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Datenbanken I

Ablauf (Planung der zeitlichen Aufteilung)

Die folgende Liste enthält eine ungefähre Übersicht, wann welcher Stoff behandelt wird. Im Laufe des Semesters ist beabsichtigt, die Liste zu aktualisieren, und den tatsächlich behandelten Stoff einzutragen. Der Planungs-Stand entspricht dem Ablauf in einem früheren Semester, und wird voraussichtlich noch etwas komprimiert, um z.B. am Ende Anwendungsprogrammierung ausführlicher behandeln zu können. Selbstverständlich sind alle Angaben unverbindlich.

Tatsächlicher Ablauf:

1. Mo, 05.10.2015 (Vertretung durch PD Dr. Hinneburg):

Kapitel 0: Informationen zur Vorlesung / Organisatorisches (Folie 0-1 bis 0-37)
Geplante Inhalte, Hausaufgaben, Klausur, Lehrbücher, Software.

Kapitel 1: Einführung (Folie 1-1 bis 1-97)
Aufgabe einer Datenbank, Anfrage, Update, Zustand, Schema, Strukturierung von Daten am Beispiel, 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, Logische Datenunabhängigkeit, Drei-Schema-Architektur, Transaktionen, Datensicherheit, DBMS-Anbieter, Klassifizierung von Datenbank-Nutzern, Zusammenfassung zu Vor- und Nachteilen von DBMSen.

2. Di, 06.10.2015:

Kapitel 1: Einführung (Wiederholung)
Anfrage, Update, Zustand, Schema, Datenmodell, Datenbankmanagementsystem (DBMS), Anwendungsprogramme, Client-Server-Architektur, Three-Tier-Architektur, Datenunabhängigkeit, Deklarative Programmier-/Abfrage-Sprachen, Transaktionen, Datensicherheit, Nutzen eines DBMS.

Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-1 bis 2-19)
Bedeutung des relationalen Modells, Beispiel-Datenbank, Datenwerte, Atomarität von Tabelleneinträgen, Relationales DB-Schema, erste CREATE TABLE Anweisung.

3. Mo, 12.10.2015:

Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-19 bis 2-54)
Tupel, relationaler DB-Zustand, Notationen für Schemata, Nullwerte. Erste Einführung in SQL: einfache Anfragen, Anfragen über mehrere Tabellen (Verbund).

4. Di, 13.10.2015:

Kapitel 2: Das relationale Datenmodell (Folie 2-55 bis 2-101)
Integritätsbedingungen. Schlüssel (Definition, Minimalität, Primär-/Alternativschlüssel, Notationen, Diskussion über natürliche und künstliche Schlüssel). Fremdschlüssel (Definition, Notationen, Beispiele), Fremdschlüssel und Schlüssel, Fremdschlüssel und Updates (passive vs. aktive Integritätssicherung).

5. Mo, 19.10.2015:

Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-1 bis 3-66)
Einführung, Motivation, Geschichte, 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 als Spezialfälle der Prädikatenlogik, Variablendeklaration, Terme.

6. Di, 20.10.2015:

Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-67 bis 3-102)
Wiederholung zu Termen. Atomare Formeln, Formeln, Klammerersparnis-Regeln, geschlossene Formeln, freie Variablen. Variablenbelegungen, Wert eines Terms, Wahrheitswert einer Formel, Modell, konsistent, inkonsistent, Tautologie, Formeln in Datenbanken, Integritätsbedingungen, Beispiele in Tupelkalkül und Bereichskalkül.

7. Mo, 26.10.2015:

Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-103 bis 3-128)
Anfragen im Bereichskalkül QBE (kurz), Anfragen im Tupelkalkül, Vergleich mit SQL. [Beispiele an der Tafel.] Wie kommt man von einer natürlichsprachlichen Aufgabe zu einer formalen Anfrage in BK, TK oder SQL?

8. Di, 27.10.2015:

Kapitel 3: Mathematische Logik mit Datenbank-Anwendungen (Folie 3-159 bis 3-176)
Bereichsunabhängigkeit, Bereichsbeschränkung, Implikationen und Äquivalenzen, Bedeutung der Äquivalenzen für Datenbanken. Nullwerte, dreiwertige Logik.

Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-1 bis 4-22)
Einführung, Bedeutung der relationalen Algebra, Selektion.

9. Mo, 02.11.2015:

Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-21 bis 4-57)
Selektion, erweiterte Selektion. Projektion, Projektion mit Umbennung und Datentyp-Operationen. Schachteln von Operationen, Basis-Operanden (Relationennamen, konstante Relationen), kartesisches Produkt, Umbenennung von Spalten, Basisoperationen vs. abgeleitete Operationen, kartesisches Produkt, Verbund, natürlicher Verbund.

10. Di, 03.11.2015:

Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-55 bis 4-94)
Verbund, natürlicher Verbund, Äquivalenz von Anfragen, algebraische Gesetze, Anfragemuster: Verbund-Selektion-Projektion, Selbstverbund, Mengenoperationen (Vereinigung, Mengendifferenz, Schnitt), Monotone und nichtmonotone Anfragen, Notwendigkeit der Differenz, Beispiel: höchste Punktzahl für HA 1, Anti-Join.

11. Mo, 09.10.2015:

Kapitel 4: Relationale Algebra (Folie 4-90 bis 4-131)
Vereinigung vs. Verbund, Äußerer Verbund (Outer Join), Grenzen der relationalen Algebra, streng relational vollständige Anfragesprachen, Übersetzung von Relationenalgebra in Bereichskalkül, Skizze für umgekehrte Richtung.

Kapitel 5: SQL I (Folie 5-1 bis 5-19)
Bedeutung von SQL, Einfache SQL-Anfragen (eine Tabelle), von Relationenalgebra zu SQL, von Tupelkalkül zu SQL, Geschichtliches zu SQL, SQL-Standards.

12. Di, 10.11.2015:

Kapitel 5: SQL I (Folie 5-20 bis 5-74)
SQL-Standard, Syntaxgraphen, SQL-Dialekte in verschiedenen Datenbanksystemen 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, FROM-Syntax.

13. Mo, 16.11.2015:

Kapitel 5: SQL I (Folie 5-73 bis 5-134)
FROM-Syntax, 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), dreiwertige Logik, Bedingungen mit Nullwerten, IS NULL, Überraschungen durch dreiwertige Logik, SELECT, *, DISTINCT. Algorithmus (hinreichende Bedingung) für "Wird eine gegebene Anfrage Duplikate liefern?", Diskussion über manchmal erwünschte Duplikate und "Schwache Schlüssel".

14. Di, 17.11.2015:

Kapitel 5: SQL I (Folie 5-135 bis 5-138)
Umbenennung von Ergebnisspalten, Wiederholung/Zusammenfassung: SELECT-Syntax.

Kapitel 6: SQL II (Folie 6-1 bis 6-60)
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. 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.

15. Mo, 23.11.2015:

Kapitel 6: SQL II (Folie 6-62 bis 6-100)
Aggregationsfunktionen, Einfache Aggregationen in SQL. Wiederholung zu Aggregationsfunktionen, Syntaktische Restritionen bei einfachen Aggregationen, Nullwerte und Aggregationsfunktionen, GROUP BY, HAVING, Aggregationsunteranfragen, geschachtelte Aggregationen.

16. Di, 24.11.2015:

Kapitel 6: SQL II (Folie 6-102 bis 6-146)
Aggregation über mehrere Mengen in einer Anfrage, Maximierung von Aggregationen, Diskussion möglicher Fehler bei Aggregationsanfragen. UNION, UNION ALL, andere Mengenoperationen, bedingte Ausdrücke. ORDER BY, SQL-92 Verbundsyntax, Outer Join

17. Mo, 30.11.2015:

Kapitel 6: SQL II (Folie 6-147 bis 6-154)
SQL-92 Verbundsyntax, Outer Join, Diskussion möglicher Fehler beim Outer Join.

Kapitel 7: Data Warehouses und neuere SQL-Konstrukte (Folie 7-1 bis 7-52)
Einführung in Data Warehouses, Charakteristika von OLAP-Datenbanken vs. OLTP-Datenbanken, 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).

18. Di, 01.12.2015:

Kapitel 7: Data Warehouses und neuere SQL-Konstrukte (Folie 7-53 bis 7-83)
Top-N Anfragen, Window Functions/Analytic Functions (OVER, RANK), Implizite und Explizite Fenster im OVER-Konstrukt, mögliche Auswertung.

Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-1 bis 8-17)
Zweck des Datenbankentwurfes, Programme vs. Daten, Phasen des Datenbankentwurfes, Einordnung des ER-Modells, Integritätsbedingungen.

19. Mo, 07.12.2015:

Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-18 bis 8-79)
Integritätsbedingungen, Grundlegende ER-Elemente (Entities, Attribute, Relationships), Graphische Syntax (Barker-Notation), Semantik, Integritätsbedingungen, Schlüssel, Diskussion über künstliche Schlüssel vs. natürliche Schlüssel. Kartinalitäten, typische Fälle: Eins-zu-viele/Viele-zu-viele/eins-zu-eins Beziehungen, verpflichtende vs. optionale Teilnahme an Relationships.

20. Di, 08.12.2015:

Kapitel 8: Einführung in das Entity-Relationship-Modell (Folie 8-80 bis 8-112)
Alternative ER-Notationen (insbesondere für Kardinalitäten). Schwache Entity-Typen, Association-Entity-Typen, Umwandlung von Relationships in Entity-Typen, Qualität von ER-Schemata.

21. Mo, 14.12.2015:

Kapitel 9: Einführung in den logischen Entwurf (Folie 9-1 bis 9-41)
Gründe für das mehrstufige Vorgehen beim DB-Entwurf, Ziel des logischen Entwurfs, 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.

22. Di, 15.12.2015:

Kapitel 10: Tabellendefinitionen in SQL (Folie 10-1 bis 10-112)
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). 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,

23. Mo, 21.12.2015:

Kapitel 10: Tabellendefinitionen in SQL (Folie 10-112 bis 10-149)
Wiederholung: Generierung eindeutiger IDs. CREATE SCHEMA, DROP TABLE, Hinweis auf ALTER TABLE

Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-1 bis 11-35, 11-47)
Motivation, Beispiel, 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, Definition von BCNF.

24. Di, 22.12.2015:

Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-33 bis 11-52)
Bestimmung von Schlüsseln aus FAen, Motivation für BCNF (Boyce-Codd-Normalform), Definition von BCNF, Prüfung auf BCNF,

Diskussion über Fragen des Datenbank-Entwurfs am Beispiel einer Feuerwerksartikel-Datenbank.

25. Mo, 11.01.2016:

Kapitel 11: Einführung in relationale Normalformen (Folie 11-53 bis 11-73)
Dritte Normalform (3NF), Aufspaltung von Relationen, 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.

26. Di, 12.01.2016:

Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (Folie 12-1 bis 12-54)
INSERT, UPDATE, DELETE, COMMIT, ROLLBACK, autocommit, mündlicher Bericht über Undo-Möglichkeiten in SQL und in Oracle, TRUNCATE (kurz), MERGE (kurz). ACID-Merkregel für Transaktionen: Atomarität, Dauerhaftigkeit, Isolation, Konsistenz (Consistency). Typische Beispiele für Transaktionen. Diskussion eines Stromausfalls, während ein COMMIT läuft. 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.

27. Mo, 18.01.2016:

Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (Folie 12-55 bis 12-84, 12-94, 12-109)
Dirty Read Problem, Lösung mit Sperren und mit Multi-Version-Concurrency-Control, Lost Update Problem, FOR UPDATE, Diskussion zu zusätzlichem Sperrmodus "Update", Nonrepeatable Read Problem, Inconsistent Analysis Problem, Phantom Problem, LOCK TABLE, Isolationsstufen in SQL, Sperren auf verschiedenen Ebenen: Intent-Sperren, Vergröberung von Sperren ("Lock Escalation").

28. Di, 19.01.2016:

Kapitel 12: Updates in SQL / Mehrbenutzerbetrieb (12-111 bis 12-125)
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 13-21, 13-23, 13-24)
Motivation für DB-Sicherheit, Anforderungen, Benutzer-Authentifikation, Angriffs-Szenarien, Subjekt-Verb-Objekt-Modell für Zugriffsrechte in SQL, Einschränkungen/Probleme und Lösungen, Verkapselung von Objekten (Tabellen) durch Sichten und serverseitige Prozeduren (stored procedures). Schutz der Datenbank-Dateien, Hinweis auf Mitbestimmung des Betriebsrats beim Auditing.

Planung (unverbindlich):

29. Mo, 25.01.2016:

Kapitel 13: Datenschutz: Zugriffsrechte in SQL (Folie 13-22 bis 13-71)
Discretionary Access Control vs. Mandatory Access Control, 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

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30. Di, 26.01.2016:

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Stefan Brass (brass@informatik.uni-halle.de), 24. September 2015

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