Entity Relationship (ER)-Diagrammmodell mit DBMS-Beispiel

Was ist ein ER-Diagramm?

Das Entity-Relationship-Diagramm (ER-Diagramm) ist ein leistungsstarkes visuelles Werkzeug zum Entwurf relationaler Datenbankstrukturen. Es wurde 1976 von Peter Chen erstmals vorgestellt und bietet eine konzeptionelle Modellierungsgrundlage, die Entitäten, Attribute, Beziehungen und deren Kardinalitäten präzise definiert. Dieses Tutorial deckt alle Aspekte ab, von den Grundlagen bis hin zu fortgeschrittenen Techniken, und hilft Ihnen, den Entwurf von Datenbankschemata zu beherrschen.

ER-Diagramme enthalten verschiedene Symbole, die Rechtecke zur Darstellung von Entitäten, Ovale zur Definition von Attributen und Rauten zur Darstellung von Beziehungen verwenden.

Auf den ersten Blick ähnelt ein ER-Diagramm einem Flussdiagramm. Es enthält jedoch viele spezielle Symbole, deren Bedeutung dieses Modell einzigartig macht. Der Zweck eines ER-Diagramms besteht darin, die Infrastruktur des Entity Frameworks darzustellen.

Geschichte der ER-Modelle

Peter Chen schlug das ER-Diagramm 1976 in seiner wegweisenden Arbeit „The Entity-Relationship Model: Toward a Unified View of Data“ vor. Sein Ziel war es, eine einheitliche Konvention zu schaffen, die sowohl für relationale Datenbanken als auch für Netzwerke anwendbar sein sollte. Chen konzipierte das ER-Modell als einen konzeptionellen Modellierungsansatz, der die Kluft zwischen realen Anforderungen und der technischen Implementierung von Datenbanken überbrücken sollte.

Seitdem hat sich das ER-Modell mit verschiedenen Notationssystemen weiterentwickelt, darunter die Chen-Notation (die ursprüngliche), die Crow's-Foot-Notation (die in modernen Werkzeugen weit verbreitet ist) und UML-basierte Ansätze. Trotz dieser Unterschiede bleiben die Kernkonzepte in allen Implementierungen konsistent.

Warum ER-Diagramme verwenden?

ER-Diagramme bieten zahlreiche Vorteile für Datenbankdesign und -entwicklung:

• Visuelle Kommunikation: Sie bieten eine klare visuelle Darstellung, die sowohl technische als auch nicht-technische Interessengruppen verstehen können.
• Blaupause für die Entwicklung: Sie zeigen genau, wie die Tabellen miteinander verbunden werden sollen und welche Felder jede Tabelle enthalten wird.
• Übersetzungsbereit: ER-Diagramme lassen sich direkt in relationale Tabellen übersetzen, wodurch Sie schnell Datenbanken erstellen können.
• Fehler vermeiden: Sie helfen dabei, Konstruktionsfehler und Redundanzen vor der Implementierung zu erkennen und so Zeit und Ressourcen zu sparen.
• Dokumentation: Sie dienen als dauerhafte Dokumentation, die neuen Teammitgliedern hilft, die Systemarchitektur zu verstehen.
• Systemanalyse: Sie helfen dabei, alle in einem System vorhandenen Entitäten und die Beziehungen zwischen ihnen zu identifizieren.

ER-Diagramm-Komponenten

Jedes ER-Diagramm besteht aus drei Kernkomponenten: Entitäten, Attributen und Beziehungen. Das Verständnis jeder Komponente und ihrer Wechselwirkungen ist für die Erstellung effektiver Datenbankdesigns unerlässlich.

Beispiele für ER-Diagramme

In einer Universitätsdatenbank könnten wir beispielsweise Entitäten für Studierende, Kurse und Dozenten haben. Eine Studierenden-Entität kann Attribute wie Matrikelnummer, Name und Fachbereichs-ID besitzen. Sie kann Beziehungen zu Kursen und Dozenten haben.

Entities

Eine Entität repräsentiert jedes reale Objekt – ob lebendig oder nicht –, das eindeutig identifiziert werden kann und über das Daten gespeichert werden können. Es kann sich um einen physischen Gegenstand, eine Tatsache über das Unternehmen oder ein Ereignis in der realen Welt handeln. Entitäten können Personen, Orte, Objekte, Ereignisse oder Konzepte umfassen.

Beispiele für Entitäten nach Kategorie:

• Person: Mitarbeiter, Student, Patient, Kunde
• Ort: Geschäft, Gebäude, Büro, Lagerhalle
• Objekt: Maschine, Produkt, Auto, Buch
• Event: Verkauf, Registrierung, Verlängerung, Transaktion
• Konzept: Konto, Kurs, Abteilung, Projekt

Entitätssatz

Eine Entitätsmenge ist eine Gruppe ähnlicher Entitäten mit gemeinsamen Attributen. Beispielsweise bilden alle Studierenden einer Universität die Entitätsmenge „Studierende“. In ER-Diagrammen werden Entitäten durch Rechtecke dargestellt, in die der Name der Entität geschrieben wird.

Entitäten werden durch ihre Eigenschaften, auch Attribute genannt, repräsentiert. Jedes Attribut hat einen eigenen Wert. Beispielsweise kann eine Studentenentität die Attribute Name, Alter und Klasse besitzen.

Starke Entitäten vs. schwache Entitäten

Entitäten werden anhand ihrer Fähigkeit, unabhängig zu existieren, in starke und schwache Entitäten eingeteilt. Das Verständnis dieser Unterscheidung ist für ein korrektes Datenbankdesign unerlässlich.

Eine starke Entität besitzt einen eigenen Primärschlüssel und kann unabhängig existieren. Beispielsweise kann eine „Student“-Entität eindeutig durch die Student_ID identifiziert werden, ohne von einer anderen Entität abhängig zu sein.

Eine schwache Entität besitzt keinen eigenen Primärschlüssel und ist zur Identifizierung auf eine starke Entität (die sogenannte Eigentümerentität) angewiesen. Sie verwendet einen Teilschlüssel (Diskriminator) in Kombination mit dem Primärschlüssel der Eigentümerentität, um Eindeutigkeit zu gewährleisten. Beispielsweise ist in einem Bankensystem die Entität „Transaktion“ von der Entität „Konto“ abhängig: Die Transaktionsnummer allein ist nicht in der gesamten Datenbank eindeutig, aber in Kombination mit der Kontonummer wird sie eindeutig.

Starke Entität	Schwache Entität
Besitzt einen eigenen Primärschlüssel	Besitzt keinen Primärschlüssel; verwendet einen Teilschlüssel.
Dargestellt durch ein einzelnes Rechteck	Dargestellt durch ein Doppelrechteck
Der Primärschlüssel ist durch eine durchgezogene Linie unterstrichen.	Teilweise Legende mit gestrichelter Linie unterstrichen.
Kann unabhängig existieren	Die Existenz hängt von der Eigentümerorganisation ab.
Verbunden mit einer einzelnen Diamantenbeziehung	Verbunden mit Doppeldiamant (identifizierende Beziehung)
Beispiel: Student, Mitarbeiter, Produkt	Beispiel: Transaktion, Abhängigkeit, Bestellposition

Beziehung

Eine Beziehung stellt eine Verbindung zwischen zwei oder mehr Entitäten dar. Beziehungen werden typischerweise mithilfe von Verben oder Verbphrasen beschrieben, die die Interaktion der Entitäten untereinander erläutern. In ER-Diagrammen werden Beziehungen durch Rauten dargestellt. Beispiel: Tom arbeitet in der Chemieabteilung.

Entitäten nehmen an Beziehungen teil. Wir können häufig Beziehungen zu Verben oder Verbalphrasen erkennen.

Beispiele:

• Sie besuchen diese Vorlesung
• Ich halte den Vortrag
• Ein Student besucht eine Vorlesung
• Ein Dozent hält eine Vorlesung

Attribute

Ein Attribut ist eine Eigenschaft oder ein Merkmal, das eine Entität oder Beziehung beschreibt. Attribute liefern detaillierte Informationen, die jede Entitätsinstanz einzigartig und aussagekräftig machen. In ER-Diagrammen werden Attribute durch Ovale (Ellipsen) dargestellt, die durch eine Linie mit ihrer übergeordneten Entität verbunden sind.

Eine Student-Entität könnte beispielsweise Attribute wie Student_ID, Name, Date_of_Birth, Email und Phone_Number haben.

Arten von Attributen

Attributtyp	Beschreibung	Beispiel
Einfach (AtomNS)	Kann nicht weiter in kleinere Komponenten zerlegt werden	Telefonnummer, Sozialversicherungsnummer, E-Mail-Adresse
Zusammengesetzt	Lässt sich in kleinere Unterattribute untergliedern	Vollständiger Name (Vorname, zweiter Vorname, Nachname), Adresse (Straße, Ort, Postleitzahl)
Abgeleitet	Der Wert wird aus anderen Attributen berechnet; er wird nicht direkt gespeichert.	Alter (abgeleitet vom Geburtsdatum), Gesamtpreis
Mehrwertig	Kann mehrere Werte für eine einzelne Entität speichern	Telefon NumbersE-Mail-Adressen, Fähigkeiten
Schlüsselattribut	Identifiziert jede Entitätsinstanz eindeutig (Primärschlüssel)	Studenten-ID, Mitarbeiter-ID, ISBN

Schlüsseltipp: In ER-Diagrammen werden Schlüsselattribute durch Unterstreichung ihrer Namen dargestellt. Abgeleitete Attribute werden in gestrichelten Ovalen und mehrwertige Attribute in Doppelovalen dargestellt.

Kardinalität (Beziehungstypen)

Die Kardinalität definiert die numerischen Beschränkungen einer Beziehung – genauer gesagt, wie viele Instanzen einer Entität mit Instanzen einer anderen Entität verknüpft werden können. Das Verständnis der Kardinalität ist für die Entwicklung effizienter Datenbankstrukturen unerlässlich.

1. Eins-zu-Eins (1:1)

Eine Entität aus Menge A kann höchstens mit einer Entität aus Menge B verknüpft sein und umgekehrt.

Beispiel: Jedem Studenten wird genau eine Studentenkennung zugeordnet, und jede Studentenkennung gehört genau einem Studenten.

2. Eins-zu-Viele (1:N)

Eine Entität aus Menge A kann mit mehreren Entitäten aus Menge B verknüpft sein, aber jede Entität in B ist nur mit einer Entität in A verknüpft.

Beispiel: Eine Klasse besteht aus mehreren Schülern.

3. Viele-zu-Eins (N:1)

Mehrere Entitäten aus Menge A können einer Entität aus Menge B zugeordnet werden.

Beispielsweise gehören viele Schüler derselben Klasse an.

4. Viele-zu-Viele (M:N)

Mehrere Entitäten aus Menge A können mit mehreren Entitäten aus Menge B verknüpft werden und umgekehrt.

Beispielsweise sind Studierende als Gruppe mehreren Fakultätsmitgliedern zugeordnet, und Fakultätsmitglieder können mehreren Studierenden zugeordnet sein.

ER-Diagrammsymbole und -notationen

ER-Diagramme verwenden standardisierte Symbole zur Darstellung verschiedener Komponenten. Obwohl es mehrere Notationssysteme gibt, sind die beiden am weitesten verbreiteten die Chen-Notation und die Crow's-Foot-Notation.

Chen-Notation

Die Chen-Notation, die 1976 von Peter Chen entwickelt wurde, verwendet geometrische Formen zur Darstellung verschiedener Elemente:

Symbol	Name	repräsentiert
Rechteck	Wesen	Starke Entität (z. B. Student, Produkt)
Double Rechteck	Schwache Entität	Von einer anderen Entität abhängig (z. B. Transaktion)
Ellipse/Oval	Attribut	Eigenschaften einer Entität (z. B. Name, ID)
Double Ellipse	Mehrwertiges Attribut	Attribut mit mehreren Werten (z. B. Telefonnummer) Numbers)
Gestrichelte Ellipse	Abgeleitetes Attribut	Berechneter Wert (z. B. Alter aus dem Geburtsdatum)
Diamond	Beziehung	Verknüpfung zwischen Entitäten (z. B. Einschreibungen)
Double Diamond	Beziehung identifizieren	Beziehung zu einer schwachen Entität
Line	verbindung	Verbindet Komponenten miteinander
Unterstrichener Text	Primärschlüssel	Eindeutiger Bezeichner für die Entität

Krähenfußnotation

Die Crow's Foot Notation (auch IE-Notation genannt) wird häufiger in modernen Datenbankdesign-Tools verwendet. Sie nutzt unterschiedliche Zeilenumbrüche zur Darstellung der Kardinalität und eignet sich besonders gut zur Veranschaulichung der „Viele“-Seite von Beziehungen.

Symbol DescriptIon	Bedeutung
Einzelner vertikaler Strich (|)	Erforderlich: Genau eine (genau eine)
Kreis mit Linie (O|)	Optional Eins (null oder eins)
Krähenfuß mit Linie (>|)	Erforderlich Viele (eins oder mehrere)
Krähenfuß mit Kreis (>O)	Optional Viele (null oder mehr)

Chen-Notation vs. Crow's Foot: Wann verwendet man welche Notation?

Aspekt	Chen-Notation	Krähenfußnotation
besten Für	Konzeptuelle Modellierung, akademische Nutzung	Physikalisch-logische Modellierung, industrielle Anwendung
Attributanzeige	Zeigt alle Attribute visuell an	Listenattribute innerhalb des Entitätsfelds auf
Kardinalität	Verwendet Zahlen (1, N, M)	Verwendet visuelle Symbole
Komplexität	Kann unübersichtlich werden	Kompakter und sauberer
Werkzeugunterstützung	Begrenzte Unterstützung moderner Werkzeuge	Weitgehend unterstützt von Werkzeugen

So erstellen Sie ein Entity-Relationship-Diagramm (ERD)

In diesem Tutorial zu ER-Diagrammen (ERD) lernen wir, wie man ein ER-Diagramm erstellt. Die folgenden Schritte sind dafür notwendig:

Lassen Sie uns sie anhand eines Beispiels für ein Entity-Relationship-Diagramm untersuchen:

An einer Universität belegt ein Student Kurse. Jeder Student muss mindestens einem Kurs zugeordnet sein. Jeder Kurs wird von einem einzigen Professor unterrichtet. Um die Qualität der Lehre zu gewährleisten, darf ein Professor nur einen Kurs anbieten.

Schritt 1) ​​Identifizierung der Entität

Wir haben drei Entitäten:

• Studenten-
• Kurse
• Professor

Schritt 2) Beziehungsidentifizierung

Wir haben folgende zwei Beziehungen:

• Der Schüler ist zugewiesen ein Kurs
• Der Professor liefert ein Kurs

Schritt 3) Kardinalitätsidentifizierung

Aus der Aufgabenstellung geht hervor, dass:

• Es kann ein Student zugeteilt werden mehrere Kurse!
• Ein Professor kann nur liefern dank One Kurs

Schritt 4) Identifizieren Sie Attribute

Sie müssen die aktuell von der Organisation geführten Dateien, Formulare, Berichte und Daten analysieren, um Attribute zu identifizieren. Zusätzlich können Sie Interviews mit verschiedenen Stakeholdern führen, um Entitäten zu ermitteln. Zunächst ist es wichtig, die Attribute zu identifizieren, ohne sie einer bestimmten Entität zuzuordnen.

Sobald Sie eine Liste der Attribute haben, müssen Sie diese den identifizierten Entitäten zuordnen. Stellen Sie sicher, dass jedes Attribut genau einer Entität zugeordnet ist. Falls Sie der Meinung sind, dass ein Attribut zu mehreren Entitäten gehören sollte, verwenden Sie einen Modifikator, um es eindeutig zu kennzeichnen.

Sobald die Zuordnung abgeschlossen ist, identifizieren Sie die Primärschlüssel. Wenn kein eindeutiger Schlüssel verfügbar ist, erstellen Sie einen.

Wesen	Primärschlüssel	Attribut
Studenten-	Studenten ID	Name des Studenten
Professor	Mitarbeiter-ID	ProfessorName
Kurse	Kurs-ID	Kursname

Für die Kursentität könnten Attribute wie Dauer, Credits, Aufgaben usw. vorliegen. Der Einfachheit halber haben wir nur ein Attribut berücksichtigt.

Schritt 5) ER-Diagramm erstellen

Eine modernere Darstellung eines Entity-Relationship-Diagramms (Beispiel):

Best Practices für effektive ER-Diagramme

Befolgen Sie diese Richtlinien, um klare, wartungsfreundliche und effektive ER-Diagramme zu erstellen:

• Redundanz beseitigen: Doppelte Entitäten, Attribute oder Beziehungen entfernen.
• Verwenden Sie klare Namenskonventionen: Verwenden Sie einheitliche, beschreibende Namen. Vermeiden Sie Abkürzungen.
• Überprüfung anhand der Anforderungen: Stellen Sie sicher, dass das Diagramm alle Datenspeicheranforderungen erfüllt.
• Halte es einfach: Erstellen Sie lieber mehrere Diagramme auf verschiedenen Ebenen als ein einziges, unübersichtliches Diagramm.
• Verwenden Sie Farbe sparsam: Verwenden Sie Farben einheitlich, um Kategorien hervorzuheben.
• Annahmen zum Dokument: Fügen Sie Anmerkungen hinzu, in denen die Annahmen zu den Geschäftsregeln erläutert werden.
• RevAnsicht mit Interessengruppen: Lassen Sie das Diagramm von den Fachanwendern und dem technischen Team überprüfen.
• Versionskontrolle: Pflegen Sie die verschiedenen Versionen, während sich das Design weiterentwickelt.

ER-Diagramme vs. UML-Klassendiagramme

Obwohl sowohl ER-Diagramme als auch UML-Klassendiagramme zur Datenmodellierung verwendet werden, dienen sie unterschiedlichen Zwecken und Kontexten. Für ein effektives Systemdesign ist es wichtig zu verstehen, wann welches Diagramm eingesetzt wird.

Aspekt	ER-Diagramm	UML-Klassendiagramm
Hauptzweck	Datenbank Design	Software-/Objektdesign
Optik	Daten und Beziehungen	Objekte, Methoden und Verhaltensweisen
Methoden/Operations	Nicht unterstützt	Voll unterstützt
Erbe	Beschränkt (nur im EER-Bereich)	Volle Unterstützung
Industrielle Verwendung	Datenbankadministratoren, Datenanalysten	Softwareentwickler, Architekten

FAQs