Datenorganisation

Methoden und Prinzipien zur Ordnung und Strukturierung von Daten mit dem Ziel, Dateien oder eine Datenbank aufzubauen. Ausgangspunkt ist die kleinste Organisationseinheit von Daten, das Bit. Es kann nur zwei Werte annehmen (0 oder 1). Eine definierte Anzahl von Bits (Byte) stellt ein Zeichen dar. Ein Datenelement wiederum ist eine Zusammenfassung von Zeichen zu einer Zeichenfolge, der eine bestimmte Bedeutung zugeordnet ist. Als Datensatz bezeichnet man die Zusammenfassung mehrerer Datenelemente, die logisch zu einem bestimmten Objekt gehören. Die Menge der Datensätze gleicher Art wird schließlich als Datei bezeichnet.

Unter Datenorganisation versteht man die Anordnung von Daten auf Speichern zum Zweck der Wieder Auffindung. Diese Definition beinhaltet die Trennung der Datenorganisation Datenorganisation in einen physischen (Anordnung der Daten auf Speichern) und einen logischen (zum Zweck der Wieder Auffindung) Aspekt. Die physische Datenorganisation behandelt die Probleme, die mit der hardwaremäßigen Speicherung der Daten zusammenhängen, während die logische Datenorganisation die programmgesteuerten Zugriffsformen zum Gegenstand hat. Entsprechend der gewählten Art der Verarbeitung greift man über die verschiedenen Zugriffsformen auf die unterschiedlich organisierten Datenbestände zu. Die einfachste Speicherungsform ist die serielle Organisation. Hier werden die Sätze nach ihrem zeitlichen Anfall fortlaufend in eine Datei geschrieben. Sind die Sätze nach einem bestimmten Sortierbegriff sortiert, so spricht man von sequentieller Organisation. Serielle und sequentielle Speicherungsformen sind auf jedem Speichermedium realisierbar, für Magnetbänder sind sie die einzig möglichen Organisationsformen. Beim Löschen und Hinzufügen eines Satzes in eine sequentielle Datei muß der gesamte Datenbestand neu geschrieben werden. Erweitert man die Sätze in einer sequentiellen Datei um einen Index, so gelangt man zur indexsequentiellen Organisationsform. Zusätzlich zur Datei, die die Daten enthält, wird systemintern eine Indextabelle angelegt, die für jede Spur den höchsten Index bzw. Schlüsselwert des Satzes angibt, der noch in der Spur gespeichert ist. Oft wird auch anstelle einer großen Indextabelle eine Hierarchie von Indextabellen angelegt. Der Hauptindex enthält dann die höchsten Ordnungskriterien pro Plattenstapel, danach folgt der Zylinderindex und der Spurindex. Um beim Einspeichern weiterer Sätze in die Datei nicht jedes Mal alle nachfolgenden Sätze mit höherem Ordnungskriterium verschieben zu müssen, wird bei einer indexsequentiellen Datei zwischen einem Hauptbereich und einem Überlaufbereich unterschieden. In den Überlaufbereich werden die Sätze gespeichert, die nach dem ursprünglichen Dateiaufbau nachträglich eingetragen werden und im Hauptbereich keinen Platz mehr finden. In der Indextabelle werden deshalb die höchsten Ordnungskriterien pro Spur für Hauptbereich und Überlaufbereich eingetragen. Beim Aufbau einer indexsequentiellen Datei wird jeweils zunächst der Hauptbereich einer Spur gefüllt. werden im Rahmen des Änderungsdienstes weitere Sätze eingefügt, so werden die Sätze einer Spur, die nicht mehr in den Hauptbereich passen und die bei aufsteigender Sortierfolge den höchsten Ordnungsbegriff aufweisen, in den Überlaufbereich verschoben. werden in eine indexsequentiell organisierte Datei häufig Sätze eingefügt, so wirkt sich dies langfristig nachteilig aus: Befindet sich der gesuchte Satz im Überlaufbereich, so sind die Zugriffszeiten wesentlich höher, als wenn der Satz im Hauptbereich hegt. Je mehr Sätze im Uberlaufbereich gespeichert sind, um so länger dauert das Auffinden eines Satzes. Somit macht ein Anwachsen des Überlaufbereiches in Zeitabständen eine Reorganisation der Datei erforderlich. Eine weitere Organisationsform is; die gestreute Speicherung. Mit Hilf« eines algorithmischen Verfahren wird eine Beziehung zwischen den Schlüsselwert eines Satzes und einer Speicheradresse hergestellt. besteht zwischen Schlüsselwert und Speicheradresse eine l:lBeziehung, so spricht man von direkter, sonst von indirekter Adressierung über Hashfunktionen. Führen mehrere Schlüsselwerte auf denselben Speicherplatz, so müssen Regeln zur Behandlung der überlaufenden Sätze vorhanden sein. Der Zugriff auf gespeicherte Daten kann erfolgen über die Zugriffsformen sequentiell oder wahlfrei. Bei sequentiellem Zugriff wird die Datei von vorne gelesen, bis der gesuchte Satz gef und en ist. Dies kann bei großen Dateien sehr zeitaufwendig sein. Schneller ist der wahlfreie Zugriff oder RandomZugriff. Hier kann man über einen angegebenen Schlüsselwert oder eine Satzadresse direkt zugreifen. Die Tabelle gibt einen Überblick über Speicherungs, Zugriffsformen und Speichermedien. Ein Datenbanksystem besitzt eine höhere Form der Datenorganisation, die dem Benutzer das Handling und den Zugriff auf die gespeicherten Daten erleichtern. Im Grund e lassen sich aber Speicherungsformen und Zugriffsformen von Datenbanken auf die elementaren Datenorganisationstorrnen zurückführen.

Gesamtheit aller Verfahren und Vorschriften zur Datenaufbewahrung auf Speichermedien. Teilweise wird auch die Organisation der Datenein- und -ausgabe (z.B. Formatisierungsrichtlinien bei Bildschirmen, Listausgaben) hinzugezählt. Die Datenorganisation im engeren Sinne umfasst die Verfahren zur Strukturierung, Speicherung und zum Wiederauffinden von Daten. Es wird nach physischer (Anordnung der Daten auf Speichern) und logischer (zum Zweck der Wiederauffindung) Datenorganisation unterschieden. Die physische Datenorganisation behandelt die Aufgaben, die mit der physischen Speicherung der Daten auf einem Speichermedium Zusammenhängen. Die einfachste aber auch inflexibelste Speicherungsform ist die serielle Organisation. Hier werden Sätze (Satz) nach dem zeitlichen Anfall fortlaufend in eine Datei geschrieben. Sind die Sätze nach einem Schlüsselwort in sortierter (aufsteigender oder absteigender) Reihenfolge abgelegt, so spricht man von sequentieller Organisation. Erweitert man die Sätze einer sequentiellen Datei um einen Index, so gelangt man zur indexsequentiellen Organisation. Hierbei wird zusätzlich zu den Daten eine Indextabelle erstellt, wobei je Datenspur das höchste Ordnungskriterium in die Indextabelle eingetragen wird. Bei grossen Datenbeständen wird statt einer grossen Indextabelle oftmals auch eine Hierarchie von Indextabellen erstellt. Wenn für jeden Satz der Datei der Ordnungsbegriff in eine Indextabelle aufgenommen wird, so spricht man von indizierter Organisation. Eine weitere Organisationsform ist die gestreute Speicherung. Mit Hilfe eines algorithmischen Verfahrens wird zwischen dem Schlüsselwert des Datensatzes und jenem der Speicheradresse eine Beziehung hergestellt. Besteht zwischen Schlüsselwert und Speicheradresse eine 1:1-Beziehung, so spricht man von direkter, ansonsten von indirekter Adressierung. Bei der direkten Adressierung wird mit Hilfe eines Rechenalgorithmus aus dem Schlüsselwert eine physische Adresse ermittelt. Führen mehrere Schlüsselwerte zu einem bereits vergebenen Speicherplatz, werden die Datensätze in den sog. Überlaufbereich geschrieben. Dafür sind wiederum gesonderte Regelungen vorzusehen. Der Zugriff auf gespeicherte Daten (Zugriffsmethode) kann grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen: • fortlaufend (sequentiell), • wahlfrei (direkt). Beim fortlaufenden Zugriff können alle Daten nur in einer vorgegebenen Reihenfolge gelesen werden, d.h. zum Auffinden eines bestimmten Satzes ist die Datei von Beginn an zu lesen, bis der gesuchte Satz gefunden ist. Bei grossen Dateien ist dies sehr zeitaufwendig. Der sequentielle Zugriff ist generell bei allen Speicherungsformen (sequentiell, indexsequentiell, gestreut) möglich. Schneller ist der wahlfreie Zugriff, der nur bei indexsequentieller und gestreuter Speicherung möglich ist. Hier wird ein gesuchter Datensatz über den Schlüsselwert (nach Durchsuchen der Indextabellen) bzw. über eine Satzadresse direkt aufgefunden. Beim Hinzufügen von neuen Daten zu bereits gespeicherten Sätzen sind erhebliche Unterschiede je nach Organisationsform anzutreffen. Bei sequentieller Organisation werden die neuen Daten entsprechend ihrem Ordnungskriterium zwischen bestehende Daten eingefügt. Hierzu muss eine neue Datei erstellt werden. Um bei der Einspeicherung weiterer Sätze in eine Datei mit indexsequentieller Organisation nicht alle Sätze mit höherem Ordnungskriterium verschieben zu müssen, wird hier zwischen einem Hauptbereich und einem Überlaufbereich unterschieden. Im Überlaufbereich werden die Sätze gespeichert, die nach dem ursprünglichen Datenaufbau nachträglich eingebaut werden und im Hauptbereich keinen Platz mehr finden. In der Indextabelle werden deshalb die höchsten Ordnungskriterien pro Spur für Haupt- und Überlaufbereich getrennt geführt. Je mehr Sätze im Überlaufbereich gespeichert sind, desto nachteiliger wirkt sich dies auf die Zeiten zum Auffinden eines Satzes auf. Deshalb wird in gewissen Zeitabständen eine Reorganisation der Datei erforderlich. Bei der gestreuten Speicherung führt der bereits erwähnte Algorithmus zur Ermittlung einer physischen Adresse aufgrund des Ordnungskriteriums. Ist diese Adresse bereits belegt, so muss - ähnlich der indexsequentiellen Speicherung - von dieser Adresse auf eine noch freie Adresse in einem definierten Überlaufbereich verwiesen werden. Auch Datenbanksysteme lassen sich auf die Grundstrukturen der genannten Datenor- ganisationsformen zurückführen, doch benötigt der Anwender zum Auffinden der Daten keine Kenntnis der speziellen Datenorganisation, da der Zugriff auf der logischen Ebene über den Namen der Datensätze oder -felder erfolgt. Der Zugriff auf die gespeicherten Daten wird durch das Datenbankverwaltungssystem gewährleistet.

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