UERJ - Agosto 2000© Oscar Luiz Monteiro de Farias1 Bancos de Dados Mestrado em Engenharia de...

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© Oscar Luiz Monteiro de Farias 1

Bancos de Dados

Mestrado em Engenharia de Computação área de concentração Geomática

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Modelagem de Dados

O Modelo Entidade-Relacionamento (ER)

Peter P. Chen, “The Entity-Relationship Model:

Toward the unified view of data”, março de 1996.

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• PASSO 1: Análise e coleta de requisitos

• PASSO 2: Projeto conceitual da Base de Dados

• PASSO 3: Mapeamento Lógico da Base de Dados (Mapeamento do Modelo de Dados)

• PASSO 4: Projeto Físico do Banco de Dados (MFD)

Uso de MCDs no Projeto de BDs

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O Modelo ER...

• Tipos-Entidades (Classes)

• Relacionamentos

• Atributos (características dos objetos)

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• Tpos-Entidades (Classes): Conjunto de objetos do mesmo “tipo”.– as coisas tangíveis – as funções exercidas por elementos– eventos ou ocorrências– interações– especificações

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• Os tipos-entidades (classes de objetos) modelados devem ter o seu significado esclarecido em um Dicionário de Dados (DD).

• Modelo algum é suficientemente claro se não for acompanhado de uma definição formal de seus elementos (dicionário de dados ou similar).

• Conceituar as entidades mostrando:– regras que as definem (e as exceções)

– exemplos ilustrativos

– correlação entre conceitos

– outras informações que facilitem o entendimento

O Modelo ER...

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• As informações sobre as entidades relacionadas em um DD devem ajudar a responder as perguntas: – O que é a entidade?

– O que faz?

– Para que serve?

– O que engloba esta entidade/classe?

– O que está excluído desta classe?

– Quando alguém (algo) passa a ser, ou deixa de ser, um elemento deste tipo?

– Sua permanência nesta categoria é imutável?

O Modelo ER...

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• Entidade (tipo-entidade/classe) - define um conjunto de objetos que possuem os mesmos atributos

• Cada entidade no banco de dados é descrita por um nome e por uma lista de atributos

• Um tipo-entidade (classe) descreve o schema ou intensão para um conjunto de objetos que partilham a mesma estrutura.

• Os objetos individuais de um determinado tipo-entidade (classe) são agrupados em uma coleção ou conjunto-entidade (extensão)

O Modelo ER...

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• Tipos de atributos– simples x compostos (Endereço = rua + n0 + ap.

+ bairro + cidade + Estado + CEP)– monovalorados x multi-valorados (cores de um

veículo)– armazenados x derivados

• Valores nulos– não aplicáveis– desconhecidos (is missing x not known)

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O Modelo ER...

Nome da Entidade

Atributo 1 Atributo 2 Atributo n

Atributo 2.1 Atributo 2.2 Atributo 2.m

Atributo n-1

Atributo multi-valorado

Atributo composto

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• O Banco de Dados (bd) da empresa armazena informações sobre os seus empregados, departamentos e projetos.

Banco de Dados da empresa X...

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A Cia é organizada em departamentos. Cada depto tem um nome único, n0 único e um empregado especial que o gerencia. Registra-se a data de início em que este empregado especial começou a gerenciar o depto. Um depto pode ter várias localizações.

Um depto controla um dado n0 de projetos, cada um dos quais com um nome único, n0 único e apenas uma localização


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São armazenados para cada empregado: o seu nome, n0 de seguridade social, endereço, salário, sexo e data de nascimento. Um empregado é vinculado a um só depto, mas pode trabalhar em vários projetos, os quais não são necessariamente controlados pelo mesmo depto. São registradas as horas por semana que um empregado trabalha em cada projeto. Assinala-se ainda, para cada empregado, o seu supervisor direto.

Para fins de seguro, são registrados os dependentes de cada empregado. São armazenados: nome, sexo, data de nascimento e a relação com o empregado


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• 4 tipos-entidades (classes) foram identificados: • DEPARTMENT - atributos: Name, Number, Location

(multivalorado) , Manager e ManagerStartDate.

• PROJECT - atributos: Name, Number, Location e Controlling Department.

• EMPLOYEE - atributos: Name, SSN, Sex, Address, Salary, BirthDate, Department e Supervisor. Name e Address podem ser atributos compostos (deve-se entrevistar os usuários para ver se eles irão se referir aos componentes individuais).

• DEPENDENT - atributos: Employee, DependentName, Sex, BirthDate e Relationship

Banco de Dados da empresa X...Projeto Conceitual Inicial

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• Atributos chaves de um tipo-entidade (chaves): cada tipo-entidade (classe) usualmente possui um atributo cujo valor é distinto para cada entidade (objeto) individual daquele tipo-entidade (classe).

• O valor de uma chave é usado para identificar unívocamente um objeto.

• Um conjunto de atributos (concatenados) que identificam unívocamente um objeto é também uma chave.

• No diagrama do modelo ER cada atributo chave possui o seu nome sublinhado.

• Alguns tipo-entidades (classes) possuem mais de uma chave.

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• Cada atributo simples de um tipo-entidade está associado com um domínio, o qual especifica o conjunto de valores que podem ser assumidos pelo correspondente atributo das entidades individuais (objetos).

• Os domínios não aparecem nos diagramas ER

• Um atributo A de um tipo-entidade (classe) E cujo domínio é V pode ser definido como uma função de E no conjunto potência de V:

A: E P(V)

P(V) é o conjunto de todos os subconjuntos de V.

• A(e) = valor de um atributo de uma entidade (objeto) e.

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A definição acima cobre os atributos mono-valorados e multi-valorados bem como os NULLs.

• NULL - conjunto vazio

• atributos mono-valorados - A(e) é restrito a um conjunto com um único elemento.

• Atributos multi-valorados - A(e) pode ter vários elementos

• Atributos compostos - o domínio V é o produto cartesiano de P(V1), P(V2), ... P(Vn), onde

V1, V2, ..., Vn são os domínios dos componentes simples de atributos que formam A, i. e.,

V = P(V1) x P(V2) x ... X P(Vn)

• Os atributos compostos e multi-valorados podem ser aninhados em modos arbitrários.

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Notação:

aninhamentos arbitrários podem ser representados grupando-se os componentes de um atributo composto entre parênteses “( )” e separando-se os componentes por vírgula “,”;

mostrando-se os atributos multi-valorados entre chaves “{}”.

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• Exemplo: uma pessoa pode ter mais que uma residência e cada uma dessas residências pode ter múltiplos telefones.

O atributo Telefone_Residencial para uma entidade-tipo (classe) Pessoa pode ser especificado como:

{Telefone_Residencial ({Telefone (Código_de_Área, n0_do_telefone)}, Endereço (Endereço_da_rua (Rua, N0, Apartamento), Cidade, Estado, CEP))}

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• Um Relacionamento R entre entre n tipos-entidades (classes) E1, E2, ..., En define um conjunto de associações entre entidades (objetos) destes tipos (classes).

• R é um conjunto de instâncias de relacionamento ri, onde cada ri associa n entidades (e1, e2, ..., en) e cada entidade (objeto) ej em ri é um membro do tipo-entidade (classe) Ej, 1 j n.

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• Um relacionamento R pode ser visto como uma relação matemática em E1, E2, ..., En.

• Pode também ser pensado como um subconjunto do produto cartesiano E1 x E2 x ... x En.

• Cada um dos tipos-entidades (classes) E1, E2, ..., En

participam no relacionamento R e cada uma das entidades (objetos) e1, e2, ..., en participam na instância do relacionamento ri= (e1, e2, ..., en)

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Exemplo de Relacionamento

.

.

.

.

.

.

e1

e2

e3

e4

e5

e6

e7

r1

r2

r3

r4

r5

r6

r7

...

j1

j2

j3

EMPLOYEE DEPARTMENT

WORKS_FOR

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Relacionamento Ternário

.

.

.

.

.

.

s1

s2

r1

r2

r3

r4

r5

r6

r7

...

j1

j2

j3

SUPPLIERPROJECT

SUPPLY

.

.

.

p1

p3

p2

PART

Cada instância do relacionamento ri associa 3 entidades (objetos): um fornecedor s, uma peça p e um projeto j, sempre que s fornece a peça p para o projeto j.

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Relacionamentos...

• Grau de um Relacionamento: é o número de tipos-entidades (classes) que participam do relacionamento.

• Relacionamentos como atributos (R=WORK_FOR)

i) considerar um atributo department para o tipo-entidade EMPLOYEE

ii) considerar um atributo multi-valorado employees no tipo-entidade DEPARTMENT

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Relacionamentos...

• Papel (role name): o papel que cada entidade participante (objeto) de um tipo-entidade (classe) desempenha em uma relação de instância .

• Relacionamentos recursivos: ocorre quando o mesmo tipo-entidade (classe) participa mais de uma vez em um mesmo relacionamento. Neste caso o nome dos papéis é essencial para distinguir o significado de cada participação.

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Relacionamento recursivo

r1

r2

r3

r4

r5

r6

r7

...

e1

e2

e3

e4

e5

e6

e7 ...

EMPLOYEE SUPERVISIONPapéis:supervisiona - vermelhoé supervisionado - verde

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Restrições em Relacionamentos...

• Razão de Cardinalidade (cardinality radio): especifica o n0

de instâncias em um relacionamento de que uma dada entidade pode participar.

Ex.: O relacionamento binário WORKS_FOR (DEPARTMENT:EMPLOYEE) possui a razão de cardinalidade 1:N, significando que cada departamento pode estar relacionado com vários empregados, mas que um empregado pode estar relacionado com apenas um departamento.

Razões de cardinalidade comuns: 1:1; 1:N e M:N

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• Participação parcial - quando não necessariamente todos os elementos de um conjunto participam de uma relação.

• Participação total (dependência existencial) - quando todos os elementos de um conjunto participam de uma relação.

• Participação total é indicada por uma linha dupla e participação parcial por uma linha simples

Restrições em Relacionamentos...

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Atributos de Relacionamentos...

• Relacionamentos podem, à semelhança dos tipos-entidades, possuir atributos.

• Exs.: i) Nos de horas por semana que um empregado trabalha em

um projeto;

ii) data na qual um gerente começou a gerenciar um depto.

• Atributos de relacionamentos 1:1 e 1:N podem migrar para uma das entidades participantes.– Nos relacionamentos 1:1 para qualquer dos tipos-entidades– Nos relacionamentos 1:N apenas para o tipo-entidade do

lado N da relação

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• Para relacionamentos de grau M:N alguns atributos só podem ser determinados pela combinação das entidades participantes em uma determinada instância do relacionamento e não apenas para uma delas isoladamente. São, obrigatoriamente, atributos do relacionamento.

• Ex.: O atributo Hours do relacionamento M:N WORKS_ON

Atributos de Relacionamentos...

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Tipos-entidades fracos (weak entity types)...

• Tratam-se de tipos-entidades (classes) que não possuem atributos chaves

• Entidades que pertençam a tipos-entidades fracos são identificadas por estarem relacionadas (identifying relationship) a entidades específicas de um outro tipo-entidade (identifying owner) em combinação com alguns de seus próprios valores de atributos.

• Um tipo-entidade fraco sempre possui uma restrição de participação total com respeito ao relacionamento de identificação (identifying relationship).

• Nem toda dependência existencial resulta em uma tipo-entidade fraco (ex.: carteira de motorista)

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• Um tipo-entidade fraco normalmente tem uma chave parcial, que é um conjunto de atributos que podem univocamente identificar entidades fracas relacionadas à mesma entidade possuidora (owner).

• Nos diagramas ER uma entidade fraca é representada por um retângulo em linhas duplas.

• Tipos-entidadades fracos às vezes podem ser representados por atributos multi-valorados compostos.

Tipos-entidades fracos (weak entity types)

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Refinando o Modelo ER p/ a empresa X...

MANAGES - um relacionamento 1:1 entre EMPLOYEE e DEPARTMENT.

A participação de EMPLOYEE é parcial; a de DEPARTMENT é total.

O atributo StartDate é incluído no relacionamento. WORKS_FOR é um relacionamento 1:N entre DEPARTMENT e

EMPLOYEE.

Ambas as participações são totais. CONTROLS é um relacionamento 1:N entre DEPARTMENT e

PROJECT.

A participação de PROJECT é total, a de DEPARTMENT, parcial.

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SUPERVISION é um relacionamento 1:N entre EMPLOYEE (supervisor) e EMPLOYEE (supervisionado).

Ambas as participações são parciais, o que indica que nem todo empregado é um supervisor e nem todo empregado possui um supervisor.

WORKS_ON é um relacionamento M:N entre EMPLOYEE e PROJECT.

Ambas as participações são totais.

O atributo Hours indica o número de horas em que um dado empregado trabalha em determinado projeto.

DEPENDENTS_OF é um relacionamento 1:N entre EMPLOYEE e DEPENDENT.

DEPENDENTS_OF é um relacionamento de identificação.

A participação de EMPLOYEE é parcial, a de DEPENDENT é total.

Refinando o Modelo ER p/ a empresa X...

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Relacionamentos: Notações no Modelo ER

A cardinalidade do relacionamento de cada relacionamento binário é representado anexando-se 1, M ou N na linha que conecta o símbolo da entidade respectiva ao relacionamento.

Linha simples: participação parcial,

Linha dupla: participação total. Associa um par de números inteiros (min, max) com cada

participação do tipo-entidade E em um relacionamento R, onde 0 min max e max 1.

Para cada entidade e em E, e deve participar com no mínimo min e no máximo max instâncias de relacionamento em R. min=0 implica participação parcial e min > 0 participação total.

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Nomeando as construções do esquema

• Usar nomes com alto conteúdo semântico• Usar nomes no singular para os tipos-entidades• Entidades e Relacionamentos em maiúsculas • Atributos iniciam-se com letra maiúscula• Nomes de papéis em minúsculas • Usar nomes que correspondam à descrição do

mini-mundo • O diagrama ER deve ser lido da esquerda para a

direita e de cima para baixo

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Relacionamentos de grau maior que 2

• Um relacionamento R, de grau N, terá N linhas em um diagrama ER, cada uma conectando o Relacionamento a um tipo-entidade.

• Em geral um relacionamento ternário representa mais informação do que três relacionamentos binários.

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Relacionamento Binário x Ternário

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Relacionamento de identidade ternário

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