O Modelo de Entidade Relacionamento (ER ou MER) Parte 1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS DE FLORIANÓPOLIS CURSO TÉCNICO T DE METEOROLOGIA DASS - Departamento Acadêmico de Saúde e Serviços Unidade Curricular De Sistema de Banco de Dados Prof. Marcos Antônio Viana Nascimento marcao@ifsc.edu.br
O Que é Modelagem de Dados A modelagem de dados é a parte do sistema de informação em que estudamos e determinamos a estrutura do banco de dados, de modo que ele atenda efetivamente as nossas necessidades. É quando fazemos um desenho do banco de dados (esquema). Ou ainda, é quando representamos de uma forma abstrata independente da implementação em computador, os dados que serão armazenados no banco de dados. Modelar dados consiste em desenhar o sistema de informações, concentrando-se nas entidades lógicas e nas dependências lógicas entre essas entidades. SBD - 2008/2 2
Modelagem de Dados A modelagem de dados está dividida em 3 níveis de abstração: SBD - 2008/2 3
Modelagem de Dados Etapas para a construção de uma base de dados Conceitual Lógico Físico RELACIONAL ESQUEMA HIERÁRQUICO REDE Diagrama ER para o Modelo Relacional (SGBDR) MySQL Oracle SQLServer - etc Depende do SGBD Independe do SGBD SBD - 2008/2 4
Objetos do Mundo Real Mini-mundo (ou mundo real) A base para a especificação da estrutura conceitual do banco de dados. Principais necessidades de uma organização (banco, hospital, escola, supermercado, aeroporto, universidade, farmácia, clínica médica, curso, cinema, observação meteorológica, supermercado, etc.) SBD - 2008/2 5
Modelo Conceitual A modelagem conceitual baseia-se no mais alto nível de abstração. Os exemplos de modelagem de dados visto pelo modelo conceitual são mais fáceis de compreender, já que não há limitações ou aplicação de tecnologia específica. É o modelo de dados abstrato que descreve a estrutura de um banco de dados de forma independente de um SGBD particular. O diagrama de dados que deve ser construído aqui, chamase Diagrama de Entidade e Relacionamento (DER), onde deverá ser identificado todas as entidades e os relacionamentos entre elas. Este diagrama é a chave para a compreensão do modelo conceitual de dados. SBD - 2008/2 6
Modelo LógicoL O modelo lógico já leva em conta algumas limitações e implementa recursos como adequação de padrão e nomenclatura. É o modelo de dados que representa a estrutura de dados de um banco de dados conforme vista pelo usuário do SGBD. Define as chaves primárias e estrangeiras. Deve ser criado levando em conta os exemplos de modelagem de dados criados no modelo conceitual. SBD - 2008/2 7
Modelo FísicoF É uma descrição de um banco de dados no nível de abstração do SGBD; O modelo físico é dependente do tipo particular de SGBD que será utilizado para implementá-lo; Um modelo físico deve definir entre outros aspectos: quais tabelas que o banco contém, quais atributos, para cada atributo o seu tipo, índices de classificação dos dados, segurança (restrição de acesso), desempenho, concorrência de acesso. Leva-se em conta as limitações impostas pelo SGBD escolhido e deve ser criado sempre com base nos exemplos de modelagem de dados produzidos no modelo lógico. Demonstra como os dados são fisicamente armazenados. SBD - 2008/2 8
MER ou E-RE O Modelo Entidade-Relacionamento (MER ou E-R) tem por base que o mundo real é formado por um conjunto de objetos chamados de ENTIDADES e pelo conjunto dos RELACIONAMENTOS entre esses objetos; O objetivo do MER é facilitar o projeto de banco de dados, que possibilita representar a estrutura lógica do banco de dados, especificando o esquema do banco, quais as entidades e como elas se relacionam entre si. O objetivo do MER é representar de uma forma abstrata, independente da implementação em computador, os dados que serão armazenados no banco de dados. Este diagrama é a chave para a compreensão do modelo conceitual de dados. SBD - 2008/2 9
MER ou E-RE Podemos dizer também que: O MER é baseado na percepção do mundo real, que consiste em um conjunto de objetos básicos chamados Entidades e nos Relacionamentos entre esses objetos. O MER é uma Modelagem Conceitual de Dados. O modelo de dados é representado graficamente através de um Diagrama Entidade-Relacionamento (DER). SBD - 2008/2 10
...o pai do MER Essa abordagem foi criada por Peter Chen (1976) é considerada como um padrão para a modelagem conceitual. A modelagem ER possibilita ao projetista concentrar-se apenas na utilização dos dados, sem se preocupar com estrutura lógica. Dr. Peter Pin-Shan Chen (Chinês) - Professor of Computer Science at Louisiana State University SBD - 2008/2 11
Elementos Gráficos do DER SBD - 2008/2 12
Elementos Da Modelagem - Entidade Entidades Objeto que existe no mundo real com uma identificação distinta e com um significado próprio. Ou, um agrupamento lógico de informações interrelacionadas necessárias para a execução de uma atividade especifica. Quando transposta ao modelo físico (ao banco de dados relacional) chamamos a Entidade de TABELA. A Entidade pode seu um objeto concreto (pessoa - automóvel) ou abstrato (disciplina consulta médica departamento - projeto) do mundo real. SBD - 2008/2 13
Elementos Da Modelagem - Entidade Entidades É uma coisa ou um objeto no mundo real que pode ser identificada de forma única em relação aos outros objetos; Se alguma coisa existente no negócio desperta algum interesse quanto à manutenção de dados (informações armazenadas sobre ela), isso a caracteriza como uma Entidade do negócio. A ocorrência de uma entidade é Instância (ou Tupla). chamada de Cada entidade deve conter múltiplas ocorrências ou instâncias do objeto do mundo real que representa. SBD - 2008/2 14
Elementos Da Modelagem - Entidade Entidades No ambiente de um aeroporto podemos abstrair alguns objetos (concretos ou abstratos) que convivem (ou existam) entre si, tais como: passageiros, aviões, documentos, combustível, operadores de vôo, vôo etc. Os objetos que fazem parte do ambiente são entidades, pois podemos manter informações sobre eles. As instâncias de uma entidade não são representadas no DER, mas são semanticamente interpretadas nele. Para o caso do aeroporto acima, a entidade passageiro pode ocorrer com a instância Marcos. Assim, devemos visualizar (mentalmente) esse tipo de ocorrência. SBD - 2008/2 15
Elementos Da Modelagem - Entidade Entidades Um conjunto de Entidades é um conjunto que abrange entidades de mesmo tipo que compartilham as mesmas propriedades; No DER as entidades são representadas por retângulos. Funcionário Departamento Aluno Disciplina Projeto SBD - 2008/2 16
Elementos Da Modelagem - Entidade Exemplos de Entidades: Físicas ou Jurídicas Documentos Local Tabelas Matéria Pessoas, funcionários, empregado, clientes, cantor, autor, clinica, fornecedores, alunos, homem, mulher, pai, mãe, professores, médicos, dependentes e empresa Pedido, ordem de compra, nota fiscal, histórico escolar, Almoxarifado, departamento e sala de aula Centro de custo, UF e classificação fiscal Produto, peça e item pedido, cd, livro SBD - 2008/2 17
Elementos Da Modelagem - Entidade Exemplos de Entidades (objetos) da realidade de um(a) Aeroporto Cliente Passagem Vôo Piloto Empresa Funcionário Dependente Departamento Projeto Escola Aluno Professor Disciplina Departamento Clinica Veterinária Cliente Animal Vacinas SBD - 2008/2 18
Elementos Da Modelagem - Atributos Atributos Todo objeto, para ser uma Entidade, possui propriedades que são descritas por atributos. Esses atributos e seus conteúdos (valores), juntos, descrevem as instâncias de uma entidade. São as informações básicas que qualificam uma Entidade e descrevem seus elementos ou características. Em uma empresa temos uma entidade (um objeto) sobre o qual desejamos manter informações armazenadas, chamada Funcionário. O que pode descreve Funcionário? Matrícula Nome Data de Admissão Data Aniversario Salário etc. SBD - 2008/2 19
Elementos Da Modelagem - Atributos Atributos Todas as Entidades devem possuir os atributos necessários no desenho do banco de dados, do contrário, a Entidade não será necessária para o banco de dados. Os atributos devem representar o objeto na sua totalidade. Devemos ter sempre em mente que um Atributo é uma característica, logo não contem um grupo de informações. Uma Entidade sempre é um grupo. No mínimo são necessários dois atributos para se criar uma Entidade. Uma Entidade com um único atributo normalmente será agregada a outra Entidade existente no modelo. No DER os atributos são representadas por elipses e ligados a entidade por uma linha. SBD - 2008/2 20
Elementos Da Modelagem - Atributos Possíveis Atributos para algumas Entidades Entidade Pessoa Nota Fiscal Município CD Atributos Matricula, nome, endereço, documento,data de nascimento, telefone e correio eletrônico Série, numero, data de emissão e cliente. Código, mesoregião, microrregião e UF Código, nome, gravadora, ano e valor Nome Sexo RG CPF Nascimento Pessoa Telefone Tipo Sanguíneo Naturalidade SBD - 2008/2 21
Elementos Da Modelagem - Atributos Exemplos de Entidades (objetos) com alguns atributos para a realidade de um(a): Aeroporto Cliente (nome, idade, CPF, endereço) Passagem (numero vôo, empresa, hora partida e chegada, portão de embarque, poltrona) Vôo (numero, origem, destino, piloto, comissário, aeromoça, hora partida e chegada, modelo avião) Piloto (nome, endereço, empresa, telefone, função) Empresa Funcionário (matricula, nome, endereço, data de admissão) Departamento (nome, local, chefia, projetos) Projeto (nome, departamento, coordenador, local, valor) SBD - 2008/2 22
Elementos Da Modelagem - Atributos Atributo Monovalorado: assume um único valor para cada elemento da entidade (ou atômico). Atributo Composto: formado por um ou mais sub-atributos. Atributo Multivalorado: uma única entidade tem diversos valores para este atributo. Atributo Determinante: identificador de uma entidade (também conhecido com atributo chave). Atributo Derivado: atributo que depende de outro em uma mesma entidade ou outra diferente. SBD - 2008/2 23
Elementos Da Modelagem - Atributos Idade Nome Rua Cidade Matricula Funcionário Endereço Nascimento Telefones CEP Matricula MONOVALORADO MULTIVALORADO SIMPLES COMPOSTO SBD - 2008/2 24
Elementos Da Modelagem - Atributos Domínio de um atributo: conjunto de valores permitidos para o atributo Ex: Sexo {M, F} ou {Masculino, Feminino} Ex: Matricula {numero inteiro} Ex: Estado civil {solteiro, casado, separado,...} Ex: Nome {ate 40 caracteres} Ex: Salário {Numero decimal com duas casas} Ex: Idade {DD-MM-AA} Ex: Ano {AA} ou {AAAA} SBD - 2008/2 25
Elementos Da Modelagem - Atributos Os atributos não são representados graficamente, para não sobrecarregar os diagramas. Quando é utilizado um software para a construção de modelos ER, o software armazena a lista de atributos de cada entidade em um Dicionário de Dados. SBD - 2008/2 26
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Em nosso dia-a-dia convivemos com os mais variados tipos de entidades (objetos reais) que são descritos com um conjunto de atributos. Essas entidades não estão soltas, desligadas umas das outras, e sim relacionadas de forma a mostrar a realidade com um conteúdo lógico. Diariamente relatamos situações do mundo real, e quando o fazemos, estamos na verdade expressando entidades e relacionamentos. Veja o exemplo: As Pessoas Moram em Apartamentos; Os Apartamentos Formam Condomínios; Os Condomínios Localizam-se em Ruas ou Avenidas; As Avenidas e as Ruas Estão em uma Cidade. As Cidades Localizam-se em um Estado; Os Estados Pertencem a um País; Os Países Ficam em Continentes... SBD - 2008/2 27
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Pessoas Moram em Apartamentos Formam Cidade Ficam em Ruas/ Avenidas Localizam-se Condomínios Faz Parte Estado Ficam em Continentes SBD - 2008/2 28
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Condicionalidade: Considere as entidades Homem e Mulher Homem Pedro Joaquim Manuel Sergio Mauricio Guilherme Mulher Silvia Carla Antonia Marli Lucia Maria Ana Paula Antonia Iracema Martha o Pergunta-se Um homem pode estar casado com duas ou mais mulheres? Todas as mulheres são casadas: Todos os homens são casados? o Como vamos entender a existência de relacionamentos se existem elementos que não fazem parte desse relacionamento, mas são uma ocorrência das entidades que estão se relacionando? SBD - 2008/2 29
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Relacionamentos Condicionais: São aqueles relacionamentos em que nem todos os elementos de uma entidade A estão ligados a elementos da entidade B. Este tipo de relacionamento e opcional, pode existir ou não. Isto e, eles possuem uma condição, uma qualificação para ocorrerem. Relacionamentos Incondicionais: São aqueles em que todos os elementos de uma entidade A estão obrigatoriamente ligados com um elemento, no mínimo, da entidade B. Assim, existe a obrigatoriedade do relacionamento entre todos os elementos de uma entidade com os elementos de outra. SBD - 2008/2 30
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Mãe Mãe 1 Mãe 2 Mãe 3 Filho Filho 1 Filho 2 Filho 3 Filho 4 Filho 5 Filho 6 Toda ocorrência de mãe esta relacionada a um ou mais filhos e toda ocorrência de filho esta obrigatoriamente ligada a uma ocorrência de mãe. Neste caso, não poderíamos ter, em nenhuma hipótese, a possibilidade de: existirem na entidade filho ocorrências que não estivessem ligadas a uma ocorrência da entidade mãe. existir uma ocorrência de mãe que não estivesse ligada a um ou mais filhos, pois se permitíssemos, estaríamos distorcendo o MUNDO REAL, já que não existe uma mãe se não possuir filhos, e ninguém pode ser filho se não possuir uma mãe. SBD - 2008/2 31
Elementos da Modelagem Relacionamento Associação entre duas entidades. Exemplos Aluno FAZ Provas Lojista VENDE Roupas Cliente REALIZA Pedido Medico REALIZA Consultas Funcionário TRABALHA EM Departamento Departamento CONTROLA Projeto Gravadora GRAVA CDs Música Ë ESCRITA POR Autor CD CONTÉM Música Aluno CURSA Disciplina Empregados PARTICIPAM DE Projeto SBD - 2008/2 32
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Grau do Relacionamento Quando temos um relacionamento entre duas entidades, o numero de ocorrências de uma entidade que está associado a ocorrências de outra entidade determina o Grau do Relacionamento ou Cardinalidade deste fato. Para determinar o Grau de um relacionamento deve-se perguntar a cada par de entidades se elas se relacionam. Importante: as perguntas devem ser realizadas de forma bidirecional. Homem Casado Mulher Um homem pode estar casado com mais de uma mulher? Uma mulher pode estar casada com mais de um homem? SBD - 2008/2 33
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Grau do Relacionamento Para facilitar a determinação do grau de um relacionamento, siga o esquema abaixo: Para Cada Ocorrência da entidade A Deve Ter Ou Pode Ter relacionamento Uma ou Mais Ou Uma Única Ocorrência(s) da entidade B Conforme percebemos acima: Cada relacionamento contém um nome (normalmente um verbo); A determinação de opcionalidade (deve ou pode); E um grau de cardinalidade (uma única ou uma ou mais) SBD - 2008/2 34
Elementos Da Modelagem - Relacionamento...Relacionamento Lembra do catálogo de CDs? (1) Cada CD deve ser gravado por uma única gravadora; (2) Cada gravadora pode ter gravado um ou mais CDs; (1) Cada autor pode ter escrito uma ou mais músicas; (2) Cada música pode ser escrita por um ou mais autores; (1) Cada música pode estar gravada em um ou mais CD; (2) Cada CD pode conter uma ou mais músicas. SBD - 2008/2 35
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Na representação de Entidades e Relacionamentos para uma determinada realidade (mini-mundo) podem existir certas restrições, as quais o conteúdo do BD deve respeitar. Isso é feito utilizando o Mapeamento de Cardinalidade. O Mapeamento expressa o numero de entidades as quais outra entidade pode estar associada via um conjunto de relacionamentos. SBD - 2008/2 36
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Cardinalidade Máxima: indica a quantidade máxima de ocorrências de entidades que podem estar associadas a uma ocorrência da outra entidade. Duas cardinalidades máximas são suficientes: Cardinalidade máxima 1 Cardinalidade máxima muitos representada por n. Cardinalidade Mínima: especifica se a participação de todas as ocorrências das entidades no relacionamento é obrigatória ou opcional. Duas cardinalidades mínimas são suficientes: Cardinalidade mínima 1, recebe a denominação de associação obrigatória (ou Total); Cardinalidade mínima 0, recebe a denominação de associação opcional ou (Parcial). No MER, as cardinalidades de um relacionamento são apresentadas na forma (min,max). SBD - 2008/2 37
Elementos Da Modelagem - Relacionamento E 1 E 2 R Cardinalidade Mínima de E 1 em relação a E 2 através de R: 0; Cardinalidade Máxima de E 1 em relação a E2 através de R: 2; Cardinalidade Mínima de E 2 em relação a E 1 através de R: 1; Cardinalidade Máxima de E 2 em relação a E 1 através de R: 3 (1,3) (0,2) E 1 R E 2 SBD - 2008/2 38
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Homem (1,1) (1,1) Casado Mulher Empregado (1,n) Trabalha (1,1) Departamento Funcionário (1,n) Recebe (1,1) Salário SBD - 2008/2 39
Elementos Da Modelagem - Relacionamento Mãe (1,1) (1,n) Tem Filho Funcionário (1,1) Possui (0,n) Dependente (1,n) Pessoas Tem Filho Papel de Pai Ou de Mãe (1,1) SBD - 2008/2 40
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Tipos de Relacionamento Existem 3 possíveis relacionamentos: 1 para 1 (1:1) 1 para muitos (1:N) Muitos para muitos (M:N) ou (N:N) Ao determinar o tipo de Relacionamento devemos: Sempre perguntar se realmente são duas entidades distintas ou se elas podem ser unidas. Perguntar também se esse relacionamento será, por exemplo sempre 1:1 ou se existe a possibilidade de amanhã vir a ser 1:N. SBD - 2008/2 41
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Relacionamento um para um (1:1) Ocorre sempre que uma entidade A tiver uma única ocorrência para cada ocorrência na entidade B. Ou, quando uma entidade em A está associada no máximo a uma entidade em B e uma entidade em B está associada no máximo a uma entidade em A. A B SBD - 2008/2 42
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos 1 Homem Casado Mulher 1 (1,1) (1,1) 1 1 1 1 Um homem pode estar casado com quantas mulheres? (Brasil) No mínimo em 1 e no máximo 1 Uma mulher pode estar casada com quantos homens? (Brasil) No mínimo 1 e no máximo 1 O resultado final do relacionamento é 1:1. SBD - 2008/2 43
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Exemplo de Relacionamento 1:1 Cada Departamento é gerenciado por um gerente e cada gerente gerencia um departamento. (será que um gerente pode gerenciar mais de um Departamento?) DEPARTAMENTO Gerencia GERENTE Cada computador possui uma placa-mãe e uma placamãe pertence a um computador. (será que existe a possibilidade de um computador possuir mais de uma placa-mãe no futuro?) PLACA_MAE Possui COMPUTADOR SBD - 2008/2 44
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Um-Para-Muitos (1:N): ocorre sempre que uma entidade A tiver várias (muitas) ocorrências para qualquer número de entidades em B, enquanto uma entidade em B está associada no máximo a uma entidade em A A B SBD - 2008/2 45
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos FUNCIONÁRIO N Trabalha (Lotado) 1 (1,N) (1,1) DEPARTAMENTO 1 1 N 1 Um funcionário trabalha (ou esta lotado) em apenas um departamento. No mínimo em 1 e no máximo 1 Em um departamento podem trabalhar vários (muitos) funcionários. No mínimo em 1 e no máximo N O resultado final do relacionamento é 1:1 ou 1:N? (escolhemos o máximo) SBD - 2008/2 46
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Exemplo de Relacionamento 1:N Cada gravadora pode gravar vários CDs e cada CD é gravado por apenas uma gravadora. GRAVADORA Grava CD Cada cliente pode fazer vários pedidos e cada pedido é de um único cliente. CLIENTE Faz PEDIDO Cada pedido deve possuir vários itens e cada conjunto de itens forma apenas um único pedido. PEDIDO Possui ITEM_PEDIDO SBD - 2008/2 47
Muitos-Para-Muitos (N:N): Ocorre sempre que uma entidade em A está associada a qualquer número de entidades em B, e uma entidade em B está associada a qualquer número de entidades em A. A B SBD - 2008/2 48
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Estudante N Matricula N Matéria (1,N) (1,N) 1 N N 1 Um estudante está (ou pode estar) matriculado em muitas (várias) matérias. No mínimo em 1 e no máximo N Em um matéria podem estar matriculados muitos (vários) estudantes. No mínimo em 1 e no máximo N SBD - 2008/2 49
Relacionamentos N:N Exemplo de Relacionamento N:N Cada música é composta por um ou vários autores, e cada autor pode compor uma ou várias músicas. AUTOR Compõe MÚSICA Cada aluno é inscrito em uma ou várias matérias e cada matéria possui vários alunos. ALUNO Inscrito MATÉRIA Cada produto é fornecido por vários fornecedores e cada fornecedor pode fornecer vários produtos. PRODUTO Fornecido FORNECEDOR SBD - 2008/2 50
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Relacionamento N:N Esse relacionamento só é possível na modelagem lógica de dados, uma vez que não se consegue implantá-los em banco de dados relacionais. Ele será transformado em dois relacionamentos um para muitos (1:N) e uma Entidade Associativa será identificada. Detalhe: Os relacionamentos das entidades associativas recebem de ambas as entidades fundamentais do lado muitos do relacionamento e o lado das entidades fundamentais, fica o lado um do relacionamento. Caso haja outras informações (atributos), estas que devem ser agregadas a esta nova entidade. Exemplo entre pedido e produto: a entidade associativa item pedido poderá receber os atributos quantidade e preço. SBD - 2008/2 51
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Desdobrando um Relacionamento N:N Um fato da realidade. Em uma empresa: Os funcionários estão lotados em departamentos. Os departamentos desenvolvem projetos. Um projeto pode ser desenvolvido por um ou mais departamentos. Um funcionário pode participar de vários projetos. Funcionário N Participa N Projeto Funcionário 1 Atua N Funcionário - Projeto N Associado 1 Projeto Nova Entidade (Entidade Associativa) SBD - 2008/2 52
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Trocando N:N por 1:N AUTOR N N MUSICA AUTOR 1 N AUTOR_MUSICA N 1 MUSICA ALUNO N N MATERIA ALUNO 1 N ALUNO_MATERIA N 1 MATERIA PRODUTO N N FORNECEDOR PRODUTO 1 N PRODUTO_PEDIDO N 1 FORNECEDOR SBD - 2008/2 53
Elementos Da Modelagem - Relacionamentos Atributos em um Relacionamento N N ALUNO cursa DISCIPLINA ano semestre 1 N ALUNO cursa DISCIPLINA N 1 nota freqüência SBD - 2008/2 54