Der Datenbankentwurf: 3-Schema-Konzept

Das zentrale Ziel einer Datenbank, die Integration von Daten und die Datenunabhängigkeit der Anwendungsprogramme, setzt voraus, dass sich alle Anwendungsprogramme auf eine einheitliche Beschreibung der Daten einigen. Hierfür wurde im Jahr 1975 das 3-Schema-Konzept vorgeschlagen. Die Beschreibung der Daten einer Datenbank erfolgt nach diesem Konzept auf drei verschiedenen Ebenen, die jeweils durch eine andere Sichtweise geprägt sind. Zur Formalisierung einer Sichtweise dienen Schemata. Ein Schema ist eine in einer Datenbeschreibungssprache abgefasste Definition der in einer Datenbank zugelassenen Datenstrukturen.

Auf der konzeptionellen Ebene steht die logische Gesamtstruktur der Daten, ihrer Eigenschaften und ihrer Beziehungen untereinander im Vordergrund. Die Beschreibung der konzeptionellen Ebene erfolgt durch das konzeptionelle Schema. Sie berücksichtigt weder die physikalische implementierungsabhängige Organisation der Daten noch die Wünsche von Anwendungsprogrammen.

Beispiel: Auf der konzeptionellen Ebene ist für ein Gehaltsabrechnungsprogramm zum Beispiel festzulegen, dass es Datensätze "Mitarbeiter" gibt, die die Personalnummer, den Namen, das Gehalt usw. enthalten, wobei die Personalnummer eine ganze Zahl ist, der Name aus maximal 20 Zeichen besteht usw. Ferner ist festzuhalten, dass zwischen den Datensätzen "Mitarbeiter" eine Abhängigkeit "ist Untergebener von" existiert usw.
Auf der internen Ebene werden alle implementierungsabhängigen Eigenschaften der Daten (z.B. ihre Darstellung, ihre physikalische Organisation) durch ein internes Schema definiert. Von der Sorgfalt bei der Erstellung des internen Schemas hängt wesentlich die Leistungsfähigkeit des Datenbanksystems ab, denn die Berücksichtigung z.B. schneller maschinenabhängiger Funktionen für bestimmte Zugriffe oder Datendarstellungen steigert die Effizienz des Systems.

Beispiel: Auf der internen Ebene ist für das Gehaltabrechnungsbeispiel zu definieren, in welcher Reihenfolge die Felder "Personalnummer", "Name", "Gehalt" usw. des Datensatzes "Mitarbeiter" gespeichert werden, welche Länge sie haben und wie die Daten codiert werden. Des Weiteren enthält das interne Schema Angaben über die Dateiorganisation und die Zugriffsmechanismen zu Daten.
Die Datenbank aus Sicht jedes Anwendungsprogramms wird auf der externen Ebene berücksichtigt und durch externe Schemata beschrieben. Zu jedem Anwendungsprogramm kann es (möglicherweise) ein eigenes externes Schema geben, das die für das Anwendungsprogramm wichtigen Daten der Datenbank in der Weise definiert, wie sie das Programm als Eingabe erwartet.

Beispiel: Auf der externen Ebene ist für das Gehaltsstatistikprogramm des Gehaltsabrechnungsprogramms zu definieren, dass von den Personaldaten nur das Gehalt (die Statistik soll anonym bleiben) und die Abteilung benötigt werden. Das Statistikprogramm erwartet außerdem, dass das Gehalt als ganze Zahl, d.h. auf volle Euro gerundet, von der Datenbank bereitgestellt wird.

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