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Datenbanken (Normalisierung)

Spricht man von einer Datenbank, meint man in der Regel ein Datenbanksystem (DBS). Dieses besteht aus zwei Teilen: Die eigentliche Datenbank (DB) ist eine programmunabhängige strukturierte Sammlung von Daten, die miteinander in Beziehung stehen. Um diese Daten sinnvoll und komfortabel nutzen zu können, wird eine Datenbanksoftware benötigt, das Datenbankmanagementsystem (DBMS).

Ziele einer Datenbank:

- Vereinheitlichung: Daten werden nur einmal erfasst und zentral gespeichert, sodass allen Benutzern eine einheitliche und aktuelle Datenbasis zur Verfügung steht.

- Flexibilität: Die erfassten Daten lassen sich mehrfach und unterschiedlich nutzen und auswerten.

- Programmunabhängigkeit der Daten: Wird durch die Trennung von DB und DBMS erreicht.

- Fehlerfreiheit: Datenbankfehler, die z.B. durch einen Programm- oder Computerabsturz entstehen, sollen automatisch korrigiert werden.

-Redundanz-Vermeidung: Unter Redundanz versteht man eine doppelte oder mehrfache Speicherung gleicher Daten. Dies führt zu Speicherplatzverschwendung, erhöht die Verarbeitungszeiten und kann zu widersprüchlichen Daten führen.

Folgende Kriterien für eine funktionierende Datenbank müssen erfüllt sein:

Datenkonsistenz: Jeder Datensatz muss eindeutig identifizierbar, also konsistent sein, z.B. werden Kundennummern nur ein einziges Mal vergeben. Wenn der Kunde nicht mehr existiert,  wird die Nummer nicht erneut verwendet. Somit sind konsistente Datensätze eindeutig unterscheidbar.
Beispiel: Selbst bei dem unwahrscheinlichen Fall, dass zwei Kunden dieselbe Adresse haben, kann mindestens durch die einmalig vergebene Kundennummer zwischen ihnen unterschieden werden.

Redundanzfreiheit: Sämtliche Daten werden nur einmal erfasst und gespeichert (=sie sind redundanzfrei). So treten bei Änderungen keine Probleme auf, da sie zentral abgelegt sind und nur ein Mal geändert werden müssen.
Beispiel: Ändert sich bei einem Kunden die Adresse, muss diese nicht für jede seiner Bestellungen erfasst und geändert werden, sondern nur ein Mal zentral in der Kundendatenbank, da den Bestellungen die eindeutige Kundennummer zugeordnet ist. Somit dient diese Nummer als Schlüssel.

Normalformen
1. Normalform: Jedes Datenfeld einer Tabelle enthält genau einen Eintrag, diese sind spaltenweise sortiert, z.B. nach Nachname, Straße, PLZ, Ort, Produkt und Datum. In der Tabelle der 1. NF sind alle Informationen gelistet, daher ist sie nicht konsistent und nicht redundanzfrei.
Beispiel: Der Kunde Winkler hat Visitenkarten und eine Website in Auftrag gegeben. Da ja jedes Datenfeld nur einen Eintrag enthält, ist der Kunde zwei Mal in der Auftragstabelle aufgeführt, ein Mal mit dem Produkt Website mit der Auftragsnummer 1 und ein Mal mit dem Produkt Visitenkarten mit der Auftragsnummer 5. Diese Nummern verweisen auf den Kunden und auf das Produkt.

2. Normalform: Nun wird die Tabelle in mehrere Tabellen zerlegt und zwar so, dass jeder Eintrag der entstandenen Tabellen einen eigenen Schlüssel erhält. Dieser Schlüssel wird dann anstatt des Produktes in der Tabelle der 1. NF aufgeführt. So befindet sich die Auftragstabelle in der 2. NF, da sie sich zum einen in der 1. NF befindet und zum anderen alle Datenfelder von einem Schlüssel funktional abhängig sind.
Beispiel: Die Produkte werden in einer eigenen Tabelle aufgeführt und jedes Produkt erhält eine Produktnummer (Schlüssel). So wird in der Auftragstabelle nun nicht das Produkt mit Namen angegeben, sondern der Schlüssel. Somit ist der Kunde Winkler zwar immernoch zwei Mal in der Auftragstabelle aufgeführt, jedoch ein Mal mit der Produktnummer 1 für die Website und ein Mal mit der Produktnummer 2 für Visitenkarten. Die Produktnummer 2 kann in der Tabelle natürlich ebenfalls für den Kunden Mayer vorkommen, der ebenfalls Visitenkarten in Auftrag gegeben hat.

3. Normalform: In dieser letzten Stufe werden die verbliebenen Redundanzen beseitigt. Die endgültige Tabelle befindet sich dann in der 3. NF, wenn sie sich zum einen in der 2. NF befindet und zum anderen alle Datenfelder, die keine Schlüssel sind (im Bsp. das Auftragsdatum), nicht funktional abhängig sind.
Beispiel: Nun sind die Kundenangaben in der Auftragstabelle funktional abhängig, also zum Kunden Winkler gehört genau eine Straße, eine PLZ und ein Ort. Das muss nun behoben werden, da ein weiterer Kunde namens Winkler hinzukommen kann und sich dadurch die Adresse anhand des Namens nicht mehr eindeutig ermitteln ließe. Deshalb wird eine weitere Tabelle mit neuem Schlüssel erstellt. Hier befinden sich die Daten der Kunden, die spaltenweise nach Name, Straße, PLZ und Ort aufgeführt sind. Das Wichtigste ist nun, dass jeder Kunde eine Kundennummer (Schlüssel) erhält, der in der Auftragstabelle angegeben werden kann. Diese Tabelle wird kann nun in die 3. NF gebracht werden: Eine Spalte gibt die Auftragsnummer an, eine die zugehörige Produktnummer, eine Spalte führt die Nummer des zugehörigen Kunden auf und eine weitere Spalte kann nun das Datum des Auftrags enthalten.

Nun ist die Normalisierung in die 3. NF abgeschlossen, alle Daten der 3 Tabellen sind redundanzfrei und konsistent.

 

Weiterführende Links

http://www.tinohempel.de/info/info/datenbank/normalisierung.htm

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