitlichen Aufwand in Vorbereitung, Nacharbeit und Selbststudium alles wieder wettmachen. Hier nun die wünschenswerten Vorkenntnisse:

 


Punkte Datenbank


Die Punkte-Datenbank gibt Ihnen die Möglichkeit, die für Sie eingetragenen Punkte für Hausaufgaben und Klausur einzusehen, so daß Sie sich bei möglichen Unstimmigkeiten melden können. Außerdem werden einige statistische Angaben (Durchschnittspunktzahl etc.) angezeigt. Wir hoffen, die Bewertung so transparenter zu machen. Dr. Hinneburg benutzt die Übungsplattform in StudIP, die im Gegensatz zu meiner Punkte-Datenbank auch elektronische Abgaben von Hausaufgaben erlaubt. Für einen Datenbank-Kurs ist es aber gut, eine praktische Anwendung zu haben. Ich habe schon manches dadurch gelernt. Eine vereinfachte Version der Punkte-Datenbank wird auch in der Vorlesung als Beispiel verwendet. Ich entwickle die Punkte-Datenbank noch weiter (wenn ich Zeit habe), Verbesserungsvorschläge sind also willkommen.

Wir können die Sicherheit Ihrer Daten nicht garantieren (obwohl wir uns natürlich etwas Mühe geben). Falls Sie Ihre Daten nicht in der Punkte-Datenbank wünschen, melden Sie sich bitte. Ansonsten könnte sich jemand anders unter Ihrem Namen eintragen und dann Ihre Punkte einsehen. Sich nicht einzutragen und nicht zu melden wäre also für den Datenschutz sogar besonders gefährlich.

 


Literatur (Bücher)


Ich empfehle, sich eins der folgenden Bücher zu beschaffen und begleitend zur Vorlesung zu lesen. Die Reihenfolge ist mehr oder weniger zufällig und nicht als Wertung zu verstehen. Außerdem werde ich die in der Vorlesung verwendeten Folien zur Verfügung stellen.

[Weitere Datenbank-Lehrbücher]

 


Software (DBMS)


Kommerziell (Relational/Objektrelational):

Halbkommerziell/Open Source/Frei:

[Meine alte Software Link-Seite]

 


Informationen zur Installation von Oracle


 


Informationen zur Oracle Zertifizierung


 


Informationen zur IBM DB2 Zertifizierung


 


Literatur im WWW (Links)


Meine Sammlung von WWW-Referenzen:

Datenbank Tutorien im Internet:

Weitere Informationsquellen:


Stefan Brass (brass@informatik.uni-halle.de), 10. Oktober 2011

Original URL: http://www.informatik.uni-halle.de/~brass/db11/   [XHTML 1.0 geprüft]   [CSS geprüft]   [Links Geprüft]